三次采油用聚丙烯酰胺在土壤中迁移的数值模拟

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大庆市作为全国重要的石油化工城市,担负着国家的命运,为中国的现代化建设奉献了宝贵的物质财富。大庆市油田目前已进入高含水后期开采阶段,因此在工业上采用三元复合驱来提高石油采收率。若三元复合驱中的聚丙烯酰胺(PAM)在配置、运输或注入的过程中发生泄露,会对大庆市土壤造成严重的污染。除此之外,PAM在农业方面也有着及其广泛的应用,过量的PAM泄露到土壤中,会引起土壤板结等不良影响。但目前鲜有关于PAM对大庆市土壤影响的报告,因此建立PAM迁移模型,总结PAM的迁移规律,对于预防以及治理PAM造成的污染具有深远的意义。本文通过静态吸附实验确定了PAM在黑钙土和盐碱土中的吸附特征,其等温吸附曲线和等温吸附方程表明PAM在两种土壤中均呈Langmuir吸附,PAM在黑钙土中的吸附量大于在盐碱土中的吸附量,造成这种现象的主要原因是黑钙土中蒙脱石含量较高而有机质的含量较低。实验结果表明,PAM在40℃的环境中吸附量达到最大。通过动态迁移实验探讨孔隙速率对于PAM在土壤中迁移的影响,实验结果表明,随着流量Q的增大,PAM达到平衡浓度所需要的体积减小。动态迁移实验采用KBr作为示踪剂,根据Br-在黑钙土和盐碱土中的BTCs(浓度突破曲线),估算CDE模型中的动力学参数,黑钙土的纵向弥散度为0.0044m,盐碱土的纵向弥散度为0.0072m,该数据为预测污染物在大庆市重要类型土壤的迁移转化过程提供了重要的实验依据。文献记载表明,由于PAM为高度缠结型大分子化合物,因此使用T-S模型能够较为准确的描述PAM的迁移过程,将PAM的等温吸附方程与T-S方程耦合,得到PAM的迁移模型,实验结果表明该模型能够较为准确地预测PAM在土壤中的迁移过程;根据PAM在两种土壤中的BTCs估算T-S模型中的动力学参数,估算结果表明PAM在大庆市重要类型土壤呈非平衡吸附,而孔隙速率v是影响PAM在土壤中迁移的重要因素,随着孔隙速率v的增大,质量传递系数?增大,因此随着孔隙速率v的增大,PAM达到平衡所需的体积减小,该结论与实验结果相吻合。进一步探讨孔隙传递速率v与质量传递系数?之间的关系,结果表明,PAM在黑钙土和盐碱土中的迁移的孔隙速率v和质量传递系数?之间呈较好的线性关系,其线性关系分别为:?(28)131.9v(10)14.38,R2=0.954;?(28)70.87v(10)8.43,R2=0.945。在流量相同的情况下,PAM在黑钙土中达到平衡浓度的所需体积明显小于在盐碱土中所需的体积,这是由于盐碱土中有机质含量较多,大尺寸团聚体含量较多,因此盐碱土的吸附能力较差。将PAM的迁移模型用于预测不同时间内PAM的迁移深度。实验结果表明,在自然状态下迁移速度达到稳定时,PAM在黑钙土中的迁移速度为:14.58×10-3cm/h,质量传递系数为16.37 mg/(L·min),其中吸附作用是影响PAM在黑钙土中迁移的重要因素。当PAM泄露到土壤中时,大部分PAM将会残留在上方土壤中,只有小部分会继续向下迁移,因此应及时采取措施处理被污染区域,可有效防止污染范围的扩大。
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