原油对土壤团聚体粒径及稳定性的影响_王田丽.pdf

第 40 卷第 12 期2022 年 12 月环境工程Environmental EngineeringVol40No12Dec2022收稿日期:20211224基金项目:国家重点研发计划项目“石油污染土壤高效快速移动式绿色洗脱技术及成套装备”(2018YFC1801904)*第一作者、通信作者:王田丽(1982)，女，高级工程师，主要研究方向为油气田采出水和固废处理工艺技术。Wangtinaliosec sinopecDOI:10.13205/jhjgc202212023王田丽，杨阳，韩霞 原油对土壤团聚体粒径及稳定性的影响 J 环境工程，2022，40(12):173179原油对土壤团聚体粒径及稳定性的影响王田丽*杨阳韩霞(中石化石油工程设计有限公司，山东 东营 257026)摘要:为探究原油对土壤团聚体粒径和稳定性的影响，以模拟污染土壤为研究对象，研究了在不同原油污染量(2%、5%、10%)和污染时间(2，15，30 d)条件下，土壤机械稳定团聚体和水稳定团聚体的粒径和含油量等参数的变化。结果表明:原油提升了土壤粒径2 mm 的机械稳定团聚体和水稳定团聚体含量，降低了粒径0.25 mm 的机械稳定团聚体和水稳定团聚体含量。随着污染时间增加，粒径2 mm 的团聚体含量显著增加，粒径0.25 mm 的团聚体含量显著降低。相同粒径团聚体的含油量随着土壤总原油量的增加而增加，原油量为 10%的土壤各粒径团聚体的含油量最高;原油在不同粒径团聚体中的分配顺序为:2 mm 以上0.252 mm0.25 mm 以下，且粒径2 mm 的团聚体中分配的原油量占原油总量的 60%以上。总体来说，原油污染改变了土壤团聚体的粒径分布，增加了团聚体的稳定性，促进了土壤中粒径2 mm 的大团聚体的形成，而原油主要赋存在大团聚体中。关键词:原油污染;土壤团聚体;团聚体粒径;团聚体稳定性;土壤含油量INFLUENCE OF CUDE OIL CONTAMINATION ON PATICLE SIZE AND STABILITY OFSOIL AGGEGATESWANG Tianli*，YANG Yang，HAN Xia(Sinopec Petroleum Engineering Corporation，Dongying 257026，China)Abstract:To explore the effects of crude oil contamination on the particle size and stability of soil aggregates，taking thesimulated polluted soil as the research object，parameters such as particle size of soil mechanically stable aggregates，particlesize of water-stable aggregates and crude oil concentration of aggregates under the condition of different crude oil content(2%，5%，10%)and different polluting duration(2 d，15 d，30 d)were studied The results showed that:the proportions ofmechanically stable aggregates and water-stable aggregates with a particle size of 2 mm above were increased by crude oil，andthe proportions of mechanically stable aggregates and water-stable aggregates with a particle size of less than 0.25 mm werereduced With the polluting duration prolonged，the proportion of aggregates with a particle size of 2 mm above increasedsignificantly，and the proportion of aggregates with a particle size of 0.25mm below decreased significantly The crude oilconcentration of aggregates with the same particle size increased with the increase of total oil content of the soil Thedistribution of crude oil in aggregates with different particle sizes decreased in the order of 2 mm above 0.25 to 2 mm0.25 mm below The distribution of crude oil in aggregates with a particle size of 2 mm above accounted for more than 60%of the total crude oil Crude oil changed the particle sizes of soil aggregates，increased the stability of aggregates and promotedthe formation of large aggregates with a particle size of 2 mm above Crude oil was mainly distributed in large aggregatesKeywords:crude oil contamination;soil aggregates;aggregate size;aggregate stability;oil concentration in soil环境工程第 40 卷0引言油田开发过程中，处于开放环境中的油田开采区在钻井、采油和集输等过程中不可避免地会出现原油抛洒或泄漏，从而形成原油污染土壤。原油进入土壤后，填充土壤孔隙，土壤颗粒表面会产生不同程度的斥水性，使原有的疏松土壤结构被破坏1-3，土壤颗粒粘连在一起，导致土壤粒级发生变化，进而影响土壤处理效果，如原油污染土壤在清洗处理过程中，由于清洗剂无法与大颗粒土壤的内部接触4，5，需采用机械搅拌或超声波6，7 等外力手段，破碎土壤中的大粒级颗粒，提高处理效率。目前，针对原油污染对土壤性质的影响研究，主要集中在孔隙度、渗透性、营养物质和微生物等方面8-12，对土壤颗粒粒径和稳定性的影响研究较少。土壤团聚体是土壤结构的基本单元，大小、形状各异的团聚体被称为土壤结构的指示因子13，因此研究原油对土壤团聚体的影响，有助于了解原油对土壤颗粒粒径和稳定性的影响。为探明原油污染对土壤团聚粒径及稳定性的影响，选取胜利油田黄河三角洲沙土，通过室内模拟实验，研究在不同原油污染量、不同污染时间等条件下，土壤不同粒级团聚体含量的变化趋势，以及原油在不同粒级团聚体中的含量和分配比例。1材料与方法1.1实验材料与制备供试土壤取自黄河三角洲胜利油田河口采油厂井场表层土壤。黄河三角洲土壤为粉砂土14，呈黄色，颗粒级颗粒均匀且松散，强度不高。将采集的样品置于密封袋运回实验室，弃去粗根和小石块，避免土壤受机械压力而变形，将样品放置风干备用。供试原油取自胜利油田河口采油厂，密度为0.8325 mg/L，50 黏度为 21 mPa s。模拟污染土壤的制备:取一定量土壤，配置成水分质量占比为 30%的土壤，然后加入不同质量的原油配制原油污染土壤，充分搅拌混合均匀，放置 24 h后备用。1.2分析方法1.2.1土壤团聚体的测定采用干筛分法测定土壤风干团聚体组成:取风干土样 500 g(精确到 0 01 g)，装入孔径顺序为 5，2，0.25 mm 的筛组，收集各级土壤颗粒，称重，计算各级干筛团聚体的百分含量。采用湿筛分法测定土壤水稳定团聚体组成:根据干筛法求得的各级团聚体的百分含量，把干筛分取的风干土壤样品按比例配成 50 g 混合样品，倒入1000 mL沉降筒，在水中浸泡 10 min 后，塞住筒口，重复倒转 10 次，将 1 套孔径为 5，2，0.25 mm 的筛组放入盛有水的水桶中，将沉降筒倒转过来，筒口置于最上层筛上，待样品全部沉到筒口处，拔去塞子，使土样均匀地分布在整个筛面上取出沉降筒，将筛组缓慢提起、迅速沉下，重复 15 次后，将筛组分开，收集各级土粒，称重，并计算各级团聚体的含量占比如式(1)所示。Xi=mim0 100(1)式中:Xi为第 i 级团聚体的含量占比，%;mi为第 i 粒级团聚体风干质量，g;m0为各粒级团聚体总质量，g。1.2.2土壤团聚体含油量检测采用萃取法测定土壤团聚体中的原油含量。将土壤团聚体风干、研磨、准确称取约 10 g，用滤纸包好，放入索氏提取器中，烧瓶中加入 200 mL 氯仿，在沸点温度(40)下回流萃取至少 4 h，具体萃取时间由索氏提取器中氯仿层的脱色状况决定。萃取后，将氯仿转移至恒重称量的烧杯重中，在 75 下干燥，直到氯仿完全蒸发，干燥称重。ci=w1 w2w0 103(2)式中:ci为第 i 级团聚体的含油量，mg/g;w1为烧杯和原油的总质量，g;w2为空烧杯质量，g;w0为土壤样品质量，g。wi=103cimi(3)式中:wi为第 i 级团聚体中赋存的原油量，g。wt=n1wi(4)式中:wt为各级团聚体中赋存的总原油量，g。Pi=wiwt 100(5)式中:Pi为第 i 级团聚体中赋存的原油量在各级团聚体总原油量中的质量占比，%。2结果与讨论2.1原油对土壤机械稳定团聚体的影响配制含油量分别为 2%、5%、10%、20%和 30%5组模拟污染土壤，配制过程发现，土壤含油量为 20%和 30%时，土壤已充分被原油浸润，放置一定时间471第 12 期王田丽，等:原油对土壤团聚体粒径及稳定性的影响后，底部会有游离原油析出，土壤整体呈“面团”状态，此时已不适合干筛，因此只对对照的清洁土壤和原油量含量 2%、5%和 10%的污染土壤进行干筛分实验，计算各级机械稳定团聚体含量占比，结果见图 1。注:图柱上方 A、B、C 表示同一土壤不同粒径机械稳定团聚体间差异显著(P0.05)，a、b、c 表示同一粒径机械稳定团聚体不同土壤间差异显著(P0.05)图 1不同原油污染土壤机械稳定团聚体含量Figure 1Content of mechanically stable aggregates in soil polluted bydifferent crude oil由图 1 可知:对照土壤与污染土壤机械稳定团聚体含量与粒径变化的趋势相反，原油改变了土壤的粒级构成。对照土壤机械稳定团聚体含量随着粒径减小呈增加趋势，粒径0.25 mm 的机械稳定团聚体所占比例最高，达到 58.23%，粒径2 mm 的机械稳定团聚体所占比例最低，仅为 8.71%。而原油污染土壤机械稳定团聚体含量随着粒径减小呈降低趋势，其中粒径2 mm 的机械稳定团聚体所占比例最高，为55.20%74.71%，粒径0.25 mm 的机械稳定团聚体所占比例最低，仅为 1.15%12.37%。对照土壤与污染土壤粒径为 0.252 mm 的机械稳定团聚体所占比例均处于粒径2 mm 和0.25 mm 的团聚体之间。随着土壤含油量的增加，粒径2 mm 的机械稳定团聚体含量显著增加，含油量为 2%、5%和 10%的原油污