土壤中石油污染-苏文杰

CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY技能培训（3）题目：土壤中石油污染物的脱附过程的研究二级学院（直属学部）：理学院专业：化学工程与工艺班级：08化学Y2 学生姓名：苏文杰学号：081247112011 年12 月[摘要]了解土壤中石油类污染物来源及危害。

采用批实验法考察了土壤- 有机溶剂体系中高浓度石油污染物的脱附行为, 包括脱附动力学、脱附等温线和平衡参数。

结果表明土壤中石油污染物的脱附过程是一个快速反应过程, 在5 min 内大约80%的污染物得到脱附, 30min 达到平衡, 脱附平衡过程符合Freundlich 模型, 烷烃类有机溶剂的脱附效果更佳.[关键词]有机溶剂，石油，土壤污染，脱附过程目录1 前言 (1)2土壤中石油类污染物来源及危害 ................................ 错误！未定义书签。

2.1石油类污染物产生方式 (3)2.2石油类污染物对土壤生态环境的危害 (3)3石油类污染物在土壤中的环境行为及存在状态 ... 错误！未定义书签。

3.1石油类污染物在土壤中的环境行为 ..................................... 错误！未定义书签。

4.1.1脱附动力学实验 .............................................................. 错误！未定义书签。

3.2石油类污染物在土壤中的存在状态 ..................................... 错误！未定义书签。

4实验部分 .. (3)4.1实验方法 (3)4.1.1脱附动力学实验 .............................................................. 错误！未定义书签。

4.1.2等温脱附实验................................................................... 错误！未定义书签。

4.2计算方法 (3)4.3结果与分析 (3)4.3.1脱附平衡时间................................................................... 错误！未定义书签。

4.3.2等温脱附模型和平衡参数确定................................... 错误！未定义书签。

4.3.3SSR 对等温脱附线的影响........................................... 错误！未定义书签。

5结论 (3)参考文献 ..................................................................................... 错误！未定义书签。

土壤中石油污染物的脱附过程的研究1 前言石油作为一种重要的能源, 其应用范围还在继续拓展, 消耗量也日趋增大, 在石油的开采、炼制、贮运、使用过程中, 由于工艺水平和处理技术的限制,大量含石油类物质的废水、废渣不可避免地排入了土壤, 石油在土壤环境中的大量存在严重影响整个土壤生态系统。

石油污染通常是在勘探、开采、运输及储存过程中引起[18]，尤其在油田区周围土壤中含油量达到10 000 mg·kg-1，远远超过临界值500 mg·kg-1 [1]。

石油进入土壤后随之发生一系列物理、化学和生化作用[2]，其中吸附-脱附作用直接影响着污染物在土壤中的运移和降解过程。

国内外学者通过各种实验研究了迁移规律、迁移机理和传质数学模型]。

研究大多以石油污染物。

土壤中的自然吸附与脱附过程为研究对象，大部分是基于含水介质下的理论模型。

Fergus[7]研究了含水介质中多环芳烃（PAH）吸附-脱附动力学模型，很多学者也是以“土壤-水体”系[8~9]为研究对象，考察石油污染物的吸附和迁移特性和污染特性。

研究结果显示[26]，石油污染物在含水介质中的恢复是一个极其缓慢的释放过程，常需几年甚至几十年。

人类认识污染并掌握其规律的目的是治理和控制污染给环境造成的危害。

针对我国油田区高浓度石油污染[27]，采用有机溶剂萃取法可在短时间内将石油污染物提取出来，经过精馏回收绝大部分原油，有机溶剂经分离后循环使用。

该法相对表面活性剂-水体系修复法，对环境基本无二次污染。

本文以土壤-有机溶剂体系为研究对象，模拟物化修复过程，建立了脱附等温曲线并确定了脱附类型；以期预测石油污染物在土壤-有机溶剂界面的迁移规律，为物化法修复技术提供理论依据。

2土壤中石油类污染物来源及危害2.1石油类污染物产生方式石油类污染物是油田开发和石油加工过程中产生的最重要的污染物, 石油工业的每一个环节都可能产生石油类污染物并污染土壤环境, 污染源具有分布广、排放复杂、影响的全方位性、综合性与双重性, 钻井、采油、输送、发生事故及排放是产生污染的主要环节。

油田钻井时会产生含有石油类污染物的钻井废水和含油泥浆, 来源于冲洗地面设备上的油污、下钻泥浆流失及泥浆循环系统渗漏。

在采油期,正常采油作业会排出采油废水, 洗井时会排出洗井废水, 原油的脱水处理会产生废水, 采油期间设备大检修还会产生含油废水。

还有事故污染，其中包括自然因素和人为因素两种情况: 自然事故包括井喷, 设备故障,采用车辆运输时, 交通事故造成的原油泄漏; 人为事故指各种由人为因素造成的采油设备及输油管线破坏, 人为交通事故引起原油输运车辆的翻车等污染事故[10]。

有调查研究表明, 在胜利、大庆油田油井周围100 m 范围内采集的土壤, 其含油量大多数高于国家标准临界值(500mg/kg)。

油田的接转站、联合站的油罐、沉降罐、污水罐产生的油泥以及隔油池的底泥也会污染土壤, 土壤中石油含量严重超标[11]。

受石油污染的土地面积正在不断扩大, 污染程度也日益严重, 在辽河油田污染严重的区域, 土壤中含油量已经达到10 000 mgök g, 土地不能耕种, 一般需要50 年才能恢复[12]。

2.2石油类污染物对土壤生态环境的危害石油类污染物已列入我国危险废物名录, 在列入的48 种危险废物中, 石油排第8 位[13]。

石油排入土壤后, 能破坏土壤结构, 影响土壤的通透性, 改变土壤有机质的组成和结构, 降低土壤质量。

能积聚在土壤中的石油烃, 大部分是高分子组分, 在植物根系上形成一层粘膜, 阻碍根系的呼吸与吸收功能, 甚至引起根系的腐烂。

石油常常聚集在土壤表层, 而土壤表层常常是农作物根系最发达的区域, 所以石油对土壤的污染程度直接影响到农作物的生长。

由于石油对土壤的污染, 还会导致石油的某些污染物进入粮食中, 导致污染物的生物累积、放大, 不仅影响粮食的质量, 更重要的是使石油污染物进入食物链, 危害人类健康, 造成恶性循环。

进入土壤的石油在向地下渗透过程中还沿地表扩散、侵蚀土层, 使之盐碱化、沥青化、板结化, 在重力作用下沿土壤深部迁移, 由于石油的粘度大、粘滞性强, 在短时间内形成小范围的高浓度污染[15]。

3 石油类污染物在土壤中的环境行为及存在状态3.1石油类污染物在土壤中的环境行为土壤是人类环境的重要组成部分, 是固- 液-气- 生物构成的多介质复杂体系, 石油在土壤中的环境行为主要有迁移、吸附和降解及污染物在土壤中气、液、固相之间分配。

撒落在土壤表面上的石油类污染物会向土壤中入渗, 并在土壤中残留。

由于土壤中存在着大量的有机和无机胶体、土壤动植物和微生物, 使进入土壤中的污染物通过土壤的物理、化学和生物等过程, 不断地被吸附、分解、迁移和转化。

一般石油在土壤中的迁移能力很弱, 使石油污染区的表层土聚集许多原油在土壤中, 石油类物质可以被土壤所吸附, 且土壤中的微生物对石油也有一定的降解作用, 土壤表面的石油还可通过挥发进行自净。

当污染强度较大且小分子烃类含量较高时, 则可以迁移进入地下水含水层中。

3.2石油类污染物在土壤中的存在状态石油类污染物进入土壤后, 由于石油的疏水性,土壤中绝大部分石油类物质被吸附在固体颗粒表面, 呈干态或亚干态的吸附。

除了吸附态以外, 石油类物质在土壤中还有两种存在形式: 一是存在于水相中, 二是逸散于气态环境中。

不同的油品、不同的地域、不同的土壤环境, 其存在状态也不同[17]。

4实验部分4.1实验方法实验土样采自油田区的典型高浓度石油污染土壤, 石油污染物质量分数10% ~ 14% , 研磨后过40目筛自然风干备用; 正己烷、正戊烷、乙酸乙酯等, 均为分析纯。

4.1.1脱附动力学实验分别用乙酸乙酯、复合溶剂（正己烷和正戊烷的混合物），在(20±1)℃下采用批实验法对土样进行萃取，用重量法测定不同萃取时间的含油量，含油量不再发生变化可以视为脱附过程达到平衡。

4.1.2 等温脱附实验取土样10 g 加入80 mL 乙酸乙酯和复合溶剂中，在(20±1) ℃下进行萃取，摇床萃取平衡时间60min。

取上清液备用，采用重量法分别测固液相含油量。

将上述萃取液按不同稀释度进行稀释，在萃取条件维持不变情况下，重复萃取实验，并测定固液相中的含油量。

改变液固比（体积质量比）为4∶1 和6∶1，重复上述实验。

4.2计算方法污染物由土壤颗粒内部及表面扩散或迁移到液相中可以用不同的脱附等温式描述。

由于污染物与土壤颗粒的性质和结构因脱附条件的不同而异，其脱附等温曲线反映着污染物在土壤中脱附机理的信息[4~5]。

常见的有Herny 线性平衡模型、Langmuir 平衡模型、Freundlich 平衡模型和Temkin平衡模型等。

4.3 结果与分析4.3.1 脱附平衡时间液固比为6∶1 的条件，在不同萃取时间分别用复合溶剂和乙酸乙酯对石油污染土壤进行洗脱。

以时间为横坐标，脱油率为纵坐标作图，考察土壤中的石油组份在2 种不同介质中的脱附动力学。

平衡脱附实验数据得出：5 min 内脱油率迅速上升，在10 min 脱油率变化缓慢，15~25 min 内脱油率不再改变，表明土壤中石油含量和溶剂中石油含量不再发生变化，可以认为脱附处于平衡状态，属于动态平衡过程。

由此可见，大约80%的污染物在4~5 min 内得到脱附，20 min 脱油率达到95%左右，其余部分可在30 min 左右脱附。

根据相似相溶原理，石油在烷烃溶剂中的溶解度高于乙酸乙酯，故在相同时间下复合溶剂的脱除量高于乙酸乙酯。

土壤中污染物的脱附过程是一个快速反应过程，污染物质与有机溶剂的相互作用力和亲和力远远大于与土壤的吸附力。