一种用于有机污染场地的多相抽提修复方法技术

本发明专利技术适用于污染场地修复技术领域，提供了一种用于有机污染场地的多相抽提修复方法，包括以下步骤：步骤一、建立多相流数值模型；步骤二、确定污染物的抽提量；步骤三、应用克里格法对多相流模型建立替代模型；步骤四、替代模型嵌入优化模型提高优化计算效率。本发明专利技术利用分区求和法确定了污染物抽提量；优化模型通过将真空度和抽提速率当作决策变量，以抽提出的最大LNAPLs的量为目标函数，以抽提泵本身性能的限制与修复预算为约束条件，所并利用遗传算法求解，得到的污染物修复率提高了5%；并且在优化计算时将替代模型代替模拟模型嵌入到目标函数中，大幅度减小了由于反复调用数值模型而带来的计算负荷，并保持良好的精度。并保持良好的精度。并保持良好的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于有机污染场地的多相抽提修复方法


[0001]本专利技术属于污染场地修复
，尤其涉及一种用于有机污染场地的多相抽提修复方法。

技术介绍

[0002]轻非水相流体(LightNon
‑
aqueousPhaseLiquids，LNAPLs)是一种密度比水小且难溶于水的液体，如石油类污染物。这类污染物一旦渗入到地表以下，土壤和地下水便会遭受严重的污染。目前，已有多种修复方法针对土壤和地下水，包括：抽出处理(P&T)、表面活性剂处理(SEAR)、地下水曝气(AS)、自然衰减(NSZD)和多相抽提(MPE)等。在这些方法中，MPE是去除LNAPLs污染的潜在成本有效且高效的选择。多相抽提(multi
‑
phaseextraction，MPE)是一种可同时处理土壤气体、地下水及非液态相污染物(non－aqueousliquidphase，NAPL)的原位修复技术，可快速高效修复污染区域，该技术可用于实际有机污染场地修复。MPE技术的主要优点是污染物既可以从饱和带中去除，也可以从非饱和带中去除，在缩短修复时间的同时大大提高了修复效率。
[0003]目前已有研究利用已开发的数值模拟软件对有机物的运移进行定量刻画，并且开发了模拟优化技术用于地下水管理和污染修复，但集中在MPE过程的研究非常有限。国内MPE技术起步较晚，只有几例实际场地修复项目，关于多相抽提的数值模拟研究更是罕见。多相流模拟模型虽然能在保持一定精度的前提下对地下水中污染组分的运移进行预报，却无法解决给定目标下的工艺参数的优化问题。模拟优化模型的联合运用不但能够考虑地下水系统的复杂行为，而且对于给定的约束条件，能够计算出最优决策方案。根据求解优化模型中设置的目标函数，得到决策变量(工艺参数)的取值范围与方案，实现了实际场地污染修复过程中的工艺参数优化。
[0004]但多相抽提(MPE)修复过程复杂，系统修复成本高，影响MPE修复效果和修复费用的因素非常复杂，包括真空度、抽提速率、井位、井数、过滤器顶底端位置等。如何在建立多相流数值模拟模型的基础上，通过灵敏度与定性定量分析、替代模型的引入及非线性规划等分析方法的综合运用，分析不同工艺参数对抽提效果的影响，在提高修复效率的大前提下尽量节省修复费用，是一个亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例的目的在于提供一种用于有机污染场地的多相抽提修复方法，旨在解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种用于有机污染场地的多相抽提修复方法，包括以下步骤：
[0008]步骤一、建立多相流数值模型；
[0009]步骤二、确定污染物的抽提量；
[0010]步骤三、应用克里格法对多相流模型建立替代模型；
[0011]步骤四、替代模型嵌入优化模型提高优化计算效率。
[0012]进一步的，所述步骤一中，建立多相流数值模型的具体操作为：
[0013]利用Petrasim软件对建立的LNAPLs在包气带的运移数学模型进行求解，得到多相流数值模型。
[0014]进一步的，所述步骤二中，定量对修复过程中抽提出的LNAPLs的质量进行估计，并且选用分区求和法确定抽出污染物量的多少。
[0015]进一步的，所述步骤三中，建立替代模型的具体操作为：
[0016]先利用灵敏度分析选出输入变量，再利用拉丁超立方抽样，将得到的输入数据集带入数值模型，得到训练样本和校核样本，误差允许时背景训练结束。
[0017]进一步的，所述拉丁超立方抽样的具体操作为：
[0018]先将自变量范围以等概率划分成不重叠的自变量子区间，然后在每个子区间内应用随机抽样得到样本。
[0019]进一步的，所述步骤四中，优化模型求解的具体操作为：
[0020]先利用监测点的油相饱和度定义抽出的LNAPLs的量作为目标函数，再将替代模型作为目标函数嵌入优化模型中，计算修复效率，若满足约束条件，得到最优解，否则采用遗传算法得到新种群并重复上述步骤，直至产生最优解。
[0021]进一步的，所述优化模型的公式如下：
[0022]maxf(x2,x3)＝C1*S
o(area1)
+C2*S
o(area2)
+C3*S
o(area3)
‑
[C4*S
o(290)
+C5*S
o(309)
+C6*S
o(504)
][0023]S
o(290)
＝y(x2,x3)
[0024]S
o(309)
＝y(x2,x3)
[0025]S
o(504)
＝y(x2,x3)
[0026]H
min
＜H1＝H2＝H3＝H4＝H5＜H
max
[0027]q
min
＜q
i
＜q
max
(i＝1,2,...,5)
[0028][0029]其中，f是抽出的LNAPLs的体积；S
o(area1)
,S
o(area2)
,S
o(area3)
是抽提前三个特定分区中代表区域整体苯水平的初始饱和度；y是修复170天后，三个监测点的油相饱和度；C1～C6是饱和度系数；W是打一口深2m、井径为2.5m的井的费用；ΔT是修复天数；K
scale
是比例因子；k1是与抽提泵相关的成本系数；k2是与真空度有关的成本系数；q
i
是第i口井的抽提速率；H
i
是第i口井的真空度；m
budget
是修复预算。
[0030]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0031]1、该用于有机污染场地的多相抽提修复方法，利用分区求和法确定了污染物抽提量，否则如果无法对抽提效果进行量化，后续工作很难展开；
[0032]2、该用于有机污染场地的多相抽提修复方法，优化模型通过将真空度和抽提速率当作决策变量，以抽提出的最大LNAPLs的量为目标函数，以抽提泵本身性能的限制与修复预算为约束条件，所并利用遗传算法求解，得到的污染物修复率提高了5％；并且在优化计算时将替代模型代替模拟模型嵌入到目标函数中，大幅度减小了由于反复调用数值模型而带来的计算负荷，并保持良好的精度。
附图说明
[0033]图1为用于有机污染场地的多相抽提修复方法中LNAPLs分布层示意图。
[0034]图2为用于有机污染场地的多相抽提修复方法中建立替代模型流程图。
[0035]图3为用于有机污染场地的多相抽提修复方法中优化模型求解流程图。
[0036]图4为用于有机污染场地的多相抽提修复方法中替代模型精度检验结果图。
[0037]图5为用于有机污染场地的多相抽提修复方法中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于有机污染场地的多相抽提修复方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、建立多相流数值模型；步骤二、确定污染物的抽提量；步骤三、应用克里格法对多相流模型建立替代模型；步骤四、替代模型嵌入优化模型提高优化计算效率。2.根据权利要求1所述的用于有机污染场地的多相抽提修复方法，其特征在于，所述步骤一中，建立多相流数值模型的具体操作为：利用Petrasim软件对建立的LNAPLs在包气带的运移数学模型进行求解，得到多相流数值模型。3.根据权利要求1所述的用于有机污染场地的多相抽提修复方法，其特征在于，所述步骤二中，定量对修复过程中抽提出的LNAPLs的质量进行估计，并且选用分区求和法确定抽出污染物量的多少。4.根据权利要求1所述的用于有机污染场地的多相抽提修复方法，其特征在于，所述步骤三中，建立替代模型的具体操作为：先利用灵敏度分析选出输入变量，再利用拉丁超立方抽样，将得到的输入数据集带入数值模型，得到训练样本和校核样本，误差允许时背景训练结束。5.根据权利要求4所述的用于有机污染场地的多相抽提修复方法，其特征在于，所述拉丁超立方抽样的具体操作为：先将自变量范围以等概率划分成不重叠的自变量子区间，然后在每个子区间内应用随机抽样得到样本。6.根据权利要求1所述的用于有机污染场地的多相抽提修复方法，其特征在于，所述步骤四中，优化模型求解的具体操作为：先利用监测点的油相饱和度定义抽出的LNAPLs的量作为目标函数，再将替代模型作为目标函数嵌入优化模型中，计算修复效率，若满足约束条件，得到最优解，否则采用遗传算法得到新种群并重复上述步骤，直至产生最优解。7.根据权利要求6所述的用于有机污染场地的多相抽提修复方法，其特征在于，所述优化...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨青春，卢星宇，秦子健，桂晗，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：