石油污染物在土壤中迁移规律及修复技术研究

发布时间：2019-10-31 22:41

【摘要】：随着原油的大量开采和加工,产生含油废水、落地原油和含油泥浆等污染物,这些石油污染物通过多种途径进入土壤,导致土壤性质发生改变,降低土壤肥力,使土壤盐碱化加剧,影响当地的农业生产和植被生长。同时石油污染物在重力、降水和入渗作用下,向土壤下层迁移,污染地下水,从而造成二次污染。因此,研究石油污染物在土壤中的迁移规律,并提出有针对性的修复方法,对保护土壤环境具有重要意义。大庆油田由喇嘛甸、萨尔图、杏树岗等48个规模不等的油气田组成,年平均降水量434mm,土壤类型以黑钙土和风沙土为主,地表植被主要是矮小的盐碱植物。大庆原油密度为0.8629g/mL,含蜡量20%~30%、凝固点29℃、粘度22.2mm~2/s。油田开发和生产过程中均会产生危害环境的污染物,产生的污染物主要为落地原油,还有采油废水和含油泥浆等。通过室内实验对比研究超声提取、恒温振荡和索式抽提三种方法对土壤中石油污染物提取率,确定的最佳提取方法为超声震荡,在最佳实验条件(40℃,20min,100W)下的提取率为79.02%。通过正交实验对四氯化碳、二氯甲烷、正己烷和丙酮等试剂进行萃取剂筛选实验,确定最佳萃取剂为二氯甲烷-丙酮(4:1)溶剂,在最佳条件下使用混合提取剂土壤中油提取效率可达到85.73%。制作室内土柱淋滤装置,设计均质土柱和原状土柱迁移模拟实验,通过对比确定石油污染物在土壤中迁移规律。在相同淋滤量、相同污染时间条件下,污染物浓度高的土柱,淋滤初期含油量高,迁移达到平衡后,距地表5cm处的含油较低,10cm深处含油最高,累积含油量最高。相同污染浓度、相同污染时间条件下,淋滤量大的土柱,淋滤初期含油量高,迁移达到平衡后,5cm~10cm含油量最低,10cm以下含油量没明显差别。相同淋滤量、相同污染浓度条件下,均质土柱淋滤初期,污染物在5cm处含量小于10cm处,随污染时间增加,土柱5cm处含油量逐渐增加,10cm以下土柱的含油量逐渐减小,含油量呈负指数规律变化。原状土柱淋滤初期,含油量由浅到深呈下降趋势,污染物主要集中在5cm处,随污染时间增加,污染物主要集中在10cm处,5cm处含油量较小,含油量变化趋势与均质土柱不同。污染物对土柱的影响主要集中在15cm以上,15cm以下含油量非常低。说明污染浓度越高,土柱累积含油量越高;淋滤量越大,土柱含油量越低;污染物的迁移规律受污染浓度和淋滤量影响不大;均质土柱随污染时间增加,5cm处含油量增加,10cm以下含油量减小;原状土柱随污染时间增加,5cm处含油量较小,10cm含油量增加;由于土壤孔隙分布不均,原状土柱污染物迁移速度较均质土柱慢。对比分析均质土柱和原状土柱各组分含量,均质土柱的组分较多,在C_(12)~C_(28)均有分布,并且各组分峰面积较大,含量相对原状土柱较高。原状土柱组分较少,主要集中在C_(12)~C_(22),各组分峰面积较小。均质土柱浅层以小于C_(19)的轻组分为主,随着深度增加,轻组分逐渐减少,重组分逐渐增加。15cm深度以下小于C_(16)的组分均不存在,以大于C_(20)的重组分为主,重组分相对含量变化不大。原状土柱浅层污染物组分主要集中在C_(12)~C_(22)之间,其中C_(19)和C_(20)的相对含量较高。随深度增加,低碳组分也逐渐减少,组分主要集中在C_(17)~C_(20),说明大于C_(22)的重组分没有迁移到土柱深处。均质土柱和原状土柱中原油四组分随深度变化规律相同,土柱深度增加,芳香烃相对含量增加,非烃相对含量减小,饱和烃和沥青质变化不大。在土壤中油迁移规律研究基础上,基于土壤多孔介质特性,污染物在其中的迁移受到对流作用、扩散作用和油、水、土壤间的相互作用,因此以多孔介质的热力学平衡和动力学方程为基础,建立了土壤中石油污染物迁移模型。在垂直方向上,对任意一层土壤,其表面吸附的石油组分和土壤空腔中流动的之和等于从上层向下流入目标层与流出组分之差。其物理意义为通过确定边界条件,可以令已知的浅层土壤中的三点浓度为初值以迭代的方法计算出深层土壤中的污染物浓度。建立吸附解吸实验,研究污染物在土壤中滞留和洗脱能力,计算石油烃的吸附平衡常数K_(cal)为31.922。经过对实验数据试算,模拟值与真值的误差o((?)t)㩳%2,在已知落地油总量基础上可用于计算不同深度土壤中石油污染物浓度。针对油田油污土壤含油高,迁移速率慢,主要组分迁移深度浅的特点,研究以微波为热源,敏化剂、微波作用功率和时间、土壤含油量等因素对于微波热修复土壤修复技术影响,当土壤和敏化剂质量为5:1时,微波热修复土壤功率为700W,作用时间20min,温度超过900℃,土壤中油类污染物去除率达到95.7%,大部分污染物被去除,产生的不凝气组分以C_2H_4、C_3H_6、C_3H_8、C_4H_8、C_4H_(10)为主,回收的冷凝液主要以饱和烃为主。说明微波能够实现油污土壤修复,并具有一定经济效益。本研究通过分析石油污染物在土壤中迁移规律,建立石油污染物迁移模型,以表层土壤污染物浓度近似求得更深层土壤中的浓度值,为污染物治理提供理论浓度值。依据污染物浓度,选择微波热修复油污土壤,污染物去除率高,处理时间短,产物可进行回收利用,是较好的油污土壤修复方法。
【图文】：

流程图,气相色谱仪,流程图,组分

第一章研究区概况——称量瓶中组分加空白值的质量（mg）；1G——称量瓶质量（mg）；2G——组分空白值（mg）；3Gm——样品质量（mg）。气相色谱分析法相色谱是利用试样中各组分在气相和固定液液相间的分配系数不同，当载气带入色谱柱中运行时，组分就在其中的两相间进行反复多次分配，组分的吸附或溶解能力不同，因此各组分在色谱柱中的运行速度就不同柱长后，便彼此分离，按顺序离开色谱柱进入检测器，产生的离子流讯记录器上描绘出各组分的色谱峰。

石油污染物,采油井口,污染物

2.4.2 区域污染现状石油污染物进入土壤后，随时间推移污染物逐渐向下渗透，最后会下渗进入地下水，对水体造成污染，污染物在土壤中的迁移规律如图2.3。图2.3 石油污染物在土壤中迁移Fig.2.3 Transportation of petroleum pollutant in soil system对采油井口土壤污染情况进行调研，见图2.4，土壤表面可见明显油斑。由于采油作业、管道破裂等情况下会造成原油泄漏，，对于落地原油，现场常采用掩埋处理，未对污染物进行彻底清除，原油继续污染土壤。图2.4 采油井口污染情况Fig.2.4 Pollution of wellhead对采油六厂油井及联合站附近进行取样，取样点土壤从地表向下分为四层，分别进22
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X74;X53

【参考文献】