地下水含水层介质对典型石油烃组分的吸附特征

论文摘要

随着全球经济的快速发展,石油工业在许多国家和地区都占据了重要的经济地位。然而石油在勘探开发的过程中,从钻井工程施工到采油、工艺处理、输油、储油等各个环节,都造成了石油的泄漏,长期大量的油气开采在井场及石油管线等附近,形成了大量落地油,呈片状或点状分布,对地下水土造成了严重污染,不仅对生态环境和人类健康构成严重威胁,而且也造成了巨大经济损失。所以研究石油类污染物在地下水环境中的迁移转化就显得尤为重要,而吸附过程是决定石油烃类污染物在地下水环境中迁移的一个关键的过程。所以本论文研究了地下水含水层介质对典型石油烃组分的吸附特征,以及研究不同因素对其的影响,为石油污染场地污染物水土修复方案提供理论依据。本实验采用自制旋转吸附装置研究了某油田地区地下水含水层四种典型介质粉砂、中砂、粗砂、砾砂对典型石油烃组分苯和菲的吸附动力学和热力学规律,以及在不同温度、pH和盐度下粗砂吸附萘的热力学。吸附动力学实验结果表明,污染场地的四种含水层介质(粉砂、中砂、粗砂、砾砂)无论对单一组分溶液还是混合组分溶液中苯、菲的吸附动力学规律都符合准二级动力学方程。而且四种含水层介质对单一组分合混合组分溶液中苯、菲的吸附速率大小顺序均为粉砂>中砂>粗砂>砾砂,并且在粉砂上吸附最快,在砾砂上吸附最慢,这可能是由于一般情况下,固相介质的比表面积越大,污染物就越容易发生吸附。与单一组分溶液中苯、菲的吸附速率相比,在混合溶液中苯、菲的吸附速率更快,其原因可能是在混合溶液中有其他有机污染物被吸附在固相介质上,使得砂土TOC值增大,导致了苯和菲更容易吸附在固相介质上,从而提高了吸附速率。吸附热力学实验结果表明,污染场地四种含水层介质(粉砂、中砂、粗砂、砾砂)无论对单一组分溶液还是混合组分溶液中苯、菲的吸附热力学过程都可用Henry线性吸附模型来描述。而且单一组分和混合组分溶液中的苯、菲在四种含水层介质上的吸附能力大小顺序均为：粉砂>中砂>粗砂>砾砂,在粉砂上吸附量最大,在砾砂上吸附量最小,这可能是由于四种固相介质对苯和菲的吸附均符合Henry吸附模式,也即其吸附的实质是分配吸附,因而固相介质上有机质含量越高,污染物也就会越容易发生吸附,这种结果与四种固相介质的比表面积以及TOC含量的大小是一致的。此外,与单一组分溶液中苯的吸附量相比,在混合溶液中苯的吸附量增加,菲的吸附量减小,其原因可能是在混合溶液中,苯相对于其他有机组分其在水中的溶解度较大,不易被吸附在固相介质上,但是由于在混合溶液中固相介质吸附了其他有机组分导致固相介质的TOC增大,所以苯的吸附量也随之增大；菲相对于其他有机组分来说是最容易吸附在固相介质上的,但是由于固相介质的吸附位的数量是有限的,其他有机组分会同菲在固相表面发生强烈的竞争吸附,使得可利用的吸附位数量减少,从而导致了菲的吸附量降低。在粗砂吸附萘的实验中,萘在粗砂的吸附量随着温度的升高而减小,随着pH的增大而减小,随着盐度的增大而变大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 石油烃类污染物的危害
• 1.2 石油烃类污染物对地下水的污染
• 1.2.1 石油烃类污染物污染地下水的现状
• 1.2.2 石油烃类污染物污染地下水的途径
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 吸附的基本概念
• 1.3.2 石油烃类污染物在土壤中的吸附机理研究现状
• 1.3.3 石油烃类污染物在土壤中的吸附影响因素研究现状
• 1.4 论文的研究目的意义和研究内容
• 1.4.1 论文的研究目的和意义
• 1.4.2 论文的研究内容
• 第2章 实验材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 主要试剂
• 2.1.2 主要仪器
• 2.1.3 供试砂土的采集和预处理
• 2.1.4 供试地下水的采集和预处理
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 储备液的配制
• 2.2.2 吸附动力学实验方法
• 2.2.3 吸附热力学实验方法
• 2.2.4 影响因素实验方法
• 2.2.5 分析方法
• 2.2.6 数据处理
• 第3章 苯、菲在不同含水层介质上的吸附动力学
• 3.1 单一组分溶液中苯、菲在不同含水层介质上的吸附动力学
• 3.1.1 苯在不同含水层介质上的吸附动力学
• 3.1.2 菲在不同含水层介质上的吸附动力学
• 3.2 混合组分溶液中苯、菲在不同含水层介质上的吸附动力学
• 3.2.1 苯在不同含水层介质上的吸附动力学
• 3.2.2 菲在不同含水层介质上的吸附动力学
• 3.3 本章小结
• 第4章 苯、菲在不同含水层介质上的吸附热力学
• 4.1 单一组分溶液中苯、菲在不同含水层介质上的吸附热力学
• 4.1.1 苯在不同含水层介质上的吸附热力学
• 4.1.2 菲在不同含水层介质上的吸附热力学
• 4.2 混合组分溶液中苯、菲在不同含水层介质上的吸附热力学
• 4.2.1 苯在不同含水层介质上的吸附热力学
• 4.2.2 菲在不同含水层介质上的吸附热力学
• 4.3 本章小结
• 第5章 不同因素对粗砂吸附萘的影响
• 5.1 温度的影响
• 5.2 pH的影响
• 5.3 盐度的影响
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果
• 致谢