The Influence of the Soil Type on the Permeability of Petroleum Derivatives

• Autorzy: Polanczyk Andrzej , Piechota-Polanczyk Aleksandra , Dmochowska Anna

Warianty tytułu

PL

Przepuszczalność różnych typów ziemi w kontakcie z wybranymi substancjami ropopochodnymi, spotykanymi w akcjach ratowniczych Państwowej Straży Pożarnej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Petroleum substances are non-polar, lithophilic and very slightly soluble in water. They have strong toxic and carcinogenic properties, they are dangerous for human health and life; they easily get into the environment. The sources of incidents involving petroleum substances and the oil itself are industrial processes, including failures of processing and extraction installations, storage and transport, which includes rail, road (tank disasters), pipeline and water transport. Often there is an uncontrolled leakage of a substance that directly enters the ground and the aquatic environment. The dominant soils in Poland are brown and ground soils. The water permeability of soils is defined as the amount of water soaked by a given cross-section of soil, at a given time, per unit of hydraulic slope. The measure of permeability is the permeability coefficient, which depends on the properties of the test medium. This study aimed to determine the influence of soil structure on the permeability, permeability coefficient and capillary capacity wetland soil and black earth for gasoline, diesel and used oil using water as a reference liquid. The study on permeability of soils was carried out using Ostromęcki’s method and Ziemnicki's apparatus. The soil samples (wetland soil and black earth) were collected form lubuskie voivodship. Each time 150cm³ of soil was analyzed. Next, 50 ml of tested liquid was added on the soil surface and soaking time was recorded. The action was repeated 3 times to the total of 150 ml of tested fluid. Measured parameters included permeability, permeability coefficient and capillary capacity. Permeability of gasoline, diesel and used oil increased significantly with each added volume (p < 0.001). While permeability of used oil was over 20-times lower comparing to gasoline and petrol tested in the same conditions (p < 0.001). The results for black earth, indicated that permeability for gasoline increased over 5-times with the second addition of 50 ml of gasoline (p < 0.001) and permeability for diesel and used oil lead to 3-time rise for gasoline (p < 0.001) and 4-time increase for water (p < 0.001). Analysis of capillary capacity showed that at the beginning gasoline and diesel capillary capacity was significantly lower compared to water (p < 0.001) for wetland soil but not for black earth where gasoline capillary capacity was even higher compared to water (p < 0.01). Addition of subsequent volumes of liquid significantly decreased capillary capacity for all tested liquids in both soils type. Furthermore, comparison of wetland soil and black earth soils indicated that permeability, permeability coefficient and capillary capacity was 2-5-times higher for wetland soil compared to black earth for all tested liquids. The results indicated that permeability of wetland soil is higher compared to black earth in case of gasoline and diesel but not used oil. Interestingly, permeability of black earth for diesel was markedly lower compared to wetland soil.

PL

Substancje ropopochodne są niepolarne, litofilne i bardzo słabo rozpuszczalne w wodzie. Mają silne właściwości toksyczne i rakotwórcze, są niebezpieczne dla ludzkiego zdrowia i życia; łatwo dostają się do środowiska. Źródłem wypadków z udziałem substancji ropopochodnych i samej ropy naftowej są procesy przemysłowe, w tym awarie instalacji przetwórczych i wydobywczych, magazynowania i transportu, które obejmują transport kolejowy, drogowy (katastrofy czołgowe), transport rurociągowy i wodny. Często dochodzi do niekontrolowanego wycieku substancji bezpośrednio do ziemi i środowiska wodnego. Dominującymi glebami w Polsce są gleby brunatne i gruntowe. Przepuszczalność wodną gleb definiuje się, jako ilość wody przesiąkniętej przez dany przekrój gleby, w określonym czasie, na jednostkę spadku hydraulicznego. Miarą przepuszczalności jest współczynnik przepuszczalności, który zależy od właściwości badanego ośrodka. Celem tego badania było określenie wpływu struktury gleby na przepuszczalność, współczynnik przepuszczalności i pojemność kapilarną gleby bagiennej i czarnoziemu dla benzyny, oleju napędowego i przepracowanego oleju przy użyciu wody jako cieczy referencyjnej. Badanie przepuszczalności gleb przeprowadzono metodą Ostromęckiego i aparatem Ziemnickiego. Próbki gleby (bagiennej I czarnoziemu) pobrano z województwa lubuskiego. Za każdym razem analizowano 150 cm³ gleby. Następnie dodano 50 ml badanej cieczy na powierzchnię gleby i zarejestrowano czas namaczania. Czynność powtórzono 3 razy do całkowitej objętości badanego płynu wynoszącej 150 ml. Zmierzone parametry obejmowały: przepuszczalność, współczynnik przepuszczalności i pojemność kapilarną. Przepuszczalność benzyny, oleju napędowego i zużytego oleju znacznie wzrosła z każdą dodaną objętością (p < 0,001). Przepuszczalność zużytego oleju była ponad 20-krotnie niższa w porównaniu z benzyną i benzyną badaną w tych samych warunkach (p < 0,001). Wyniki dla czarnoziemu wskazują, że przepuszczalność benzyny wzrosła ponad 5-krotnie przy drugim dodaniu 50 ml benzyny (p < 0,001), a przepuszczalność dla oleju napędowego i zużytego oleju wykazała 3-krotny wzrost dla benzyny (p < 0,001) i 4-krotny wzrost dla wody (p < 0,001). Analiza pojemności kapilarnej wykazała, że na początku była ona znacznie niższa dla benzyny i oleju napędowego w porównaniu z wodą (p < 0,001) dla gleby bagiennej, ale nie dla czarnoziemu, gdzie pojemność kapilarna benzyny była nawet wyższa w porównaniu z wodą (p < 0,01). Dodanie kolejnych objętości cieczy znacząco zmniejszyło pojemność kapilarną dla wszystkich badanych cieczy w obu typach gleb. Ponadto porównanie gleby bagiennej i czarnoziemu wykazało, że przepuszczalność, współczynnik przepuszczalności i pojemność kapilarna były 2-5 razy wyższe dla gleby bagiennej w porównaniu z czarnoziemem dla wszystkich badanych cieczy. Wyniki wskazują, że przepuszczalność gleby bagiennej jest wyższa w porównaniu z czarnoziemem w przypadku benzyny i oleju napędowego, ale nie zużytego oleju. Co ciekawe, przepuszczalność czarnoziemu dla oleju napędowego była znacznie niższa w porównaniu z glebą bagienną.

Słowa kluczowe

EN

permeability; permeability coefficient; capillary capacity; permeability of petroleum; permeability of soils

PL

przesiąkliwość; współczynnik przesiąkliwości; pojemność kapilarna; przesiąkliwość ropopochodnych; przesiąkliwość gleb

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2019
• Tom: Tom 21, cz. 1
• Strony: 281--293
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys.

Twórcy

autor

Polanczyk Andrzej

• The Main School of Fire Service, Warszawa, Poland

autor

Piechota-Polanczyk Aleksandra

• Jagiellonian University, Krakow, Poland

autor

Dmochowska Anna

• The Main School of Fire Service, Warszawa, Poland

Bibliografia

• 1. Alimohammadi-Jelodar, S.R., Karimpour-Fard, M. (2018). Permeability of Two Clayey Soils Exposed to Petroleum Products and Organic Solvents. Civil Engineering Infrastructures, 51, 131-146.
• 2. Gitipour, S., Baghvand, A., Givehchi, S. (2006). Adsorption and Permeability of Contaminated Clay Soils to Hydrocarbons. Pakistan Journal of Biological Sciences, 9, 336-340.
• 3. Głobińska, A., Pawełczyk, M., Piechota-Polańczyk, A., Olszewska-Ziąber, A., Moskwa, S., Mikołajczyk, A., Jabłońska, A., Zakrzewski, P.K., Brauncajs, M., Jarzębska, M., Taka, S., Papadopoulos, N.G., Kowalski, M.L.(2017). Impaired virus replication and decreased innate immune responses to viral infections in nasal epithelial cells from patients with allergic rhinitis. Clinical and Experimental Immunology, 187, 100-112.
• 4. Iloeje, A.F., Aniago, V. (2016) Effect of Crude Oil on Permeability Properties of Soil. International Journal of Trend in Scientific Research and Development, 1, 39-43.
• 5. Li M., Zheng X., Tong L., Gao Z., Influence of Oil Pollution on the Permeability of Soils. Acta Scientiarum Natralium Universitatis Sunyatseni, 48(2), 119-123.
• 6. Lopez N.P., Espinosa A.L., Barba D.F., Characterization of soil permeability in the former Lake Texcoco, Mexico. Open Geosciences, 11(1) 113-124.
• 7. Nazir, A.K. Effect of motor oil contamination on geotechnical properties of over consolidated clay. Alexandria Engineering Journal, 50, 331-335.
• 8. Piechota, A., & Goraca, A. (2011). Influence of nuclear factor-κB inhibition on endothelin- 1 induced lung edema and oxidative stress in rats. Journal of Physiology and Pharmacology, 62, 183-188.
• 9. Piechota-Polanczyk, A., Kopacz, A., Kloska, D., Zagrapan, B., Neumayer, C., Grochot- Przeczek, A., Huk, I., Brostjan, C., Dulak, J., Jozkowicz, A. (2018). Simvastatin Treatment Upregulates HO-1 in Patients with Abdominal Aortic Aneurysm but Independently of Nrf2. Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 2028936, 1-16.
• 10. Piechota-Polanczyk, A, Demyanets, S., Nykonenko, O., Huk, I., Mittlboeck, M., Domenig, C.M., Neumayer, C., Wojta, J., Nanobachvili, J., Klinger, M. (2013). Decreased tissue levels of cyclophilin A, a cyclosporine a target and phospho-ERK1/2 in simvastatin patients with abdominal aortic aneurysm. European Journal of Endovascular Surgery, 45, 682-688.
• 11. Piechota-Polanczyk, A., & Gorąca, A. (2012). Influence of specific endothelin-1 receptor blockers on hemodynamic parameters and antioxidant status of plasma in LPS-induced endotoxemia. Pharmacological Reports, 64, 1434-1441.
• 12. Piecuch, I., & Piecuch, T. (2013). Environmental Education and Its Social Effects. Rocznik Ochrona Srodowiska, 15, 192-212.
• 13. Piecuch, T., Piekarski, J., Gajewski, L. (2015). Determination of transmission coefficient for the filtration deposit made of coal grains. Gospodarka Surowcami Mineralnymi, 31, 151-160.
• 14. Piecuch, T., & Dabrowski, J. (2014). Conceptual project of construction of waste incineration plant for Połczyn-Zdrój municipality. Rocznik Ochrona Srodowiska, 16, 196-222.
• 15. Polanczyk, A. (2018). The usefulness of Gram staining method for analysis of the effectiveness of decontamination of firefighter’s protective outfit. MATEC Web of Conferences 247, 00063, 1-8.
• 16. Polanczyk, A., Ciuka-Witrylak, M., Synelnikov, O., Loik, V. (2018a). Analysis of sorption of vehicle liquids with sand that appear after car accidents reproduced in laboratory scale. MATEC Web of Conferences 247, 00004, 1-8.
• 17. Polanczyk, A., Majder-Lopatka, M., Salamonowicz, Z., Dmochowska A., Jarosz, W., Matuszkiewicz, R., Makowski R. (2018b). Environmental Aspects of Sorption Process. Rocznik Ochrona Srodowiska, 20, 451-463.
• 18. Polanczyk, A., Salamonowicz, Z. (2018). Computational modeling of gas mixture dispersion in a dynamic setup – 2d and 3d numerical approach. E3S Web of Conferences 44, 00146, 1-8.
• 19. Polanczyk, A., Salamonowicz, Z., Majder-Lopatka, M., Dmochowska A., Jarosz, W., Matuszkiewicz, R., Makowski R. (2018c). 3D Sorption of Chlorine Dispersion in Rrural Area. Rocznik Ochrona Srodowiska, 20, 1035-1048.
• 20. Polanczyk, A., Wawrzyniak, P., Zbicinski, I. (2013). CFD Analysis of Dust Explosion Relief System in the Counter-Current Industrial Spray Drying Tower, Drying Technology: An International Journal, 31, 881-890.
• 21. Sakai, M., Jones, S.B., Tuller, M. (2011). Numerical evaluation of subsurface soil water evaporation derived from sensible heat balance. Water Resources Research, 47, 1-17.
• 22. Schultz, P. (1991). On the falling-rate period. Chemical Engineering Technology, 14, 234-239.
• 23. Shokri, N., Lehmann, P., Or, D. (2009a). Characteristics of evaporation from partially wettable porous media, Water Resources. Research, 45, 1-12
• 24. Shokri, N., Lehmann, P., Or, P. (2009b). Critical evaluation of enhancement factors for vapor transport through unsaturated porous media. Water Research, 45, 1-9.
• 25. Skwarczynski, M., Skwarczynska-Kalamon, E. (2016). Analysis of the microbial efficiency of the nanosilver filter materials. Rocznik Ochrona Środowiska, 18, 930-939.
• 26. Streche, C., Cocarta, D.M., Istrate, I.A., Badea, A.A. (2018). Decontamination of Petroleum-Contaminated Soils Using The Electrochemical Technique: Remediation Degree and Energy Consumption. Scientific Reports, 8, 1-14.
• 27. Uzoije, A.P., Agunwamba, J.C. (2011). Physiochemical Properties of Soil in Relation to Varying Rates of Crude Oil Pollution. Journal of Environmental Science and Technology, 4: 313-323.
• 28. Wawrzyniak, P., Podyma, M., Zbicinski I., Bartczak, Z., Polanczyk, A., Rabaeva, J. (2012a). Model of Heat and Mass Transfer in an Industrial Counter-Current Spray- Drying Tower, Drying Technology: An International Journal, 30, 1274-1282.
• 29. Wawrzyniak, P., Polanczyk, A., Zbicinski, I., Jaskulski, M., Podyma, M., Rabaeva J. (2012b). Modeling of Dust Explosion in the Industrial Spray Dryer, Drying Technology: An International Journal, 30, 1720-1729.
• 30. Zieminska-Stolarska, A., Polanczyk, A., Zbicinski I. (2015). 3-D CFD simulations of hydrodynamics in the Sulejow dam reservoir. Journal of Hydrology and Hydromechanics, 63, 334-341.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).