石油烴污染地塊修復技術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文獻標志碼：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

石油烴是有機污染地塊常見的污染物之一，對277個有機污染地塊分析顯示， 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，其碳數主要分布、色譜圖主峰、生物標志物等存在差異，石油烴的物理化學性質不同，會對土壤與地下水修復技術的選擇產生影響[2-3]。常用的石油烴污染土壤修復技術有土壤氣相抽提、化學氧化、熱脫附、微生物修復、地下水抽出處理、監控自然衰減等。

對于污染來源、污染時間、水文地質條件等方面的差異，污染土壤與地下水修復技術可通過實驗室篩選、模型評價等進行選擇。層次分析法（AHP）將決策有關的元素分解為目標、準則、指標等，并進行定性與定量分析，其可與最佳逼近法（TOPSIS）相結合解決多屬性結合的決策，對有機污染土壤修復技術進行深層次的篩選評價[4-6]

由于石油烴組分復雜，對適用于不同來源、不同地層性質的石油烴污染地塊的修復技術篩選方法研究還有待進一步深入。因此文章構建一種層次化的石油烴污染地塊修復技術篩選模型，綜合考慮石油烴污染性質、地層性質等，通過AHP計算指標權重，結合專家打分并采用TOPSIS計算，比較評價備選技術的適用性。

1篩選流程與指標權重計算

1.1修復技術篩選流程

將污染地塊的地質條件與污染物性質相結合，對修復技術進行初步篩選；通過調整修復技術相關參數，采用AHP默認的指標權重，進行中級篩選；選用專家打分等方式確定層次的權重，與TOPSIS聯合，進行高級篩選。建立的初級－中級－高級，三級的石油烴污染地塊修復技術篩選流程，見圖1。

目前，常用的修復技術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技術的影響因素之間的關聯，可以繼續深入開展。通過邀請專家，對修復過程中因素影響的重要程度進行打分，進一步評估技術的適用性，即第二級的中級篩選。為更好的挖掘各指標的參考信息，采用TOPSIS法計算影響修復的各參數的權重，即為第三級的高級篩選。

1.2修復技術篩選指標體系建立

石油烴污染修復技術篩選，是一個復雜的評價指標體系，往往是由若干互相關聯、互相影響的評價指標構成，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、經濟以及環境4個方面，選取了12項指標，建立了三層次的石油烴污染場地修復技術篩選指標體系，其中處于最上層的是第1個層次，定義為目標層A；中間位置的是第2個層次，定義為準則層S；最下面的是第3個層次，定義為指標層R。

指標層中的參數的具體意義為：（1）污染介質R₁ ，指受污染的介質是土壤、地下水；（2）地層性質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 R₄ ，指地塊內石油烴的來源；（5）污染時間 R₅ ，指石油烴等污染物質進入土壤與地下水的時間長度；（6）技術成熟度 R₆ ，是通過國內外該技術在實際石油烴污染土壤與地下水的治理效果，以及應用案例的數量，反應的該修復技術情況；（7）技術可獲得性 R₇ ，反應獲取此項修復技術的運行設備設施、工藝條件參數的難易程度；（8）修復周期 R₈ ，指達到設定的預期修復目標，所花費的時間；（9）運行成本 R₉ ，指修復每立方米污染土壤或地下水的費用；（10）資源消耗 R₁₀ ，是石油烴污染地塊修復所需的水、電、原材料等；（11）二次污染 R₁₁ ，指地塊內的修復活動，產生的廢水、廢氣、固廢、噪聲等污染；（12）周圍影響 R₁₂ ，指修復對地塊內的人員，以及地塊周邊居民的影響[7]。

1.3 篩選指標權重確定方法

采用AHP法，構造判斷矩陣，對石油烴污染土壤與地下水的各個指標進行權重計算。其中目標層主要受地塊指標 S₁ 、技術指標 S₂ 、經濟指標 S₃ 、環境指標 S₄ 因素影響，構建A-S判斷矩陣。準則層的4個參數的主要影響因素分別受指標層對應指標的影響，構建 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行歸一化，每項元素為式（1）：

（2）將歸一化處理后的矩陣按行求和：

（3）將結果向量歸一化，計算得到屬性權重向量：

（4）計算判斷矩陣最大特征根：

（5）根據一致性檢驗式（5），判斷矩陣的可靠性：

（6）查找隨機一致性比率指標RI值。

（7）計算一致性比例CR：

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

采用專家打分法與文獻相結合，根據影響程度由低到高，賦分分值為1～5分，將受污染地塊的性質、地層性質、污染物特性、污染時間、修復技術、環境影響等相結合，對不同修復技術篩選指標進行評價，見表1-表 5^[7]

從表1-表5中的參數可以根據修復技術研究與發展情況進行調整，以更好的滿足實際情況。

1.4修復技術評價及排序方法

最佳逼近法求解主要有以下六步[8]：

（1）將各修復技術的指標向量規范化，構造指標權重規范化矩陣。根據評價方案、評價指標的數量，構建決策矩陣：

其后規范化決策矩陣

（2）構建加權規范陣：

通過AHP層次分析法計算，獲得石油烴污染修復技術的指標權重

（3）確定理想解 x^* 和負理想解 x⁰ 。設理想解 x^* 的第 j 個參數屬性值為 x_j^* ，負理想解 x⁰ 的第 j 個參數 屬性值為 x_j⁰ ，則

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

（4）分別計算篩選的修復技術權重與正理想值和負理想值的差距

其中篩選的修復技術與正理想值的差距為式（15）：

篩選的修復技術與負理想值的差距為式（16）：

（5）計算備選的修復技術方案的綜合評價指數 C_i^* ：

（6）按綜合評價指數 C_i^* 由高到低排列的各修復技術方案的得分順序。

2石油烴污染地塊修復技術篩選案例研究

2.1 石油烴污染地塊背景

南京某企業生產過程中使用大量潤滑油、冷卻油等，發現土壤與地下水石油烴超標，地下水監測井中發現非水相液體（NAPL）。污染介質上層主要為雜填土，下層主要為粉質黏土，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 。該地塊修復目標值為：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修復技術計算

基于表1-表5的專家調查，并采用表1中計算確定污染場地修復技術篩選，通過AHP法計算得出指標體系中地塊指標 S₁ 、技術指標 S₂ 、經濟指標S₃ 和環境指標 的權重分別為 w_i=（0.339 0.246，0.169，0.246）。經過初級篩選，對于污染土壤與地下水，原位化學氧化、監控自然衰減效果為中等，原為生物通風、土壤氣相抽提、生物堆、土壤淋洗、異位熱脫附等技術效果一般。再采用表中設置的參數進行中級篩選，修復技術綜合評價指數 C_i^* 排名前6位的分別是：監控自然衰減0.721、原位化學氧化0.578、原位生物通風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。邀請專家進一步開展高級篩選，對上述6種技術根據實際情況進行打分，綜合評價指數 C_i^* 排名前4位的修復技術得分依次為：監控自然衰減0.637、原位化學氧化0.578、多相抽提0.550、可滲透反應墻0.499。

2.3修復技術篩選對比

最終該地塊實際的修復確選用的方案為，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行化學氧化。實際的地下水修復選用多相抽提技術，實際修復了63天，抽出的液相經過水處理達標后，向市政管網排放。污染土壤原位化學氧化藥劑注入工期70天，每注入5天休息2天。模型篩選的監控自然衰減技術為污染地塊風險管控常用的技術，可單獨使用，也可與其他技術聯合使用，具體應根據地塊污染情況以及修復時間而定。由此可見，通過層次化模型篩選的修復方案與實際選用情況基本一致。

3結論

石油烴污染地塊由于污染來源、污染時間、地層性質等不同，同時修復需考慮經濟性、二次污染等問題，面臨著修復技術篩選的問題。將專家經驗法、AHP與TOPSIS方法聯合建立了三層次的石油烴污染地塊修復技術篩選模型，并用于某石油烴污染地塊修復技術的篩選，通過三層次的評價篩選出4種修復技術，計算結果與實際情況基本一致。層次化篩選模型既綜合考慮了污染地塊的地質條件與污染地塊內石油烴的性質，也結合了AHP與TOPSIS科學建立了指標權重，可為石油烴污染地塊修復技術提供理論計算參考。

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