DISSIPATION KINETICS OF CONTAMINANTS IN SOIL

Abstract

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 V, 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 ) = C + C ·exp(- k t ) + C ·exp(- k t ), где C , C , C , k , k - подгоняемые параметры. Сравнение коэффициентов детерминации R показывает, что аппроксимация экспериментальных данных двухэкспоненциальной формулой первого порядка несколько более точна, чем аппроксимация простым экспоненциальным уравнением C ( t ) = C + C ·exp(- k t ). С использованием параметра k 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. %). 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 V, (when compared to the toxicity of V itself). In accordance with this model, the dependence of contaminant concentration C on time t can be described by the following equation C ( t ) = C + C ·exp(- k t ) + C ·exp(- k t ), where C , C , C , k , k are fitting parameters. Comparison of coefficients of determination R has revealed that approximation of experimental data using first-order double-exponential formula is more exact than approximation using simple exponential equation C ( t ) = C + C ·exp(- k t ). 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 %).