地下水位变动带石油烃污染物的迁移转化规律研究

【摘要】随着工业化经济的快速发展，石油工业在各个国家占据了重要的经济地位，它在给人类带来巨大利益的同时往往也带来了严重的危害。在东北某石油开采区，由于采油井油水分离器破坏，导致原油进入含水层系统，直接污染地下水，并且在该油井西南侧地势较低地带形成一个面积约100m2的石油坑。受废弃井冒油泄漏、污油坑渗漏、人类活动及石油开采区域背景等影响，该场地地下水土石油类组分严重超标危及地下水水质，对当地居民生产生活及生态环境构成了严重威胁。该研究场地地下水位变幅明显，存在明显地下水位变动带，且在水位变动带上部富集了大量石油烃污染物，地下水中的总石油烃含量变化与地下水位变动呈正相关关系，但在时间上稍显滞后。水位变动带中的石油烃污染物随水位波动间歇性地进入地下水而成为地下水的潜在污染源，亟待对其环境污染开展评价与修复方面的研究。本文以“松嫩平原典型地下水有机污染场地调查与修复示范”项目为支撑，以东北某石油污染场地的地下水的水位变动带中石油烃污染物的迁移转化规律为主要研究目标，开展石油烃污染物在含水介质中的吸附\解吸实验、土著微生物降解实验、毛细作用及地下水位变动对石油烃迁移影响实验等，揭示水位变动带中石油烃污染物的迁移转化过程及影响因素，为自然衰减监测和后续修复工作提供依据，具有十分重要的理论研究意义与实际指导意义。通过本次研究主要得到以下结论：1.通过研究场地地下水位变动带中粉质粘土、粉砂两种介质的石油烃吸附/解吸实验，确定了粉质粘土吸附石油烃的能力强于粉砂，而对石油烃的解吸能力弱于粉砂。吸附/解吸能力上的差异，导致了研究场地水位变动带粉质粘土层石油烃（TPH）含量高于粉砂层，并且吸附在粉质粘土中的石油烃污染物会在更长时间内向地下水间歇性的释放污染物。2.研究场地水位变动带介质中石油烃的微生物降解实验表明，该场地的水位变动带存在可降解石油烃的土著降解微生物，且微生物降解速率与介质含水率高低有着密切关系。含水率在0~30%区间时，随着含水率增加，粉质粘土颗粒凝聚为小团块，从而限制了氧气与营养物质等的供应，降低了微生物活性，导致微生物降解作用的速率与含水率的增加呈负相关关系；而粉砂中微生物的降解速率则呈现随含水率增加而先降低后升高的趋势。由此可知，低水位期是微生物作用发生的高效期，而高水位期则是微生物作用的低效期。3.地下水水位变动及其所带来的毛细作用改变对水位变动带中石油烃污染物的垂向分布具有显著影响。毛细作用使得毛细水填补了地下水面以上介质中的空隙，为吸附残留在介质中的石油烃污染物迁移提供了途径和通道，促进了污染物空间上的扩展。粉质粘土中污染物迁移效果更加明显，且污染物以垂向向上迁移为主，迁移至水位变动带上部的污染物由于粉质粘土吸附能力较强，再迁移性减弱。地下水垂向运动则进一步加强污染物的迁移。在饱水状态下，介质含水率明显高于毛细水的含水率，地下水作为污染物传播的媒介，更充分的占据介质中的孔隙，提供了更多污染物迁移扩散的通道。地下水的垂向上的升降运动，进一步驱替污染物运动，增加了污染物在垂向上的迁移能力，这一过程也以垂向向上为主。基于上述两点原因，形成了研究场地水位变动带上部石油烃污染物更加富集的污染特征。4.通过水位变动带石油烃迁移转化动态模拟实验，进一步加深了水位变动对石油烃迁移转化影响的认识：毛细作用的进行，促进污染物扩展迁移，以垂向向上为主；地下水面上升接触污染层，石油烃的解吸占主导作用，地下水TPH浓度上升；随后地下水中扩散的石油烃由于下部粉砂介质的吸附、上游来水的稀释，地下水中TPH浓度呈缓慢降低过程；但当地下水位下降至高浓度层位及以下部分时，驱动此处高TPH浓度地下水进入含水层参与混合作用，导致地下水中TPH又有小幅上升后，随后由稀释和吸附作用占主导作用再次缓慢下降并趋于稳定。微生物对石油烃的降解作用在水位变动过程中一直都在进行，但其降解速率与吸附、解吸作用相比，并不能在单次实验室小尺度水位变动过程中得以明显体现，但是会从较长时间尺度、较大范围上对地下水系统中的石油烃污染物总量、水土化学环境产生影响。
【作者】林广宇；
【导师】林学钰；
【作者基本信息】吉林大学，地下水科学与工程，2014，硕士
【关键词】地下水水位变动带；石油烃；迁移转化；实验；

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