本發(fā)明屬于土壤污染修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種過硫酸鈉修復(fù)土壤石油污染中過硫酸鈉利用效率的預(yù)測方法。

背景技術(shù)：

石油開采和石油化工過程中會由于原油泄漏、落地原油、廢水灌溉及含油污泥的不當(dāng)處置等原因?qū)е峦寥朗臀廴救找鎳?yán)重，造成土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)破壞，農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和產(chǎn)量下降，對人體健康造成嚴(yán)重威脅。土壤石油污染是亟需解決的環(huán)境問題之一。

石油類污染物組成復(fù)雜，濃度分布不均勻，且含有大量的難降解和易吸附的物質(zhì)(如長鏈烷烴、多環(huán)芳烴等)，去除難較大。目前處理土壤石油烴污染普遍使用化學(xué)氧化技術(shù)，常用的氧化劑有芬頓試劑、高錳酸鉀、過氧化鈣、過硫酸鈉等，其中過硫酸鈉以其穩(wěn)定性好、溶解度高、易傳質(zhì)、活化方式多而被頻繁地被用作化學(xué)氧化修復(fù)技術(shù)的氧化劑。專利cn105149338a公開了一種過硫酸鈉修復(fù)石油污染土壤的方法，利用亞鐵鹽與紫外光復(fù)合活化過硫酸鈉，石油去除率高、修復(fù)時間短。專利cn106811205a公開了一種過硫酸鹽耦合土著微生物刺激修復(fù)石油烴污染土壤的方法，利用過硫酸鹽對污染土壤氧化處理后，加入土著微生物營養(yǎng)源刺激劑進(jìn)行修復(fù)，該技術(shù)修復(fù)效率高、費(fèi)用低、可操作性強(qiáng)?？梢姡^硫酸鈉在土壤石油污染修復(fù)中具有良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

然而，土壤類型繁多，組成復(fù)雜，不同類型污染土壤中石油烴的形態(tài)存在較大差異，這些因素會對過硫酸鈉的利用效率產(chǎn)生影響，過硫酸鈉的利用效率直接影響著土壤污染修復(fù)的成本。通過開展土壤修復(fù)實(shí)驗(yàn)評估過硫酸鈉利用效率，操作周期長，且成本較高，因此建立一種預(yù)測過硫酸鈉修復(fù)土壤石油污染中過硫酸鈉利用效率的預(yù)測方法顯得尤為重要。由于土壤組成及性質(zhì)、土壤中石油烴賦存形態(tài)、修復(fù)條件這三類因素對修復(fù)土壤石油污染過程中過硫酸鈉利用有顯著影響，基于土壤組成及性質(zhì)、土壤中石油烴的賦存形態(tài)、修復(fù)條件，構(gòu)建過硫酸鈉修復(fù)土壤石油污染中過硫酸鈉利用效率的預(yù)測模型，對于過硫酸鈉在土壤石油污染修復(fù)中的應(yīng)用具有很好的指導(dǎo)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明建立了一種通過土壤組分及石油烴賦存形態(tài)和修復(fù)條件預(yù)測過硫酸鈉修復(fù)土壤石油污染中過硫酸鈉利用效率的方法。該方法通過測定土壤組分、石油烴賦存形態(tài)，建立過硫酸鈉利用效率與土壤組分、石油烴總量、修復(fù)條件之間的相關(guān)關(guān)系模型，進(jìn)而預(yù)測過硫酸鈉修復(fù)土壤石油污染中過硫酸鈉利用效率。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種過硫酸鈉修復(fù)土壤石油污染中過硫酸鈉利用效率的預(yù)測方法，步驟如下：

(1)土壤組分、性質(zhì)及污染物賦存形態(tài)的測定

獲取土壤過渡金屬元素含量、土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤ph值、土壤石油烴總濃度及有效態(tài)濃度；土壤的過渡金屬元素含量通過x射線熒光分析儀測定，過渡金屬元素包括鈦、鐵、錳中的一種或兩種以上混合；土壤有機(jī)質(zhì)含量通過重鉻酸鉀容量法測定；土壤ph值依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)(ny/t1377-2007)采用2.5:1的水土比進(jìn)行測定；土壤石油烴總濃度通過四氯化碳震蕩提取，紅外分光測油儀測定；土壤石油烴有效態(tài)濃度通過羥丙基-β-環(huán)糊精提取，紅外分光測油儀測定；

(2)不同修復(fù)條件下的過硫酸鈉利用效率的測定

采用均勻設(shè)計方法開展土壤石油烴修復(fù)，過硫酸鈉用量為土壤質(zhì)量的5％～30％，水土比為0.5～3，在25℃恒溫震蕩條件下進(jìn)行修復(fù)；48h后將修復(fù)的土壤離心脫水、陰干，陰干后土壤通過四氯化碳震蕩提取，經(jīng)紅外分光測油儀測定石油烴殘留量，并通過土壤含水率校正土壤石油烴殘留量，計算過硫酸鈉的利用效率；

(3)過硫酸鈉利用效率預(yù)測模型的建立

以土壤石油烴降解率為因變量，將土壤過渡金屬元素含量、土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤石油烴總濃度、土壤石油烴有效態(tài)濃度、土壤石油烴有效態(tài)濃度占土壤石油烴總濃度的百分比、過硫酸鈉用量和水土比納入自變量進(jìn)行回歸分析，考慮到各變量可能存在交互作用，采用多元二次回歸進(jìn)行建模，剔除p＞0.05的不顯著項(xiàng)，得到最優(yōu)模型，依據(jù)回歸分析結(jié)果計算出過硫酸鈉的利用效率，并分析計算值與實(shí)測值的線性擬合結(jié)果；

過硫酸鈉修復(fù)石油烴污染土壤中過硫酸鈉利用效率的預(yù)測模型：

y＝-475.34+1.16x1x6-0.58x1x3+15.70x52-1.33x1x5+14.29x1-0.19x12+115.52x4-21.43x4x5，r2＝0.784，n＝115；

其中：x1為土壤石油烴總濃度；x3為土壤有機(jī)質(zhì)含量；x4為土壤ph值；x5為過硫酸鈉用量取ln值，x6為土壤ti含量。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明考慮土壤組分及石油烴賦存形態(tài)對土壤石油污染修復(fù)過程中過硫酸鈉利用效率的影響，采用多元二次回歸的方法建立土壤組分、石油烴賦存形態(tài)、修復(fù)條件與土壤石油烴降解率之間的相關(guān)關(guān)系模型，采用石油烴總濃度、石油烴有效態(tài)濃度、土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤ph、土壤鈦、錳元素含量、過硫酸鈉用量來預(yù)測過硫酸鈉利用效率。本發(fā)明是一種操作簡單、預(yù)測性好且適用性強(qiáng)的預(yù)測技術(shù)，對過硫酸鈉在土壤石油烴污染修復(fù)中的應(yīng)用具有很好的指導(dǎo)意義。

附圖說明

圖1為模型的實(shí)驗(yàn)值與預(yù)測值對比圖。

圖2為模型驗(yàn)證圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和技術(shù)方案，進(jìn)一步說明本發(fā)明的實(shí)施方式。

實(shí)施例1多種土壤石油烴污染土壤的組成及性質(zhì)

土壤的礦質(zhì)組成通過x射線熒光分析儀進(jìn)行測定，土壤ph根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ny/t1377-2007測定，土壤有機(jī)質(zhì)含量通過重鉻酸鉀容量法測定。土壤石油烴總量經(jīng)四氯化碳震蕩提取，硅酸鎂除雜、無水硫酸鈉干燥后，通過紅外分光測油儀測定樣品中石油烴。石油烴有效態(tài)濃度經(jīng)環(huán)糊精溶液提取、四氯化碳萃取、硅酸鎂除雜、無水硫酸鈉干燥后，通過紅外分光測油儀測定。實(shí)驗(yàn)土壤性質(zhì)如表1所示。

表1實(shí)驗(yàn)所用土壤的組成及性質(zhì)





實(shí)施例2不同修復(fù)條件下的過硫酸鈉利用效率的測定

將污染土壤至于玻璃離心管中，其中加入5％-30％的過硫酸鈉，水土比為0.5～3，于25℃恒溫震蕩搖床內(nèi)培養(yǎng)48h，土壤陰干后，通過實(shí)施例1所述方法測定樣品中石油烴殘留，同時測定土壤含水率p，計算過硫酸鈉利用效率y，以每千克過硫酸鈉降解的石油烴的質(zhì)量計算，其計算公式如下。





其中，m1為稱取土壤的鋁盒質(zhì)量，m2為鋁盒和土壤的總重量，m3為烘干后土壤和鋁盒的總重量，c0為未修復(fù)土壤中石油烴總量，ct為修復(fù)后土壤中石油烴殘留，p0為未修復(fù)土壤陰干后的含水率，pt為修復(fù)后土壤陰干后的含水率,d0為土壤中過硫酸鈉加入濃度，dt為土壤中過硫酸鈉殘留濃度，m為修復(fù)實(shí)驗(yàn)土壤質(zhì)量。

通過實(shí)驗(yàn)測得的過硫酸鈉利用效率如表2所示。

表2修復(fù)實(shí)驗(yàn)參數(shù)及過硫酸鈉利用效率













實(shí)施例3過硫酸鈉利用效率預(yù)測模型的建立

將土壤組成和性質(zhì)、石油烴賦存形態(tài)、修復(fù)條件作為自變量，土壤石油烴降解率作為因變量構(gòu)建多元二次回歸模型，剔除不顯著的項(xiàng)(p＞0.05)，以研究土壤組成和性質(zhì)及修復(fù)條件對過硫酸鈉利用效率的影響。具體構(gòu)建模型代表符號如表3所示。

表3方程中各項(xiàng)相關(guān)信息



構(gòu)建的預(yù)測模型方程如下，依據(jù)回歸分析結(jié)果計算得到的過硫酸鈉利用效率，并分析該預(yù)測值與實(shí)際值之間的擬合結(jié)果(圖1)，建立基于土壤組成性質(zhì)及修復(fù)條件預(yù)測土壤石油污染修復(fù)中過硫酸鈉利用效率的方法。

過硫酸鈉利用效率預(yù)測模型：

y＝-475.34+1.16x1x6-0.58x1x3+15.70x52-1.33x1x5+14.29x1-0.19x12+115.52x4-21.43x4x5，r2＝0.784，n＝115；

其中：x1為土壤石油烴總濃度；x3為土壤有機(jī)質(zhì)含量；x4為土壤ph值；x5為過硫酸鈉用量取ln值，x6為土壤ti含量。

實(shí)施例4過硫酸鈉利用效率預(yù)測模型驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)土壤通過異于表2中修復(fù)條件的修復(fù)實(shí)驗(yàn)，得到過硫酸鈉利用效率，同時將實(shí)驗(yàn)參數(shù)代入建立的模型中得到預(yù)測值，將過硫酸鈉利用效率的實(shí)驗(yàn)值與預(yù)測值進(jìn)行線性擬合(圖2)，擬合結(jié)果：y＝0.89x-2.76，(r2＝0.83，n＝23)證明本模型對土壤石油污染修復(fù)中過硫酸鈉利用效率具有很好的預(yù)測效果。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明屬于土壤修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，提供一種過硫酸鈉修復(fù)土壤石油污染中過硫酸鈉利用效率的預(yù)測方法。本發(fā)明針對過硫酸鈉在不同土壤石油烴污染修復(fù)中利用效率存在較大差異的問題，考慮到其修復(fù)效果受土壤礦質(zhì)元素含量、土壤有機(jī)質(zhì)含量、石油烴總量及有效態(tài)、修復(fù)條件等因素影響。開展了系列土壤修復(fù)實(shí)驗(yàn)，采用多元二次回歸的方法，構(gòu)建了過硫酸鈉利用效率與各因素的相關(guān)關(guān)系模型。并對模型進(jìn)行驗(yàn)證，證實(shí)了模型具有很好的預(yù)測能力，可有效預(yù)測不同土壤中過硫酸鈉的利用效率，對過硫酸鈉在土壤石油污染修復(fù)中的應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。

技術(shù)研發(fā)人員：蔡喜運(yùn);黃毅;趙小學(xué);席普宇;喬顯亮;陳景文;鄭永權(quán)

受保護(hù)的技術(shù)使用者：大連理工大學(xué)

技術(shù)研發(fā)日：2018.07.24

技術(shù)公布日：2019.02.01