石油污染含水介質(zhì)的水理和力學(xué)特征研究.pdf

1、土壤既是人類(lèi)賴以生存的主要自然資源，又是生態(tài)環(huán)境的重要組成部分。隨著石油工業(yè)的迅速發(fā)展和石油及其制品的廣泛使用，大量的原油及石油產(chǎn)品進(jìn)入環(huán)境，世界范圍內(nèi)的土壤石油污染日趨嚴(yán)重，對(duì)石油污染的處理引起了人們的普遍關(guān)注。因此，深入研究石油污染含水介質(zhì)的水理和力學(xué)特征，探討污染土壤的歸宿問(wèn)題，可以為修復(fù)和處理土壤石油污染提供科學(xué)的選擇依據(jù)，并具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 本文以重大石油化工區(qū)為背景，系統(tǒng)研究了不同石油污染物在該區(qū)典型含水介質(zhì)中的

2、殘留特征和典型石油污染土壤的水理和力學(xué)特性。首先，通過(guò)室內(nèi)土柱試驗(yàn)研究了不同含水介質(zhì)中污染物的吸附持留規(guī)律，確定了該區(qū)代表性含水介質(zhì)的石油污染范圍及其在土層中的分布規(guī)律。接著，在污染水平內(nèi)考察了與修復(fù)相關(guān)的土壤水理性質(zhì)，研究了不同石油污染物對(duì)介質(zhì)持水性、毛細(xì)性和滲透性的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了不利于修復(fù)的因素。最后，提出石油污染土壤用于建設(shè)的出路設(shè)想并對(duì)相關(guān)特性如界限含水率、壓實(shí)特性和抗剪強(qiáng)度與石油污染類(lèi)型和水平的關(guān)系進(jìn)行了探討。另外，試驗(yàn)還嘗

3、試了對(duì)特定石油污染土壤含水率進(jìn)行校正，并提出了含水率計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式。通過(guò)上述一系列的試驗(yàn)研究，得出了一些新的認(rèn)識(shí)和結(jié)論，主要包括： (1)土壤含水率校正過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，石油污染土壤烘干過(guò)程中水分揮發(fā)和石油揮發(fā)互不干擾，土壤質(zhì)地和顆粒級(jí)配對(duì)石油揮發(fā)有顯著影響，同種石油污染土壤烘干過(guò)程可揮發(fā)性油組分損失比例與含油率有很好的線性相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)均≥0.99。在此基礎(chǔ)上，提出了針對(duì)特定油品污染土壤含水率測(cè)定的校正公式并給出了經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

4、 (2)通過(guò)柴油在砂土、壤粘土中的連續(xù)入滲和瞬時(shí)入滲試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，砂土中柴油的表觀吸附持留量可高達(dá)12％以上，粘土中表觀吸附持留量可達(dá)9％左右，瞬時(shí)入滲時(shí)柴油的吸附持留量大于連續(xù)入滲。土壤含水率增加，柴油入滲速率增大，但存在臨界含水率，含水率大于臨界含水率，入滲速率隨含水率增大而減小。污染土壤淋濾試驗(yàn)結(jié)果表明，水分淋濾會(huì)導(dǎo)致柴油在土壤中均勻分布并遷移擴(kuò)散，砂土對(duì)柴油的穩(wěn)定吸附持留量是表觀吸附持留量的25％左右，而壤粘土則高達(dá)75％

5、左右。污染介質(zhì)含油率水平可在1％～14％之間變化。 (3)石油污染會(huì)不同程度的降低介質(zhì)的持水能力。柴油污染對(duì)砂土容水度和給水度影響較小，持水度隨含油率升高而減??；原油污染砂土孔隙度、持水度和給水度隨含油率升高而減小。 (4)疏水性石油污染物產(chǎn)生所謂“蓮花效應(yīng)”使得土壤毛細(xì)性減弱。柴油污染砂土毛細(xì)水上升高度隨時(shí)間變化關(guān)系均可用對(duì)數(shù)方程擬合，擬合度>0.92：柴油污染壤粘土毛細(xì)水上升高度隨時(shí)間變化均符合乘冪關(guān)系，相關(guān)性系

6、數(shù)>0.99。毛細(xì)水上升速率隨時(shí)間變化關(guān)系可用乘冪方程擬合，經(jīng)驗(yàn)系數(shù)隨含油率升高而減小。砂土毛細(xì)水上升高度與含油率關(guān)系為負(fù)線性相關(guān)，擬合度R2=0.9956。柴油污染粘土毛細(xì)水上升高度和上升速率亦隨柴油含量的增加而減小。含油量≥1％的原油污染土壤毛細(xì)水上升高度為零。 (5)柴油污染砂土滲透系數(shù)均在10-3數(shù)量級(jí)，原油污染砂土滲透系數(shù)減小至10-4數(shù)量級(jí)。石油污染對(duì)壤粘土滲透性影響顯著，隨含油率升高，柴油、原油污染粘土滲透系數(shù)均

7、從10-5減小至10-8。原油含量大于8％時(shí)形成瀝青質(zhì)防滲層，阻礙土壤水分運(yùn)移，滲透系數(shù)<10-8。滲透性減弱是石油污染物堵塞孔隙和介質(zhì)流體粘滯性增大共同作用的結(jié)果。 (6)界限含水率研究結(jié)果表明，柴油污染土壤液塑限隨含油率增大而減小，塑性指數(shù)不變；隨著含油率的升高；原油污染土壤塑限減小，液限增大，粘度大的原油引起土壤“假性粘度”而導(dǎo)致液限值升高，塑性指數(shù)增大。 (7)柴油和原油均會(huì)導(dǎo)致壤粘土最優(yōu)含水率隨含油率的增加

8、而減小，最大干密度隨含油率變化規(guī)律與油品性質(zhì)有關(guān)。石油污染砂土的干密度較同等含水率砂土大，原油的粘性和潤(rùn)滑作用可使砂土壓實(shí)干密度提高到1.8g/cm3。 (8)剪切性能研究結(jié)果顯示，天然容重壤粘土的粘聚力隨含水率和含油率的上升顯著下降，變化規(guī)律符合線性關(guān)系，原油和柴油對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響明顯小于水。隨原油和柴油含量的升高，雖然壤粘土最大干密度而減小，但最大干密度時(shí)其粘聚力較清潔壤粘土分別提高到1.5倍和2倍以上。石油污染對(duì)非飽和砂