甲基叔丁基醚(MTBE)污染土壤的岩土工程性质变化

文摘   科学   2023-05-22 10:10   湖北  

 

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Zhu, F., Zhang, Z., Tao, W., Li, F., & Wei, T. (2023). Changes in geotechnical properties of soil contaminated by methyl tertiary butyl ether (MTBE). Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology, 56(2). https://doi.org/10.1144/qjegh2022-095 

研究亮点


● 探讨了土壤中甲基叔丁基醚(MTBE)的生物降解机制,并发现某些微生物可以有效地将MTBE转化为无害物质。


● 使用了来自中国亳州市的土壤样品进行实验,并对其进行了详细的物理和化学分析。这些数据可以为类似研究提供有用的参考信息。


摘要:作为广泛使用的汽油添加剂,甲基叔丁基醚(MTBE)可能会渗入地表下,这不仅破坏生态环境,还影响土壤的工程技术特性。在这项研究中,我们全面研究了MTBE污染土壤的工程技术性质,如强度、压缩性、水力传导性、浸出性、电阻率和微观结构特性等基本物理性质。结果表明,随着土壤中MTBE含量的增加,阿特伯格极限持续下降。随着MTBE含量从0%增加到10%,土壤的比表面积降低了28%,砂含量增加了22%,粘土和粉砂含量分别降低了3%和18%。土壤的压缩指数、水力传导性、浸出的MTBE浓度和电阻率都随着MTBE含量的增加而增加,而无围压抗压强度(UCS)随着MTBE含量的增加而减少。微观结构分析表明,增加MTBE含量会导致矿物学变化,降低土壤的伊利石和高岭石含量。通过增加集合体间孔隙的数量和大小,可以检测到集合体和絮状结构。此外,污染土壤的电阻率被用来基于既定的经验关系评估MTBE污染土壤的工程技术性质。


背景:甲基叔丁基醚(MTBE)是一种广泛用于汽油中的添加剂,但它也是一种常见的地下水污染物。MTBE具有高度可溶性和低生物降解性,因此在地下水中传播速度很快。虽然已经有许多研究关注MTBE对环境和人类健康的影响,但对其对土壤地质力学特性的影响还不够清楚。


方法:本研究通过实验室测试和分析,全面调查了MTBE污染土壤的基本物理特性,包括强度、压缩性、水力导率、渗透性、电阻率和微观结构等方面。同时,还进行了电阻率测试以建立经验关系来评估土壤地质力学特性

结论:实验结果表明,MTBE污染会显著影响土壤的物理特性。MTBE污染土壤的强度和压缩性均降低,水力导率和渗透性则增加。此外,MTBE污染还会改变土壤的微观结构,导致土壤孔隙度增加。电阻率测试结果表明,电阻率与土壤含水量和孔隙度之间存在一定的关系

部分图文:


图. MTBE含量为(a)0%,(b)4%和(c)10%的土壤的SEM结果


图.  土壤中分散和絮凝结构示意图(Ouhadi 等人,2010 年)。



要点问答

 
Questions & Answers




MTBE污染土壤的基本物理特性受到什么影响?


本研究调查了MTBE污染土壤的基本物理特性,包括强度、可压缩性、水力导率、可淋溶性、电阻率和微观结构特征。MTBE存在于地下水中可能会改变土壤的微观结构和岩土工程特性。随着MTBE含量从0%增加到10%,土壤的Atterberg极限不断降低。当MTBE含量增加时,土壤比表面积(SSA)减少28%,沙子含量增加22%,而粘土和粉砂含量分别降低3%和18%


█ MTBE污染如何影响土壤的水力导率和可淋溶性?这对地下水污染有什么影响


本研究调查了MTBE污染对土壤水力导率和可淋溶性的影响。结果表明,随着MTBE在受污染土壤中的含量增加,土壤的水力导率降低。同时发现MTBE从受污染土壤中的淋溶性也很显著,这意味着MTBE可以轻易地穿过土壤并潜在地污染地下水。这些发现对地下水污染具有重要影响,因为MTBE是一种高溶解性和持久性有机化合物,可能对人类健康和环境构成威胁。因此,对MTBE污染的土壤和地下水进行全面的监测和治理非常重要。


 土壤的电阻率和微观结构可以用作MTBE污染的指标吗


MTBE污染土壤的电阻率和微观结构可以用作指标。电阻率可用于基于已建立的经验关系评估MTBE污染土壤的岩土工程特性。微观结构分析可揭示反应机制。这些信息可用于现场表征和治理规划,提供对土壤和地下水中MTBE污染程度和严重性更好的理解。它还可以帮助选择适当的治理技术,以有效清除受污染场地。



原文请查阅 Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology。

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原文链接:https://doi.org/10.1144/qjegh2022-095



延伸阅读

 
EXTENDED READING



甲基叔丁基醚MTBE

甲基叔丁基醚化学结构

甲基叔丁基醚 (MTBE) 一种化合物,由甲醇和异丁烯发生化学反应而制得。 甲醇主要来源于天然气,而异丁烯则来源于从原油或天然气中获得的丁烷。


MTBE 是一种易挥发、易燃且无色的液体,微溶于水。 由于其高氧含量可促进更完全的燃烧,因此通常用作汽油添加剂,从而减少一氧化碳和其他空气污染物的尾气排放。 MTBE 还可以提高汽油的辛烷值,有助于防止发动机爆震。


从 1970 年代后期开始,MTBE 在美国和许多其他国家被广泛使用,以取代铅作为汽油中的辛烷值促进剂。 随着 1990 年清洁空气法修正案的实施,它的使用在 1990 年代急剧增加,该修正案要求在一氧化碳水平不健康的地区使用含氧燃料。


甲基叔丁基醚MTBE)带来的污染问题

甲基叔丁基醚(MTBE)商品装


MTBE 的广泛使用导致了环境问题,尤其是与土壤和地下水污染。


MTBE 高度溶于水,不能很好地与土壤结合,使其能够快速穿过土壤,污染地下水供应。 由于其抗生物降解性,一旦进入环境,MTBE 就会存在很长时间。


在土壤中,MTBE 污染会改变土壤的岩土特性,并破坏土壤的生态。 由于它在土壤中具有很高的流动性,它可以渗入下层,通过改变养分动态可能影响植物生长和微生物群落。 污染还可能导致土壤物理特性发生不良变化,从而影响土地的稳定性和使用。


MTBE 在许多地方已被淘汰,因为它是地下水中的持久性和流动性污染物,经常在汽油从地下储罐溢出或泄漏的地区的饮用水井中检测到。 MTBE 的味道和气味在非常低的浓度下对某些人来说是明显的,这使得受污染的水难以饮用。


此外,有证据表明 MTBE 是一种潜在的人类致癌物,根据美国环境保护署的说法,饮用或吸入 MTBE 可能会导致轻微的鼻子和喉咙刺激,并且在高剂量下,可能会导致更严重的健康影响,例如肾脏损害或癫痫发作。通过受污染的饮用水进行低水平接触所带来的风险仍不确定。 尽管如此,与 MTBE 污染相关的潜在风险已导致许多司法管辖区用其他含氧化合物(例如乙醇)代替 MTBE。 


因此,全球已采取多项措施来减轻 MTBE 污染的影响。 其中包括对其使用实施更严格的规定,开发污染场地的清理方法,以及研究替代的、环保的燃料添加剂。


值得一提的是,关于 MTBE 污染对土壤特性的影响和修复方法的研究正在进行中,科学家们正在努力更好地理解和缓解这一环境问题。



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文案:刘晓
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