ХИМИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ, 2018, Том 2, № 1,

с. 73 — 80

 

Моделирование химически опасных объектов

 

УДК 504.53                                                                                       Скачать PDF

DOI: 10.25514/CHS.2018.1.12883

 

КИНЕТИКА ДИССИПАЦИИ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ПОЧВЕ

И. В. Кумпаненко*,  Н. А. Иванова, В. В. Усин, И. Д. Эпинатьев, А. В. Рощин

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук, Москва, Россия

Поступила в редакцию 15.03.2018

Опубликовано 25.06.2018 г.

Обсуждены различные компартментальные математические модели, описывающие кинетику диссипации загрязняющих веществ (ЗВ) в почве, учитывающие ее пространственную изменчивость и гетерогенность. Для описания кинетики диссипации в почве О-изобутилметилфосфоната и О,О’-диизобутилметилфосфоната, которые являются основными и гораздо менее токсичными фосфорорганическими продуктами деструкции химического отравляющего вещества Vx, чем само это вещество, более подходящей оказалась двухкамерная двухэкспоненциальная модель разложения первого порядка. В соответствии с этой моделью зависимость концентрации ЗВ C от времени t описывается уравнением C(t) = Cp + C1·exp(-k1t) + C2·exp(-k2t), где Cp, C1, C2, k1, k2 – подгоняемые параметры. Сравнение коэффициентов детерминации R2 показывает, что аппроксимация экспериментальных данных двухэкспоненциальной формулой первого порядка несколько более точна, чем аппроксимация простым экспоненциальным уравнением C(t) = Cp + C1·exp(-k1t). С использованием параметра k1 были оценены периоды, требуемые для рассеяния 50% и 90% ЗВ. Показано, что О-изобутилметилфосфонат более стабильный в почве с промежуточной влажностью (50 масс. %), в то время как О,О’-диизобутилметилфосфонат более стабилен в почве с высокой влажностью (70 масс. %).

Ключевые слова: загрязняющие вещества в почве, кинетика диссипации,
О-изобутилметилфосфонат, О,О’-диизобутилметилфосфонат, двухкамерная двухэкспоненциальная модель разложения первого порядка.


DISSIPATION KINETICS OF CONTAMINANTS IN SOIL

I. V. Kumpanenko*, A. V. Roshchin, N. A. Ivanova, V. V. Usin, and I. D. Epinatiev

Semenov Institute of Chemical Physics, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia

Received March 15, 2018

Published June 25, 2018

Abstract — A series of compartmental mathematical models describing dissipation kinetics of contaminants in soil is discussed. These models take into account a spatial variability and heterogeneity of soil. A two-compartment first-order double-exponential decay model is found to be the most suitable for description of dissipation kinetics in soil for O-isobutyl methyl phosphonate and O,O’-diisobutyl methyl phosphonate both of which are known to be the main and much less toxic degradation products of chemical warfare agent Vx, (when compared to the toxicity of Vx itself). In accordance with this model, the dependence of contaminant concentration C on time t can be described by the following equation C(t) = Cp + C1·exp(-k1t) + C2·exp(-k2t), where Cp, C1, C2, k1, k2 are fitting parameters. Comparison of coefficients of determination R2 has revealed that approximation of experimental data using first-order double-exponential formula is more exact than approximation using simple exponential equation C(t) = Cp + C1·exp(-k1t). The calculated fitting constants make it possible to estimate periods of time required for dissipation of 50% and 90% of the contaminants. O-isobutyl methyl phosphonate is found be more stable in soil with moderate moisture levels (50 mass %) whereas O,O’-diisobuthyl methyl phosphonate demonstrates higher stability in soil with an increased moisture levels (70 mass %).

Keywords: contaminants in soil, dissipation kinetics, O-isobutyl methyl phosphonate, O,O’-diisobutyl methyl phosphonate, two-compartment first-order double-exponential decay model.