[0001] 本发明属于土壤污染修复领域，具体涉及一种基于碳排放强度的污染土壤淋洗修复决策方法。

[0002] 随着人类社会工业化、现代化进程加快，土壤污染事件频发。淋洗修复技术可通过水或药剂溶液洗脱去除土壤中的污染物，降低土壤污染对生态系统和人体健康的危害风险，是污染地块治理的主要工程技术之一。近年来，我国污染土壤淋洗修复工程项目增多，淋洗修复技术工艺的科技水平显著提升，但在修复能耗、物耗、环境影响、碳排放等方面仍有较大的提升空间。

[0003] 各行各业积极推进生产工艺绿色化、低碳化升级。土壤污染修复的碳减排成为管理部门与从业公司新的关注热点。但是长期以来，土壤污染修复研究主要围绕污染治理效果的改进提升展开，修复活动的环境影响和碳排放调控机制缺乏深入探究；污染物去除率依然是修复工程决策活动的主要、乃至唯一考察指标，这使得决策结果无法满足同步减污降碳要求。例如在淋洗修复工程中，施工方普遍以小试中污染物洗脱率为依据筛选淋洗药剂和优化淋洗工艺参数，而工艺条件调整对修复碳排放的影响缺乏数据支持，决策方案实施后存在增加环境负荷的可能。另一方面，土壤污染淋洗修复技术的碳足迹研究较少，淋洗修复碳排放量与污染物去除效果的关联性不清，学者根据碳排放评估结果提出的碳减排建议缺乏实践指导意义。综上所述，已有研究成果与工程经验无法为设计高效、低碳的污染土壤淋洗修复方案提供有效支持，函需开发兼顾去污与碳减排的土壤污染淋洗修复决策方法，助力发展污染土壤绿色低碳修复模式。

[0031] 下面结合具体实施方式来对本发明进行更进一步详细的说明，以更好地体现本发明的优势。

[0032] 实施例1

[0033] 选择某废弃场地土壤铅污染修复工程，采用本发明提出的技术方案开展异位淋洗修复工艺决策。具体实施过程如下：

[0034] (1)项目基础信息分析

[0035] 该场地土壤中目标污染物为重金属铅(Pb)，铅含量超过国家《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 36600‑2018)。

[0036] 该地块拟选择异位淋洗修复工艺开展污染土壤治理，具体修复工艺路线为：

[0037] a挖掘污染土壤，通过人工去除大块石料；

[0038] b将污染土壤送入淋洗修复设备，与淋洗剂混合，造浆淋洗；

[0039] c振动筛分，固液分离，固体样品送入待检区，经检验合格后送出作业区，液体样品送入污水处理设备；

[0040] d向污水处理设备中投加捕获剂，沉淀重金属，净化水体，经检验合格后回用或排出场地。

[0041] 本案例施工方拟通过决策程序确定的关键考察指标包括淋洗剂浓度(Conc淋洗剂)、淋洗时间(Time淋洗)、液固比(Ratio液固比)。

[0042] 根据决策需求，收集施工方的技术装备基础资料。其中，拟采用的淋洗剂为EDTA，捕获剂为PAC、PAM和Na2S；拟投入的异位淋洗修复装备主要包括造浆淋洗设备、振动筛分设备、固液分离设备及污水处理设备。各个设备功率及药剂信息如下：造浆淋洗设备运行功率分别为P造浆淋洗＝31.6kW；振动筛分设备的运行功率P振动筛分＝71
kW；固液分离设备的运行功率P固液分离＝93.5kW；废水处理的运行功率P废水处理＝28.2
3
kW，单次运行时间Time废水处理＝0.03h/m，捕获剂PAC、PAM、Na2S用量Concw1＝1.90
3 3 3
kg/m soil、Concw2＝0.19kg/m soil、Concw3＝0.19kg/m soil；淋洗剂的采购距
离L淋洗剂＝50km、捕获剂的采购距离Lw1＝Lw2＝Lw3＝50km；运输车辆的百公里油耗N运输＝35L/100km，单次运输量为W＝60t。

[0043] (2)碳排放强度评估模型构建

[0044] 由于污染土壤挖掘不影响淋洗工艺参数确定，本实施例未将挖掘阶段纳入碳排放核算边界，因此碳排放核算边界包括造浆淋洗阶段、固液分离阶段和废水处理阶段。分析污染土壤淋洗修复工艺的碳排放来源，结果显示：污染土壤淋洗修复工艺的碳排放主要来自淋洗药剂、水、捕获剂生产过程的间接碳排放，药剂运输过程中机械车辆柴油燃烧的直接和间接碳排放，淋洗修复设备运行过程中电力消耗的间接碳排放。

[0045] 收集碳排放因子数据，汇总如下：淋洗剂生产过程的间接碳排放因子为Ff＝3
4.3859kg CO2eq/kg，水的碳排放因子为Fw＝0.21kgCO2 eq/m，捕获剂PAC、PAM、Na2S生产过程的间接碳排放因子分别为Fb1＝1.6879kg CO2eq/kg、Fb2＝3.2546kg CO2eq/kg、Fb3＝2.9396kg CO2eq/kg，电力的间接碳排放因子为Fe＝0.5703kgCO2 eq/kWh；柴油的总碳排放因子为Fg＝
3.7659kgCO2eq/kg，总碳排放因子数值为直接碳排放因子和间接碳排放因子加和值。

[0046] 建立修复碳排放量核算公式：碳排放量E碳排放＝淋洗药剂投入的碳排放量E淋洗剂+水资源投入的碳排放量E水+捕获剂投入的碳排放量E捕获剂+药剂运输的碳排放量E药剂运输+造浆淋洗设备运行的碳排放量E造浆淋洗+振动筛分设备运行的碳排放量E振动筛分+固液分离设备运行的碳排放量E固液分离+废水处理设备运行的碳排放量E废水处理

[0047] 具体的，各子项的公式分别为：

[0048] E淋洗剂＝Conc淋洗剂×Ratio液固比×K×Ff；式中K为土壤修复量，赋值为1；

[0049] E水＝Ratio液固比×K×Fw；

[0050] E捕获剂＝Ratio液固比×K×(Concw1×Fb1+Concw2×Fb2+Concw3×Fb3)；

[0051] E药剂运输＝N运输×(L淋洗剂×((Conc淋洗剂×(Ratio液固比×K))/W)+((Ratio液固比×K)×(Lw1×Cw1+Lw2×Concw2+Lw3×Concw3))/W))×Fg；

[0052] E造浆淋洗＝Time淋洗×P造浆淋洗×Fe；

[0053] E振动筛分＝Time淋洗×P振动筛分×Fe；

[0054] E固液分离＝Time淋洗×P固液分离×Fe；

[0055] E废水处理＝Time废水处理×P废水处理×Ratio液固比×K×Fe。

[0056] 汇总后，碳排放量E碳排放＝Conc淋洗剂×Ratio液固比×K×Ff+Ratio液固比×K×Fw+Ratio液固比×K×(Concw1×Fb1+Concw2×Fb2+Concw3×Fb3)+N运输×(L淋洗剂×((Conc淋洗剂×(Ratio液固比×K))/W)+((Ratio液固比×K)×(Lw1×Cw1+Lw2×Concw2+Lw3×Concw3))/W))×Fg+Time淋洗×P造浆淋洗×Fe+Time淋洗×P振动筛分×Fe+Time淋洗×P固液分离×Fe+Time废水处理×P废水处理×Ratio液固比×K×Fe[0057] 代入上述案例数据，可得本案例的修复碳排放量核算公式为：E碳排放＝7.84×103×3
Conc淋洗剂+0.20×Ratio液固比+0.003×Time淋洗‑1.17×10。E碳排放的单位为kgeqCO2/t soil。

[0058] 进一步地，构建本案例的碳排放强度评估模型，可得：

[0059] 碳排放强度T碳排放＝TE总碳排放/TS总去除量＝E碳排放/S去除量＝E碳排放/(C初始‑C修复后)[0060] 其中，TE总碳排放和TS总去除量分别代表修复工程的总碳排放量与Pb去除总量，单位分别为kgCO2eq和g；E碳排放和S去除量分别代表单位土壤修复量对应的碳排放量与Pb去除量，单位分别为kgCO2eq/t和g/t；C初始和C修复后分别代表土壤修复前后的Pb浓度，单位均为g/t；T碳排放的单位为kgCO2eq/kg Pb。

[0061] 代入上述修复碳排放量核算公式，可得碳排放强度T碳排放＝(7.84×103×Conc淋洗剂+3
0.20×Ratio液固比+0.003×Time淋洗‑1.17×10)/(C初始‑C修复后)。

[0062] (3)淋洗修复基础数据集建立

[0063] 设计单因子试验和响应曲面实验，获取不同工艺参数组合对应的污染物洗脱效果，构建基础数据集。具体实施过程如下：

[0064] a单因子试验

[0065] 根据数据采集需求，设计淋洗时间、淋洗剂浓度、液固比考察实验。在淋洗时间考察实验中，试验梯度为30、60、120、180、240min，淋洗剂浓度和液固比固定为0.01mol/L和8mL/g。在淋洗剂浓度考察实验中，淋洗剂浓度的试验梯度为0.01、0.05、0.10、0.15、
0.20mol/L，淋洗时间和液固比固定为4h和8mL/g。在液固比考察实验中，液固比的试验梯度为2、3、4、5、8mL/g，淋洗剂浓度和淋洗时间固定为0.01mol/L和4h。

[0066] 进一步地，按照实验方案称取不同剂量的污染土壤和淋洗剂于反应容器中，25℃、180rpm条件下避光振荡，洗脱土壤中的Pb。达到淋洗时间后，取出样品，固液分离，通过AAS测试液体中的Pb含量，计算污染物去除率。去除率的公式为R＝(C初始‑C修复后)/C初始×100％，其中，C初始和C修复后分别为土壤中Pb的初始浓度和修复后浓度。

[0067] b响应曲面实验

[0068] 根据单因子试验中去除率变化曲线的拐点数据，筛选响应曲面实验的试验梯度，淋洗时间为60、150、240min，淋洗剂浓度为0.10、0.15、0.20mol/L，液固比为4、6、8mL/g。运用Design‑Expert 13，采用Box‑Behnken Design(BBD)法设计EDTA‑2Na浓度、淋洗时间、液固比三因素三水平实验，其中中心点个数设置为5个，共计17组小试。进一步地，采用与单因子试验相似的实验过程获得污染物浓度变化，计算去除率。

[0069] c基础数据集构建

[0070] 汇总单因子试验和响应曲面实验结果，形成基础数据集。

[0071] 表1单因子、响应面试验数据集

[0072] (4)去除率响应曲面拟合

[0073] 基于步骤三的基础数据集，通过Design Expert软件的响应曲面拟合法拟合获得基于工艺参数指标的污染物去除率方程，为三元二次方程：

[0074] R＝72.57‑204.65×Conc淋洗剂+0.19×Time淋洗剂‑3.68Ratio液固比‑0.31×Conc淋洗剂×2
Time淋洗剂‑16.16×Conc淋洗剂×Ratio液固比‑0.013×Time淋洗剂×Ratio液固比+1460×(Conc淋洗剂) ‑
0.000037×
2 2
(Time淋洗剂) +0.70×(Ratio液固比)

[0075] 模型拟合R2为0.970。

[0076] 开展去除率拟合结果的显著性检验，其中模型拟合度的显著性检验结果P拟合度1值为0.0002，失拟项的显著性检验结果P失拟项1为0.5019，拟合结果符合响应曲面法拟合要求(P拟合度2值应小于0.05，失拟项的显著性检验结果P失拟项2应大于0.05)。

[0077] 去除率响应曲面拟合结果如图2所示。

[0078] (5)碳排放强度响应曲面拟合

[0079] a碳排放强度拟合

[0080] 基于(3)的基础数据集，通过(2)的碳排放强度评估模型(碳排放强度T碳排放＝3 3
(7.84×10 ×Conc淋洗剂+0.20×Ratio液固比+0.003×Time淋洗‑1.17×10 )/(C初始‑
C修复后))计算获得各工艺参数组合对应的碳排放强度值。

[0081] 进一步地，通过Design Expert软件的响应曲面拟合法拟合获得基于工艺参数指标的碳排放强度值方程，为三元二次方程：

[0082] T碳排放＝5.00+75.2×Conc淋洗剂+5.98×Ratio液固比‑0.025×Time淋洗‑401×(Conc淋洗剂)2‑2 2
0.40×(Ratio液固比) +129×(Time淋洗剂) +129×Conc淋洗剂×Ratio液固比‑0.36×Conc淋洗剂×Time淋洗‑0.006×Time淋洗×Ratio液固比

[0083] 模型拟合R2为0.990。

[0084] 开展碳排放强度拟合结果的显著性检验，包括模型拟合度显著性检验和失拟项显著性检验。所述模型拟合度的显著性检验结果P拟合度2值小于0.001，失拟项的显著性检验结果P失拟项2为0.6916，拟合结果符合响应曲面法拟合要求(P拟合度2值应小于0.05，失拟项的显著性检验结果P失拟项2应大于0.05)。

[0085] 碳排放强度响应曲面拟合结果如图3所示。

[0086] 为对比不同拟合方法的精确度，本实施例还采用多元线性回归模型拟合碳排放强2
度值，得到方程T碳排放＝792×Conc淋洗剂+15.3×Ratio液固比‑0.08×Time淋洗‑70.7，R为0.951。该
2 2
方法的R低于响应曲面拟合法的R 值，这是由于工艺参数对碳排放强度的影响存在交互作用，多元线性回归模型无法反映参数间的交互作用，而基于三元二次方程的响应曲面拟合法对碳排放强度值的拟合结果更好。

[0087] b备选碳修复工艺参数组合拟合

[0088] 基于上述方程，通过Design Expert软件随机拟合生成修复工艺参数组合，以碳排放强度趋小为条件，筛选排序在前30的修复工艺参数组合作为备选低碳修复工艺参数组合。

[0089] 表2备选低碳修复工艺参数组合

[0090] (6)异位淋洗修复方案推荐

[0091] 基于步骤四的污染物去除率预测公式(R＝72.57‑204.65×Conc淋洗剂+0.19×Time淋洗剂‑3.68Ratio液固比‑0.31×Conc淋洗剂×Time淋洗剂‑16.16×Conc淋洗剂×Ratio液固比‑0.013×
2 2 2
Time淋洗剂×Ratio液固比+1460×(Conc淋洗剂) ‑0.000037×(Time淋洗剂) +0.70×(Ratio液固比))，计算步骤五中30组备选低碳修复工艺参数组合对应的污染物去除率数据。

[0092] 以施工方提供的去除率达标限值80％为临界点，将符合修复要求的备选低碳修复工艺参数组合按碳排放强度值排序，选出碳排放强度值最低的Test 1处理组为最优修复工艺参数组合，具体工艺参数及其去除率和碳排放强度值为Conc淋洗剂＝0.10mol/L，Time淋洗＝239.38min，Ratio液固比＝4.01，R＝80.63％，T碳排放＝52.57kgCO2eq/kg Pb。将该结果作为污染土壤异位低碳淋洗修复工艺推荐方案提交施工方。

[0093] 上述实施例阐明的内容应当理解为该实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。