（陕西省土地工程建设集团，陕西 西安 710075）
摘要：原油泄漏被认为是影响周围沙地物理和化学性质的重要环境问题之一。对受石油污染的沙进行的一系列补救方法均被视为不具有成本效益,在发展中国家这种情况更加普遍。为了找到一种替代的、具有成本效益的补救方法,在工程和施工中考虑使用油污沙。本文综述了油污的主要来源、现有的补救方法,并分析了影响油污沙特性的几个因素，还介绍了石油污染沙在工程和建筑中的新兴应用。
关键词：受污染的沙,修复,机械性能,原油,工程。
1. 沙中油污的来源
1.1原油泄漏
原油勘探、生产、运营和运输的一个最重要的环境影响是造成周围环境污染的原油泄漏 [13]。尽管大多数溢油是偶然的,但有些情况下原油是故意泄漏的,例如，据报道,约有11亿公升原油于1991年泄漏到阿拉伯湾、波斯湾1990年8月至1991年2月泄漏到科威特沙漠。这些案例都是历史上最大的漏油事故。由于这种故意渗漏,科威特和沙特阿拉伯之间的700公里海岸线受到污染,约49平方公里的科威特沙漠受到影响。此外,2010年在墨西哥湾爆炸的英国BP石油公司深水地平线钻井平台造成约9100万升石油泄漏,影响到路易斯安那州海岸线约110公里]。此外,2008年8月,在利比亚拉斯拉努夫码头的Harouge石油石化和炼油综合体,约有7100万升原油被故意从储油罐中排出,以避开来自于年度维护期间人为错误引起的火灾导致的油罐爆炸。这是一个由于运营公司疏忽造成的原油泄漏的案例。事实上,大多数原油泄漏是由于设施老化、缺乏维护以及人为错误造成的。
1.2 生产水
受污染的沙的第二个来源是石油生产工业中废物流的主要构成物--生产水，每桶石油大约产生三桶水。它的存在是含有地层水的地下储层中石油和天然气生产的结果。全球平均产量为2.1亿桶/日,年产量为770亿桶。全世界海上平台的产水量估计约为1.07亿桶/日,而海上石油的总产量估计为1.2亿桶/天。石油工业的产水量急剧增加,在油井的运行寿命期间,其产量不会保持不变,事实上,随着石油产量的减少,生产水量实际上增加了。在一些老油田,含水率超过95%。预计未来产生的水量将会增加,这意味着油性废水继续排放到环境中是一个主要问。
生产水的问题是,它含有高比例的原油,而分散的油由悬浮在含油水中的小油滴组成。分散油的浓度会受其密度、分离阶段效率、化学处理、液滴的剪切史以及水和油之间的界面张力的影响。化学处理和可溶性有机物有助于减少生产水中油和水之间的界面张力,但去除油和油脂的方法 取决于生产水的最终用途和油的内部成分。分离器(用于将井流中的液体成分与气态元素分离的一个生产设备)产生的水通常含有小于20μm的40-1200毫克/升油滴和小于10μm的1-50mg/L固体颗粒 。由于当前系统无法去除小于 10 μm 的颗粒(油滴),因此小油滴会干扰含油水。根据环境保护局 (EPA) 法规,油和油脂的每日最高限值为 42 mg/L,每月平均限值为 29 mg/L。尽管许多国家对排放产生的水实施了更严格的规定,以减少这些成分对环境的影响,但大量的生产水仍在陆上或海上排放。石油泄漏和含油废水造成的原油污染会导致周围土壤的物理和化学性质的变化[3]。因此,为了消除或尽量减少油污沙对环境的不利影响,应采用适当的补救方法,但需要我们更好地了解油污沙的成分和性质。
2. 油污沙
2.1沙组成
沙是一种天然材料,也是一种重要的工程材料。在大多数情况下,它的物理特性是由实验决定的,然后这些特性用于预测其在工作条件下的预期行为,包括其有益用途。
沙被认为是一种三相材料(液体、固体和气体),其岩土技术用途主要基于其机械性能。当沙被石油污染时,这些相的组成会发生变化,因为化学品改变其机械特性,并且已经出现了由于沙的机械性能变化而导致的岩土工程故障案例。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这些故障的发生是因为沙含有不同的材料(有机和无机),并且每个粒子的性质来自矿物,而矿物又受到颗粒侵蚀的原始岩石的影响。与岩石不同,沙不是固体或凝固的材料,因为各个颗粒没有粘合在一起,相反,它被认为是相互摩擦接触的沙粒骨架。有或没有有机成分,可以通过温和的机械手段分离。其机械性能,如渗透性、可压缩性、收缩性、膨胀性和剪切强度,均基于沙的三相相互作用。固相是由液体和气相共享的孔隙空间包围的框架。孔隙水的流量可能受孔隙大小和饱和度的影响,因此渗透率(k)可能会降低。
2.2. 被原油污染的沙地
了解油污沙的特性非常重要,因为这些特性可以方便我们了解其对环境的不利影响程度,并确定最合适的补救方法。同样,沙的物理和化学性质一旦与原油接触就会发生变化。变化程度取决于许多因素,如沙的类型,以及溢出的碳氢化合物的具体组成和数量。当原油泄漏时 , 液态碳氢化合物浸入地下水 , 导致沙和碳氢化合物的通路部分饱和。一旦碳氢化合物到达地下水位,它水平扩散在毛细管区内,使沙更饱和。轻原油的分布比中重原油大得多,因为轻质原油含有高比例的轻烃,很容易穿透和通过沙粒迁移。这就是为什么被轻质原油污染的沙被认为是最不利的环境问题之一。
2.3 油污沙的特性
为了更好地了解油污沙的机械性能，目前很多研究,都在进行。他们发现,由于老化,油污染沙的强度和刚度增加,而油量实际上由于蒸发而减少。同一作者还调查了被3%至6%的原油污染的土壤的强度、压缩性和压实性,并得出结论,当石油重量高达4%时,压实和加州轴承比(CBR)值有所改善。然而,渗透率和强度没有显著降低,摩擦角只减少了2°,而压缩性增加,强度参数受到重原油的影响比轻质原油大。
3. 修复方法
在油污沙的处置上有许多限制。同样,对石油污染沙的补救也很复杂,需要很长时间,工艺成本很高,需要遵守严格的环境法规。在过去十年中,大家对受污染场地的认识有所提高,特别是在公共供水依赖地下水的情况下,受污染的沙也已成为一个社会问题,因为它造成了不利的健康和环境问题。
4. 油污砂的工程应用
建筑应用为了确定在建筑中使用受污染沙的益处，科学家们正在进行一些研究。指出,被石油污染的沙可用于公路和公路建设的潜力很好。同样,根据受污染的沙的压缩强度,最终使用受污染的沙的可能性很高。例如,垃圾填埋场需要的强度较小,但制造砖块或其他结构目标需要更高的压缩强度。根据美国环境保护署(USEPA)的指导方针，28天垃圾填埋场处理材料建议的压缩强度为0.35 MPa,在法国和荷兰为1.0 MPa[56],根据加拿大废水技术中心(WTC)的要求,卫生填埋场的强度为3.5MPa[57]。然而,根据英国预制混凝土砌体单元标准(BSI,1981年),块和砖的压缩强度分别为2.8和7 MPa, 英国交通部要求亚基材料和基础材料至少7天立方体压缩强度在4.5和15 MPa之间。这表明在施工中使用受石油污染沙的可行性很高,但了解其物理和机械特性的细节非常重要,以便确定受油污染沙的最终用途。
5.结语
本文介绍了现行油污沙整治方法的主要来源和优缺点。同样,还考察了原油对沙及其混凝土机械性能的影响。介绍了石油污染沙的新兴工程应用。从这次综述中可以得出以下结论:
（1）漏油和含油废水是油污沙的主要来源,严重影响了环境和周围沙的机械性能。
（2）油污对油污沙及其混凝土的物理和机械性能有不利影响。然而,在一定程度的污染下,一些重要的特性得到了增强。
（3）现有的补救方法对于发展中国家来说代价高昂。因此,另一种但具有成本效益的方法是将油污的沙与水泥混合,并将其用于建筑。
（4）油污沙及其混凝土的特性适用于道路和公路建设、填埋处理材料和预制砌体单元等工程应用。
参考文献
[1] Z. A. Rahman, U. Hamzah, M. R. Taha, N. S. Ithnain, and N. Ahmad, "Influence of oil contamination on geotechnical properties of basaltic residual soil," American journal of applied sciences, vol. 7, p. 954, 2010.
[2] A. W. Hosmer, C. E. Stanton, and J. L. Beane, "Intent to Spill: Environmental effects of Oil Spills Caused by War, Terrorism, Vandalism, and Theft," in International Oil Spill Conference, 1997, pp. 157-163.
论文作者:金纯，
论文发表刊物:《城镇建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/9/10
标签：油污论文; 原油论文; 石油论文; 强度论文; 机械性能论文; 方法论文; 特性论文; 《城镇建设》2019年第14期论文;