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多孔介质中石油残留及其水动力效应研究

作　者: 张俊杰
导　师: 郑西来
学　校: 中国海洋大学
专　业: 环境工程
关键词: 含油多孔介质水动力弥散渗透系数有效孔隙度
分类号: X523
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

石油污染物进入多孔介质后,受到介质颗粒的静电引力而吸附在介质表面。同时,又受到毛细孔隙产生的毛细力作用而呈不连续的指状残留于多孔介质孔隙中。这会导致多孔介质的水动力特性发生很大变化,从而严重影响各种地下水污染原位治理(抽出-处理、渗透性反应墙、生物降解和淋溶冲洗)过程中的水流状态和营养供应。因此,研究多孔介质中石油污染残留及其水动力效应,揭示控制水动力效应变异的机制,对于石油污染场地的评估、控制和原位修复具有重要的科学意义和应用价值。为此,本文选取了柴油和机油两种性质差异较大的油品,以粗砂和粉砂为代表性多孔介质,对油品和介质的理化性质进行了测定。在此基础上,利用一维和二维水动力弥散试验装置测定了不同含油率下多孔介质的水-盐动力学参数,分析了多孔介质中石油的残留状态,进而探讨了残留油的水动力效应,得出结论如下：(1)饱和渗流状态下,粗砂中柴油的稳定残留量为2%左右,机油的稳定残留量介于4-8%之间；粉砂中柴油的稳定残留量在3-4%之间,而机油稳定残留量则为10%左右。(2)粗砂和粉砂的有效孔隙度均随石油含量的增加呈线性减小,而且柴油引起的砂土有效孔隙度的减小比机油更加显著。(3)随着石油含量的增加,砂土的渗透性逐渐降低,且降低的趋势逐渐变缓。当柴油含量由0增加到2%时,粗砂的渗透系数由1.90×10-2cm/s下降至4.70×10-3cm/s,降低了75.26%；当机油含量由0增加到4%时,渗透系数由1.90×10-2cm/s下降到1.26×10-2cm/s,降低了33.68%。当柴油含量由0增加到2%时,粉砂的渗透系数由2.60×104cm/s减小到6.88×104-5cm/s,降低了73.54%；当机油含量增加至8%时,粉砂的渗透系数降至3.76×10-5cm/s,相对于清洁砂降低了85.54%。各含油率下粉砂的渗透系数普遍比相同含油率的粗砂低2至3个数量级。(4)不同含油率粗砂的弥散系数值较为接近,而且弥散度变化也不显著；清洁粗砂的弥散度略高于含油粗砂,而粉砂的弥散度随石油含量的增加而增大。此外,相同含油率下粉砂的水动力弥散系数都比粗砂的低一个数量级,主要是由于粉砂中孔隙水流速小于粗砂中的孔隙水流速,机械弥散作用不如粗砂显著。(5)二维水动力弥散试验的示踪剂穿透曲线发现,在纵向上示踪剂浓度峰值的达到时间和峰值浓度的大小主要取决于孔隙水流速的大小,孔隙水流速越大,示踪剂达到浓度峰值的时间越短,且峰值浓度越大；反之,示踪剂达到浓度峰值的时间越长,峰值浓度越低。此外,示踪剂在横向上的扩散范围随其纵向运移距离的增加而增大。(6)二维弥散试验测得含机油粗砂的纵向弥散度小于清洁粗砂,而含柴油粗砂的纵向弥散度大于清洁粗砂。不同含油率粗砂的纵向弥散度变化范围为0.133-0.363cm,横向弥散度变化范围为9.83×10-3-4.64×10-2cm,纵向弥散度均大于其横向弥散度。另外,由于瞬时注入的示踪剂浓度较大,其密度大于含水层中的自来水,所以示踪剂还会在重力作用下垂直于地下水流向发生迁移,这等效于增强了横向弥散的强度,导致横向弥散度的计算值偏大。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
1 绪论  12-22
  1.1 研究背景与研究意义  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-19
    1.2.1 石油残留  13-16
    1.2.2 多孔介质中水动力参数测定  16-18
    1.2.3 多孔介质中含油量的测定  18-19
  1.3 研究内容和技术路线  19-22
2 供试样品的组成、性质及分析方法  22-28
  2.1 供试样品的组成及性质  22-23
    2.1.1 多孔介质  22
    2.1.2 油品  22-23
  2.2 含油多孔介质的制备  23
  2.3 多孔介质中含油率测定  23-28
    2.3.1 油标准曲线的绘制  24-25
    2.3.2 测定方法  25-26
    2.3.3 油烘干损失率的测定  26-28
3 多孔介质中石油残留状态与水动力效应  28-52
  3.1 材料与方法  28-31
    3.1.1 试验装置  28-29
    3.1.2 试验材料  29
    3.1.3 试验方法  29-31
  3.2 多孔介质中石油残留状态分析  31-34
    3.2.1 粗砂中石油的残留状态  31-32
    3.2.2 粉砂中石油的残留状态  32-34
  3.3 水-盐动力学参数计算方法  34-40
  3.4 结果与分析  40-50
    3.4.1 有效孔隙度  43-46
    3.4.2 渗透系数  46-48
    3.4.3 水动力弥散系数与弥散度  48-50
  3.5 小结  50-52
4 含油多孔介质二维弥散特性的初步研究  52-71
  4.1 材料与方法  52-55
    4.1.1 试验仪器与装置  52-53
    4.1.2 试验材料  53
    4.1.3 试验方法  53-55
  4.2 二维弥散参数的计算方法  55-59
  4.3 结果与讨论  59-69
    4.3.1 水-盐动力学参数的计算  59-66
    4.3.2 水-盐动力学参数分析  66-69
  4.4 小结  69-71
5 结论与建议  71-74
  5.1 结论  71-73
  5.2 创新性  73
  5.3 建议  73-74
参考文献  74-79
致谢  79-80
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  80

多孔介质中石油残留及其水动力效应研究

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