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三元复合驱特征污染物在土壤环境中迁移行为研究

作　者: 董荟思
导　师: 王宝辉
学　校: 大庆石油学院
专　业: 化学工程
关键词: 污染物三元复合驱迁移土壤
分类号: X53
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着油田三次采油技术的扩大化应用,三元复合驱化学剂(ASP)的运输、配制、存储、注入过程,不可避免地给土壤生态环境带来了一定程度上的影响。ASP化学剂在土壤环境中的迁移过程处于多学科的交叉点,而且又是一个极其复杂的动力学过程,所以系统论证ASP特征污染物对土壤环境负面影响研究很少。同时,定量化研究ASP特征污染物在地下环境系统中迁移行为,对科学有效地控制和治理油田生产泄漏带来的土壤环境污染具有重要的理论意义和实际意义。本论文从数值模拟理论角度出发,对土壤溶质迁移机理进行了较为全面的论述,用数学语言描述了污染物在土壤介质中迁移转化的基本形式及作用机理,包括对流、水动力弥散、吸附/解吸、降解衰变等。阐述了污染物在土壤中迁移转化模型建立的条件及过程,综合考虑了可溶性污染物在均质土壤/水环境体系中对流-弥散作用下的理想情况,以及可能存在的源汇情况,以土壤溶质迁移机理和质量守恒定律为基础,建立了描述饱和土壤/水环境中污染物迁移转化的数学模型,为定量研究模型参数对污染物迁移的影响及进一步研究土壤污染物迁移归宿提供了可靠的理论依据。本论文采用了一维土柱迁移模拟实验,以三个月内LAS在饱和土壤环境下的迁移模拟结果来验证对流-水动力弥散迁移模型的有效性。结果表明,对于饱和土壤环境污染物迁移过程的描述,模型有较强的适用性。本论文在对复杂的土壤环境进行了适度理想化假设的前提下,针对大庆油田典型的ASP化学剂泄漏情况进行了模拟计算,通过求解分析得到了特征污染物在土壤环境中的浓度分布及污染物理论迁移范围预测。ASP化学剂意外泄漏后一年内,对于特征污染物之一的LAS,其浓度值在经过短时间内的浓度积聚后,最终基本停留在土壤表层中呈规律性分布,其浓度最高值为14.5mg/L;另一特征污染物PAM同样呈规律性分布,但由于其特殊的物理化学性质,泄漏后10年后PAM主体浓度约为4.5mg/L,迁移边缘深至1.9m处,迁移进程比较缓慢;而特征污染物NaOH由于具有较好的水溶性和反应活性,迁移速度较快,三个月即有可能穿透土壤表层进入含水层,但是其浓度基本上可以忽略不计,对水质pH值的影响在国家安全标准范围之内。通过对这3个算例的独立分析,总结得出了可溶性污染物在土壤环境中的迁移过程中存在的共性规律。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
创新点摘要  7-10
第一章绪论  10-27
  1.1 研究背景  10-16
    1.1.1 三次采油技术  10-11
    1.1.2 三元复合驱采油技术概况  11-13
    1.1.3 三元复合驱化学剂的土壤环境危害性  13-16
  1.2 污染物在土壤环境中迁移行为概述  16-19
    1.2.1 污染物在土壤环境中的环境行为  16-17
    1.2.2 影响污染物在土壤中迁移行为的主要因素  17-18
    1.2.3 污染物在土壤中迁移行为概述  18-19
  1.3 国内外土壤溶质迁移研究进展  19-25
    1.3.1 土壤溶质迁移理论研究进展  19-20
    1.3.2 土壤溶质迁移实验研究进展  20-21
    1.3.3 土壤溶质迁移数值模拟方法研究进展  21-24
    1.3.4 溶质迁移参数的研究  24-25
  1.4 本课题的研究意义  25-26
  1.5 本文研究的主要内容  26-27
第二章三元复合驱特征污染物的土壤迁移模型研究  27-41
  2.1 引言  27
  2.2 污染物在土壤中迁移机理  27-35
    2.2.1 溶质的对流迁移作用  27-28
    2.2.2 溶质扩散作用  28-29
    2.2.3 机械弥散作用  29-30
    2.2.4 水动力弥散作用  30-32
    2.2.5 吸附作用  32-33
    2.2.6 去除作用  33-35
  2.3 对流-弥散迁移模型  35-39
    2.3.1 模型基本方程的推导  35-37
    2.3.2 关于源汇项的扩展  37-39
  2.4 方程的定解条件  39-40
    2.4.1 初始条件  39
    2.4.2 边界条件  39-40
  2.5 本章小结  40-41
第三章三元复合驱污染物迁移模型的适用性研究  41-46
  3.1 引言  41
  3.2 土柱实验及结果  41-42
    3.2.1 土柱实验方法  41-42
    3.2.2 一维土柱实验结果  42
  3.3 数值模拟对比实验及结果  42-45
  3.4 实验结果对比分析  45
  3.5 本章小结  45-46
第四章三元复合驱特征污染物土壤迁移模型的应用研究  46-62
  4.1 引言  46
  4.2 研究区域概况  46-48
    4.2.1 研究区域地质、水文地质概况  46-47
    4.2.2 研究区域三元复合驱化学剂污染概况  47-48
  4.3 模型参数的确定  48-50
    4.3.1 吸附/解吸作用对三元复合驱特征污染物迁移特性的影响  48
    4.3.2 降解作用对三元复合驱特征污染物迁移特性的影响  48-49
    4.3.3 污染物迁移计算中的孔隙度问题  49
    4.3.4 参数的选定  49-50
  4.4 算例结果分析  50-61
    4.4.1 算例1：表面活性剂在土壤环境中的迁移特性  50-53
    4.4.2 算例2：聚丙烯酰胺在土壤环境中的迁移特性  53-57
    4.4.3 算例3：碱在土壤环境中的迁移特性  57-61
  4.5 本章小结  61-62
结论  62-64
参考文献  64-71
发表文章目录  71-72
致谢  72-74
详细摘要  74-84

三元复合驱特征污染物在土壤环境中迁移行为研究

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