專利名稱：一種石油污染地下水的原位修復的決策方法
一種石油污染地下水的原位修復的決策方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于污染水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石油污染地下水的原位修復的決策方法。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟的發(fā)展，石油工業(yè)的迅猛發(fā)展，在石油化工生產(chǎn)區(qū)、加油站等地，由于落地石油、含油生產(chǎn)污水排放和輸油管道滲漏等原因，造成大量的石油污染物進入土層，造成地下水污染。石油及其副產(chǎn)品對環(huán)境的污染越來越嚴重，已經(jīng)危及到人類和動植物的生存與健康。石油污染治理越來越受到重視，各國出臺了相關(guān)的治理措施、政策，出現(xiàn)了很多的石油污染治理技術(shù)和方法。80年代以前，治理石油烴污染土壤還僅限于物理和化學方法，即熱處理和化學浸出法。熱處理法是通過焚燒或煅燒，可凈化土壤中大部分有機污染物，但同時亦破壞土壤結(jié)構(gòu)和組分，不但價格昂貴而且很難實施，處理效果不理想。化學浸出和水洗也可以獲得較好的除油效果，但所用的化學試劑的二次污染問題限制了其應(yīng)用。早在70年代，為了解決輸油管線和儲油罐發(fā)生故障漏油和溢油時土壤被石油污染的問題，美國埃索研究和工程公司就已經(jīng)開始尋找清潔的生物解決方法，并且其實驗室研究找到一種有效的 “細菌播種法”。
總的來說，國際上關(guān)于石油污染物的修復技術(shù)主要包括原位修復和異位修復技術(shù)?？偟膩碚f，各種修復技術(shù)各有利弊，并且適合于使用在不同的場所，不同的區(qū)域，不同的自然條件。但目前國內(nèi)外運用最廣泛的是原位處理技術(shù)抽出處理技術(shù)(PAT)，即將已被污染的地下水抽出，然后在地表清除污染物，處理后的地下水可排入地表水體，如經(jīng)過深度處理，再重新注入地下。
通過PAT方法治理污染，起始階段污染物濃度下降很快，表明含水層大孔隙中污染水體排出。然后濃度下降的速度減少，表示小孔隙中的污染物也開始排出。最后污染物濃度基本穩(wěn)定在一個常數(shù)值，表示PAT方法排出污染物速度和通過解析和NAPLs分解進入地下水中 污染物的速度相等。美國利用PAT方法治理地下水污染的實例表明，對于初始濃度較高的地點(>1000 μ g/L)，在地下水中濃度達到穩(wěn)定之前，濃度可下降90°/Γ99%，而對于濃度較低的地點，濃度下降往往小于90%。而且PAT實用性高，適合不同濃度的石油污染物和不同的地質(zhì)條件，抗突發(fā)性高，可根據(jù)突發(fā)性事故采取相應(yīng)的不就措施。故國內(nèi)外運用非常廣泛，是修復地下水最常用的修復技術(shù)。
目前國內(nèi)還未出現(xiàn)石油污染地下水原位修復設(shè)計決策方法的相關(guān)報道，此專利在國內(nèi)屬首創(chuàng)，可以為解決我國日益嚴峻的地下水修復問題提供有效的工具。目前，國外主要集中開發(fā)的地下水修復工具主要集中在基于場地污染信息選擇修復技術(shù)，進而預測修復后的污染物羽狀圖。國內(nèi)幾乎沒有基于某種或者多種修復技術(shù)，根據(jù)各國的環(huán)境標準和需要的當?shù)亟邮艿男迯湍晗藿o出最優(yōu)的具體的運行方案。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對石油污染地下水修復難、計算復雜等特點，提供結(jié)合原位修復抽出處理技術(shù)、數(shù)值模擬、回歸方法、非線性優(yōu)化、計算機仿真等多種先進技術(shù)，提出一種石油污染地下水原位修復的決策方法，其特征在于該方法結(jié)合抽出處理原位修復技術(shù)、數(shù)值模擬、回歸方法和非線性優(yōu)化技術(shù)；首先收集污染場地的水文參數(shù)、地質(zhì)參數(shù)及污染物的相關(guān)參數(shù)，進行有限次數(shù)的模擬，并獲得相應(yīng)的模擬結(jié)果；將監(jiān)測數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果配對，形成一系列模擬修復數(shù)據(jù)，運用回歸算法獲得修復污染場地的代理模型；最后根據(jù)當?shù)氐牡叵滤|(zhì)標準確定修復后水質(zhì)達標的置信度，并結(jié)合生成的代理模型計算出最優(yōu)的修復方案；并預測計算出在該修復方案運行下的修復效果。
所述收集污染場地的水文參數(shù)、地質(zhì)參數(shù)及污染物的相關(guān)參數(shù)包括數(shù)據(jù)的收集時間、污染場地模擬區(qū)域場地的長寬高的大小，確定模擬區(qū)域的抽出井、監(jiān)測井、注射井的位置，場地的地下水水流方向、土壤的溫度、PH值及土壤分類；一些水文參數(shù)包括水的動力粘滯力、水的密度、污染物與水之間的表面張力、飽和區(qū)的油氣水殘留率及水力坡度；同樣輸入各種類型土壤在X、Y、Z方向的滲透性、孔隙率、縱向橫向分散性，再者需要輸入的有關(guān)污染物的相關(guān)參數(shù)，即污染物在水相與污染相分配系數(shù)、污染物濃度及水中溶解度。
所述有限次數(shù)模擬是隨機生成4(Γ50組修復方案，在4(Γ50組修復方案中通過地下水模擬軟件GMS模擬其隨機生成的修復方案的修復結(jié)果，隨機生成修復方案X=U1, X2, …xN}，其中X代表抽出處理系統(tǒng)中抽吸注入井的運行參數(shù)單位為m3/d，修復方案對應(yīng)的修復效果Y=Iy1, Y2,為相對應(yīng)于x修復方案運行后其監(jiān)測井污染物濃度值。
采用的回歸方法是多次方曲面響應(yīng)分析回歸方法，運用該方法對隨機生成的修復方案和結(jié)果進行回歸，最終得出如下式的代理模型
權(quán)利要求
1.一種石油污染地下水原位修復的決策方法，其特征在于該方法結(jié)合抽出處理原位修復技術(shù)、數(shù)值模擬、回歸方法和非線性優(yōu)化技術(shù)；首先收集污染場地的水文參數(shù)、地質(zhì)參數(shù)及污染物的相關(guān)參數(shù)，進行有限次數(shù)的模擬，并獲得相應(yīng)的模擬結(jié)果；將監(jiān)測數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果配對，形成一系列模擬修復數(shù)據(jù)，運用回歸算法獲得修復污染場地的代理模型；最后根據(jù)當?shù)氐牡叵滤|(zhì)標準確定修復后水質(zhì)達標的置信度，并結(jié)合生成的代理模型計算出最優(yōu)的修復方案；并預測計算出在該修復方案運行下的修復效果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石油污染地下水原位修復的決策方法，其特征在于所述收集污染場地的水文參數(shù)、地質(zhì)參數(shù)及污染物的相關(guān)參數(shù)包括數(shù)據(jù)的收集時間、污染場地模擬區(qū)域場地的長寬高的大小，確定模擬區(qū)域的抽出井、監(jiān)測井、注射井的位置，場地的地下水水流方向、土壤的溫度、PH值及土壤分類；一些水文參數(shù)包括水的動力粘滯力、水的密度、污染物與水之間的表面張力、飽和區(qū)的油氣水殘留率及水力坡度；同樣輸入各種類型土壤在X、Y、Z方向的滲透性、孔隙率、縱向橫向分散性，再者需要輸入的有關(guān)污染物的相關(guān)參數(shù)，即污染物在水相與污染相分配系數(shù)、污染物濃度及水中溶解度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石油污染地下水原位修復的決策方法，其特征在于，所述有限次數(shù)模擬是隨機生成4(Γ50組修復方案，在4(Γ50組修復方案中通過地下水模擬軟件GMS模擬其隨機生成的修復方案的修復結(jié)果，并收集數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫，隨機生成修復方案X={Xl，χ2,…χΝ}，其中X代表抽出處理系統(tǒng)中抽吸注入井的運行參數(shù)單位為m3/d，修復方案對應(yīng)的修復效果Y= {yi，y2,為相對應(yīng)于x修復方案運行后其監(jiān)測井污染物濃度。
4..根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石油污染地下水原位修復的決策方法，其特征在于，采用的回歸方法是多次方曲面響應(yīng)分析回歸方法，運用該方法對隨機生成的修復方案和結(jié)果進行回歸，最終得出如下式的代理模型
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種石油污染地下水原位修復的決策方法，其特征在于，所述代理模型的檢驗方法是采用JB檢驗或者T檢驗，主要檢驗代理模型的模擬值與實測值之間的絕對誤差是否符合正態(tài)分布，或直接將模擬值與實際測量值進行比較。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種石油污染地下水原位修復的決策方法，其特征在于，根據(jù)當?shù)氐叵滤|(zhì)標準，并用概率表示地下水水質(zhì)達標的可信度作為約束條件構(gòu)建目標如下，
7.根基權(quán)利要求1所述一種石油污染地下水原位修復的決策方法，其特征在于，運行方案是以給出各抽出處理方法的各抽吸、注入井的量的形式表達出來，并且在該運行方案下，模擬出修復效果。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于石油污染地下水原位修復決策方法，該方法是基于原位抽出處理技術(shù)，根據(jù)在地下水污染區(qū)域進行地質(zhì)鉆探，獲取準確的地質(zhì)、污染物、水流方向資料，并在污染源的上游打注射井，在污染源下方向安裝抽吸井，并在污染區(qū)域安裝一定數(shù)量的監(jiān)測井；收集各監(jiān)測井的地下水污染數(shù)據(jù)；將污染場地和污染源的相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)整理；從而獲得修復方案的代理模擬模型。運用該模型，決策者根據(jù)自己的需要和預期做為約束條件，最終產(chǎn)出最優(yōu)的地下水修復方案。本發(fā)明填補了國內(nèi)關(guān)于地下水修復決策方法的空白，該發(fā)明能夠快速為決策者提供可靠的地下水修復運行方案，而且操作簡單、可靠性高，節(jié)省計算成本，能預測出修復后的狀況。
文檔編號C02F1/00GK102992417SQ20121031379
公開日2013年3月27日 申請日期2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月29日
發(fā)明者何理, 楊琦, 李超, 申婧 申請人:華北電力大學