石油開(kāi)采區(qū)土壤污染物源解析、毒性及快速檢測(cè)法研究.pdf

1、在現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，石油天然氣等資源越來(lái)越重要，然而在石油的開(kāi)采加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生重金屬、石油烴、多環(huán)芳烴等多種污染物，這些物質(zhì)排放到水體、大氣、土壤中，對(duì)周?chē)h(huán)境產(chǎn)生了一定的影響。目前有關(guān)于石油開(kāi)采加工產(chǎn)生的有機(jī)污染物對(duì)自然水體的污染研究較多，但是對(duì)陸地石油開(kāi)采區(qū)土壤污染的研究較少。本論文對(duì)選定的陸地石油開(kāi)采區(qū)土壤污染進(jìn)行了初步研究，測(cè)試了石油開(kāi)采區(qū)土壤特征污染物含量，研究了特征污染物空間、時(shí)間等分布規(guī)律，評(píng)價(jià)了土壤污染現(xiàn)狀，

2、揭示了土壤發(fā)光菌毒性與污染物含量間的關(guān)系，解析了主要污染物的來(lái)源及貢獻(xiàn)率，并建立了相對(duì)快速的特征污染物檢測(cè)方法。
　　 通過(guò)對(duì)美國(guó)EPA相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)方法的優(yōu)化整合，建立了陸地石油開(kāi)采區(qū)土壤中多環(huán)芳烴和石油烴同步前處理方法，并完成了土壤樣品中12種重金屬以及16種多環(huán)芳烴和石油烴的測(cè)試。結(jié)果顯示除了重金屬銀和鋇外，其他27種/類(lèi)污染物均有檢出。
　　 利用基于地統(tǒng)計(jì)分析方法以及地理信息系統(tǒng)對(duì)陸地石油開(kāi)采區(qū)土壤中特征污染物的空間

3、、時(shí)間分布規(guī)律研究發(fā)現(xiàn):特征污染物重金屬、PHs、PAHs等在縱向上分布比較均勻，含量在95％置信區(qū)間沒(méi)有顯著性差異;橫向上(0-30m)多數(shù)重金屬和PAHs等污染物含量差異也不是很顯著(95％置信區(qū)間)，但是總體趨勢(shì)是距井越近PAHs含量越高，而重金屬是先增加(0-6m)然后再降低;各類(lèi)污染物在不同采樣井土壤中含量在95％置信區(qū)間差異較大，聚驅(qū)油井周?chē)寥繮AHs含量顯著增高，水驅(qū)油井周?chē)寥乐亟饘俸匡@著增高，隨著開(kāi)采時(shí)間的增長(zhǎng)污染

4、物含量顯著增加;另外，通過(guò)回歸模擬建立的線性擬合模型及對(duì)數(shù)擬合模型，均可用于模擬石油開(kāi)采場(chǎng)地土壤PHs濃度和TOC含量關(guān)系，可以通過(guò)TOC含量推斷PHs含量分布規(guī)律。
　　 通過(guò)比較國(guó)內(nèi)外土壤污染等級(jí)評(píng)價(jià)方法優(yōu)缺點(diǎn)，選取了適用于本論文的評(píng)價(jià)方法;通過(guò)對(duì)各國(guó)家和地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行調(diào)研比較，選取較嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)值作為本論文評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn);地累積指數(shù)法、單因子指數(shù)法以及內(nèi)梅羅指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果顯示所研究的石油開(kāi)采區(qū)的土壤重金屬污染較輕，而部分采樣點(diǎn)的

5、土壤均受到不同程度的PAHs的污染;內(nèi)梅羅指數(shù)總體評(píng)價(jià)結(jié)果顯示80％采樣點(diǎn)污染較輕，處于清潔或者尚清潔狀態(tài)，其他20％左右的采樣點(diǎn)受到不同程度的污染。
　　 相關(guān)性分析結(jié)果顯示土壤發(fā)光菌毒性與重金屬含量顯著相關(guān)，而與PAHs含量不顯著，而利用主成分回歸分析方法建立了土壤發(fā)光菌毒性與重金屬含量關(guān)系的模擬模型，發(fā)現(xiàn)重金屬間交互作用可以影響重金屬毒性在模型中的體現(xiàn)，影響模型的穩(wěn)健性，從而影響土壤中重金屬毒性作用的評(píng)估;對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行缺失值

6、處理，并對(duì)主成分回歸方法進(jìn)行改進(jìn)，引入重金屬間交互作用，建立新的模擬土壤發(fā)光菌毒性與重金屬含量關(guān)系模擬模型，模擬結(jié)果顯示:重金屬單獨(dú)對(duì)發(fā)光菌毒性作用順序是Cd＞Co＞Ni＞Zn＞Pb＞Sb＞Cr＞Mn＞Fe，而微量重金屬Cu可能促進(jìn)發(fā)光菌生存;重金屬間交互作用較復(fù)雜，重金屬Co-Zn、Co-Cu、Co-Cd、Cu-Pb、Cd-Sb、Pb-Zn和Pb-Cd可能對(duì)土壤中發(fā)光菌的毒性是作用相互拮抗的，而Co-Ni、Co-Cr、Co-Sb、Co

7、-Pb、Cu-Sb、Cu-Cd、Cd-Ni、Cd-Fe、Pb-Cr和Pb-Sb等金屬對(duì)發(fā)光菌的毒性作用是協(xié)同增加的。
　　 通過(guò)比較選擇了比值法、相關(guān)性分析以及多元統(tǒng)計(jì)分析的因子分析和聚類(lèi)分析方法對(duì)陸地石油開(kāi)采區(qū)重金屬和PAHs來(lái)源進(jìn)行識(shí)別，然后通過(guò)因子回歸分析分別對(duì)重金屬和PAHs來(lái)源貢獻(xiàn)率進(jìn)行估計(jì)，結(jié)果顯示:陸地石油開(kāi)采區(qū)土壤中重金屬主要來(lái)源為自然來(lái)源、交通源、混合源、燃煤源、石油源和農(nóng)業(yè)源，并且所占比例分別是37％、19％

8、、18％、16％、5％和5％;解析的PAHs主要來(lái)源及比例是石油源占35％，其他依次為生物源20％、燃煤源17％、交通源16％。
　　 初步研究發(fā)現(xiàn)，基于Raman光譜技術(shù)的多環(huán)芳烴測(cè)試可以應(yīng)用于多環(huán)芳烴固體的鑒定，但是目前不適合應(yīng)用于土壤樣品中多環(huán)芳烴的直接檢測(cè)。此外在現(xiàn)有工作基礎(chǔ)上，建立了基于超聲輔助-分散液液微萃取-上浮溶劑固化技術(shù)(UAE/DLLME/SFO)的土壤中的十六種PAHs快速測(cè)試方法，對(duì)影響土壤中多環(huán)芳烴UA

9、E/DLLME/SFO萃取條件進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，建立多環(huán)芳烴回收率與影響因子回歸模型，模型決定系數(shù)R2在0.66-0.86之間，均可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)，預(yù)測(cè)值和實(shí)驗(yàn)值之間的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.49-3.01。
　　 根據(jù)模型建立PAHs回收率響應(yīng)曲面，確定UAE/DLLME/SFO萃取富集土壤中多環(huán)芳烴最優(yōu)條件為萃取劑體積(X1)52.4μL、分散劑體積(X2)1.08mL、土壤質(zhì)量(X3)0.54g、鹽效應(yīng)(X4)3.1％、超聲時(shí)間(X

10、5)3.1min、超聲功率(X6)59kw;萃取回收率范圍在40.91-94.91％(除CHR回收率9.12％外)，相對(duì)偏差范圍1.07-7.87％。所建立的多環(huán)芳烴測(cè)試方法的線性范圍為兩個(gè)數(shù)量級(jí)，檢出限(S/N=3)為0.17-29.13μg/kg，相關(guān)系數(shù)為0.9864-0.9995。
　　 期望本論文能為我國(guó)石油開(kāi)采行業(yè)HSE(健康(Health)、安全(Safety)和環(huán)境(Environment))管理體系的建立、現(xiàn)代