多孔介質(zhì)中柴油的揮發(fā)和殘留特性

多孔介質(zhì)中柴油的揮發(fā)和殘留特性馬艷飛;鄭西來;馮雪冬;潘嘉芬;梁春【摘要】研究了柴油在多孔介質(zhì)中的揮發(fā)、淋溶和殘留特性.實驗結(jié)果表明:亞軸土中柴油揮發(fā)率最高，達(dá)22.1%;細(xì)砂次之，為19.8%;粗砂最低，為12.4%;初始階段淋溶液中柴油質(zhì)量濃度較高,隨后逐漸減小并趨于穩(wěn)定;淋溶狀態(tài)下，粗砂、細(xì)砂和亞軸土中柴油釋放速率依次降低;揮發(fā)和淋溶后，粗砂、細(xì)砂和亞軸土中的柴油殘留量為30.0~40.0mg/g;亞軸土中的柴油極限殘留量最高在2.0mg/g以上,粗砂中的柴油極限殘留量最低，約0.1mg/g.%Thevolatilization,leachingandresidenceofdieseloilinporousmediumwerestudied.Theexperimentalresultsshowthat:Thevolatilizationratesofdieseloilinloam,finesandandcoarsesandare22.1%,19.8%and12.4%respectively;Themassconcentrationofoilinleachingeffluentishighintheinitialstage,thenisdecreasedgraduallyandistendedtobestable;Duringtheleachingprocess,thereleaseratesofdieseloilfromcoarsesand,finesandandloamaredecreasedinturn;Aftervolatilizationandleaching,thedieseloilresiduesincoarsesand,finesandandloamare30.0-40.0mg/g;Thedieseloilresiduelimitinloamisthehighest(over2.0mg/g),whilethatincoarsesandisthelowest(about0.1mg/g).【期刊名稱】《化工環(huán)?！贰灸?卷)，期】2011(031)005【總頁數(shù)】4頁(P385-388)【關(guān)鍵詞】柴油;多孔介質(zhì);揮發(fā);淋溶;殘留【作者】馬艷飛;鄭西來;馮雪冬;潘嘉芬;梁春【作者單位】山東理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院仙東淄博255091;中國海洋大學(xué)海洋環(huán)境與生態(tài)教育部重點實驗室,山東青島266100;山東理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院仙東淄博255091;山東理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院仙東淄博255091;中國海洋大學(xué)海洋環(huán)境與生態(tài)教育部重點實驗室,山東青島266100【正文語種】中文【中圖分類】X703.5石油泄漏或灑落對土壤和地下水將造成污染，并威脅著區(qū)域的生態(tài)環(huán)境。土壤的礦物組成、有機(jī)質(zhì)含量和顆粒大小等理化性質(zhì)影響土壤中石油的吸附、揮發(fā)、淋溶、降解和殘留等行為［1-4］。目前國內(nèi)夕卜學(xué)者大多將石油與多孔介質(zhì)混勻，分別研究石油的揮發(fā)、釋放和生物降解等特性［5-9］。本工作將柴油覆蓋在多孔介質(zhì)表面，研究了柴油在多孔介質(zhì)中的揮發(fā)、淋溶和殘留特性，對石油污染土壤的環(huán)境影響評價和修復(fù)工作具有重要的指導(dǎo)意義。1.1材料和儀器實驗所用粗砂和細(xì)砂為淄博市淄河河灘天然沉積砂;亞黏土采集于淄博市大武水源地附近耕作土表層40~50cm以下。該3種實驗用多孔介質(zhì)試樣經(jīng)自然風(fēng)干、除雜、過2mm篩后，儲存于帶蓋的容器中。多孔介質(zhì)的粒徑分布和其他性質(zhì)參數(shù)見表1。實驗所用柴油為中國石化齊魯石化股份有限公司產(chǎn)0#柴油，密度為0.848g/cm3，黏滯系數(shù)為3.56-4.05mPa?s。KQ-100型超聲振蕩器:上?？茖?dǎo)超聲儀器有限公司;TDL-5-A型中速離心機(jī):北京醫(yī)用離心機(jī)廠;D100B型恒流泵:上海青浦滬西儀器廠;752型紫外-可見分光光度計:上海精密科學(xué)儀器有限公司;LS-B50L型立式壓力蒸汽滅菌器:上海綠宇生物科技有限公司;ZD-85型恒溫水浴振蕩器:金壇市榮華儀器制造有限公司。1.2實驗方法1.2.1柴油揮發(fā)將粗砂、細(xì)砂和亞黏土在12UC下高壓滅菌20min，重復(fù)3次。將滅菌后的粗砂、細(xì)砂和亞黏土以不同的堆積密度分別裝入內(nèi)徑為5.9cm、高為10.0cm的有機(jī)玻璃柱中，每次裝填高度為1.0cm，直至多孔介質(zhì)層高9.0cm。在通風(fēng)櫥中向多孔介質(zhì)表面分別加入15g柴油，用分析天平稱取多孔介質(zhì)柱的質(zhì)量并用秒表計時，每隔一段時間稱重一次，用差減法得出的數(shù)據(jù)即為該時間段內(nèi)柴油的揮發(fā)量，多孔介質(zhì)柱前后2次質(zhì)量差小于0.05g時，實驗結(jié)束。通過揮發(fā)量計算揮發(fā)率。1.2.2柴油淋溶揮發(fā)實驗結(jié)束后，以質(zhì)量濃度為200mg/L的NaN3溶液淋溶粗砂、細(xì)砂和亞黏土柱中的柴油以消除微生物的降解作用，NaN3溶液的流量分別為5.00,1.00,0.12mL/min，由上端進(jìn)水，下端出水，用量筒收集出水，每100mL為1個試樣。以連續(xù)進(jìn)水的方式用NaN3溶液淋溶亞黏土和細(xì)砂柱;粗砂柱淋溶過程分4個階段：階段1先用NaN3溶液淋溶;階段2以體積分?jǐn)?shù)為10%的乙醇溶液淋溶；間隔14h后階段3仍用10%的乙醇溶液淋溶;再間隔14h后階段4用NaN3溶液淋溶。采用超聲萃取一紫外分光光度法測定淋溶出水的柴油濃度［10］。當(dāng)出水中柴油濃度趨于穩(wěn)定后，停止進(jìn)水，淋溶實驗結(jié)束。1.2.3柴油殘留將多孔介質(zhì)柱中的含油多孔介質(zhì)試樣轉(zhuǎn)移至燒杯中并混勻，測定其中的柴油殘留量。同時準(zhǔn)確稱取一定量的含油多孔介質(zhì)試樣放入離心管中并加入100mL蒸餾水，在振蕩器上振蕩10min，以3000r/min的轉(zhuǎn)速離心分離5min后，用蒸餾水反復(fù)多次清洗多孔介質(zhì)試樣直至清洗液中柴油的質(zhì)量濃度低于1mg/L,測定多孔介質(zhì)試樣中柴油的含量，確定多孔介質(zhì)中柴油的極限殘留量。2.1多孔介質(zhì)中的柴油揮發(fā)率多孔介質(zhì)中柴油揮發(fā)率與揮發(fā)時間的關(guān)系見圖1。由圖1可見:多孔介質(zhì)中柴油達(dá)到揮發(fā)平衡后，亞黏土中柴油揮發(fā)率最高，達(dá)22.1%;細(xì)砂次之，為19.8%;粗砂最低，為12.4%;柴油在堆積密度1.48g/cm3的粗砂中的揮發(fā)率比在堆積密度1.60g/cm3的粗砂中高1.0%;柴油在堆積密度1.46g/cm3的細(xì)砂中揮發(fā)率較在其他2種堆積密度的細(xì)砂中高0.2%;柴油在堆積密度1.45g/cm3的亞黏土中的揮發(fā)率比堆積密度1.17g/cm3的亞黏土中高1.0%。多孔介質(zhì)中柴油揮發(fā)分為快速和慢速兩個階段。粗砂中柴油揮發(fā)的快速階段歷時短，柴油在11d內(nèi)的揮發(fā)量占總揮發(fā)量的78.0%;而細(xì)砂和亞黏土中柴油在22d內(nèi)的揮發(fā)量分別占總揮發(fā)量的76.1%和72.7%。3種多孔介質(zhì)中，亞黏土的平均粒徑最小，持油能力最強，因此與粗砂和細(xì)砂相比，亞黏土中柴油處于淺層，揮發(fā)組分通過孔隙到達(dá)介質(zhì)表面的遷移路徑短，同時亞黏土較大的比表面積擴(kuò)大了柴油與空氣的接觸面積，有利于柴油的揮發(fā)。且柴油在堆積密度大的亞黏土中遷移深度較小，處于淺層的柴油更易揮發(fā)。粗砂持油能力差，柴油縱向遷移快且達(dá)到了土柱底部，在相同土柱高度下，粗砂堆積密度越小，顆粒間孔隙越大，柴油與空氣接觸面積就越大，因此柴油在低堆積密度粗砂中揮發(fā)更快。細(xì)砂的堆積密度對細(xì)砂中柴油揮發(fā)的影響不明顯。2.2淋溶液中柴油質(zhì)量濃度的變化3種多孔介質(zhì)淋溶液中柴油質(zhì)量濃度的變化見圖2~圖4。由圖2~圖4可見:初始階段淋溶液中柴油質(zhì)量濃度較高，隨后逐漸減小并趨于穩(wěn)定。由圖2可見:在淋溶粗砂中柴油的每個階段，淋溶液中柴油質(zhì)量濃度隨淋溶液體積增加而減小，粗砂的顆粒間孔隙大，孔隙中柴油在淋溶液沖刷下不斷釋放;在連續(xù)淋溶的1,2階段，淋溶液中柴油質(zhì)量濃度較高;由于乙醇溶液溶解柴油的能力強，階段3的淋溶液中柴油質(zhì)量濃度明顯高于階段2;在間歇期間乙醇溶液與粗砂中的柴油充分接觸，有助于柴油溶解于淋溶液中;但間歇后用NaN3溶液淋溶，淋溶液中柴油質(zhì)量濃度較前一階段略低。由圖3可見:細(xì)砂淋溶液中柴油質(zhì)量濃度波動較大，細(xì)砂顆粒間孔隙小，淋溶液流經(jīng)細(xì)砂柱的速率慢，因此細(xì)砂中柴油在淋溶狀態(tài)下釋放較慢;當(dāng)淋溶液體積大于2300mL后，淋溶液中柴油質(zhì)量濃度較穩(wěn)定。由圖4可見:當(dāng)淋溶液體積大于500mL后，亞黏土淋溶液中柴油質(zhì)量濃度在10mg/L左右，變化不大；亞黏土顆粒細(xì)小且含有一定量的有機(jī)質(zhì)，對柴油的吸附和截留能力均較強［11］,因此在淋溶狀態(tài)下亞黏土中柴油的釋放速率最慢。2.3多孔介質(zhì)中的柴油殘留量和柴油極限殘留量多孔介質(zhì)中的柴油殘留量和柴油極限殘留量見圖5。由圖5可見:粗砂、細(xì)砂和亞黏土中的柴油殘留量處于相同的數(shù)量級，介于30.0-40.0mg/g之間;亞黏土中的柴油極限殘留量最高，在2.0mg/g以上，粗砂中的柴油極限殘留量最低，約0.1mg/g，可見顆粒細(xì)小且有機(jī)質(zhì)含量較高的介質(zhì)吸附和截留柴油的能力強，柴油殘留量大［12］，說明粗砂中柴油更易釋放，在雨水和河流等沖刷下將不斷釋放并向介質(zhì)深處遷移。綜合粗砂、細(xì)砂和亞黏土中柴油的揮發(fā)、淋溶和殘留特點，在污染初期應(yīng)著重控制顆粒較大的多孔介質(zhì)中柴油向地下的遷移路徑，避免地下水受到污染。a）柴油在多孔介質(zhì)中的揮發(fā)特性研究結(jié)果表明，柴油達(dá)到揮發(fā)平衡后，亞黏土中柴油揮發(fā)率最高，達(dá)22.1%;細(xì)砂次之，為19.8%;粗砂最低，為12.4%。柴油在堆積密度1.48g/cm3的粗砂中的揮發(fā)率比在堆積密度1.60g/cm3的粗砂中高1.0%;柴油在堆積密度1.46g/cm3的細(xì)砂中的揮發(fā)率較在其他2種堆積密度的細(xì)砂中高0.2%;柴油在堆積密度1.45g/cm3的亞黏土中的揮發(fā)率比堆積密度1.17g/cm3的亞黏土中高1.0%。淋溶初始階段淋溶液中的柴油質(zhì)量濃度較高，隨后逐漸減小并趨于穩(wěn)定。淋溶狀態(tài)下，粗砂、細(xì)砂和亞粘土中的柴油釋放速度依次降低。揮發(fā)和淋溶后，粗砂、細(xì)砂和亞黏土中的柴油殘留量處于相同的數(shù)量級，為30.0-40.0mg/g;亞黏土中的柴油極限殘留量最高，在2.0mg/g以上，粗砂中的柴油極限殘留量最低，約0.1mg/g?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】[1]BrooksRH,CoreyAT.Propertiesofporousmediaaffectingfluidflow[J].JIrrigatDrainDivis,1966,92:61-88.[2]FingasMF.Studiesontheevaporationofcrudeoilandpetroleumproducts:II.Boundarylayerregulation[J].JHazardMater,1998,57:41-58.[3]HoagGE,MarleyMC.Gasolineresidualsaturationinunsaturateduniformaquifermaterials[J].JEnvironEng,1986,112:586-604.童玲，鄭西來，李梅，等.不同下墊面苯系物的揮發(fā)行為研究[J].環(huán)境科學(xué)，2008,29(7):2058-2062.劉鵬，李大平，王曉梅，等.石油污染土壤的生物修復(fù)技術(shù)研究[J].化工環(huán)保，2006,26(2):91-94.[6]WipflerEL,NessM,BreedveldGD,etal.InfiltrationandredistributionofLNAPLintounsaturatedlayeredporousmedia[J].JContaminHydrol,2004,71:47-66.[7]RadheySS,MostafaHAM.AnexperimentalinvestigationofLNAPLmigrationinanunsaturated/saturatedsand[J].EngGeology,2003,70:305-313.[8]DekkerTJ,AbriolaLM.Theinfluenceoffield-scaleheterogeneityontheinfiltrationandentrapmentofdensenon-aqueousphaseliquidsinsaturatedformations[J].JContaminHydrol,2000,42:187-218.[9]徐金蘭，黃廷林，唐智新，等.石油污染土壤生物修復(fù)高效菌的降解特性[J].石油學(xué)報:石油加工，2009,25(4):570-576.[10]王敏，趙冬寶.紫外分光光度法測定污水中油含量的改進(jìn)[J].水道港口，2006,(3):195-197.[11]NancyJH,ThomasCV,RogerBW