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石油工业在能源领域的突出地位已使其成为了国家综合实力的重要指征。在当前科学技术和管理水平的制约下,各国石油工业的大规模发展以及石油产品大规模、广范围的运输和使用,使大量石油类物质通过各种可能的途径进入到环境中。土壤环境天然净化污染物的特殊功能和该功能的超负荷利用,使土壤成为了石油污染的主要污染受体之一,尤其在油田、石油化工厂等区域土壤石油污染已成为了亟待解决的环境问题。石油类污染物质的非水相流体特性和土壤多介质环境的多孔性、多相性及相对封闭性,使石油污染的土壤具有长期潜在污染源的特性,因此土壤环境保护受到了社会各界的普遍关注,石油污染土壤修复技术也成为了当前研究的热点。
本文以环境工程学科基本原理为基础,基于当前一些土壤总石油烃测(TPH)试方法或由于前处理过程失真或由于高成本而面临的尴尬局面,从土壤基体效应出发逆向利用土壤多相体系成功建立了土壤中总石油烃测试的土壤-水悬浊液体系;针对当前土壤石油污染问题的严重性,重点对粘性土壤石油污染的修复问题进行了研究。通过均匀试验设计确定了表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)洗涤粘性土壤石油污染物的最优条件,研究了最优条件下洗涤过程的解吸动力学和超声增强效应,分析和评估了SDS洗涤过程可能造成土壤表面活性剂残留的环境风险;通过Fenton氧化法对洗涤废液的氧化去除试验,成功建立了土壤石油污染SDS洗涤-Fenton氧化联合修复技术并对联合技术进行了一体化设计。
本文首先对土壤-水悬浊液体系IR法测定土壤中的总石油烃进行了研究。体系稳定度(以水土比表征)、振荡强度以及振荡时间对体系石油烃萃取效率具有重要影响,它们都是基于这些因素对石油烃传质的影响而起作用的。研究表明,在相对于受试土壤原有水平的极限优势化后,体系水相对土壤团粒的分散效应显著增强了石油烃物质从土壤到CCl4的传质过程。准确度和精密度试验结果表明,研究体系具有较高的准确性和可重复性,基于体系的在99%置信水平上的检出限(MDL)和定量检测限分别为2.5mg/kg和10.0mg/kg。
依托本文土壤总石油烃(TPH)测试方法,采用均匀试验设计方法研究了石油污染粘性土壤中石油烃在试验条件下SDS洗脱的可能性。均匀试验结果表明:在试验条件下SDS对粘性土壤中石油类污染物具有良好的洗脱效率,通过进一步数据分析确定了试验范围内的最优条件,经验证,最优条件和回归模型在试验范围内具有较高的置信度。一级动力学模型和Elovich模型对最优条件下的洗涤动力学过程均具有较高的拟合程度,决定系数分别为0.99和0.98,一级动力学模型对洗涤动力学过程的拟合略优于Elovich模型,两模型对洗涤过程中石油烃类物质的解吸半衰期的预测具有高度的一致性。最优条件下的超声增强效应不具显著性,试验条件下超声增强效应与超声波声功率强度呈显著的线性关系。最优条件pH为碱性,该条件下土壤胶体表面具有较高的负电荷密度,阴离子表面活性剂SDS单体或胶束都存在较高密度的负电荷云,此时SDS在土壤中较难通过吸附过程而残留在脱毒土壤中,本文试验条件下SDS在土壤中残留量较低,加之SDS具有良好的生物可降解性,脱毒土壤进入环境后可能产生的环境风险较小。洗涤废液的Fenton氧化试验表明SDS相比石油烃类物质具有优先反应的特征,该现象与石油烃成分的复杂性及化学反应的活化能高低有关,在本文试验条件下Fenton氧化对SDS和石油烃均具有较高的去除率,联合修复技术的总除油效率为88.8%,氧化出水达到了污水综合排放标准三级标准。
本文在试验研究的基础上对联合修复技术在中试小平上进行一体化设计.设计包括体系的构成、构筑物形状、尺寸、流向以及设备选型和运行成本核算等。运行成本核算表明一本化修复技术具有一定的经济性.