危險廢物填埋場地下水污染風險評價的研究現狀

李 軍，裴昭君，韓國睿，楊 銜

(成都理工大學，地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室，四川成都610059)

我國危險廢物產生量巨大，其中含有大量有毒有害物質，對周圍環境和人體健康危害極大，需進行安全處理?；诓僮飨鄬θ菀?、運營成本較低的優點，填埋處置方法在我國得到廣泛使用。但是填埋場在大氣降雨、地表水及地下水入滲下，產生含大量有毒有害物質的滲濾液，如果管理不善，會導致周圍土壤和地下水污染。危險廢物填埋場一旦發生滲漏，隨著時間的推移，地下水中污染物的濃度和面積都會增大，污染風險也會增大。

危險廢物填埋場地下水污染風險評價可以為填埋場的治理維護提供科學依據，使填埋場對地下水污染的風險降到最低程度。近年來，國內外學者對地下水污染風險評價做了大量研究，取得了一定成果［1］。本文以前人的研究成果為基礎，綜述了危險廢物填埋場地下水污染風險評價指標體系和評價方法，提出了地下水污染風險評價建議。

1 地下水污染風險評價

1.1 地下水污染

地下水污染是環境污染中較為嚴重且在國內還未引起人們足夠重視的環境問題。地下水污染有自身的特點［1，2］:①污染部位處于地面以下，監測困難，不易被發現，一旦污染，修復困難;②地下水流量受季節和區域氣候變化影響大，自凈能力差;③進入地下水的污染物在介質吸附和各種化學反應的作用下，成分和性質變得復雜，具有不確定性;④地下水污染治理投資大、技術難、周期長。

1.2 地下水污染風險評價

地下水污染風險評價的最早形式可以追溯到20世紀60年代法國學者Marjat提出的地下水脆弱性評價［3］。地下水污染風險評價的概念是在地下水脆弱性研究逐漸深入的基礎上發展而來的，其定義為含水層中地下水由于人類直接或間接活動影響而遭受污染到不可接受的水平的可能性［1］。地下水污染風險評價作為防范于未然的地下水污染控制手段應當得到廣泛應用。

1.3 危險廢物填埋場地下水污染風險評價

目前國內危險廢物填埋場對地下水污染的風險評價還沒有展開系統的深入研究。開展危險廢物填埋場對地下水污染的風險評價，可以為填埋場的綜合治理提供科學依據，避免場地附近的地下水污染，以及防止污染范圍進一步擴大，也可以輔助確定規劃場地的位置，降低環境風險［2，4］。

2 風險評價指標體系

2.1 風險評價指標體系構建方法

風險評價指標體系構建方法一般有兩種，即橫向結構的構建和縱向結構的構建。橫向結構是從社會經濟與環境有機統一的角度出發，而形成的“壓力－狀態－響應” (pressure－state－response，PRS)模型［2］?？v向結構是運用系統分析法把復雜的問題分成若干聯系的、有序的層次，然后對每一層次的相關元素進行比較分析，即層析分析法(AHP)［2］。一般情況下具有三個層次:目標層、準則層和指標層。

危險廢物填埋場地下水污染風險評價指標體系的構建應在上述兩種方法的基礎上，通過對危險廢物處置系統的層次分析，結合人類對危險廢物實施的污染防治行為與地下水環境之間的相互影響關系，經過深入分析后建立危險廢物處置系統地下水污染事故的風險評價指標體系。

2.2 優先控制污染物識別

危險廢物填埋場優先重金屬污染為Cr、Zn、Cu、Cd、Ni、Hg、Ba、Pb，類重金屬 As，有機物為石油類，無機鹽類為 F－和無機 CN－［2，4，5］。在填埋場運行管理以及對周圍土壤和地下水環境影響評價中，應特別加強這些污染物的監控與風險預警，防止其對土壤和地下水的污染［5］。

2.3 評價指標

針對危險廢物填埋場的特點，以及地下水環境可能受到污染的環境風險特征，評價指標應包括地下水環境介質指標、滲濾液產生量指標、污染物特性指標、污染物毒性指標、環境風險事故類指標、暴露評價指標、日常運行管理水平評價指標和周邊區域風險評價指標［7，8］。

2.3.1 地下水環境介質指標

目前，大多數學者將地下水污染的影響因素主要集中在如下幾個指標:地形、地下水埋深、含水層厚度、包氣帶特征、地下水凈補給、地下水含水層特征、氣候和土壤類型［9］。但是在危險廢物填埋場中，除封場覆土之外，基本不存在地下水環境敏感性研究中所涉及的土壤介質，因此不考慮土壤介質這個指標。填埋場建設初期，填埋庫底的基礎層已經經過了壓實和平整處理，污染物在地表的積聚過程對于填埋場來說是不存在的，地形對填埋場內滲濾液積聚的影響甚小。因此，地形這個指標也可以排除。

2.3.2 滲濾液產生量指標

填埋場滲濾液的產生量受到填埋區面積、降水和蒸發量、覆土性質、覆土坡度、填埋場下層孔隙率、廢物飽和含水量和廢物的透水系數等多方面因素的綜合影響。這些參數共同作用于下滲系數，我國填埋場在對滲濾液收集池和處理規模進行設計時，對滲濾液產生量的估算大多采用下滲系數來囊括上述參數［10］。因此，為了降低風險評價指標之間的重疊性和相互依賴性，減少評價程序的復雜和冗余，可以將下滲系數作為填埋場滲濾液產生量指標。

2.3.3 污染物特性指標

環境風險評價是以人體健康和生態環境作為評價終點和評價目標的，所以污染物理化性質中對環境風險結果起決定性影響作用的風險因子和污染物的毒性指標應當作為風險指標。污染物理化性質［11］包括水溶性、揮發性、分配系數、環境持久性、生物富集系數、滲濾液中污染物濃度、環境背景濃度、監測檢出頻次。污染物毒性指標包括經口LD50和經皮 LD50(mg/kg)［9，10］。

2.3.4 環境風險事故類型指標

環境風險事故類型指標包括:①自然災害，尤其是地質災害的發生頻率及其災害等級，是最能夠直接反映突發災害事件引發地下水污染風險事故發生的兩個重要指標;②HDPE缺陷［7，8］，土工膜襯層單位面積上的漏洞數、土工膜缺陷等效孔徑以及土工膜與壓實粘土之間相結合緊密程度;③黏土襯層缺陷［8］，粘土層含水量、壓實度、體積收縮率、滲透系數、抗剪強度、顆粒級配。

2.3.5 暴露評價指標

地下水污染風險事故的暴露途徑就是滲濾液在土壤和地下水環境中的遷移轉化過程。暴露評價方面的風險指標包括以下三個［9］:①暴露頻率，即風險評價受體在一年內與有毒有害物質相互接觸的平均暴露天數;②暴露持續時間，即風險評價受體與有毒有害物質接觸過程重復發生的時間長度;③接觸率，即風險評價受體在一次毒物暴露過程中，從開始到結束接觸到的污染物的總量。

2.3.6 日常運行管理水平評價指標

填埋場的日常運行管理水平是比較抽象的評價內容［4］，泛泛地對管理水平進行評價不盡科學，且難以把握。因此對危險廢物填埋場日常運行管理應分為:職員素質、應急處理能力、處理設施的設計、運行和維護情況等。

2.3.7 周邊區域環境風險評價指標

在環境風險評價過程中，填埋場周邊環境敏感點通常是評價終點和風險表征所體現的受影響對象，危險廢物填埋場周邊的環境保護目標是決定風險大小的重要因素［11］。因此環境敏感點位置和保護等級應當作為填埋場周邊區域環境風險評價指標。

3 評價模型

目前，用于地下水污染風險評價的模型主要有確定性模型和隨機模型。發達國家 (美國、加拿大等)對確定性模型有很多研究，并開發了很多有效的模型，如MODFLOW、MT3D、HYDRUS－1D、HELP模型等［1，2］。在危險廢物填埋場地下水污染風險評價中常使用PBCA和3MRA模型［2］。

3.1 RBCA模型

美國材料與試驗學會 (ASTM)針對土壤地下水污染治理頒布了RBCA模型 (risk－based corrective action)［12，13］。我國臺灣、上海、北京等地開始使用該模型進行風險評價。RBCA模型將土壤與地下水污染治理的風險分析分為三個等級:一級評估、二級評估、三級評估。一、二級評估采用相對簡單的二維分析模型工具，三級評估采用較復雜的三維分析模型。

RBCA模型采用自然衰減因子 (NAF)來表達。危險廢物填埋場的地下水暴露途徑主要是被污染的下層土壤中優先控制污染物經遷移擴散至地下水，隨地下水流運移至暴露受體，可能遷移到地表水。NAF的計算流程如下［13］:①土壤到水相分配系數 (Ksw)計算;②土壤衰減模型 (SAM)系數計算;③地下水稀釋因子 (LF)計算;④地下水橫向衰減因子 (DAF)計算;⑤整個完整暴露途徑NAF計算:

RBCA模型需6大類參數［14］，即目標風險水平、場地特征參數、暴露參數、建筑物參數、污染物理化及毒理參數。

3.2 3MRA模型

3MRA是美國環境保護署 (US EPA)及其聯辦機構共同研究開發的多介質、多暴露途徑、多受體的點位基礎模型［15］。該模型模擬污染物從廢物中釋放，經多介質遷移轉化 (不考慮人工防滲)，多途徑暴露，最終與多種受體接觸，進而對其產生影響和危害。模型默認計算出污染物在整個遷移轉化過程中基于暴露濃度下對周圍人類和生態受體所造成的風險和危害。

3MRA體系［2，16］中包括:包氣帶模型、地下蓄水層模型、人類受體暴露模型、人類受體風險模型、生態受體暴露模型、生態受體風險評估模型。

3.2.1 包氣帶模型

包氣帶模型模擬的是廢物處理單元滲濾液中釋放出來的污染物經單元下層包氣帶到地下水水位為止的遷移轉化。模型可以產出污染物在向蓄水層滲透過程中，濃度變化的時間系列和一個長期的平均滲透率及污染物存在的時間，這些產出的結果都作為蓄水層模型的輸入數據［17］。

3.2.2 地下水蓄水層模型

蓄水層模型模擬的是一維地下水流動和假三維污染物的遷移轉化，計算地下水污染物在下游飲水井和水體中的濃度［17］。蓄水層模型預測在特定的滲流率下這些污染物的濃度和流量以及來自包氣帶模型的污染物濃度。模型輸出年平均地下水污染物在下游受體井和表面水體中的濃度的時間系列。

3.2.3 模型局限性

(1)就輸入數據而言，3MRA風險評估模型對基準位點、區域、國家范圍的評估所需的數據都有所不同，其中有些數據很難得到，所以運行模型所需的數據具有較大的復雜性［18］。

(2)就適用范圍而言，3MRA是基于美國地域條件建立的，雖理論上也適合其他地區，但是地域的不同會使模型在人受體類型和生態受體類型的選取，廢物處理單元的選取以及生態系統構成等諸多關鍵性方面都存在地域、生態和人文環境的差異［19］。因此，該模型具有一定自身片面性。

4 存在的主要問題及建議

4.1 主要問題

國外地下水污染風險評價在評價指標和方法上已經取得了比較豐富的研究成果，并制定了相關法律法規。我國與發達國家存在著明顯差距，還處在借鑒和探索階段。結合國內外研究現狀，我國危險廢物填埋場地下水污染風險評價具有以下問題:

(1)對地下水污染風險評價的基本理論研究不夠深入，淺嘗輒止，有的理論沒有統一的說法;

(2)未形成適合地方區域特征的危險廢物填埋場地下水污染風險評價指標體系和評價方法，研究大多停留在借鑒國外，甚至直接套用;

(3)人們對于環境風險評價意識淡薄，危險廢物填埋場風險管理體系不夠完善，國家關于地下水污染風險評價的法律法規尚不完善。

4.2 建議

(1)加大對地下水污染風險評價的理論研究，完善風險評價指標體系，將地下水污染風險評價細化、規范化，為地下水污染風險評價提供理論依據;

(2)調查全國危險廢物填埋場，收集相關資料，因地制宜地探究風險評價方法，為建立合理、可行的地下水污染風險評價提供實踐經驗;

(3)制定、完善地下水監測和評價的相關法律法規，為地下水污染風險評價和地下水保護提供法律保障。

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