石油污染含水介質的水理和力學特征研究.pdf

1、土壤既是人類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品進入環(huán)境，世界范圍內的土壤石油污染日趨嚴重，對石油污染的處理引起了人們的普遍關注。因此，深入研究石油污染含水介質的水理和力學特征，探討污染土壤的歸宿問題，可以為修復和處理土壤石油污染提供科學的選擇依據，并具有實際應用價值。 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)典型含水介質中的

2、殘留特征和典型石油污染土壤的水理和力學特性。首先，通過室內土柱試驗研究了不同含水介質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，在污染水平內考察了與修復相關的土壤水理性質，研究了不同石油污染物對介質持水性、毛細性和滲透性的影響規(guī)律，發(fā)現了不利于修復的因素。最后，提出石油污染土壤用于建設的出路設想并對相關特性如界限含水率、壓實特性和抗剪強度與石油污染類型和水平的關系進行了探討。另外，試驗還嘗

3、試了對特定石油污染土壤含水率進行校正，并提出了含水率計算的經驗公式。通過上述一系列的試驗研究，得出了一些新的認識和結論，主要包括： (1)土壤含水率校正過程中發(fā)現，石油污染土壤烘干過程中水分揮發(fā)和石油揮發(fā)互不干擾，土壤質地和顆粒級配對石油揮發(fā)有顯著影響，同種石油污染土壤烘干過程可揮發(fā)性油組分損失比例與含油率有很好的線性相關關系，其相關系數均≥0.99。在此基礎上，提出了針對特定油品污染土壤含水率測定的校正公式并給出了經驗系數。

4、 (2)通過柴油在砂土、壤粘土中的連續(xù)入滲和瞬時入滲試驗發(fā)現，砂土中柴油的表觀吸附持留量可高達12％以上，粘土中表觀吸附持留量可達9％左右，瞬時入滲時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。污染土壤淋濾試驗結果表明，水分淋濾會導致柴油在土壤中均勻分布并遷移擴散，砂土對柴油的穩(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75％

5、左右。污染介質含油率水平可在1％～14％之間變化。 (3)石油污染會不同程度的降低介質的持水能力。柴油污染對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生所謂“蓮花效應”使得土壤毛細性減弱。柴油污染砂土毛細水上升高度隨時間變化關系均可用對數方程擬合，擬合度>0.92：柴油污染壤粘土毛細水上升高度隨時間變化均符合乘冪關系，相關性系

6、數>0.99。毛細水上升速率隨時間變化關系可用乘冪方程擬合，經驗系數隨含油率升高而減小。砂土毛細水上升高度與含油率關系為負線性相關，擬合度R2=0.9956。柴油污染粘土毛細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水上升高度為零。 (5)柴油污染砂土滲透系數均在10-3數量級，原油污染砂土滲透系數減小至10-4數量級。石油污染對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均

7、從10-5減小至10-8。原油含量大于8％時形成瀝青質防滲層，阻礙土壤水分運移，滲透系數<10-8。滲透性減弱是石油污染物堵塞孔隙和介質流體粘滯性增大共同作用的結果。 (6)界限含水率研究結果表明，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”而導致液限值升高，塑性指數增大。 (7)柴油和原油均會導致壤粘土最優(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)律與油品性質有關。石油污染砂土的干密度較同等含水率砂土大，原油的粘性和潤滑作用可使砂土壓實干密度提高到1.8g/cm3。 (8)剪切性能研究結果顯示，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)律符合線性關系，原油和柴油對抗剪強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。石油污染對非飽和砂