卡尔费休法快速测定含油污泥土壤含水率

2020-06-19纪艳娟庄建全

复杂油气藏 2020年1期

宋奇，郭鹏，纪艳娟，庄建全，杨蕾

（中国石化江苏油田分公司石油工程技术研究院，江苏扬州225009）

石油生产、作业过程中会产生大量的含油污泥，成分较为复杂，包括大量老化原油、盐类、固体悬浮物、腐蚀产物、细菌等。含油污泥是《国家危险废物名录》中的主要污染物之一，含油土壤的固、液、气三相结构往往遭到破坏，土壤结构性和通透性能也因此发生相应的变化，从而影响植物根系的呼吸以及对水分和养料的吸收，对植物的生长和发育产生不利影响。微量石油进入土壤后可以通过微生物的降解作用去除，但是大量石油进入土壤后可能会造成整个生态系统的退化。如果未经处理直接排放，将对周边环境产生一定的影响，同时也是一种资源浪费。为研究含油污泥有效资源化、无害化处理，分析含油污泥的物理化学性质就显得尤为重要［1-5］。

含水率是含油污泥和含油土壤最基本的物理指标，最常用的测定方法是烘干失重法，在一个大气压、105～110 ℃条件下测定样品可分离出来的水的重量。该测定方法适合于有机质特别是可挥发性物质含量较低的样品。对于含油污泥或含油土壤，特别是含油污泥或轻质石油烃类污染土壤，样品中往往存在两种挥发性液体：石油和水。在对含油污泥或含油土壤烘干的过程中，轻质石油烃和水分同时挥发；此外，重质石油烃会包裹土壤颗粒，阻碍水分的蒸发或形成局部高温团粒，导致含油污泥或土壤含水率测定存在一定误差［6-7］。

陈伟胜等人在烘干法测定土壤含水率的基础上，考虑了石油烃类的挥发损失，引入了石油污染土壤烘干损失系数，提出了石油污染土壤含水率的校正公式，进而提高了含水率测定结果的准确性［8］。该方法对操作步骤要求严格，试验所需时间较长，且不同油品烘干过程中损失的可挥发性成分不同，损失系数也不同，需要通过试验进行不同油品损失系数求取，试验步骤繁琐。我们经过试验，直接把含油污泥或含油土壤加入到卡尔费休滴定容器中，内部萃取后测定其含水率，结果发现该方法重现性好，准确度高。

1 测定实验

1.1 实验原理

卡尔费休库伦法测定水分是一种电化学方法。其原理是测定仪的电解池中的卡尔费休试剂达到平衡时注入含水的样品，水参与碘、二氧化硫的氧化还原反应，在吡啶和甲醇存在的情况下，生成氢碘酸吡啶和甲基硫酸吡啶，消耗了的碘在阳极电解产生，从而使氧化还原反应不断进行，直至水分全部耗尽为止，依据法拉第电解定律，电解产生碘是同电解时耗用的电量成正比例关系的，其反应如下：

在电解过程中，电极反应如下：

阳极反应：2I－－2e→I2

阴极反应：I2+2e→2I－；2H++2e→H2↑

从以上反应中可以看出，1mol的碘氧化1mol的二氧化硫，需要1mol的水，所以是1mol碘与1mol水的当量反应，即电解碘的电量相当于电解水的电量。

样品中水分含量W计算公式如下：

式中：W为样品中的水分含量，μg；Q为电解电量，mC；18为水的分子量。

1.2 仪器设备

MA-1智能卡尔费休水分测定仪，上海本昂科学仪器有限公司；

电子天平，精度0.000 1 g；

干燥器：内有变色硅胶。

1.3 实验步骤

1.3.1 样品预处理

含油污泥和含油土壤的物理特征存在较大的差别，故样品的预处理方法也不同。含油污泥的含水率较高，且具有流动性，其预处理过程为：拣除杂物，然后电动搅拌器搅拌2 h左右，使样品中水和油混合均匀，以保证实验的准确性。对于含油土壤，水分常被吸附在土粒表面，或储存于土壤孔隙之中，为了得到准确的测量结果，预处理过程为：拣除杂物，搅拌均匀，过2 mm筛后储存待用。

1.3.2 卡尔费休水分测定仪含水率测定

（1）开启主机电源。

（2）按打空白键，试剂由计量管进入反应杯，并自动提示到终点，扣除无水甲醇中的水分。

（3）用微量注射器抽取10 μL蒸馏水，待打空白到终点时，在标定界面，注入反应杯中，并按确定按钮，仪器会自动到终点，并记忆数据；标定一共可测量5次，计算平均值，并保存。

（4）天平称量样品，精确到0.1 mg；输送到反应杯中，并输入样品的重量，确认，仪器开始滴定，自动到终点，并自动计算样品的含水量。