工業(yè)污染場地修復技術(shù)的篩選
——以福建省泉州市某工業(yè)污染場地為例

吳 敏

(福建省197地質(zhì)大隊地質(zhì)環(huán)境研究院， 福建 泉州 362011)

污染場地修復技術(shù)類型多樣，包括土壤氣體抽提、固定—穩(wěn)定化、電動力修復和淋洗修復等[1]。選擇適宜的修復技術(shù)對經(jīng)濟、高效修復污染場地至關(guān)重要。在篩選修復技術(shù)過程中要考慮修復成本、修復周期、土壤類型等多方面的因素。當前國內(nèi)外在對技術(shù)進行篩選過程中主要有專家評價法、層次分析法(AHP)[2]、逼近理想解的排序方法(TOPSIS)[3]、生命周期評價法(LCA)[4]和環(huán)境技術(shù)評價法(EnTA)[5-7]。其中TOPSIS近年來多被用于多指標的綜合評價中[8]，TOPSIS是基于歸一化后的原始數(shù)據(jù)矩陣，找出有限方案中的最優(yōu)方案和最劣方案，然后分別計算諸評價對象與最優(yōu)方案和最劣方案的距離，獲得各評價對象與最優(yōu)方案的相對接近程度，以此作為評價優(yōu)劣的依據(jù)[9-10]。然而TOPSIS雖然對有多項評價指標的方案選擇上有較好的客觀性，但是該方法在評價指標的權(quán)重分配問題上有一定的缺陷，評價結(jié)果會隨著評價指標的權(quán)重增加而改變而導致存在較大的誤差[11]。而AHP很好地融合定性與定量評價，通過計算得到不同評價指標的權(quán)重，避免了在評價過程中因個人的主觀偏好而影響最終的評價結(jié)果。因此本文以福建省泉州市某工業(yè)污染場地為研究對象，根據(jù)《2014年污染場地修復技術(shù)目錄(第一批)》《污染場地修復技術(shù)篩選指南》和《污染場地修復技術(shù)方案編制導則》總結(jié)污染場地修復技術(shù)篩選矩陣，根據(jù)污染場地實際情況聯(lián)合運用層次分析法和逼近理想解排序法進行修復技術(shù)篩選研究，為類似污染場地提供參考。

1 修復技術(shù)篩選

1.1 污染場地背景與現(xiàn)狀調(diào)查

泉州市某工業(yè)場地因不符合當?shù)氐某鞘薪ㄔO(shè)規(guī)劃，被列入泉州市近海水環(huán)境綜合治理重點項目。該工業(yè)場地于2008年8月全面關(guān)停，2012年完成了所有廠房的拆除，規(guī)劃為商業(yè)、辦公、居住及公共配套設(shè)施用地。經(jīng)場地污染初步調(diào)查、補充調(diào)查、風險評估確認場地土壤污染特征因子主要有鋅(39.9～17 880 mg/kg)、銅(69～10 779 mg/kg)、鎳(16.9～8 443 mg/kg)、鉻(36～5 941 mg/kg)，污染較嚴重，污染土壤深度為2.0 m，受污染土壤層主要成分為硬雜質(zhì)、中粗砂、黏土，透水性強，滲透系數(shù)為2.70×10-3～3.60×10-2，污染面積8 993 m2，污染土壤方量17 986 m3。

1.2 修復技術(shù)篩選基本流程

不同的場地有不同的特點，我們要從技術(shù)的修復效果、可實施性、成本等方面考慮，結(jié)合場地的土壤類型、利用規(guī)范、使用功能等多方面綜合比較進而篩選出潛在可行的修復技術(shù)，優(yōu)先選擇可以降低污染物毒性、遷移性和含量的成熟修復技術(shù)。本文污染場地修復技術(shù)篩選研究基本流程如圖1所示。首先應(yīng)根據(jù)調(diào)查和相關(guān)資料確定場地污染特征；然后根據(jù)污染物特點利用修復技術(shù)篩選矩陣進行初篩；再根據(jù)場地特點結(jié)合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀建立污染場地修復技術(shù)篩選指標體系并構(gòu)造相應(yīng)的比較判斷矩陣，采用層次分析法計算各評價指標的權(quán)重；最后使用逼近理想解排序法法對各修復技術(shù)進行理想解計算并進行最終的排序。

圖1 場地污染修復篩選流程圖

1.3 修復技術(shù)篩選指標體系

篩選污染場地修復技術(shù)需考慮多重因素，要通過相關(guān)評價指標綜合分析每種修復技術(shù)方能確定目標污染場地最適合的修復技術(shù)。根據(jù)各因素對修復技術(shù)的影響程度，選取可操作性、污染物去除率、費用、修復時間、技術(shù)成熟度、二次污染這6個指標建立修復技術(shù)篩選指標體系(說明：由于本次構(gòu)造比較判斷矩陣主要是根據(jù)場地實際情況和資料分析，有一定的主觀性，因此篩選體系僅兩層，減少誤差)。如圖2所示，第一層是目標層A，第二層是指標層B。

圖2 污染場地修復技術(shù)篩選體系

1.4 篩選指標權(quán)重確定方法

結(jié)合本場地的規(guī)劃、所處位置特點對各指標之間的相對重要性做出標度判斷，以1—9的標度對判斷結(jié)果進行量化，量化標度含義如表1所示，構(gòu)造的判斷矩陣A-B如表2所示。

表1 指標相對重要性量化標度

注：若元素i和元素j的重要性之比為aij，那么元素j與元素i的重要性之比為aji=1/aij。

表2 A-B判斷矩陣

層次分析法的計算步驟為：

(1) 對A-B判斷矩陣的每一列元素進行歸一化處理，計算公式如下：

式中：bij——元素i和元素j的重要性之比；bij′——bij歸一化結(jié)果。

(2) 將每一列經(jīng)歸一化處理后的判斷矩陣按行相加為:

式中：bi——第i列歸一化后結(jié)果之和。

(3) 對向量b=(b1，b2…，bn)T歸一化處理，得到判斷矩陣的屬性權(quán)重向量:

式中：wi——bi歸一化結(jié)果。

(4) 通過判斷矩陣及其權(quán)重向量計算最大特征根:

式中：λmax——權(quán)重向量最大特征根；B——A-B判斷矩陣； (BW)i——第i個特征根。

(5) 對構(gòu)造的判斷矩陣進行一致性檢驗，判斷其是否為一致矩陣。

② 通過查表得到相應(yīng)的平均一致性指標RI。對n=1，2…，Saaty[12]給出了RI值。

③ 利用CI和RI計算判斷矩陣的一致性比例：

當CR值小于0.1時，說明該判斷矩陣的一致性可以接受。經(jīng)計算判斷矩陣A-B的CR值為0.046 1，小于0.1，該矩陣的一致性可以接受，確定各指標的權(quán)重W總=(0.079，0.300，0.047，0.169，0.099，0.306)T。

1.5 修復技術(shù)評價及排序方法

TOPSIS的具體計算步驟為：

(1) 構(gòu)建規(guī)范化的決策矩陣。設(shè)一決策矩陣為Z={zij}，由Z可以構(gòu)成規(guī)范化的決策矩陣Z′，其元素為zij′，且有

(1)

式中：zij——第i個方案對應(yīng)的第j個評價指標的評價值，是由決策矩陣給出。

(2) 構(gòu)造規(guī)范化的加權(quán)決策矩陣X={xij}，利用層次分析法法計算獲得的權(quán)重W總=(w1，w2，…，wn)T，其元素xij：

xij=wj·zij′ (i=1，2…，n；j=1，2…，m)

(2)

式中：wj——第j個目標對應(yīng)的的權(quán)重；xij——是加權(quán)后的zij′。

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

2 污染場地修復技術(shù)篩選案例研究

2.1 修復技術(shù)初篩

根據(jù)場地的調(diào)查檢測情況，該污染場地主要污染物為重金屬，查閱場地修復技術(shù)篩選矩陣(表3)可知可采用的修復技術(shù)主要有挖掘—填埋、固化/穩(wěn)定化技術(shù)、土壤洗脫、化學氧化/還原和土壤植物修復技術(shù)。由于場地已被規(guī)劃為商用地，因此要求修復周期短，此外該地未來規(guī)劃還有居住地存在，因此在污染物去除率及二次污染控制方面要求比較高，反而是修復成本這一指標要求不高，根據(jù)這些特點結(jié)合相關(guān)資料分析構(gòu)造了比較判斷矩陣(表2)。

表3 場地修復技術(shù)篩選矩陣

注：1代表非常實用或性能較好； 2表示較為適用或性能適中； 3表示不適用或效果較差； 4表示待定，其效果取決于具體參數(shù)。

2.2 修復技術(shù)評價排序

根據(jù)《2014年污染場地修復技術(shù)目錄(第一批)》《污染場地修復技術(shù)篩選指南》《污染場地修復技術(shù)方案編制導則》對各個修復技術(shù)的各項指標進行評分，每項指標1～5分，數(shù)值越高則表示該修復技術(shù)的該項指標越好。針對本場地的6個備選修復技術(shù)進行評分構(gòu)成最初決策矩陣如表4所示。

根據(jù)最初決策矩陣數(shù)值，按照公式(1)進行歸一化處理，得到規(guī)范化矩陣(表5)。

表4 最初決策矩陣

表5 規(guī)范化決策矩陣

將層次分析法計算的權(quán)重指標結(jié)果W總=(0.079，0.300，0.047，0.169，0.099，0.306)T，按照等公式(2)進行加權(quán)計算，得到加權(quán)規(guī)范陣(表6)。

表6 加權(quán)規(guī)范化決策矩陣

表7 最終評價排序結(jié)果

2.3 最終方案確定

由評價結(jié)果可以看出，6個備選修復技術(shù)得分在0.401～0.957之間，修復技術(shù)優(yōu)劣的排序為：固化/穩(wěn)定化、化學氧化/還原、土壤洗脫、土壤淋洗、挖掘—填埋、植物修復。其中，最理想的修復技術(shù)為固化/穩(wěn)定化。在場地實際修復過程中，治理單位選擇了固化/穩(wěn)定化作為該場地修復技術(shù)，并且從技術(shù)路線、系統(tǒng)構(gòu)成和主要設(shè)備、關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)、修復周期估算、工程量與成本估算分別對原位固化/穩(wěn)定化、原地異位固化/穩(wěn)定化和異地異位固化/穩(wěn)定化3種方案進行比選，最終確定采用異地異位固化/穩(wěn)定化作為最終的修復方案。

3 結(jié) 論

(1) 通過對場地環(huán)境調(diào)查及風險評估的資料解讀，通過場地的未來規(guī)劃及特點，判定該場地對修復周期的要求較高，對修復費用要求相對較低，因此對評價修復技術(shù)的6項指標進行標度判斷時結(jié)合前人的經(jīng)驗的基礎(chǔ)上對修復周期及修復費用進行重要性調(diào)整，構(gòu)造了相應(yīng)的比較判斷矩陣，并通過層次分析法得出各項指標所占權(quán)重，得出的結(jié)果更能體現(xiàn)場地的修復需求，更具實用性。

(2) 在得出各項指標權(quán)重的基礎(chǔ)上，利用逼近理想解排序法對各修復方法進行評分排序，結(jié)果顯示該污染工業(yè)場地的最佳修復技術(shù)選擇為固化/穩(wěn)定化技術(shù)，最終的篩選結(jié)果與實際應(yīng)用情況一致。

(3) 層次分析法與逼近理想解排序法互有長短，但是二者又相輔相成，互補長短，配合運用于污染場地修復技術(shù)篩選效果明顯，可為有關(guān)組織或部門在決策時提供有效的工具。