济南炼油厂地下水系统石油烃污染机理研究

摘要

济南炼油厂坐落于济南特大岩溶裂隙水水源地的补给—径流区，炼油厂在30多年的生产过程中跑、冒、滴、漏事故不断发生，生产过程中所产生高含量的石油烃废水，致使大量石油烃进入到地下水系统中，污染包气带和含水层。石油烃中含有多种致癌、致畸和致突变的潜在性化学物质，进入人体后，能溶解细胞膜和干扰酶系统，引起肝、肾等内脏病变。因此对该炼油厂的地下水系统石油烃污染现状、污染物存在形式和分布特点、石油烃的吸附和解吸、石油烃迁移预测模型及其污染迁移机理进行探讨，总结出炼油厂地下水系统石油烃污染机理，为控制和治理该地区的地下水系统石油烃污染，确保饮用水达到水质标准，提供科学依据。主要研究内容和成果如下： 1．探讨了以炼油厂为中心的方圆19.92 km2研究区域的地理环境条件及其水文地质条件。分析地下水石油烃类含量发现地下水系统石油污染区主要分布在厂区及厂区以北的区域，污染面积达3.23 km2，最高含量可达到15.75 mg/L，甚至在深达508 m的钻孔取样中检测到石油烃含量为1.17 mg/L；同时土层中的含油量也较高，厂区地表石油烃含量最高达到456.00 mg/kg，地表下5m含量依然很高。 2．研究了包气带土壤用量、离子强度、pH对石油烃的吸附和释放过程的影响。探讨了动力学过程发现：土壤对石油烃类吸附与释放速度较快，但是释放达到动态平衡的速度大于吸附；在最佳吸附条件下厂区土壤吸附石油烃符合Langmuir类型。 3．含石油烃污水淋滤原状土柱实验表明土壤的石油烃截取率较高，且渗水中石油烃浓度随着时间呈现逐渐增长的趋势。当进水浓度相同，土壤渗透系数相近时，土壤的截取率还与进水的时间间隔有关，间隔进水时的土壤截取率大于连续进水。 4．土柱清水淋滤实验研究了含石油烃污土释放石油烃类的动力学过程。研究表明实验条件下石油烃类释放量很小，石油烃类释放的水相油浓度随时间呈现先增长后降低的趋势，最高含量为2.042 mg/L。同时发现没有新的污染源的前提下，土壤受污染的时间越长渗滤液中石油烃含量越低。 5．根据实验数据分别建立了含石油烃污土淋滤释放石油烃类的数学模型，非水溶态石油烃类污染物和水溶态石油烃类污染物在包气带中迁移的数学模型，模型计算值与实验值吻合较好。 6．利用Ⅰ131同位素做示踪剂进行野外弥散试验，根据稀释示踪原理得出研究区域的水文地质参数：地下水天然流速为13 m/d，含水层的厚度与裂隙率之积为0.118，地下岩溶裂隙水的弥散度为1.6。 7．地下水石油烃污染预测模型发现济南炼油厂地下水石油烃类污染域将不断扩大，预测的总体误差为3.75％。预测到2013年枯水期地下水石油烃类污染面积达6.37km2，丰水期地下水石油烃类污染面积达7.17 km2。 8．探讨了石油烃在包气带的吸附解吸迁移机理和石油烃在地下水中的迁移机理，总结了研究区内地下水系统中石油烃污染机理。

目录

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第一章绪论

1.1课题来源

1.2研究目的和意义

1.3石油类污染物的物质构成

1.4石油烃类污染物的危害

1.5国内外研究现状

1.5.1地下水系统石油烃污染

1.5.2地下水系统石油烃迁移模型

1.5.3地下水系统石油烃污染治理

1.5.4存在问题

1.6研究目标和内容

1.6.1研究目标

1.6.2研究内容

第二章研究区概况

2.1自然环境条件

2.1.1自然地理环境条件

2.1.2环境水文地质条件

2.2地下水系统石油烃污染源

2.2.1沟渠及污水坑渗漏

2.2.2跑冒事故造成污染物渗漏

2.2.3污染土层面状淋滤

2.2.4垃圾坑的污水淋渗污染

2.3地下水系统石油烃存在形式

2.3.1混合于地下水体中的乳化油

2.3.2地下水中的溶解油

2.3.3固相微粒吸附油

2.4地下水系统石油烃污染途径

2.4.1石油烃污染物通过石灰岩直接入渗

2.4.2石油烃污染物通过双层介质入渗

2.4.3受石油烃污染的地下水二次污染

2.5地下水石油烃类污染评价

2.5.1评价依据

2.5.2污染范围

2.6浮油的污染分析

2.7本章小结

第三章石油烃在土壤中的吸附与解析

3.1实验设备与材料

3.1.1实验仪器

3.1.2实验材料

3.2.1土壤中石油烃类的分析方法

3.2.2水中石油烃类的分析方法

3.3土壤对石油烃类物质的吸附研究

3.3.1吸附理论

3.3.2土壤用量对吸附的影响

3.3.3 pH对吸附的影响

3.3.4离子强度对吸附的影响

3.3.5吸附动力学过程

3.3.6吸附等温曲线

3.4石油烃类物质的释放研究

3.4.1土壤用量对释放的影响

3.4.2 pH对释放的影响

3.4.3离子强度对释放的影响

3.4.4释放动力学过程

3.5本章小结

第四章石油烃在包气带的迁移

4.1实验装置

4.2渗透系数

4.2.1渗透系数的影响因素

4.2.2渗透系数的测定

4.3原状土柱污水淋滤实验

4.3.1实验材料

4.3.2实验过程

4.4污土土柱清水淋滤实验

4.4.1实验材料

4.4.2实验过程

4.4.3含石油烃污土清水淋滤释放动力学数学模型

4.5污土存放时间对石油烃释放的影响

4.6含油污土淋滤释放石油烃机理

4.7迁移模型

4.7.1非水溶态石油烃类迁移的数学模型

4.7.2水溶态石油烃类迁移的数学模型

4.8石油烃在包气带迁移机理

4.8.1非水溶态石油烃类迁移机理

4.8.2水溶态石油烃类迁移机理

4.9本章小结

第五章石油烃在地下水中的迁移

5.1野外弥散试验及水文地质参数

5.1.1试验地点及孔的选择

5.1.2实验原理

5.1.3实验步骤

5.1.4实验结果

5.2地下水石油烃类污染迁移预测

5.2.1方法选择

5.2.2预测模型

5.2.3地下水石油烃类污染预测结果

5.3地下水石油烃类迁移机理

5.4本章小结

第六章地下水系统石油烃污染机理

6.1吸附作用

6.1.1第四系粘土层的吸附作用

6.1.2包气带的吸附作用

6.2溶解淋滤释放作用

6.3毛细带作用

6.4沉淀作用

6.5生物作用

6.5.1微生物作用

6.5.2植物摄取

6.6氧化还原作用

6.7地下水中石油烃的运移

第七章结论

参考文献

致 谢

附录A在校期间发表学术论文