土壤中石油污染物的脫附研究

李宗蔚

摘 要：使用有機(jī)溶劑萃取法（OSE），對(duì)高濃度石油污染土壤進(jìn)行修復(fù)。經(jīng)過(guò)精餾操作，以有效回收原油，建立脫附等溫曲線(xiàn)，得出了石油污染物在土壤-有機(jī)溶劑兩相間的遷移規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，液固比在3∶1到5∶1的情況下時(shí)，能夠達(dá)到較好的脫附效果。

關(guān) 鍵 詞：石油污染物；脫附；研究

中圖分類(lèi)號(hào)：TE 991 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671-0460（2016）03-0517-02

Abstract： Organic solvent extraction （OSE） was used to remediate high concentration of petroleum contaminated soil. First how to effectively recycle oil by distillation operation was discussed， and then stripping isothermal curve was established， finally the migration pattern of oil pollutants between soil and organic solvent was studied. The experimental results show that， when liquid-solid ratio is in the range of 3：1 to 5：1， good stripping effect can be achieved.

Key words： Oil pollutants； Stripping； Research

在油田開(kāi)采區(qū)域的周?chē)瑹o(wú)論是對(duì)石油資源進(jìn)行勘探、開(kāi)采還是存儲(chǔ)的過(guò)程中，都極有可能會(huì)使周?chē)耐寥朗艿绞偷奈廴?。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在油田周邊的土壤當(dāng)中，含油量一般會(huì)達(dá)到12 000 mg·kg-1以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于臨界值 500 mg·kg-1 [1]。

當(dāng)石油污染物與土壤混合到一起之后，相互之間就會(huì)發(fā)生很多化學(xué)作用。其中最明顯的一個(gè)作用就是吸附-脫附作用，這個(gè)作用對(duì)于污染物在土地中的運(yùn)送和降解都有著有一定的影響[2，3]。

本文主要調(diào)查了我國(guó)油田地區(qū)的石油污染情況，利用有機(jī)溶劑，對(duì)其中的石油進(jìn)行萃取，通過(guò)精餾操作，來(lái)將原油進(jìn)行回收處理，同時(shí)確定了脫附類(lèi)型。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 土壤樣品采集和處理

實(shí)驗(yàn)材料：正己烷、正戊烷、乙酸乙酯（分析純）、被石油污染的土壤等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）脫附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)

利用溶劑（一般為乙酸乙酯、正己烷和正戊烷的混合物）在（20±1）℃的溫度下，采取的實(shí)驗(yàn)方法是批實(shí)驗(yàn)法，對(duì)所檢驗(yàn)的土樣進(jìn)行萃取，做好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄。

（2）等溫脫附實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)步驟：首先要稱(chēng)取10 g的試樣，然后向樣品中加入80 mL的乙酸乙酯和復(fù)合溶劑，設(shè)定的實(shí)驗(yàn)溫度為（20±1）℃，對(duì)樣品進(jìn)行萃取，萃取1h后，抽取上層的清液，運(yùn)用重量法分析其內(nèi)的含油量，同時(shí)測(cè)定液固比（體積質(zhì)量比）為 4∶1 和 6∶1下的含油量，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。

2 計(jì)算方法

本文主要的計(jì)算方法有Herny 線(xiàn)性平衡模型和Freundlich 平衡模型，用以對(duì)土壤中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

（1）Herny 線(xiàn)性平衡模型[4]

如果本次實(shí)驗(yàn)的最后結(jié)果是符合線(xiàn)性平衡模型，則可以根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算：

（1）

式中：Cs為固相濃度，kg·kg-1 soil；Ce 為液相平衡濃度， kg·m-3；Kd表示污染物的固液相分配系數(shù)，單位是m3·kg-1。對(duì)一系列Cs—Ce 作圖，可以確定分配系數(shù)Kd 。

（2）Freundlich 平衡模型[5]

Freundlich 平衡模型的數(shù)學(xué)計(jì)算公式見(jiàn)（2）

（2）

式中，常數(shù)是K和n 。通過(guò)線(xiàn)性變換可得式（3）

（3）

之后對(duì)logCs 和logCe 進(jìn)行畫(huà)圖，以此確定常數(shù)K和n的數(shù)值。

3 結(jié)果與討論

（1）脫附平衡時(shí)間Cs=0.0015Ce=1/1.1975

通過(guò)設(shè)定液固比為6：1，然后測(cè)定了在不同萃取時(shí)間下的脫油率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)在5分鐘內(nèi)，脫油率逐漸提高，在10 min后，趨于平緩，15～25 min內(nèi)不再變化。由此能夠發(fā)現(xiàn)：在土壤中石油含量，以及在溶劑中石油含量處于一個(gè)平衡的狀態(tài)，并且大約有4/5的污染物在5 min之內(nèi)就已經(jīng)脫附，到了20 min時(shí)，基本已經(jīng)脫附完成，而實(shí)驗(yàn)時(shí)間為30 min左右時(shí)，基本已經(jīng)全部完成脫附的過(guò)程。

（2）SSR對(duì)等溫脫附線(xiàn)的影響

在不同SSR情況下，固液相分配系數(shù)與SSR成正比例的關(guān)系，當(dāng)SSR從6∶1的比例上升到8∶1的時(shí)候，在分配系數(shù)方面出現(xiàn)的變化不是很大。當(dāng)SSR增加到一定的數(shù)值后，分配系數(shù)才會(huì)出現(xiàn)一個(gè)恒定的數(shù)值。當(dāng)大于最大的液固化后，在脫油效果上，也不會(huì)有很大的上升。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，得出當(dāng)SSR的比例是6∶1的時(shí)候，比較合適。不過(guò)要考慮后期對(duì)于溶劑的回收方面的價(jià)格要算在內(nèi)，所以，SSR的比例最好不要大于6∶1，應(yīng)該維持在3∶1～5∶1這一個(gè)數(shù)據(jù)段為最佳。

4 結(jié) 論

本文主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了液固比SSR對(duì)萃取的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：土壤中的石油污染物可以在五分鐘之內(nèi)進(jìn)行脫附，到20 min后即可達(dá)到一個(gè)脫附平衡，綜合考慮后期溶劑回收成本，最后得出液固比在3∶1到5∶1是最好的。

參考文獻(xiàn)：

[1] 廉景燕，郭敏，李鑫鋼. 靜態(tài)條件下石油污染物在水-土壤體系中的脫附特性[J]. 化工進(jìn)展，2009（08）：23-36.

[2] 李國(guó)玉，馬巍，穆彥虎，李興柏，毛云程. 多年凍土區(qū)石油污染物遷移過(guò)程試驗(yàn)研究[J]. 巖土力學(xué)， 2011（51）：67-70.

[3] 胡紅亮，劉國(guó)東，余世嬌，李龍國(guó). 石油污染物在濱海潛水層中的遷移預(yù)測(cè)[J]. 人民黃河， 2011（08）：53-57.

[4] 陳虹，陳穎，全燮，等.土壤-水體系中固/液比對(duì)溶解性石油烴吸附的影響[J].環(huán)境科學(xué)，2007，28（6）：1295-1299.

[5] 陶雪琴，黨志，盧桂寧.等.污染土壤中多環(huán)芳烴的微生物降解及其機(jī)理研究進(jìn)展[J].礦物巖石地球化學(xué)通報(bào)，2003，22（4）：356-360.