Penetration of warm petroleum products in soil

Abstract

Spills of petroleum products are a major environmental problem due to its ecotoxikological properties. The depth of penetration of petroleum products is dependent on the properties of the soil and petroleum product. Different types of petroleum products have varied propensity to move down the soil profile. Gasoline and kerosene moves deeper down in soil than heavier fuel. A number of studies have been made on the transport of kerosene and gasoline in soil although few studies has been made regarding the transport of heavier fuels in soil

Abstract (Swedish)

Läckage av petroleumprodukter är ett allvarligt miljöproblem runt om i världen på grund av dess ekotoxikologiska egenskaper. Spridningen i mark beror på produktens raffineringsgrad samt markens egenskaper. Bensin och fotogen sprider sig djupare i marken än tyngre oljor och det finns många studier där fotogen och bensins transport i marken undersöks. Dock är studier gjorda för tyngre oljors penetration i marken begränsade.
Markens egenskaper som vattenhalt och permeabilitet är egenskaper som påverkar nedträngningen av petroleumprodukter. Hos en mark med lägre permeabilitet sker nedträngningen långsammare än hos er mark med en hög permeabilitet. Betydande parametrar hos oljan vid nedträngning i mark är viskositeten, flyttemperaturen och densiteten. En petroleumprodukt med lägre densitet än vatten lägger sig och fortsätter att transporteras längs med grundvattennivån beroende på storleken av utsläppet. En produkt med högre densitet än vatten tränger ner igenom grundvattnet. Generellt är petroleumprodukter inte vattenlösliga, men kan innehålla beståndsdelar som är mer vattenlösliga och kan därför fungera som en kontamineringskälla till perkolerande vatten eller grundvattnet. Oljans viskositet är starkt temperaturberoende och minskar med ökande temperatur. Då petroleumprodukter som tjockolja och vakuumgasolja lagras varmhållna är det viktigt att känna till hur temperaturen hos produkten skulle sjunka vid ett eventuellt läckage från en cistern för att kunna beräkna hur djupt en eventuell nedträngning skulle ske. Flyttemperaturen är den temperatur där oljan antar en halvfast form och även för denna parameter är temperaturförändringen hos oljan viktig.
I detta examensarbete har nedträngningen hos varmhållna petroleumprodukter som vakuumgasolja och tjockolja lagrade i Malmö hamn av lagringsföretaget Scandinavian Tank storage (STS) undersöks. Undersökningen har fokuserat på nedträngningen hos några utvalda produkter lagrade av STS på det markmateriel som finns ute i Malmö hamn. Markmateralet består främst av inspolad sjösand med ett övre tätare packat skikt över ett undre mindre packat lager. Experiment på nedträngningen har utförts genom kolonnförsök. Tre tjockoljor och två vakuumgasoljor undersöktes. Även temperaturförändringen hos oljan och marken har undersökts genom simuleringsprogrammet Comsol Multiphysics och laboratorieförsök.
Nedträngningsförsöken visade ingen djup nedträngning av vakuumgasoljorna, inte heller för två av tjockoljorna. En av tjockoljorna trängde ungefär 6 cm ner i det övre lagret i markprofilen och ungefär 25 cm i det undre lagret. Denna tjockolja hade en lägre viskositet och flyttemperatur än övriga oljor och trängde djupast ner av alla testade oljor. Resultaten från nedträngningsförsöken har använts för att beräkna konduktiviteten för olika oljor vid olika temperaturer. Dessa resultat har sedan jämförts med konduktiviteter beräknade från en modell där konduktiviteten beskrivs av permeabiliteten hos marken och viskositeteten hos oljan. Konduktiviteten från modell och försök har sedan jämförts och visat sig vara i samma storleksordning. Dock behöver fler studier göras för fler temperaturer.
Slutsatser som kan dras från detta examensarbete är att det inte finns någon risk för en större nedträngning av de testade vakuumgasoljorna och tjockoljorna. Även om resultatet visade att
tjockoljan med låg flyttemperatur och viskositet trängde djupare än de andra oljorna sker nedträngningen så långsamt att det finns tid för att ta hand om spillet om läckaget upptäcks i tid. Vidare bör fler mer fördjupande studier göras för att undersöka nedträngningen av varmhållna petroleumprodukter. Exempel på vidare studier är att utveckla en modell i något simuleringsprogram där nedträngning av petroleumprodukter i mark beskrivs samtidigt som temperatur en oljan förändras. Här kan även effekten av storleken på utsläppet undersökas.

• author: Sandström, Disa
• supervisor: Magnus Persson
• organization: Division of Water Resources Engineering
• course: VVR820 20092
• year: 2010
• type: H3 - Professional qualifications (4 Years - )
• subject: Technology and Engineering; Earth and Environmental Sciences
• publication/series: TVVR10/5009
• report number: 10/5009
• ISSN: 1101-9824
• language: English
• additional info: Examiner: Rolf Larsson
• id: 1580437
• date added to LUP: 2010-04-16 14:34:38
• date last changed: 2019-03-27 11:52:52