室外模拟定性石油类污染物迁移与治理技术

5.3.1　石油污染组分纵向迁移特征

按前面所述的方法取得室外样点1和样点2的模拟土壤样品之后，使用GHM热蒸发烃分析仪对室外样品进行了定量与定性检测。并利用第3章给出的处理方法进行数据处理与绘图。上面已讨论了石油污染物的定量迁移特征，下面就室外两个样点在不同深度和不同横向中心距位置所取的土壤样品的定性分析结果以及各污染组分的迁移特征加以说明。图5－7～图5－16显示了室外样品1实验模拟过程中纵向土壤中随深度增加石油污染物各组分的百分含量与不同污染物组分数量及其迁移富集率的变化特征。

图5－7　室外样点1中心点不同深度各污染组分相对百分含量

图5－8　室外样点1中心点不同深度下各污染组分纵向迁移特征

图5－9　室外样点1距中心5cm不同深度各污染组分相对百分含量

图5－10　室外样点1距中心5cm不同深度下各污染组分纵向迁移特征

图5－11　室外样点1距中心10cm不同深度各污染组分相对百分含量

图5－12　室外样点1距中心10cm不同深度下各污染组分纵向迁移特征

图5－13　室外样点1距中心15cm不同深度各污染组分相对百分含量

图5－14　室外样点1距中心15cm不同深度下各污染组分纵向迁移特征

图5－15　室外样点1距中心20cm不同深度各污染组分相对百分含量

图5－16　室外样点1距中心20cm不同深度下各污染组分纵向迁移特征

从模拟25年的以上室外样点1地表向下各深度土壤样品中的石油污染物组分数量及迁移率与百分含量特征对比来看，各种烃类组分的含量均很低，一般都在1～10mg/kg范围内；而且由于生物降解作用过程中微生物优先消耗低碳数烷烃，因此在石油污染物迁移过程中，石油组分中较低碳数的烷烃组分已基本不存在，一般残留组分为C22～C31范围的烃类组分。

在中心点和距中心5cm的浅层样品中所含石油污染物组分很低，其主要原因是由于地表受光解作用强而导致污染物降解造成的；随着深度加深其数量逐渐增加，而且位于中间某深度处出现污染物浓度值的个别低值点或高值点可能由于土壤的非均质性造成，原因在于土壤结构的复杂性而引起土壤内部质地的不均一性；随深度增加，较高碳数烃类所占百分含量逐渐降低，说明轻质烃类具有较强的迁移能力，同时地表微生物优先选择低碳数烃类降解。图中显示石油污染物向下迁移的主流并不总是只沿淋水的中心部位，而是比较分散地进行，主要由于土壤的结构的不均一性所引起；另外中心部位在10cm深度处未检到C25以后的组分，可能是由于室外样点1在10cm深度处土壤密度大从而导致高分子污染物难以渗入所致。总之，从整体上看，纵向上随深度的增加，各烃类组分量逐渐降低，相对百分含量中较高碳数烃类所占百分含量逐渐降低。

室外样品2实验模拟过程中在距中心5cm和10cm的纵向土壤中，随深度增加石油污染物各组分的百分含量与不同污染物组分数量及其迁移富集率的变化特征如图5－17～图5－20所示。

图5－17　室外样点2距中心5cm不同深度各污染组分相对百分含量

图5－18　室外样点2距中心5cm不同深度下各污染组分纵向迁移特征

图5－19　室外样点2距中心10cm不同深度各污染组分相对百分含量

图5－20　室外样点2距中心10cm不同深度下各污染组分纵向迁移特征(www.xing528.com)

室外样点2为模拟29年的试验样品，各种烃类组分的含量均低5×10－3 mg/g，而且土壤中残留组分也主要是C22～C31范围的烃类组分。纵向上随深度增加样品中的石油污染物组分数量逐渐降低，污染物中各组分相对百分含量发生了很大的变化，总的来看，在浅处高分子正构烷烃含量较高，低分子烃类含量较低，但低分子烃类物质随着深度增加虽然绝对量降低，其相对量却是增加的。室外样点2显示，当深度达到23cm时土壤中石油污染物浓度为零；也就是说，在模拟29年的迁移时间里，石油中具有蜡质特征的烷烃类污染物的最大迁移深度小于25cm。样点2的其他模拟特征与样点1基本相似，这里不再赘述。

5.3.2　石油污染组分横向迁移特征

以上讨论了室外模拟样品在纵向不同深度下的石油污染物组分的迁移特征与规律，在模拟25年的迁移试验过程中，各种石油污染物组分在5cm，10cm，15cm 及20cm不同深度下的横向迁移量与百分含量及其迁移富集率的变化特征如图5－21～图5－28所示。而图5－29～图5－30显示了室外样点2在模拟29年的迁移实验过程中，各种石油污染物组分在23cm深度下的横向迁移量与百分含量及其迁移富集率的变化特征。

图5－21　室外样点1深度5cm不同中心距各污染组分相对百分含量

图5－22　室外样点1深度5cm不同中心距各污染组分横向迁移特征

图5－23　室外样点1深度10cm不同中心距各污染组分相对百分含量

图5－24　室外样点1深度10cm不同中心距各污染组分相对百分含量

图5－25　室外样点1深度15cm不同中心距各污染组分相对百分含量

图5－26　室外样点1深度15cm不同中心距各污染组分横向迁移特征（不同组分所用的线型表示与图5－24一致）

图5－27　室外样点1深度20cm不同中心距各污染组分相对百分含量

图5－28　室外样点1深度20cm不同中心距各污染组分横向迁移特征

图5－29　室外样点2深度23cm不同中心距各污染组分相对百分含量

图5－30　室外样点2深度23cm不同中心距各污染组分横向迁移特征

室外实验模拟过程中石油污染物各组分在土壤中的横向迁移特征显示，25年模拟迁移过程中，在5cm深度的平面上石油污染物各组分的整体迁移特征是相似的，最低值出现在中心距10cm处，最高值则出现在中心距15cm处，而且C29～C31范围的大分子烷烃具有较高的迁移率；在中心距15cm以外的土壤中烃类污染物含量迅速减少。室外样点1在深度10cm的平面上各污染物组分迁移最高值出现在中心距20cm处，C22及C23在平面上浓度变化比较平缓，随着中心距增加，C27～C31范围大分子烷烃的迁移率渐高；在深度15cm各污染组分迁移特征不同，在中心距5～10cm范围污染物含量较高，而且仍然是大分子烃类迁移率高，在中心距20cm处污染物含量近乎于零；在深度20cm平面上污染物最高值出现在中心距10cm处，在中心距20cm处污染物含量已很低。另外，虽然在平面上不同中心距处土壤中石油污染物含量都很低，但模拟迁移过程中还是显示出随着深度的增加烃类污染物各组分量逐渐降低的明显规律性，大致从样点1深度5cm的7mg/kg逐渐降低到样点2（原始含油率高于样点1）深度23cm的约1.3mg/kg。横向上随着深度的增加，石油污染物含量最高值出现在距离中心渐远的位置，同时显示石油烃类污染物易于进行横向迁移。室外模拟横向迁移试验结果反映出，在不同深度的土壤中存在石油污染物的浓度梯度，不同点土壤间的污染物浓度梯度越大，则土壤中溶质的扩散动力就越大；还有具有较高碳数的烷烃类污染物在一定条件下由于其分子链长而易于穿越土壤孔隙。例如，当石油在地下岩石矿物孔隙中运移过程中就会发生所谓的“地层层析作用”，如图5－31所示［180］。即在页岩/砂岩层系和碳酸盐岩层系中，石油中的饱和烃组分最易于发生运移，其次是芳香烃组分的运移也比较容易进行，而胶质与沥青质是石油中极性最大的组分，在矿物表面具有较强的吸附作用，难以发生运移，只有一小部分运移出来。石油组分在不同层系矿物孔隙中的这种运移特征与土壤中石油类污染物的运移具有相似的特征性。

图5－31　在不同层系中石油族组成迁移特征对比

通过室外整体性的迁移模拟实验研究主要得到以下结论：

（1）室外整体模拟石油污染物定量迁移特征显示，大庆地区典型土壤对石油类污染物的吸附降解能力很强，虽然纵向上石油污染物含量随深度的加深而降低，但在模拟29年的自然降水条件下，石油类污染物可被控制在30cm以上的土壤中，因此在土壤含油率约为50%的情况下不会因落地原油造成地下潜水层的石油污染。

（2）模拟石油污染物的横向迁移特征反映，由于大庆土壤的非均质性导致石油污染物在向下迁移过程中，迁移主流并不总是沿铅垂方向进行的，而且石油烃类污染物比较易于进行横向迁移，其分布特征呈现以污染源点为中心的正态分布规律。

（3）提出油污土壤中有机质存在“稳定状态”与“活化状态”的概念。处于“稳定状态”的石油类污染物与土壤有机质结合紧密，难以发生迁移；以“活化状态”存在的石油类污染物则易于发生迁移作用。土壤质地、形态、结构、持水量、有机质含量和化学组成及其与石油类有机污染物之间的相互作用是决定石油类污染物“稳定”与“活化”的重要因素。

（4）大庆土壤中石油类污染物大部分以“稳定状态”保持于油区土壤中，而且主要残留在纵向40cm以上的范围内；在模拟29年的迁移时间里，石油中具有蜡质特征的烷烃类污染物的最大迁移深度小于25cm。

（5）室外模拟试验证明，大庆油区土壤中石油类有机污染防治的重点在于30cm以上的浅层土壤。