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式中:aij为修复技术i(i=1,2,…,m)对应指标j(j=1,2,…,n)的评分;rij为aij的规范化值。
构建加权规范化决策矩阵kij,见式(3)。
式中:Vj为指标j对应的权重。
确定最佳方案A+={k1+,k2+,…,kn+}和最差方案A-={k1-,k2-,…,kn-},式中:kj+和kj-分别代表待选方案中指标j评价值的最佳水平和最差水平。通过式(4)、式(5)计算修复技术i与最佳方案和最差方案之间的欧几里德距离,可用于量化各修复技术与最佳修复技术和最差修复技术的差距,通过式(6)计算修复技术i与最佳方案的相对接近度。
式中:Di+为修复技术i和A+之间的欧几里德距离;Di-为修复技术i和A-之间的欧几里德距离。Ci为修复技术i与最佳方案的相对接近度,即综合评价指数。
根据Topsis法计算各修复技术与最佳修复技术和最差修复技术的差距,结果见表4。
由表4可知,异位化学淋洗最接近最佳修复技术,为本次筛选的最优修复技术,故本次实验研究采用异位化学淋洗修复Cd、苯并[a]芘复合污染土壤。
2.2室内模拟实验
2.2.1污染土壤淋洗剂及其浓度的筛选
淋洗剂的筛选应遵循以下原则:(1)对土壤中的复合污染物去除能力强;(2)土壤活性及理化性质破坏小;(3)可重复利用且不造成二次污染;(4)价格经济且适用于大规模工程应用。
对现有的研究报道进行分析发现,从修复效果而言,乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)、乙二胺四乙酸(EDTA)、柠檬酸、Tween-80、鼠李糖脂对Cd的修复效果分别可达66.00%、89.14%、98.00%、85.40%、88.83%,Tween-80、鼠李糖脂、β-环糊精对多环芳烃(PAHs)的修复效果分别可达85.4%、67.0%、91.3%。对各淋洗剂进行修复成本比较,发现柠檬酸、鼠李糖脂、β-环糊精相对较经济,而EDTA及其盐类修复成本较高。文献报道,EDTA、EDTA-2Na、Tween-80对土壤修复效果较好,但对土壤活性影响较大,不易生物降解,易造成二次污染。综上,本研究选择柠檬酸、鼠李糖脂、β-环糊精3种淋洗剂对Cd、苯并[a]芘复合污染土壤进行异位化学淋洗实验。分别采用单一、复配方式配制淋洗剂,经3因素5水平的正交实验,结果显示,0.6mol/L柠檬酸与20g/Lβ-环糊精进行复配的淋洗剂具有良好、经济的修复效果,经过修复后,土壤中Cd、苯并[a]芘质量浓度分别为19.14、17.51mg/kg,去除率分别为78.05%、68.51%。
2.2.2基于响应曲面法的实验设计
响应曲面法是一种非常有效的优化工艺条件的方法,该法有助于快速建模、缩短优化时间和提高推导结果的准确度。
利用Design-Expert8.0软件,选择对淋洗修复效果影响较大的p个因素作为自变量,以x1,x2,…,xp表示,每个因素设3个水平,按方程Xi=(xi-x0)/Δx对自变量进行编码,式中:Xi为自变量编码;xi为自变量真实值;x0为实验中心点处的自变量真实值;Δx为自变量的变化步长。xi、x0、Δx的单位根据实际情况而变化。将每个自变量设置3个水平编码为-1、0、1,分别代表自变量的低、中、高水平,以污染物去除量(以Cd与苯并[a]芘浓度下降之和计,mg/kg)为响应值Y,进行多元回归分析。
(1)自变量的筛选
目前国内外已有大量报道采用异位化学淋洗法对污染土壤进行修复研究,总结后发现,除淋洗剂的选择之外,对修复效果产生影响的因素集中在淋洗剂pH、淋洗时间、淋洗温度、液固比(淋洗剂与土壤的体积质量比,下同)、淋洗次数、搅拌强度等。
文献报道,土壤本身性质(土壤类型、阳离子交换量(CEC)、有机质含量)、污染物性质(污染物类型)等也是影响修复效果的主要因素。然而在工程实施过程中,污染土壤理化性质以及特征污染物类型无法选择,因此在异位化学淋洗修复污染场地土壤时,需重点考虑化学淋洗的技术条件。
根据前文研究结果,本研究选用0.6mol/L柠檬酸与20g/Lβ-环糊精复配的淋洗剂,以淋洗剂pH、淋洗时间、淋洗温度、液固比、淋洗次数和搅拌强度等为自变量进行室内模拟实验,设实验中心点处的条件为淋洗剂pH=4.0、淋洗时间3.0h、淋洗温度30.00℃、液固比5.00mL/g、淋洗次数3次和搅拌强度300.00r/min,各自变量的变化步长分别为1.0、1.0h、10.00℃、1.00mL/g、1次、100.00r/min,其因素编码及设置水平见表5。
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