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《中国海洋大学》 2011年
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重质油污染高含盐细粒土修复技术研究

温军杰  
【摘要】:随着石油工业的不断发展,石油造成的有机污染逐渐成为人们关注的焦点。辽河、大港、胜利三大油田在环渤海湾地区已有生产油田29个,其生产过程中的跑、冒、滴、漏等不利因素造成了严重的海滨土石油污染,对此进行深入研究并提出可行的治理方法势在必行。本研究选择胜利油田石油污染土为研究对象,研究开发高含盐、细粒重质油污染土修复技术。 本论文在第1章绪论中评述了目前处理石油污染土壤技术的优缺点后,指出传统技术手段对于土壤中四环以上的稠合芳烃化合物污染修复效果不理想,声化学技术在实现油土混合系统分离方面具有独特的优势,是进行油土均相体系净化很有潜力的技术。在第1章中还介绍了本文的研究内容、研究目标、研究方法及技术路线。鉴于某一污染场地修复方法的选择在很大程度上取决于污染物种类和浓度、土壤结构,以及土壤净化的要求标准和费用,本文在第2章、第3章分别研究了胜利油田重质油的特点和高含盐细粒土的污染特征。前者包括重质油黏温曲线、重质油物性、重质油屈服应力曲线、重质油流变曲线、重质油触变曲线和重质油蜡晶结构等;后者包括土壤粒度成分、可溶盐类型与含量、重质油污染分布特征。本文在第4章研究了声化学反应器热效应与不同工艺参数对污染土中油去除率的影响。为实现对清洗水循环利用的目的,本文在第5章分别研究了利用油田集中供热站燃煤净化含油清洗水的静态吸附实验与动态吸附实验。最后,本文在第6章给出了研究结论与进一步待开展的研究工作。 本论文得出的主要研究成果与结论如下: (1)研究区高凝高含蜡重质油,常温下为黏稠状固体,具有蜡晶形成的网状结构,黏度受温度影响非常明显。常压下凝点为24.1℃,液态条件下为典型的非牛顿流体;温度升高至50℃时,该原油的流变模式遵从宾汉姆流体模型,升温可以破坏其中的蜡晶与沥青胶质的网络结构,促进油样的流变性;当原油温度逐渐降至凝点附近时,流变性质表现出复杂的触变性;含蜡原油的降温速率对其触变性存在着显著的影响,降温速率越大,屈服应力与平衡应力越高。 (2)研究区受石油污染的土为黄河冲积形成的粉土。钙离子含量最高达353.3mg/kg,镁离子含量最高达690mg/kg,碳酸氢根含量最高接近180mg/kg。石油污染物主要分布在油井所在区域的地表面附近,特别是30cm深度范围内,含油量最高达到627.935mg/kg。 (3)实验所用到的声化学反应器热效应不明显,在进行油土净化操作时,需补充外界热源确保系统能够更有效地升温,但温度不宜过高。从理论角度对声化学热效应的机理进行了探讨,认为对于靶点介质,经3000W/cm3高强超声作用1秒后,温升为36℃;而实际上,由于某些原因,实验所用声化学反应器的温升很难出现如此明显情况。泥浆浓度、清洗时间、温度、pH值、投加不同碱性添加剂与微量自由基试剂H2O2等因素对石油烃从细粒海滨土中解吸效果的影响得到考虑。在选用声化学法进行石油污染土的净化时,对于高凝高蜡重质油造成的污染治理,宜选用20℃作为最佳的清洗温度,泥浆浓度(液固质量比)控制在6:1,作用时间5min,投加碳酸钠并调节pH至9,对泥浆及时搅动等措施作为操作控制条件。此时,一级去除率可稳定在90%以上。本研究完善了声热耦合技术净化重质油污染细粒海滨土工艺,发现并运用“压差理论”解释了在超声作用过程中存在处理土的固结现象。另外,从理论上认为促进生成具有表面活性特征的分离剂油酸钠和亚油酸钠的原因为,在泥浆中加入碱性试剂后发生的主要是皂化反应,其导致生成表面活性的物质,从而促进油土之间的分离。在理论探讨上分析了声化学清洗过程反应器热效应机理,以及从微观核外电子杂化轨道角度对影响油土分离过程的作用机理进行了解释。 (4)本研究直接选用胜利油田联合站燃煤阳泉烟煤做吸附剂,在实验室对重质油清洗水进行了吸附净化研究。首先,对煤质进行了分析,其次,确定了泥浆所需的固液分离时间,然后,通过实施温度、pH、吸附时间、吸附剂粒径、吸附剂投加量等因素影响下的静态实验,确定在保证温度20℃、pH值5、吸附时间10min以上、吸附剂粒径尽可能小、投加量大的条件下,可取的较好的吸附净化效果,并测试了进水流量分别为2.5mL/min、5.0 mL/min与10.0mL/min三个不同流量的动态吸附实验。处理后出水可满足后续清洗再利用的要求。 本论文研究了利用声热耦合与煤吸附技术修复治理胜利油田受重质油污染的土壤。研究建立的修复工艺,具有操作简单、运行成本低、可实现快速修复与资源回收双向目的,同时清洗水又可实现循环回用。研究成果的推广应用,对“黄河三角洲高效生态经济区”建设国家战略的实施,具有重要的经济与社会效益。 本论文研究成果申请了2项国家发明专利,撰写发表了4篇文章。论文第1章内容撰写了“超声破解吸持重/黏油土壤研究进展”(土壤通报,2011待刊),论文第3章内容撰写了“环渤海湾海滨土稠油污染特征调查”(化工学报,2011年1月),论文第4章内容撰写了“超声清洗石油污染海滨土的效果与影响因素研究”(化工学报,2011年4月),论文第5章内容撰写了“阳泉烟煤吸附净化重质油污水用于回用”(化工学报,2011待刊)。本论文创新点概括如下: (1)本论文建立了一套利用声热耦合技术进行重质油污染高含盐细粒土修复的工艺参数,在实验室条件下取得了很好的效果,申请了发明专利“声化学方法净化重油污染土技术”(申请号:201010610382.1)。 (2)本论文提出了利用研究区所用的燃煤作污染修复液吸附剂,建立了其对含油清洗污水静态吸附处理的技术方法,申请了发明专利“原煤吸附剂固定床净化重质油污水技术”(申请号:201010610374.7)。
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:X53

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