石油污染含水介質(zhì)水動(dòng)力特性研究.pdf

1、隨著世界對石油需求的不斷增長,石油類已成為地下水-土環(huán)境中一類重要的有機(jī)污染物。特別是輕質(zhì)石油制品(如各種燃料油、潤滑油等),由于其粘滯系數(shù)較低,在土壤中的遷移能力較強(qiáng),因此輕質(zhì)石油的泄漏對地下水-土環(huán)境具有更大的污染潛力。本文以淄博重大石油化工區(qū)為研究背景,以標(biāo)準(zhǔn)石英砂及該區(qū)典型砂土、壤土作為代表性含水介質(zhì),以CD15W-40機(jī)油、0＃柴油、93＃汽油作為代表性輕質(zhì)石油制品,系統(tǒng)研究了石油污染含水介質(zhì)的水動(dòng)力特性,探討了石油污染對含水

2、介質(zhì)表面潤濕性、毛細(xì)特性和水-鹽動(dòng)力學(xué)特性的影響機(jī)制,為石油污染場地的治理、修復(fù)等提供科學(xué)理論依據(jù)。通過一系列的試驗(yàn)研究,主要取得了以下幾個(gè)方面的新認(rèn)識(shí)和結(jié)論:
　　 (1)改進(jìn)了石油污染含水介質(zhì)含水量和含油量的測定方法。通過引入油烘干損失系數(shù),改進(jìn)了測定含水量的傳統(tǒng)烘干法和測定含油量的萃取.紫外分光光度法,并提出了相應(yīng)的新計(jì)算公式,解決了由于油、水相互干擾,難以簡單、準(zhǔn)確測定石油污染含水介質(zhì)中油、水含量的難題,為后續(xù)理論研究提

3、供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。采用改進(jìn)后的方法測定石油污染含水介質(zhì)中含水量和含油量準(zhǔn)確可靠,測定誤差均僅為0.5％左右,主要產(chǎn)生于不可避免的儀器誤差,且適用范圍廣,不受石油種類和揮發(fā)性的影響。
　　 (2)弄清了石油污染含水介質(zhì)的表面潤濕性變異規(guī)律。采用測定土壤斥水性的方法,研究了不同含油量下機(jī)油和柴油污染含水介質(zhì)的濕潤性變化規(guī)律。結(jié)果顯示,隨著石油污染程度的提高,介質(zhì)斥水性顯著提高。當(dāng)介質(zhì)中含油量達(dá)到一臨界值時(shí),介質(zhì)表面潤濕性開始發(fā)生變

4、異,由親水性變?yōu)槭杷?。試?yàn)測得石英砂和粗砂產(chǎn)生斥水性的臨界機(jī)油含量分別為0.3％、0.5％左右,臨界柴油含量則分別為20％、14％左右;亞粘土產(chǎn)生斥水性的臨界機(jī)油含量約為8％,而柴油污染對亞粘土斥水性的影響不顯著。介質(zhì)組成和油品組成對含水介質(zhì)潤濕性變化特征具有重要影響。
　　 (3)研究了石油污染含水介質(zhì)表面的潤濕反轉(zhuǎn)特征。當(dāng)油污介質(zhì)中的含水量達(dá)到某一臨界值時(shí),介質(zhì)表面潤濕性可再次發(fā)生反轉(zhuǎn),由疏水表面變回親水表面,斥水性消失。

5、對于油污砂性土,較低的含水率即能使其潤濕性再次發(fā)生改變,潤濕反轉(zhuǎn)的含水量閾值約為0.4～0.8％;對于機(jī)油污染亞粘土,其臨界含水量隨含油率的升高而增大,且兩者在數(shù)值上近似相等。
　　 (4)系統(tǒng)研究了毛細(xì)水上升動(dòng)力學(xué)和毛細(xì)帶水分垂向分布規(guī)律。隨著石油含量的增加,含水介質(zhì)中毛細(xì)水上升高度和賦水能力顯著降低,主要是由于石油污染含水介質(zhì)的表面被油分吸附,使界面潤濕接觸角增大,表面疏水性增強(qiáng),且由于油分填充在介質(zhì)顆粒之間,堵塞了毛細(xì)水上

6、升的通道。與柴油污染相比,機(jī)油污染對介質(zhì)毛細(xì)性的影響更為強(qiáng)烈,而石油污染對粗砂毛細(xì)性的影響遠(yuǎn)大于對亞粘土的影響
　　 (5)建立了毛細(xì)水上升高度和速率的動(dòng)力學(xué)表達(dá)式。不同機(jī)油、柴油含量下,砂土和亞粘土的毛細(xì)水上升高度和時(shí)間的對數(shù)關(guān)系分別可用二次多項(xiàng)式關(guān)系和線性關(guān)系擬合,據(jù)此推導(dǎo)得到毛細(xì)水上升速率的動(dòng)力學(xué)表達(dá)式。砂性土和粘性土的毛細(xì)水穩(wěn)定高度與石油含量分別成乘冪和二次多項(xiàng)式關(guān)系。
　　 (6)系統(tǒng)研究了石油污染含水介質(zhì)的水

7、-鹽動(dòng)力學(xué)特性。通過室內(nèi)一維水動(dòng)力彌散試驗(yàn),得到了不同含油砂土滲透性、有效孔隙度、彌散系數(shù)和彌散度的變化規(guī)律。柴油污染對砂土有效孔隙度、滲透性的影響比機(jī)油更加顯著。隨著石油含量的增加,石英砂、粗砂和粉砂的有效孔隙度均呈線性減小,而滲透性的降低趨勢則逐漸變緩。相同含油率條件下,粉砂的滲透系數(shù)比石英砂和粗砂的滲透系數(shù)低2至3個(gè)數(shù)量級,主要是由于粉砂中水的流速較小,使得機(jī)械彌散作用相對較弱。相對于石油污染,含水介質(zhì)的固有性質(zhì)對其水-鹽動(dòng)力學(xué)特