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稠油污染土壤不仅危害人体健康和生态环境,而且也制约油田企业的可持续发展。因此,开发经济有效的稠油污染土壤修复技术已刻不容缓。本文采用异位化学淋洗修复稠油污染土壤,选配高效淋洗修复试剂,优化淋洗工艺条件;构建超声淋洗反应器,优化超声淋洗工艺条件,探索超声淋洗协同机制;探讨异位淋洗修复特性,揭示异位淋洗修复原理。本论文得到的主要结论如下:
(1)高效淋洗剂配方由表面活性剂搭配助剂构成,质量配比为表面活性剂:碳酸钠:硅酸钠+三聚磷酸钠:硫酸钠=3:5:4:2,配方中表面活性剂部分由阴.非离子表面活性剂复配而成(SDBS复配TritonX-100或AEO-9),配比为3:2;助剂硅酸钠和三聚磷酸钠搭配使用,配比为1:1,配方优化投加量7g/L。优化淋洗工艺条件如下:淋洗温度60℃,搅拌强度180r/min,淋洗时间30min,液固比10:1。
(2)构建超声淋洗反应器,采用选配淋洗试剂和优化淋洗工艺条件修复含油率12000~190000mg/kg的稠油污染土壤,淋洗除油率可达92%以上;超声淋洗修复稠油污染土壤,淋洗效率随超声辐照时间的增加先升高后又有所下降,随超声作用功率的增强则持续升高,进一步优化超声淋洗工艺条件如下:淋洗温度70℃,超声作用功率80W,超声辐照时间20min,液固比20:1。
(3)当污染土壤加入量为10~30g时,超声淋洗修复效率高于搅拌淋洗。当污染土壤加入量超过30g以后,超声机械振动作用不能使污染土壤与淋洗液充分混合时,超声淋洗效率显著降低而明显低于搅拌淋洗;超声+搅拌淋洗时,由于搅拌总能使污染土壤与淋洗液充分混合,使超声空化效应得以充分发挥作用。因此,超声与搅拌具有较好协同作用,可使淋洗效率平均提高35%。
(4)在搅拌基础上加入超声可使淋洗效率提高64%,超声空化效应产生的高速微射流能对稠油污染土壤团聚体表面进行冲洗,使其表面粘附的含油率较高的黏粒和粉粒被剥离下来,超声淋洗的结果使大部分稠油污染物都聚集到占土壤总量相对较小的黏粒和粉粒上,从而有利于稠油污染物的进一步集中洗脱。超声与淋洗剂协同作用可使淋洗效率提高30%,超声空化效应产生的高压冲击波能将稠油污染土壤团聚体击碎,促使淋洗剂进入团聚体内部发挥更大作用。
(5)投加表面活性剂TritonX-100可使淋洗效率提高26%,污染土壤团聚体表面粘附的黏粒和粉粒可在表面活性剂TritonX-100的卷缩作用下洗脱下来,而洗脱下来的黏粒和粉粒所吸附的部分稠油污染物可进一步在TritonX-100的增溶和乳化作用下得以去除。表面活性剂TritonX-100与助剂Na<,2>SiO<,3>协同作用可使淋洗效率提高69%,助剂Na<,2>SiO<,3>可显著提高表面活性剂的卷缩、增溶和乳化作用。