（化学工程专业论文）三元复合驱化学剂意外泄漏对环境影响的研究.pdf

摘要 三元复合驱化学剂意外泄漏对环境影响的研究 摘要 三元复合驱( a s p ) 作为一种最新型的三次采油技术，已成为油田 开采后期采用的主要措施，已经在我国许多大型油田得到应用。随着 a s p 驱油技术大规模推广应用，三元复合驱油剂在运输、配制、存储、 注入过程中一旦发生意外泄漏，势必会造成环境污染事故。因此，研 究a s p 化学剂的环境行为和危害性，对于保障生产过程的可靠性具 有重要意义。 本文通过检测大庆油田a s p 中化学剂组成和含量根据国内外现 有的标准和环境评价方法，确定出a s p 对环境影响的主要特征污染 物为火碱、表面活性剂( 包括直链烷基苯磺酸盐、未磺化油) 及聚丙烯 酰胺；系统研究了各种特征污染物对环境的危害性，研究结果表明， a s p 中碱和未磺化油会对生态环境造成持久危害，且呈现出难处理的 特点；直链烷基苯磺酸盐浓度较低时，不对生态环境造成影响，但是 随着浓度的升高其毒性增强；聚丙烯酰胺本身无毒，但是其降解产物 会造成人类生存环境的污染。 实验研究了a s p 化学剂在土壤中扩散迁移的环境行为。选择黑 土、黄土、盐碱土作为有代表性的土壤，通过室内土柱模拟实验，研 究了三种典型污染物在土壤样品中的自然迁移规律和在模拟降雨环 境下的迁移行为，结果表明，污染物在土壤中是垂直向下迁移的，一 段时间内其特征污染物n a o h 在土壤中的迁移距离不超过1 5 c m 、l a s 迁移距离不超过2 0 c m ，而p a m 迁移距离不超过15 c m ；关于p a m 和 l a s 在环境中的吸附和降解行为研究结果表明，l a s 在环境中有较 快的降解速度，不同土壤颗粒对p a m 有很强的吸附力。 经过对a s p 特征污染物在土壤中环境行为的综合研究表明，意 北京化工大学_ t 程硕十毕业论文 外泄漏的特征污染物大部分滞留在土壤浅层，垂直向下的迁移速率极 慢，短期内对地下水源不构成危害。 关键词：三元复合驱；特征污染物；环境行为；危害性；土壤 n 摘要 s t u d yo ne n v i r o n m e n th a r m f u l n e s so fc h e m i c a l si n a l k a l i - - s u r f a c t a n t - p o l y m e rc o m p o u n d i nc a s eo fr e l e a s e a b s t r a c t a l k a l i - s u r f a c t a n t - p o l y m e r ( a s p ) c o m p o u n df l o o d i n gi sw i d e l yu s e d i no i l f i e l d sa n dp l a y sav e r yi m p o r t a n tr o l ei no i lr e c o v e r y w i t ht h ea s p f l o o d i n ge x p a n d e d a p p l i c a t i o n ，a l k a l i ，s u r f a c t a n t ，p o l y m e r a n di t s c o m p o u n di na s pi si m p o s s i b l ea v o i dl e a k i n gt oe n v i r o n m e n td u r i n gt h e p r o c e s s o f t r a n s p o r t ，p r e p a r a t i o n ，s t o r a g e a n d i n j e c t i o n t h e r e f o r e ，t h e w i d e l y a s p f l o o d i n ga p p l i c a t i o n w i l l b r i n g t h e c o r r e s p o n d i n g e n v i r o n m e n t a lp r o b l e m s i ti s n e c e s s a r y t o s t u d y a n de v a l u a t e t h e p o l l u t a n t se n v i r o n m e n t a lb e h a v i o r sa n di m p a c t so fa s pc h e m i c a l st o p r o v i d et h er e l i a b l et e c h n o l o g yg u a r a n t e ef o rt h en e x ta s pl a r g e s c a l e a p p l i c a t i o n i nt h i s p a p e r , a c c o r d i n gt ot h ee x i s t i n gd o m e s t i ca n do v e r s e a s e n v i r o n m e n t a ls t a n d a r d sa n de v a l u a t i o nm e t h o d s ，t h em a i ne n v i r o n m e n t a l p a r t i c u l a rp o l l u t a n t s i na s pa r ei d e n t i f i e da s a l k a l i ( s o d i u m h y d r o x i d e ) ，s u r f a c t a n t ( 1 i n e a ra l k y l b e n z e n es u l f o n a t e s ，u n s u l p h o n i co i l ) a n d p o l y a c r y l a m i d e ( a c r y l a m i d e ) b yd e t e c t i n gt h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o n sa n d c o n t e n t so fa s pc h e m i c a l s ，i n j e c t i o na n df l o o d i n gp r o d u c e dw a t e ri n d a q i n g o i l f i e l d a n dt h ei m p a c to fm a i ne n v i r o n m e n t a l p a r t i c u l a r p o l m t a n mi na s p o ne n v i r o n m e n tf o ra c c i d e n to fr e l e a s ea r ea n a l y z e di n d e t a i l t h ea l k a l ia n du n s u l p h o n i co i li na s pc a nc a u s ee n o r m o u sh a r mt o e c o l o g i c a le n v i r o n m e n t a n dt h eh a r ms h o w l a s t i n ga n di n t r a c t a b l e f e a t u r e s t h ec o n c e n t r a t i o no fl i n e a ra l k y l b e n z e n es u l f o n a t e s ( l a s ) i st h e i i i 北京化工大学工程硕士毕业论文 k e yf a c t o rt om e a s u r ei t sh a r mt ot h ee n v i r o n m e n t ，w h e nt h ec o n c e n t r a t i o n i sl e s st h a nac e r t a i nv a l u e ，i ti sg o o dt oe n v i r o n m e n t ，b u tt o x i ce n h a n c e d w i t ht h ei n c r e a s eo fc o n c e n t r a t i o n t h e p o l y a c r y l a m i d e ( p a m ) i sl e s s e n v i r o n m e n t a lc o n t a m i n a t i o na n dn o n - t o x i ct op l a n t sa n da n i m a l s ，b u ti t s d e g r a d a t i o np r o d u c ta c r y l a m i d e ( a m ) c a nc a u s eg r e a th a r mt oh u m a n b e i n g sa n de n v i r o n m e n t e n v i r o n m e n t a lb e h a v i o r so fa s pc h e m i c a l si ns o i lf o ra c c i d e n to f r e l e a s ei s c o m p l e t e ds t u d i e d i nt h i s p a p e r t h em i g r a t i o no fu n i t p o l l u t a n t ( a l k a l i ，l a s ，p a m ) a n dt e m a r yp o l l u t a n t si nd i f f e r e n ts o i l s ( b l a c k s o i l ，l o e s ss o i l ，s a l i n ea l k a l is o i l ) u n d e rn a t u r a la n ds i m u l a t e dr a i n f a l l c o n d i t i o n sa r es t u d i e db yo n s i t es a m p l i n ga n ds o i lc o l u m ne x p e r i m e n t si n l a b o r a t o r y e f f e c to ft i m ea n da m o u n to nt h el a wo fp o l l u t a n t st r a n s f e r r i n g i ns o i li s i n v e s t i g a t e da n dt h e v e r t i c a l m i g r a t i o nl a wi ns o i li s f o u n d u n d e rn o r m a lc i r c u m s t a n c e s ，w h e na s pc h e m i c a l sa c c i d e n t h a p p e n e d ，t h em i g r a t i o nd i s t a n c eo fa l k a l ip o l l u t a n t si ns o i ld o e sn o t e x c e e d15 c m ，m i g r a t i o nd i s t a n c eo fl a sn o te x c e e d2 0 c m ，m i g r a t i o n d i s t a n c eo fp a mn o te x c e e d15 c mi n p e r i o do ft i m e m o r e o v e r , t h e a d s o r p t i o na n dd e g r a d a t i o no fp a ma n dl a so nt h ee n v i r o n m e n ta r ea l s o s t u d i e di nl a b o r a t o r y l a sd e g r a d a t ef a s ti nt h ee n v i r o n m e n t p a mh a sa h i g ha d s o r p t i v ea f f i n i t yo ns o i la n di ti sv e r yd i f f i c u l td e s o r b e d b a s e d0 1 1 t h ec o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so fe n v i r o n m e n t a lb e h a v i o r so fa s p p o l l u t a n t s i ns o i l ，w ec a nc o n c l u d et h a tm o s tp a r t i c u l a rp o l l u t a n t si na s pr e s t e ds o i l s u r f a c ei nt h el e a k i n ga c c i d e n t e v e nm u c hm o r ep o l l u t a n t so ns o i ls u r f a c e u n d e rr a i n f a l lc o n d i t i o n s ，i tw i l ln o ta f f e c tg r o u n d w a t e ri nd a q i n g t h es t u d yo ft h eb e h a v i o ra n di m p a c to fa s p p o l l u t a n t si ns o i lw i l l p r o v i d ei n s i g h ti n t ot h ec h a r a c t e ro fe n v i r o n m e n t a lb e h a v i o r s ，w h i c hi so f g r e a ts i g n i f i c a n c ef o ri m p r o v i n gt h eo i li n d u s t r yp r o d u c t i v i t yt o g e t h e r w i t he c o e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n d r e d u c i n ge n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n i v 摘要 k e y w o r d s ：a s pf l o o d i n g ；p a r t i c u l a r p o l l u t a n t s ；e n v i r o n m e n t a lb e h a v i o r ； h a z a r d ； s o i l v 北京化工大学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签各蠡选 日期 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文 的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北 京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编 学位论文。 保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在土年解密后适用 本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授 权书。 p 作者签名：越日期： 导师签名：二乒避日期： 2 0 o 。，2 ， 第一章绪论 1 1 三元复合驱技术概况 1 1 1 油田三次采油技术的发展 第一章绪论 石油是一种重要的能源和化工原料，作为一种不可再生的资源与能源，其 消耗量在总能源中所占的比例正逐年增加。随着石油开采的加剧，其采收率逐渐 下降，人们不得不通过采取提高地压、向地下注入脱氧水、蒸汽、表面活性剂等 手段进一步提高是有的采出率，从而催生了二次采油、三次采油技术【1 1 。通常所 谓的一次采油，是指利用油藏本身的能量进行采油的过程，采收率通常为1 0 左右；当一次采油技术不能提高是有的采出率时，人们便采用向地下注水、蒸汽 等手段提高油藏压力进行采油，这就是所谓的二次采油技术，其采出率在 2 0 - 4 0 ；当用二次采油技术不能发挥作用时，人们考虑采用化学的、生物的、 物理的以及其它新技术进行尾矿采出，即通过向油矿层注入表面活性剂等手段， 进一步将二次采油后残留于地下的5 0 0 0 , 7 0 的原油进行开采，这就是所谓的三 次采油技术，国际上也把三次采油称为强化采油( e n h a n c e do i lr e c o v e r y ，e o r ) 【2 1 。 在石油开采过程中，人们通常依次通过一次采油、二次采油、三次采油技术，将 油田中储藏的是有最大限度的开采出来，最终采用的三次采油手段很多，比如向 地层注入各种驱油介质( 如合成化学物质、蒸汽、微生物等) ，但最终是有的采收 率各有不同，通常约为5 0 7 0 ( o o m ) 。 纵观世界石油开采的历史与现状可以发现，在三次采油技术方面，前人已 经开发成功且应用到油田采油的技术主要有四大类，即化学驱油、气体驱油、热 力驱油和微生物驱油技术。在上述四类三次采油技术中，化学驱油是最经济实用 的采油技术，注入地下的化学药剂包括聚合物、表面活性剂、碱水及其复配的复 合剂等。2 0 世纪9 0 年代后期，随着我国石油开采速度的加快，石油开采技术快速 发展，并且在我国几大油田先导性试验取得成功，并积累经验后，三次采油技术 迅速进入实际应用阶段，从国内主要油田的发展动向来看，三次采油作为注水开 发后期的主要接替技术已成共识，正成为油田稳产增产的重要措施。而三元复合 驱油技术是一种既经济又高效的强化化学采油技术，是一种最有应用前景的三次 采油技术，也是我国三次采油提高采收率研究的主要方向。 北京化工人学f t 程硕士毕业论文 1 1 2 三元复合驱油技术简介 三元复合驱油技术是一种新型的化学采油技术，它采用碱( a l k a l i ) 、表面活 性剂( s u r f a c t a n t ) 和聚合物( p o l y m e r ) 等多元组分复配成高效的符合驱油剂，目前国 内外采用最多的碱是n a 离子碱，采用的表面活性剂一般为重烷基苯磺酸钠盐， 采用的聚合物为部分水解的聚丙烯酰胺。这些原料易得，产量巨大、工艺成熟， 因此在工业化生产中北广泛应用【3 , 4 】。三元复合驱油技术既保持了碱驱油的高驱 油率、低成本和聚合物驱油的高效性特点，又避免了碱水驱油体系粘度低，聚合 物驱油体系中的聚合物在岩石表面的吸附损失等缺点，能够大幅度提高原油采收 率，降低化学药剂的用量，并且对于原油矿藏的适应性强的优势【 】。 1 2 三元复合驱化学剂泄漏模式 随着三元复合驱油技术的扩大化应用，消耗量日益增加，三元注入介质碱、 表面活性剂、聚合物及其混合物在运输、配制、存储、注入过程中可能发生意外 泄漏事件。三元复合驱化学剂泄漏在任何时间、任何地点都有可能发生，其原因 往往是复杂的、多种的，而非某个单一的原因造成的。分析泄漏事故原因主要有 以下几个方面： 人为因素：人为失误往往是造成危险的最大隐患，许多从业人员素质不高， 又未经过严格、系统的培训，缺乏专业知识，安全操作技能差，环境意识不强， 导致泄漏事故的发生。另外，操作人员在配制、使用化学剂时违章操作、麻痹疏 忽、忽视安全( 如阀门被意外打开，贮罐过满，装卸泄漏等) 也会导致泄漏事故发 生。 设备因素：设备质量达不到有关技术标准的要求、机器设备、设施有缺陷、 设施材料失效、密封部位设计不合理、制造质量差，由于化学剂具有腐蚀性，极 易导致设备老化、故障，使各种管、阀、泵、室、塔、釜、罐发生跑、冒、滴、 漏等现象。其中，最有可能引起泄漏情况发生的就是管道接头泄漏，如管道的凸 缘和弯道裂缝、焊接失误；弯曲联接中软管、波纹管、接合支架的裂缝和联接装 置故障；阀门( 包括阻塞门、保险) 的堵塞或盖子裂缝；管道泵外罩破损和密封盖 裂缝；贮存罐破损或联接处裂缝。另外，由于贮存罐设计、制造、选材不当或壁 厚不够以及安全装置不全或失灵以致储罐不能承受工作压力破裂而引起泄漏情 况，贮存罐附件，如法兰、阀门、管道、液位计、弯头、安全阀等存在缺陷或发 生故障也可能会导致泄漏事故发生。 2 第一章绪论 管理因素：规章制度不健全、劳动纪律涣散、维护管理不落实、违反劳动 纪律、人为破坏也是导致泄漏事故发生的主要原因。 环境因素：地震、雷击、洪水等自然灾害以及由此引起的停电、停水、机 械故障等一系列情况都有可能会引起泄漏事故发生，如雷击易造成火灾，使储罐 压力上升产生爆炸；地震导致管道变形破裂，引起泄漏。 另外，化学剂包装不合格，工艺和技术上等原因致使含化学剂污水不得不 外排以及一些突发性事故，也是造成化学剂泄漏的原因之一。 所以在大力推广三元复合驱油技术的同时，会带来相应的环境问题。有必 要对三元复合驱化学剂的环境行为和危害性进行研究和评价，为制定三元复合驱 化学剂在发生意外泄漏后的治理预案打下基础，为下一步三元复合驱大规模推广 应用提供可靠的后备技术保证。 1 3 本论文研究的目的意义 三元复合驱在各大油田被广泛采用，能较大幅度的提高采收率，但对于三 元复合驱化学剂意外泄漏后，其特征污染物对环境的影响及其环境行为国内外研 究报道中可以直接利用于本课题的不多，特别是单元化学剂在土壤中的环境行为 及三元化学剂整体在土壤中的迁移转化，国内外基本上没有这方面的研究。通过 对三元复合驱化学剂中特征污染物环境危害性及环境行为的研究，总结出归趋规 律，有利于从无害化、资源化、减量化角度，提出污染物在发生意外泄漏后，减 少对环境影响的措施和建议，对完善我国油田污染物处理，实现高效生产与环境 保护并进，提高石油工业的生产效率以及经济效益，减少对环境的污染，保护人 类生态环境具有深远意义。 本研究会对三元复合驱化学剂所含特征环境污染物的环境影响及其环境行为作深一步 的研究，这不仅对油田有重大贡献，对于任何使用碱、表面活性剂及聚丙烯酰胺行业的环境 保护和治理提供科学依据。 通过三元复合驱化学剂泄漏可能性的风险评价，筛选出三元复合驱化学剂 中主要特征环境污染因子，研究主要环境污染物的环境行为和对环境的影响。具 体研究内容如下所示： 1 筛选出三元复合驱中对环境影响的主要特征污染物： 2 分析三元复合驱中特征环境污染物意外泄漏后对生态环境造成的影响及 危害； 3 研究三元复合驱中特征环境污染物在土壤中的环境行为。 3 第二章三元复合驱中特征污染物的确定与评价 第二章三元复合驱中特征污染物的确定与评价 在大庆油田采用的三元复合驱油药剂中，工业火碱含量为1 2 ，重烷基苯 磺酸钠的含量为0 2 ，聚丙烯酰胺含量为0 1 。其中，重烷基苯磺酸盐大庆自 产，组成为4 0 0 o - 6 0 的活性物，主要为直链烷基苯磺酸盐，链长在c 1 4 c 2 4 之 间；高分子量的聚丙烯酰胺产品亦产自大庆，其组成主要为聚丙烯酰胺( p a m ) 、 残余单体丙烯酰胺( a m ) 、少量无机盐类。本章采用化学分析、仪器分析等现代 分析手段，研究分析三元复合驱中化学剂组成和含量以及三元复合驱注入液和采 出液化学成分和浓度，并根据国内外现有的标准( 主要有国家污水综合排放标准) 和环境评价方法( 污染指数法) ，筛选出三元复合驱中主要特征环境污染因子。 2 1 实验部分 2 1 1 实验方法 为了全面了解三元复合驱化学剂组成以及注入液和采出液水质，在大庆油 田采油四厂杏二中三元复合驱试验区有选择性地采样。其中，水样可分为两大类： 一类为杏一联深度处理水配制的三元复合驱注入液；另一类为杏一联深度处理水 配置的三元复合驱采出水。并对所采集的水样进行详细的分析，主要包括水中常 规物质( 氯离子、碳酸根、碳酸氢根、硫酸根、总矿化度等) 和特征物质( 悬浮固体、 含油量、硫酸盐还原菌、硫化物等) 以及金属离子含量( 钙、镁、钠、钡、铅等) ， 实验主要仪器见表2 1 。 表2 - l 主要仪器 1 r a b 2 1m a i ni n s t r u m e n t s 器仪名称仪器生产厂家 7 2 2 型分光光度计 t a s 9 9 0 原子吸收分光光度计 p h s 3 ( 2 型数字式酸度计 电子天平 2 x z 型真空泵 w s 7 0 1 型红外线快速干燥器 电子调温型万用电阻炉 x l - 1 型马弗炉 上海精密科学分析仪器厂 北京普析通用仪器有限公司 江苏江分电分析仪器有限公司 梅特勒托利多仪器有限公司 上海河山泵业有限公司 上海市吴淞五金厂 黄骅市泰斯特仪器有限公司 河南省鹤壁市仪表厂有限公司 所有分析方法均为国家或行业标准方法。悬浮固体含量采用滤膜过滤法； 5 北京化工大学工程硕士毕业论文 含油量采用比色法；硫酸盐还原菌、腐生菌、铁细菌含量采用绝迹稀释法；硫化 物含量采用亚甲基兰比色法；总铁含量采用磺基水杨酸法；氯离子含量采用硝酸 银沉淀滴定法；碳酸根、碳酸氢根、氢氧根含量采用双指示剂滴定法；硫酸根含 量采用重量法；金属离子含量采用原子吸收法；p h 值采用p h 计直接测定；表 面活性剂( l a s ) 含量采用两相滴定法；聚合物( p a m ) 含量采用淀粉碘化物比色法。 测定方法的详细步骤以及试剂药品要求在中华人民共和国石油天然气行业标准 s y 厂r5 3 2 9 1 9 9 4 、s t5 9 8 2 1 9 9 4 、s 岍5 5 2 3 2 0 0 0 上和一些手册文献上都有详 细叙述。 2 1 2 环境污染物的评价方法 本论文采用污染指数法对环境污染物评价，具体方法是以三元复合驱所使 用化学剂及注入液和采出水中污染物( 源) 实测值和相关标准比较，计算污染源的 指数。采用公式( 2 1 ) ： i s = c s l c b ( 2 1 ) 式( 2 1 ) 中：c s 污染物( 源) 实测浓度值；c ! b 标准值；i s 污染源的指数，此值 大于1 ，在表中以( + ) 表示，表示对环境有影响，并且产生污染，定为环境污染物； 此值小于或等于1 ，在表中以( 一) 表示，表示对环境没有影响，不是环境污染物。 采用污染指数法评价环境污染物所依据的碱和阴离子表面活性剂标准参见 表2 2 。聚丙烯酰胺中残留丙烯酰胺标准( g b r r1 3 9 4 0 9 2 ) 见表2 3 ，一些组织和 政府对环境中丙烯酰胺限量的推荐值或规定值可见表2 _ 4 。三元复合驱中其它物 质以污水综合排放标准( g 88 9 7 8 - 1 9 9 6 ) 中规定的相关标准排放值为参照标准。 表2 - 2 碱和表面活性剂所涉及评价标准 t a b 2 2e v a l u a t i o i ls t a n d a r d so fa l k a l ia n ds u r f a c t a n t 6 第二章三元复合驱中特征污染物的确定与评价 残留单体优级一般合格 表2 - 4 一些组织和政府对环境中a m 限量的推荐值或规定值 t a b 2 _ 4s o m eo r g a n i z a t i o n sa n dg o v e r n m e n tr e c o m m e n d e do rr e q u i r e d s t a n d a r d so f a mi nt h ee n v i r o n m e n t 2 2 实验结果与讨论 2 2 1 三元复合驱组成分析 ( 1 ) 三元复合驱化学剂分析 经过分析测定，大庆采油四厂杏二中三元复合驱油剂中，重烷基苯磺酸盐 的质量组成为5 0 的活性物，主要是链长为c 1 4 , - c 2 4 直链烷基苯磺酸盐( 峰值链 长碳数为c 1 8 ，平均分子量为4 1 8 ) ，1 0 r - 1 5 的未磺化油( 主要为烷基苯、二烷 苯、多烷苯等苯系物) ，2 - - 5 盐类( 主要为硫酸钠) ；其中聚合物部分为高分子 量的聚丙烯酰胺；采用的碱为工业烧碱，以及少量无机盐类，可参见表2 5 。 7 北京化t 大学工程硕士毕业论文 ( 2 ) 三元复合驱采出水与注入液分析 大庆采油四厂杏二中三元复合驱杏一联深度处理水配置的注入液和采出水 分析结果见表2 - 6 、2 - 7 、2 8 、2 - 9 。 表2 - 6 三元复合驱注入液和采出水中微量金属离子分析结果 t a b 2 - 6a n a l y t i c a lr e s u l t so ft r a c el e v e lm e t a li o n si nt h ea s p i n j e c t i n ga n df l o o d i n gp r o d u c e d w a t e r 表2 7 三元复合驱注入液和采出水中特征物质分析结果 t a b 2 - 7a n a l y t i c a lr e s u l t so fc h a r a c t e r i s t i cc o m p o n e n t s i na s pi n j e c t i n ga n df l o o d i n gp r o d u c e dw a t e r 序号分析项目注入液采出水 悬浮固体，m g t , 含油量，m g l 硫酸盐还原菌，个m l 腐生菌，个m l 铁细菌，个m l 硫化物，m g t , 总铁，m 玑 1 03 5 3 57 8 。1 0 21 0 2 1 0 3 。1 0 3 1 0 21 0 2 0 10 - 3 0 4 70 6 5 表2 4 三元复合驱注入液常规物质分析结果 t a b 2 - 8a n a l y t i c a lr e s u l t so fr o u t i n ec o m p o n e n t si nt h ea s p i n j e c t i o n 8 第二章三元复合驱中特征污染物的确定与评价 表2 - 9 三元复合驱采出水中常规物质分析结果 t a b 2 - 9a n a l y t i c a lr e s u l t so fr o u t i n ec o m p o n e n t si nt h ea s pf l o o d i n gp r o d u c e dw a t e r 2 2 2 三元复合驱污染物确定 采用污染指数法对三元复合驱中物质进行环境评价，得出了三元复合驱中 特征环境污染因子，评价结果见表2 10 。 表2 1 0 三元复合驱特征环境污染因子评价结果 t a b 2 - 1 0e v a l u a t i o nr e s u l t so f p o l l u t a n t sf o rt h et o x i c i t yi na s p 注：表中均指质量分数。 从表2 1 0 的分析结果可以看出，三元复合驱对环境产生影响的特征污染物 9 北京化工人学工程硕： ：毕业论文 主要包含两方面：一方面为三元复合驱化学剂中所含污染物，主要有碱( n a o h ) 、 表面活性剂( l a s 、未磺化油) 及p a m ( a m ) ：另一方面为三元复合驱注入液和采 出水中所含污染物，主要有碱( n a o h ) 、表面活性剂( l a s ) 及p a m ( a m ) ，其中石 油类污染物虽然略高于标准值，为一般污染物，但不列为三元复合驱主要特征污 染物。 2 3 本章小结 三元复合驱对环境产生影响的主要特征污染物有碱( 氢氧化钠) 、表面活性剂 ( 直链烷基苯磺酸盐、未磺化油) 及聚丙烯酰胺( 丙烯酰胺) 。 l o 第三章三元复合驱中特征污染物的环境危害性分析 第三章三元复合驱中特征污染物的环境危害性分析 三元复合驱对环境产生影响的特征污染物主要有碱( n a o h ) 、表面活性剂 ( l a s 、未磺化油) 及p a m ( a m ) ，本章系统分析了这些污染物对生态环境造成的 危害。 3 1 碱的环境危害性分析 3 1 1 氢氧化钠特性 氢氧化钠相关特性可参见表3 1 。 表3 - l 氢氧化钠特性 t a b 3 1t h ec h a r a c t e ro f n a o h 分子式 n a o h 别名苛性钠；烧碱；火碱：固碱 分子量 4 0 0 l 外观与性状白色不透明固体，易潮解 熔点( 1 2 ) 3 1 8 4 沸点( ) 1 3 9 0 相对密度( 水- 1 ) 2 1 2 饱和蒸汽压( k p a ) 0 1 3 7 3 9 溶解性易溶于水、乙醇、甘油，不溶于丙酮 稳定性稳定 燃烧性不燃 危险特性本品不会燃烧，遇水和水蒸气大量放热，形成腐蚀 性溶液。与酸发生中和反应并放热，具有强腐蚀性。 燃烧分解产物可能产生有害的毒性烟雾 接触限值 空气中最高容许浓度0 5 m g m 3 侵入途径吸入、食入 健康危害 有强烈刺激和腐蚀性。粉尘或烟雾刺激眼和呼吸 道，腐蚀鼻中隔：皮肤和眼直接接触可引起灼伤； 误服可造成消化道灼伤，粘膜糜烂、出血和休克。 3 1 2 碱对水体生态的危害 碱的危害主要表现在对土壤、动植物、地下水、微生物的影响。并且由于 碱类的污染呈现持久和难处理的特点，对工业、农业、渔业和生活用水都会产生 不良的影响。碱对金属、石料、水泥、木材等建筑物材料均有腐蚀作用，严重时 北京化工大学工程硕士毕业论文 还会腐蚀船只、桥梁及其它水上建筑，影响名胜古迹的观赏价值，给工农业生产 带来巨大损失。 碱排入水体环境后，会使其p h 值增高，破坏水体环境的自然缓冲能力。水 体碱化可能改变和破坏水生生态系统，同时严重影响水体生物的生长和发育，土 壤和底泥中的有毒物质也会被溶解和冲刷到水体环境中，毒害水体生物，还直接 或间接危害人体健康。水体过高或过低的p h 值，均会使水中微生物活动受到抑 制，有机物不易分解。p h 值高于8 ，大量的n h 4 + 会转化成有毒的n h 3 ：p h 值 低于6 时，水中9 0 以上的硫化物以h 2 s 的形式存在，增大硫化物的毒性。 p h 值还通过影响其它的环境因子而间接影响水体生态。p h 值严重影响到 水体的生物生产力，首先，p h 值的不适宜会破坏水体生产的最重要的物质基础 磷酸盐和无机氮合物的供应：水体偏碱会形成难溶的磷酸三钙，偏酸又会形成不 溶性的磷酸铁和磷酸铝都会降低肥效；在氮的循环中，p h 值也起重大作用，硝 化作用固氮作用都以弱碱性p h 值7 啦8 5 最适宜，遇到酸性或弱碱性条件都会 受到抑制。其次，p h 的变化致使水体中有毒物质浓度增加，而这些成分的毒性 又和p h 值有协同作用，加大了对水体生态的毒害；另外，p h 值偏离了中性到 弱碱性范围而变得过高或过低时，都会抑制植物的光合作用和微生物的分解作 用，前者会影响到水体的氧气状况和水体动物的呼吸条件，后者会影响到水中有 机质的浓度，从而影响水体生态的整个物质代谢。 水体p h 值升高对水生植物同样会造成一定危害。高浓度的碱会导致许多金属如 铁、镁沉淀而不能被水生植物吸收利用，从而间接影响植物的生长。任何植物的 光合作用有最适p h 范围，这主要由于光合作用所需的无机碳源( c 0 2 、h c 0 3 、 c 0 3 2 3 1 拘存在形式主要受水体p h 的影响，在偏酸性或中性的水中，c 0 2 主要以 h 2 c 0 3 或游离c 0 2 形式存在；在偏碱性水中，水体中的c 0 1 2 主要以h c 0 3 。、c 0 3 2 。 形式存在，因而在中性偏弱碱性的水中，有利于其光合作用的进行。 3 1 3 碱对土壤生态的危害 泄漏于土壤中的碱液，使土体中的n 矿、o h 增多，无论在水平方向还是垂 直方向上，引起土壤p h 、全盐、e s p 及s a r 逐渐升高，导致土壤盐碱化，其表 现是破坏土壤的结构特征，使土粒分散，湿时泥泞，干时板结，影响作物根系吸 收养分。土壤在正常情况下吸附的阳离子以c a ，、m 矿离子为主，当发生碱液 的意外泄漏时，大量n a + 离子进入土壤之中，发生脱盐，c a ? 、m 矿离子的数量 大幅度下降，大量的代换性n a - 离子具有对土壤胶体的分散作用，致使土壤物理 性状很差，不能形成良好的土壤结构，妨碍土壤中水分和空气的调节，特别是碱 1 2 第三章三元复合驱中特征污染物的环境危害性分析 化淀积层，植物穿插困难，而且难以耕作。白军红l s 】研究表明，土壤盐碱化可降 低水分渗透性能，1 0 c m 2 0 c m 内土层水分渗透速度非常小，水扩散率随土壤含 水量的增加呈指数增长变化的趋势。土壤盐碱化后的抗旱能力显著减少，盐碱化 耕地若遇到干旱，使土壤有效水分减少，盐分浓度增加迫使植物萎蔫、枯黄，死 苗现象【9 1 。 土壤盐碱化会使土壤中的营养元素降低其溶解度而变为无效状态，并且会 影响土壤微生物，进而影响一些土壤养分的有效性。土壤微生物最适宜的p h 值 是6 5 7 5 之间的中性范围，土壤盐碱化后超过此范围对土壤微生物，特别是固 氮菌和根瘤菌等有益微生物的活动有抑制作用，从而不利于养分的增加和活化。 碱化度越高的土壤对菌根发育的抑制作用越大、菌根发育越差。碱对土壤肥力有 很大的影响，土壤盐碱化会降低土壤酶活性( 如多酚氧化酶、纤维素酶、过氧化 氢酶、过氧化物酶) ，降低土壤腐殖质含量，从而影响土壤养分特别是有机态养 分的转化与循环，导致土壤肥力下降，不利于农作物生长。 3 1 4 碱对人与动物的危害 已有研究结果表明p h 值对动物体有很大影响，勾影波【l o 】通过对蚯蚓数量变 动和环境因素关系的研究，发现p h 值是影响菜地蚯蚓密度的主要因素之一。一 些水生动物碱中毒的症状有：受刺激且狂游乱窜；体表大量粘液甚至可拉成丝： 鳃盖腐蚀损伤、鳃部大量分泌凝结物。三元复合驱用碱n a o h 具有强烈刺激和腐 蚀性。可通过吸入和食入等途径侵入人与动物体内。刺激眼、皮肤和呼吸道，腐 蚀鼻中隔，引起哮喘等多种呼吸道疾病，降低幼体的免疫能力；溅到皮肤上，尤 其是溅到粘膜，可产生软痂，并能渗入深层组织，灼伤后留有瘢痕；溅入眼内， 不仅损伤角膜，而且可使眼睛深部组织损伤，严重者可致失明；误服可造成消化 道灼伤，绞痛、粘膜糜烂、呕吐血性胃内容物、血性腹泻，有时发生声哑、吞咽 困难、休克、消化道穿孔，后期可发生胃肠道狭窄。用质量分数0 0 2 溶液滴入 兔眼，可引起角膜上皮损伤。小鼠腹腔内l d 5 0 ：4 0 m g k g ，兔经口l d 5 0 ：5 0 0 m g k g 。 综上通过对三元复合驱中碱的环境危害性分析可知，三元复合驱中碱等同 环境中一般碱类污染物，会造成水体p h 值升高和土壤盐碱化，改变土壤、水体 环境的物理化学性质，对土壤、水体、动植物、微生物、人群造成巨大的危害， 并且碱类的污染呈现持久和难处理的特点。 3 2 直链烷基苯磺酸盐的环境危害性分析 3 2 1 直链烷基苯磺酸盐特性 表面活性剂是一类加入很少量就能使表面张力降低的有机化合物，具有极 北京化工大学工程硕士毕业论文 高的降低表、界面张力的能力和效率，具有分散、渗透、增溶、乳化、润湿、起 泡、润滑、杀菌等诸多性能。表面活性剂具有共同的特点，即分子中同时存在亲 水基和亲油基( 又称疏水基) 。亲水基通常是溶于水后容易电离的基团，如羧酸盐、 磺酸盐、硫酸酯盐等。亲油基能与油类互相吸引、溶解，通常是由石油或油脂组 成的长碳链的烃基，可以是脂肪烃，也可以是芳香烃。亲水基性能强，就溶解于 水，反之，亲油基性能强，就溶于油。在表面活性剂中使用范围最广、消耗量最 大的当属阴离子表面活性剂烷基苯磺酸钠( l a s ) 。l a s 作为一种重要的化工产品， 广泛应用到国民经济的各个领域，而且应用范围还在继续拓展，消耗量也日趋增 大。l a s 的结构如图3 1 所示： h 3 c _ c h r 彳叫洲z 卜h s 八 jl l v s 0 3 n a 图3 1l a s 分子结构图 f i g 3 - 1t h em o l e c u l a rs t r u c t u r eo fl a s 随着l a s 碳链的不同，n 取值不同，下面仅以十二烷基苯磺酸钠为例介绍 l a s 类物质的相关特性，十二烷基苯磺酸钠相关特性见表3 - 2 。 表3 - 2 十二烷基苯磺酸钠特性 t a b 3 2t h ec h a r a c t e ro f c l 2 - l a s 分予式c 1 3 h 2 9 n a 0 3 s ，c h 3 ( c h 2 ) i o c h 2 c t , i - 1 4 s 0 3 n a 分子量 外观与性状 溶解性 燃烧性 沸点( ) 熔点( ) 闪点( ) 蒸气压 危险特性 燃烧分解产物 侵入途径 毒性 健康危害 3 4 8 4 7 白色至淡黄色薄片、小颗粒或粉末状 易溶于水 可燃 6 3 7 2 7 7 1 1 0 可忽略不计 遇明火、高热可燃。受高热分解放出有毒的气体。 一氧化碳、二氧化碳、硫化物、氧化钠 吸入、食入、经皮吸收 l d 如1 2 6 0m g k g ( 大鼠经口) 本品基本无毒，其浓溶液对皮肤有一定刺激作用 3 2 2 直链烷基苯磺酸盐对土壤的危害 1 4 第三章三元复合驱中特征污染物的环境危害性分析 表面活性剂l a s 在土壤上的吸附能够显著地改变土壤的物理化学性质。土 壤胶体是热力学不稳定的分散体系，表面活性剂对它的表面电势、有效h