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石油及其炼制品是当今社会最重要的能源,随着石油开采活动日益频繁,石油运输日趋活跃,溢油事故也日益增多。溢油一旦发生将会对人们的生活生产以及对当地的陆生生态系统以及水生生态系统产生长期的严重的危害。常用的吸油树脂成本高,制备工艺复杂,吸油后回收处理相对困难,难于降解,处理不当有可能造成二次污染。寻找价廉、高效的环境友好型吸附剂,对溢油事故进行有效处理,降低溢油事故的处理成本,提高吸附效率,已成为环境污染治理中亟待解决的问题。
本文以农林业废弃物杉木锯屑、玉米秸秆作为吸油材料,0#柴油为吸附对象进行室内模拟实验。研究了这两种材料在未改性条件下在纯油及油水样中的吸油能力,并对两种材料进行热改性,通过吸油性能实验研究得出最佳热改性条件。并对两种材料在未改性条件以及最佳热改性条件下吸油后在水中的漂浮性能进行了研究。本文还通过正交设计实验对影响两种材料吸油性能以及对柴油的去除率的主要因素如粒径、投加量、振荡频率、油膜厚度以及盐度进行了研究,用极差分析方法进行分析,并对优化条件进行了讨论,以期为农林废弃物的开发利用以及治理我国地表水环境石油污染问题提供良好的技术来源和经验。主要结论如下:
1、吸附性实验结果表明,未改性的两种材料吸油速率都很快,5 min即可达到饱和状态。木屑与玉米秸秆在纯油介质中的饱和吸附量分别为8.20g/g,7.03g/g,在油水混合物介质中的饱和吸附量分别为8.08g/g、7.02g/g。木屑与玉米秸秆较快的吸油速率以及良好的吸油性能对漏油事故的应急处置有显著的优势。
2、漂浮性实验结果表明:振荡使得两种未改性材料的漂浮率明显降低,相对于静止状态,振荡频率对两种材料的漂浮性能有明显的影响,即有风浪条件下吸油材料的漂浮率明显低于无风时的漂浮率。静止状态下木屑与玉米秸秆的漂浮率分别为91.7%、58.4%;振荡频率为150r/min时木屑与玉米秸秆的漂浮率分别为67.5%、15.2%,无论静止状态还是振荡状态下木屑的漂浮性都明显好于玉米秸秆的漂浮性能。木屑在水面溢油中表现出良好的漂浮性,在处理水面溢油时,可在风浪较大的水面使用,而玉米秸秆的漂浮性能不是很好,仅适用于溢油发生在较为平静的水面,在使用玉米秸秆作为吸油材料时,应尽可能在短时间内进行打捞,以免沉入水底,造成二次污染。
3、正交试验表明:各因素对玉米秸秆除油率以及吸油量影响的显著性顺序分别为:投加量>振荡频率>粒径>盐度>油膜厚度;油膜厚度>振荡频率>投加量>盐度>粒径。各因素对木屑除油率以及吸油量影响的显著性顺序分别为:投加量>油膜厚度>粒径>振荡频率;油膜厚度>投加量>粒径>振荡频率。
综合除油率与吸附量两个指标,玉米秸秆与木屑在用于处置溢油污染时最佳条件归纳如下:玉米秸秆粒径为830~1700μm,投加量0.29g,振荡频率0r/min,油膜厚度0.55mm;木屑粒径830~1700μm,投加量0.25g,振荡频率0r/min,油膜厚度0.55mm。在此投加条件下既能使吸油材料对溢油的去除率即可高达99%以上,又能使得吸油材料吸油量接近材料本身饱和吸油量,不会造成资源浪费。
4、热改性实验证明:木屑的最佳炭化条件为700℃炭化3小时,玉米秸秆的最佳炭化条件为:600℃炭化3小时。炭化木屑与玉米秸秆与改性之前相比,吸油性能明显提高。炭化木屑吸附量是未改性之前的1.44倍,炭化玉米秸秆吸附量是未改性之前的1.6倍。
5、热改性材料漂浮性实验证明:炭化可以明显提高木屑与玉米秸秆的漂浮性能。振荡与否对炭化后的两种材料的漂浮性几乎没有影响,两种炭化材料吸附水面溢油后无论在静止状态还是振荡状态下都可以长时间漂浮在水面上不会下沉产生二次污染。
6、正交试验表明:各因素对炭化木屑除油率以及吸油量影响的显著性顺序分别为:投加量>油膜厚度>粒径>振荡频率,油膜厚度>投加量>振荡频率>粒径;各因素对炭化玉米秸秆除油率以及吸油量影响的显著性顺序分别为:油膜厚度>粒径>投加量>振荡频率,油膜厚度>投加量>粒径>振荡频率。
综合除油率与吸附量两个指标,炭化玉米秸秆与炭化木屑在用于处置溢油污染时最佳条件归纳如下:玉米秸秆粒径为32-40目(即380~500μm),投加量0.18g,振荡频率0r/min,油膜厚度0.55mm;木屑粒径为32-40目(即380~500μm),投加量0.18g,振荡频率120r/min,油膜厚度0.55mm。