石油開采區(qū)土壤污染物源解析、毒性及快速檢測法研究.pdf

1、在現(xiàn)代社會經(jīng)濟高速發(fā)展的今天，石油天然氣等資源越來越重要，然而在石油的開采加工過程中會產(chǎn)生重金屬、石油烴、多環(huán)芳烴等多種污染物，這些物質排放到水體、大氣、土壤中，對周圍環(huán)境產(chǎn)生了一定的影響。目前有關于石油開采加工產(chǎn)生的有機污染物對自然水體的污染研究較多，但是對陸地石油開采區(qū)土壤污染的研究較少。本論文對選定的陸地石油開采區(qū)土壤污染進行了初步研究，測試了石油開采區(qū)土壤特征污染物含量，研究了特征污染物空間、時間等分布規(guī)律，評價了土壤污染現(xiàn)狀，

2、揭示了土壤發(fā)光菌毒性與污染物含量間的關系，解析了主要污染物的來源及貢獻率，并建立了相對快速的特征污染物檢測方法。
　　 通過對美國EPA相關標準方法的優(yōu)化整合，建立了陸地石油開采區(qū)土壤中多環(huán)芳烴和石油烴同步前處理方法，并完成了土壤樣品中12種重金屬以及16種多環(huán)芳烴和石油烴的測試。結果顯示除了重金屬銀和鋇外，其他27種/類污染物均有檢出。
　　 利用基于地統(tǒng)計分析方法以及地理信息系統(tǒng)對陸地石油開采區(qū)土壤中特征污染物的空間

3、、時間分布規(guī)律研究發(fā)現(xiàn):特征污染物重金屬、PHs、PAHs等在縱向上分布比較均勻，含量在95％置信區(qū)間沒有顯著性差異;橫向上(0-30m)多數(shù)重金屬和PAHs等污染物含量差異也不是很顯著(95％置信區(qū)間)，但是總體趨勢是距井越近PAHs含量越高，而重金屬是先增加(0-6m)然后再降低;各類污染物在不同采樣井土壤中含量在95％置信區(qū)間差異較大，聚驅油井周圍土壤PAHs含量顯著增高，水驅油井周圍土壤重金屬含量顯著增高，隨著開采時間的增長污染

4、物含量顯著增加;另外，通過回歸模擬建立的線性擬合模型及對數(shù)擬合模型，均可用于模擬石油開采場地土壤PHs濃度和TOC含量關系，可以通過TOC含量推斷PHs含量分布規(guī)律。
　　 通過比較國內外土壤污染等級評價方法優(yōu)缺點，選取了適用于本論文的評價方法;通過對各國家和地區(qū)的標準值進行調研比較，選取較嚴格的標準值作為本論文評價標準;地累積指數(shù)法、單因子指數(shù)法以及內梅羅指數(shù)法評價結果顯示所研究的石油開采區(qū)的土壤重金屬污染較輕，而部分采樣點的

5、土壤均受到不同程度的PAHs的污染;內梅羅指數(shù)總體評價結果顯示80％采樣點污染較輕，處于清潔或者尚清潔狀態(tài)，其他20％左右的采樣點受到不同程度的污染。
　　 相關性分析結果顯示土壤發(fā)光菌毒性與重金屬含量顯著相關，而與PAHs含量不顯著，而利用主成分回歸分析方法建立了土壤發(fā)光菌毒性與重金屬含量關系的模擬模型，發(fā)現(xiàn)重金屬間交互作用可以影響重金屬毒性在模型中的體現(xiàn)，影響模型的穩(wěn)健性，從而影響土壤中重金屬毒性作用的評估;對數(shù)據(jù)進行缺失值

6、處理，并對主成分回歸方法進行改進，引入重金屬間交互作用，建立新的模擬土壤發(fā)光菌毒性與重金屬含量關系模擬模型，模擬結果顯示:重金屬單獨對發(fā)光菌毒性作用順序是Cd＞Co＞Ni＞Zn＞Pb＞Sb＞Cr＞Mn＞Fe，而微量重金屬Cu可能促進發(fā)光菌生存;重金屬間交互作用較復雜，重金屬Co-Zn、Co-Cu、Co-Cd、Cu-Pb、Cd-Sb、Pb-Zn和Pb-Cd可能對土壤中發(fā)光菌的毒性是作用相互拮抗的，而Co-Ni、Co-Cr、Co-Sb、Co

7、-Pb、Cu-Sb、Cu-Cd、Cd-Ni、Cd-Fe、Pb-Cr和Pb-Sb等金屬對發(fā)光菌的毒性作用是協(xié)同增加的。
　　 通過比較選擇了比值法、相關性分析以及多元統(tǒng)計分析的因子分析和聚類分析方法對陸地石油開采區(qū)重金屬和PAHs來源進行識別，然后通過因子回歸分析分別對重金屬和PAHs來源貢獻率進行估計，結果顯示:陸地石油開采區(qū)土壤中重金屬主要來源為自然來源、交通源、混合源、燃煤源、石油源和農(nóng)業(yè)源，并且所占比例分別是37％、19％

8、、18％、16％、5％和5％;解析的PAHs主要來源及比例是石油源占35％，其他依次為生物源20％、燃煤源17％、交通源16％。
　　 初步研究發(fā)現(xiàn)，基于Raman光譜技術的多環(huán)芳烴測試可以應用于多環(huán)芳烴固體的鑒定，但是目前不適合應用于土壤樣品中多環(huán)芳烴的直接檢測。此外在現(xiàn)有工作基礎上，建立了基于超聲輔助-分散液液微萃取-上浮溶劑固化技術(UAE/DLLME/SFO)的土壤中的十六種PAHs快速測試方法，對影響土壤中多環(huán)芳烴UA

9、E/DLLME/SFO萃取條件進行設計和優(yōu)化，建立多環(huán)芳烴回收率與影響因子回歸模型，模型決定系數(shù)R2在0.66-0.86之間，均可以通過統(tǒng)計學檢驗，預測值和實驗值之間的標準偏差為0.49-3.01。
　　 根據(jù)模型建立PAHs回收率響應曲面，確定UAE/DLLME/SFO萃取富集土壤中多環(huán)芳烴最優(yōu)條件為萃取劑體積(X1)52.4μL、分散劑體積(X2)1.08mL、土壤質量(X3)0.54g、鹽效應(X4)3.1％、超聲時間(X

10、5)3.1min、超聲功率(X6)59kw;萃取回收率范圍在40.91-94.91％(除CHR回收率9.12％外)，相對偏差范圍1.07-7.87％。所建立的多環(huán)芳烴測試方法的線性范圍為兩個數(shù)量級，檢出限(S/N=3)為0.17-29.13μg/kg，相關系數(shù)為0.9864-0.9995。
　　 期望本論文能為我國石油開采行業(yè)HSE(健康(Health)、安全(Safety)和環(huán)境(Environment))管理體系的建立、現(xiàn)代