工業污染場地修復技術的篩選
——以福建省泉州市某工業污染場地為例

吳 敏

(福建省197地質大隊地質環境研究院， 福建 泉州 362011)

污染場地修復技術類型多樣，包括土壤氣體抽提、固定—穩定化、電動力修復和淋洗修復等[1]。選擇適宜的修復技術對經濟、高效修復污染場地至關重要。在篩選修復技術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。當前國內外在對技術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]和環境技術評價法(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據矩陣，找出有限方案中的最優方案和最劣方案，然后分別計算諸評價對象與最優方案和最劣方案的距離，獲得各評價對象與最優方案的相對接近程度，以此作為評價優劣的依據[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重分配問題上有一定的缺陷，評價結果會隨著評價指標的權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果。因此本文以福建省泉州市某工業污染場地為研究對象，根據《2014年污染場地修復技術目錄(第一批)》《污染場地修復技術篩選指南》和《污染場地修復技術方案編制導則》總結污染場地修復技術篩選矩陣，根據污染場地實際情況聯合運用層次分析法和逼近理想解排序法進行修復技術篩選研究，為類似污染場地提供參考。

1 修復技術篩選

1.1 污染場地背景與現狀調查

泉州市某工業場地因不符合當地的城市建設規劃，被列入泉州市近海水環境綜合治理重點項目。該工業場地于2008年8月全面關停，2012年完成了所有廠房的拆除，規劃為商業、辦公、居住及公共配套設施用地。經場地污染初步調查、補充調查、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、中粗砂、黏土，透水性強，滲透系數為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 修復技術篩選基本流程

不同的場地有不同的特點，我們要從技術的修復效果、可實施性、成本等方面考慮，結合場地的土壤類型、利用規范、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，優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。本文污染場地修復技術篩選研究基本流程如圖1所示。首先應根據調查和相關資料確定場地污染特征；然后根據污染物特點利用修復技術篩選矩陣進行初篩；再根據場地特點結合國內外研究現狀建立污染場地修復技術篩選指標體系并構造相應的比較判斷矩陣，采用層次分析法計算各評價指標的權重；最后使用逼近理想解排序法法對各修復技術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 修復技術篩選指標體系

篩選污染場地修復技術需考慮多重因素，要通過相關評價指標綜合分析每種修復技術方能確定目標污染場地最適合的修復技術。根據各因素對修復技術的影響程度，選取可操作性、污染物去除率、費用、修復時間、技術成熟度、二次污染這6個指標建立修復技術篩選指標體系(說明：由于本次構造比較判斷矩陣主要是根據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 污染場地修復技術篩選體系

1.4 篩選指標權重確定方法

結合本場地的規劃、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的標度對判斷結果進行量化，量化標度含義如表1所示，構造的判斷矩陣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歸一化結果。

(2) 將每一列經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重向量:

式中：wi——bi歸一化結果。

(4) 通過判斷矩陣及其權重向量計算最大特征根:

式中：λmax——權重向量最大特征根；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，確定各指標的權重W總=(0.079，0.300，0.047，0.169，0.099，0.306)T。

1.5 修復技術評價及排序方法

TOPSIS的具體計算步驟為：

(1) 構建規范化的決策矩陣。設一決策矩陣為Z={zij}，由Z可以構成規范化的決策矩陣Z′，其元素為zij′，且有

(1)

式中：zij——第i個方案對應的第j個評價指標的評價值，是由決策矩陣給出。

(2) 構造規范化的加權決策矩陣X={xij}，利用層次分析法法計算獲得的權重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個目標對應的的權重；xij——是加權后的zij′。

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

2 污染場地修復技術篩選案例研究

2.1 修復技術初篩

根據場地的調查檢測情況，該污染場地主要污染物為重金屬，查閱場地修復技術篩選矩陣(表3)可知可采用的修復技術主要有挖掘—填埋、固化/穩定化技術、土壤洗脫、化學氧化/還原和土壤植物修復技術。由于場地已被規劃為商用地，因此要求修復周期短，此外該地未來規劃還有居住地存在，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，根據這些特點結合相關資料分析構造了比較判斷矩陣(表2)。

表3 場地修復技術篩選矩陣

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。

2.2 修復技術評價排序

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

根據最初決策矩陣數值，按照公式(1)進行歸一化處理，得到規范化矩陣(表5)。

表4 最初決策矩陣

表5 規范化決策矩陣

將層次分析法計算的權重指標結果W總=(0.079，0.300，0.047，0.169，0.099，0.306)T，按照等公式(2)進行加權計算，得到加權規范陣(表6)。

表6 加權規范化決策矩陣

表7 最終評價排序結果

2.3 最終方案確定

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

3 結 論

(1) 通過對場地環境調查及風險評估的資料解讀，通過場地的未來規劃及特點，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的6項指標進行標度判斷時結合前人的經驗的基礎上對修復周期及修復費用進行重要性調整，構造了相應的比較判斷矩陣，并通過層次分析法得出各項指標所占權重，得出的結果更能體現場地的修復需求，更具實用性。

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

(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篩選效果明顯，可為有關組織或部門在決策時提供有效的工具。