石油烴污染地塊修復(fù)技術(shù)層次化篩選模型研究

文章編號：1674-6139（2025）05-0077-06

中圖分類號：X53文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Research on Hierarchical Screening Model ofRemediation Technologies for Petroleum Hydrocarbon Contaminated Site

Cao Xingtao1，2，Cao Baojiu1，Wang Jiaokai1，Ren Yanyan1，Gu Guangfeng （1.CNOOC Energy Conservationamp;Pollution Reduction Monitor Center，Co.，Ltd.，Tianjin ，China； 2.KeyLaboratoryfor Safetyamp;Environmental ProtectionofOffshoreOil Field，CNOOC Energy Technologyamp; ServicesLimited，Tianjin ，China）

Abstract：Petroleumhydrocarbonsarethecommoncontaminantsinorganicpolutionsites.Hydrocarbons fromdiferentsources， suchasrudeilelldbatigoiletitosildodaterhrposidroertismposiiod taminatiotieillaveimpactsonteletioofemedationtecoloies.Aerachicalrengindexstemfomdatiotec nologybasedalyticerachyroesswasosuctedorspoingdxeightseralulatedndho derpreferencebysimilarttdealsolution（TOPSIS）wasusedtosortemediationtechnologies，foringahierarchicalsregodel forpetroleumhydrocarboncontaminatedsiteremediationtechnologyTheodelwasusedtosreenremediationtechnologiesforpetole umhydrocarboncontaminatedsite，andtheresultswereconsistentwiththeactualsituationThismodelcancomprehensivelyconsider multiplefactorssuchassitendmediationconditios，hichcanprovideeferencefortesectionofrmdiationtchologesforpe troleum hydrocarbon contaminated sites.

Keywords：petroleumhydrocarbons；site remediation；AHP；TOPSIS

前言

石油烴是有機(jī)污染地塊常見的污染物之一，對277個有機(jī)污染地塊分析顯示， 49.5% 的地塊中存在石油烴污染[1]。原油、汽油、柴油、潤滑油、機(jī)油的跑冒滴漏，是土壤與地下水石油烴污染的重要原因。不同來源、不同污染時間的石油烴，其碳數(shù)主要分布、色譜圖主峰、生物標(biāo)志物等存在差異，石油烴的物理化學(xué)性質(zhì)不同，會對土壤與地下水修復(fù)技術(shù)的選擇產(chǎn)生影響[2-3]。常用的石油烴污染土壤修復(fù)技術(shù)有土壤氣相抽提、化學(xué)氧化、熱脫附、微生物修復(fù)、地下水抽出處理、監(jiān)控自然衰減等。

對于污染來源、污染時間、水文地質(zhì)條件等方面的差異，污染土壤與地下水修復(fù)技術(shù)可通過實(shí)驗(yàn)室篩選、模型評價等進(jìn)行選擇。層次分析法（AHP）將決策有關(guān)的元素分解為目標(biāo)、準(zhǔn)則、指標(biāo)等，并進(jìn)行定性與定量分析，其可與最佳逼近法（TOPSIS）相結(jié)合解決多屬性結(jié)合的決策，對有機(jī)污染土壤修復(fù)技術(shù)進(jìn)行深層次的篩選評價[4-6]

由于石油烴組分復(fù)雜，對適用于不同來源、不同地層性質(zhì)的石油烴污染地塊的修復(fù)技術(shù)篩選方法研究還有待進(jìn)一步深入。因此文章構(gòu)建一種層次化的石油烴污染地塊修復(fù)技術(shù)篩選模型，綜合考慮石油烴污染性質(zhì)、地層性質(zhì)等，通過AHP計算指標(biāo)權(quán)重，結(jié)合專家打分并采用TOPSIS計算，比較評價備選技術(shù)的適用性。

1篩選流程與指標(biāo)權(quán)重計算

1.1修復(fù)技術(shù)篩選流程

將污染地塊的地質(zhì)條件與污染物性質(zhì)相結(jié)合，對修復(fù)技術(shù)進(jìn)行初步篩選；通過調(diào)整修復(fù)技術(shù)相關(guān)參數(shù)，采用AHP默認(rèn)的指標(biāo)權(quán)重，進(jìn)行中級篩選；選用專家打分等方式確定層次的權(quán)重，與TOPSIS聯(lián)合，進(jìn)行高級篩選。建立的初級－中級－高級，三級的石油烴污染地塊修復(fù)技術(shù)篩選流程，見圖1。

目前，常用的修復(fù)技術(shù)篩選方式仍以第一級的初級篩選為主，這種篩選方式對于修復(fù)技術(shù)的影響因素之間的關(guān)聯(lián)，可以繼續(xù)深入開展。通過邀請專家，對修復(fù)過程中因素影響的重要程度進(jìn)行打分，進(jìn)一步評估技術(shù)的適用性，即第二級的中級篩選。為更好的挖掘各指標(biāo)的參考信息，采用TOPSIS法計算影響修復(fù)的各參數(shù)的權(quán)重，即為第三級的高級篩選。

1.2修復(fù)技術(shù)篩選指標(biāo)體系建立

石油烴污染修復(fù)技術(shù)篩選，是一個復(fù)雜的評價指標(biāo)體系，往往是由若干互相關(guān)聯(lián)、互相影響的評價指標(biāo)構(gòu)成，彼此通過一定層次邏輯形成的評價框架。研究將從石油烴污染地塊的條件、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)以及環(huán)境4個方面，選取了12項(xiàng)指標(biāo)，建立了三層次的石油烴污染場地修復(fù)技術(shù)篩選指標(biāo)體系，其中處于最上層的是第1個層次，定義為目標(biāo)層A；中間位置的是第2個層次，定義為準(zhǔn)則層S；最下面的是第3個層次，定義為指標(biāo)層R。

指標(biāo)層中的參數(shù)的具體意義為：（1）污染介質(zhì)R₁ ，指受污染的介質(zhì)是土壤、地下水；（2）地層性質(zhì)R₂ ，指受污染地層的土壤類型；（3）污染深度 R₃ ，指污染物在地表以下的深度；（4）污染物質(zhì) R₄ ，指地塊內(nèi)石油烴的來源；（5）污染時間 R₅ ，指石油烴等污染物質(zhì)進(jìn)入土壤與地下水的時間長度；（6）技術(shù)成熟度 R₆ ，是通過國內(nèi)外該技術(shù)在實(shí)際石油烴污染土壤與地下水的治理效果，以及應(yīng)用案例的數(shù)量，反應(yīng)的該修復(fù)技術(shù)情況；（7）技術(shù)可獲得性 R₇ ，反應(yīng)獲取此項(xiàng)修復(fù)技術(shù)的運(yùn)行設(shè)備設(shè)施、工藝條件參數(shù)的難易程度；（8）修復(fù)周期 R₈ ，指達(dá)到設(shè)定的預(yù)期修復(fù)目標(biāo)，所花費(fèi)的時間；（9）運(yùn)行成本 R₉ ，指修復(fù)每立方米污染土壤或地下水的費(fèi)用；（10）資源消耗 R₁₀ ，是石油烴污染地塊修復(fù)所需的水、電、原材料等；（11）二次污染 R₁₁ ，指地塊內(nèi)的修復(fù)活動，產(chǎn)生的廢水、廢氣、固廢、噪聲等污染；（12）周圍影響 R₁₂ ，指修復(fù)對地塊內(nèi)的人員，以及地塊周邊居民的影響[7]。

1.3 篩選指標(biāo)權(quán)重確定方法

采用AHP法，構(gòu)造判斷矩陣，對石油烴污染土壤與地下水的各個指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重計算。其中目標(biāo)層主要受地塊指標(biāo) S₁ 、技術(shù)指標(biāo) S₂ 、經(jīng)濟(jì)指標(biāo) S₃ 、環(huán)境指標(biāo) S₄ 因素影響，構(gòu)建A-S判斷矩陣。準(zhǔn)則層的4個參數(shù)的主要影響因素分別受指標(biāo)層對應(yīng)指標(biāo)的影響，構(gòu)建 S₁-R，S₂-R，S₃-R，S₄-R 判斷矩陣，并為各層級之間賦值[7]

（1）通過對各層次的影響石油烴污染修復(fù)的元素重要性兩兩比較，建立各層次的判斷矩陣A，對判斷矩陣的列元素進(jìn)行歸一化，每項(xiàng)元素為式（1）：

（2）將歸一化處理后的矩陣按行求和：

（3）將結(jié)果向量歸一化，計算得到屬性權(quán)重向量：

（4）計算判斷矩陣最大特征根：

（5）根據(jù)一致性檢驗(yàn)式（5），判斷矩陣的可靠性：

（6）查找隨機(jī)一致性比率指標(biāo)RI值。

（7）計算一致性比例CR：

當(dāng) CRlt;0.1 時，則該判斷矩陣的一致性可接受，否則應(yīng)修正矩陣，滿足一致性檢驗(yàn)。

采用專家打分法與文獻(xiàn)相結(jié)合，根據(jù)影響程度由低到高，賦分分值為1～5分，將受污染地塊的性質(zhì)、地層性質(zhì)、污染物特性、污染時間、修復(fù)技術(shù)、環(huán)境影響等相結(jié)合，對不同修復(fù)技術(shù)篩選指標(biāo)進(jìn)行評價，見表1-表 5^[7]

從表1-表5中的參數(shù)可以根據(jù)修復(fù)技術(shù)研究與發(fā)展情況進(jìn)行調(diào)整，以更好的滿足實(shí)際情況。

1.4修復(fù)技術(shù)評價及排序方法

最佳逼近法求解主要有以下六步[8]：

（1）將各修復(fù)技術(shù)的指標(biāo)向量規(guī)范化，構(gòu)造指標(biāo)權(quán)重規(guī)范化矩陣。根據(jù)評價方案、評價指標(biāo)的數(shù)量，構(gòu)建決策矩陣：

其后規(guī)范化決策矩陣

（2）構(gòu)建加權(quán)規(guī)范陣：

通過AHP層次分析法計算，獲得石油烴污染修復(fù)技術(shù)的指標(biāo)權(quán)重

（3）確定理想解 x^* 和負(fù)理想解 x⁰ 。設(shè)理想解 x^* 的第 j 個參數(shù)屬性值為 x_j^* ，負(fù)理想解 x⁰ 的第 j 個參數(shù) 屬性值為 x_j⁰ ，則

其中， I⁺ 為效益型參數(shù)，是指參數(shù)屬性值越大得分越高的指標(biāo)； I^- 為成本型參數(shù)，是指參數(shù)屬性值越小得分越高的指標(biāo)。

（4）分別計算篩選的修復(fù)技術(shù)權(quán)重與正理想值和負(fù)理想值的差距

其中篩選的修復(fù)技術(shù)與正理想值的差距為式（15）：

篩選的修復(fù)技術(shù)與負(fù)理想值的差距為式（16）：

（5）計算備選的修復(fù)技術(shù)方案的綜合評價指數(shù) C_i^* ：

（6）按綜合評價指數(shù) C_i^* 由高到低排列的各修復(fù)技術(shù)方案的得分順序。

2石油烴污染地塊修復(fù)技術(shù)篩選案例研究

2.1 石油烴污染地塊背景

南京某企業(yè)生產(chǎn)過程中使用大量潤滑油、冷卻油等，發(fā)現(xiàn)土壤與地下水石油烴超標(biāo)，地下水監(jiān)測井中發(fā)現(xiàn)非水相液體（NAPL）。污染介質(zhì)上層主要為雜填土，下層主要為粉質(zhì)黏土，土壤污染最大深度 3m ，地下水污染最大深度 10.5m ，地下水總石油烴濃度最高 gt;20mg/L 。該地塊修復(fù)目標(biāo)值為：土壤石油烴Ci。-C4段為826mg/kg，C15段均為 1096mg/kg ;地下水石油烴 C₆ -C₉ 段為 段為 0.28mg/L^[9] 0

2.2修復(fù)技術(shù)計算

基于表1-表5的專家調(diào)查，并采用表1中計算確定污染場地修復(fù)技術(shù)篩選，通過AHP法計算得出指標(biāo)體系中地塊指標(biāo) S₁ 、技術(shù)指標(biāo) S₂ 、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)S₃ 和環(huán)境指標(biāo) 的權(quán)重分別為 w_i=（0.339 0.246，0.169，0.246）。經(jīng)過初級篩選，對于污染土壤與地下水，原位化學(xué)氧化、監(jiān)控自然衰減效果為中等，原為生物通風(fēng)、土壤氣相抽提、生物堆、土壤淋洗、異位熱脫附等技術(shù)效果一般。再采用表中設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行中級篩選，修復(fù)技術(shù)綜合評價指數(shù) C_i^* 排名前6位的分別是：監(jiān)控自然衰減0.721、原位化學(xué)氧化0.578、原位生物通風(fēng)0.499、地下水抽出處理0.484、多相抽提0.449、土壤氣相抽提0.449。邀請專家進(jìn)一步開展高級篩選，對上述6種技術(shù)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行打分，綜合評價指數(shù) C_i^* 排名前4位的修復(fù)技術(shù)得分依次為：監(jiān)控自然衰減0.637、原位化學(xué)氧化0.578、多相抽提0.550、可滲透反應(yīng)墻0.499。

2.3修復(fù)技術(shù)篩選對比

最終該地塊實(shí)際的修復(fù)確選用的方案為，先通過多相抽提去除地下水中的NAPL，再對土壤和地下水中的石油烴進(jìn)行化學(xué)氧化。實(shí)際的地下水修復(fù)選用多相抽提技術(shù)，實(shí)際修復(fù)了63天，抽出的液相經(jīng)過水處理達(dá)標(biāo)后，向市政管網(wǎng)排放。污染土壤原位化學(xué)氧化藥劑注入工期70天，每注入5天休息2天。模型篩選的監(jiān)控自然衰減技術(shù)為污染地塊風(fēng)險管控常用的技術(shù)，可單獨(dú)使用，也可與其他技術(shù)聯(lián)合使用，具體應(yīng)根據(jù)地塊污染情況以及修復(fù)時間而定。由此可見，通過層次化模型篩選的修復(fù)方案與實(shí)際選用情況基本一致。

3結(jié)論

石油烴污染地塊由于污染來源、污染時間、地層性質(zhì)等不同，同時修復(fù)需考慮經(jīng)濟(jì)性、二次污染等問題，面臨著修復(fù)技術(shù)篩選的問題。將專家經(jīng)驗(yàn)法、AHP與TOPSIS方法聯(lián)合建立了三層次的石油烴污染地塊修復(fù)技術(shù)篩選模型，并用于某石油烴污染地塊修復(fù)技術(shù)的篩選，通過三層次的評價篩選出4種修復(fù)技術(shù)，計算結(jié)果與實(shí)際情況基本一致。層次化篩選模型既綜合考慮了污染地塊的地質(zhì)條件與污染地塊內(nèi)石油烴的性質(zhì)，也結(jié)合了AHP與TOPSIS科學(xué)建立了指標(biāo)權(quán)重，可為石油烴污染地塊修復(fù)技術(shù)提供理論計算參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]葛鋒，張轉(zhuǎn)霞，扶恒，等.我國有機(jī)污染場地現(xiàn)狀分析及展望[J].土壤，2021，53（6）：1132-1141.

[2]LiuQ，XiaC，WangL，etal.Fingerprint analysis reveals sources of petroleum hydrocarbons in soils of different geographical oilfields of China and its ecological assessment[J].Scientificreports，2022，12（1）：1-13.

[3]曹興濤，曹保久，王教凱，等.場地石油烴污染物特征及化學(xué)氧化修復(fù)副產(chǎn)物研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2023，48（9）：54-59.

[4]Zhang M，Yang S，Zhang Z，et al.Development and Applicationofan Integrated SiteRemediation TechnologyMix Method Based on Site Contaminant Distribution Characteristics[J].Applied Sciences，2023，13（19） ：11076.

[5]左文建，胡順磊，段偉，等.基于AHP篩選的有機(jī)污染土聯(lián)合修復(fù)技術(shù)案例研究[J].土壤，2023，55（2）：390-398.

[6]陶燕東，劉欣.有機(jī)物污染土壤修復(fù)技術(shù)篩選研究——以北方某工業(yè)地塊為例[J].環(huán)境與發(fā)展，2022，34（6）：62-71.

[7]杜岳，賈建和.污染場地修復(fù)技術(shù)篩選方法研究[J].河北工業(yè)科技，2015，32（5）：401-406.

[8]張倩，蔣棟，谷慶寶，等.基于AHP和TOPSIS的污染場地修復(fù)技術(shù)篩選方法研究[J].土壤學(xué)報，2012，49（6）：1088-1094.

[9]胥鴻開，朱成杰，劉振升，等.南京某石油烴污染場地土壤修復(fù)工程案例[J].廣州化工，2023，51（11）：180-182.