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。
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。
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
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
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。
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)
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)。
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
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。
(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。