石油污染含水介质水动力特性研究

发布时间：2020-05-08 02:18

【摘要】：随着世界对石油需求的不断增长,石油类已成为地下水-土环境中一类重要的有机污染物。特别是轻质石油制品(如各种燃料油、润滑油等),由于其粘滞系数较低,在土壤中的迁移能力较强,因此轻质石油的泄漏对地下水-土环境具有更大的污染潜力。本文以淄博重大石油化工区为研究背景,以标准石英砂及该区典型砂土、壤土作为代表性含水介质,以CD15W-40机油、0#柴油、93#汽油作为代表性轻质石油制品,系统研究了石油污染含水介质的水动力特性,探讨了石油污染对含水介质表面润湿性、毛细特性和水-盐动力学特性的影响机制,为石油污染场地的治理、修复等提供科学理论依据。通过一系列的试验研究,主要取得了以下几个方面的新认识和结论: (1)改进了石油污染含水介质含水量和含油量的测定方法。通过引入油烘干损失系数,改进了测定含水量的传统烘干法和测定含油量的萃取-紫外分光光度法,并提出了相应的新计算公式,解决了由于油、水相互干扰,难以简单、准确测定石油污染含水介质中油、水含量的难题,为后续理论研究提供了准确的数据支持。采用改进后的方法测定石油污染含水介质中含水量和含油量准确可靠,测定误差均仅为0.5%左右,主要产生于不可避免的仪器误差,且适用范围广,不受石油种类和挥发性的影响。 (2)弄清了石油污染含水介质的表面润湿性变异规律。采用测定土壤斥水性的方法,研究了不同含油量下机油和柴油污染含水介质的湿润性变化规律。结果显示,随着石油污染程度的提高,介质斥水性显著提高。当介质中含油量达到一临界值时,介质表面润湿性开始发生变异,由亲水性变为疏水性。试验测得石英砂和粗砂产生斥水性的临界机油含量分别为0.3%、0.5%左右,临界柴油含量则分别为20%、14%左右;亚粘土产生斥水性的临界机油含量约为8%,而柴油污染对亚粘土斥水性的影响不显著。介质组成和油品组成对含水介质润湿性变化特征具有重要影响。 (3)研究了石油污染含水介质表面的润湿反转特征。当油污介质中的含水量达到某一临界值时,介质表面润湿性可再次发生反转,由疏水表面变回亲水表面,斥水性消失。对于油污砂性土,较低的含水率即能使其润湿性再次发生改变,润湿反转的含水量阈值约为0.4~0.8%;对于机油污染亚粘土,其临界含水量随含油率的升高而增大,且两者在数值上近似相等。 (4)系统研究了毛细水上升动力学和毛细带水分垂向分布规律。随着石油含量的增加,含水介质中毛细水上升高度和赋水能力显著降低,主要是由于石油污染含水介质的表面被油分吸附,使界面润湿接触角增大,表面疏水性增强,且由于油分填充在介质颗粒之间,堵塞了毛细水上升的通道。与柴油污染相比,机油污染对介质毛细性的影响更为强烈,而石油污染对粗砂毛细性的影响远大于对亚粘土的影响 (5)建立了毛细水上升高度和速率的动力学表达式。不同机油、柴油含量下,砂土和亚粘土的毛细水上升高度和时间的对数关系分别可用二次多项式关系和线性关系拟合,据此推导得到毛细水上升速率的动力学表达式。砂性土和粘性土的毛细水稳定高度与石油含量分别成乘幂和二次多项式关系。 (6)系统研究了石油污染含水介质的水-盐动力学特性。通过室内一维水动力弥散试验,得到了不同含油砂土渗透性、有效孔隙度、弥散系数和弥散度的变化规律。柴油污染对砂土有效孔隙度、渗透性的影响比机油更加显著。随着石油含量的增加,石英砂、粗砂和粉砂的有效孔隙度均呈线性减小,而渗透性的降低趋势则逐渐变缓。相同含油率条件下,粉砂的渗透系数比石英砂和粗砂的渗透系数低2至3个数量级,主要是由于粉砂中水的流速较小,使得机械弥散作用相对较弱。相对于石油污染,含水介质的固有性质对其水-盐动力学特性的影响更显著。
【图文】：

示意图,多孔介质,含水介质,水动力弥散系数

[68]。图1-1 多孔介质中机械弥散示意图[68]Fig. 1-1 The sketch map of mechanic dispersion in the porous media水动力弥散系数是机械弥散系数和分子扩散系数之和，是综合反映溶质、含水介质特性的参数。有部分研究者通过室内、外水动力弥散试验，，测定了电解质在含水介质中的水动力弥散系数[69-75]。结果表明，水动力弥散系数受含水介质性质、溶质性质、流速等的影响较大。通常，弥散系数与初始含水量成反比，与孔隙水流速度成正比[76-78]。弥散度是含水介质本身的固有特征长度，可以描述介质的组成结构、粒径等特性对溶质迁移规律的影响，也是反映溶质在含水介质中迁移的关键参数。马建良等[79]通过室内水动力弥散试验的测定数据，利用自己建立的一维变密度水流和溶质运移数值模型

示意图,地理位置图,淄博市,地理位置

2 供试样品的物理化学性质测定2.1 研究区域概况本研究以山东省淄博市重大石油化工区为研究背景。淄博市是全省、全国石油化学工业重镇，现已形成石油化工、有机原料、无机原料、各种中间体、农药、化肥、橡胶、助剂等十几个石化工业领域。中国石油化工集团直属特大型石油化工联合企业——齐鲁石化公司原油加工能力 1000 万吨、乙烯生产能力 50 万吨，均为全国第一。2.1.1 地理位置淄博市位于山东中部鲁中山地与鲁北平原的交接地带，区位优势独特，南连泰山，北临黄河，东临海滨旅游城市青岛、
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X143

【相似文献】