陶燕東，劉欣

（1.濰坊優(yōu)特檢測服務(wù)有限公司，山東 濰坊 261101；2.山東正實(shí)環(huán)保科技有限公司，山東 濰坊261101）

引言

土壤是人類賴以生存的基礎(chǔ)，但隨著社會的發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)程的加快，土壤污染問題日益突出[1,2]。污染土壤作為污染源具有較大的環(huán)境安全隱患，威脅著周邊居民的身體健康，對土壤資源后續(xù)的開發(fā)利用也帶來了不利的影響[3,4]。如何篩選適宜的修復(fù)技術(shù)防控污染物對生態(tài)環(huán)境和人體健康帶來的風(fēng)險(xiǎn)，從而保障土壤資源合理化利用和人民生活質(zhì)量，在國內(nèi)外都是一個(gè)非常重要的課題。

國內(nèi)外關(guān)于有機(jī)物污染土壤修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用報(bào)道眾多[5,6]，每種修復(fù)技術(shù)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇有機(jī)物污染地塊修復(fù)技術(shù)時(shí)，通?？紤]的因素有修復(fù)效果、修復(fù)成本和修復(fù)時(shí)間等[7]。在有機(jī)物污染地塊修復(fù)技術(shù)篩選過程中全面衡量各種修復(fù)技術(shù)的優(yōu)劣性，確定最佳的修復(fù)技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。在篩選最佳修復(fù)技術(shù)時(shí)，需要綜合考慮污染物特征、地塊條件、技術(shù)條件、環(huán)境條件和經(jīng)濟(jì)水平等多方面因素，各因素指標(biāo)之間存在一定的矛盾[8]。因此，有必要建立有機(jī)物污染土壤修復(fù)技術(shù)的篩選指標(biāo)體系去科學(xué)準(zhǔn)確的篩選出最佳修復(fù)技術(shù)。

目前我國有機(jī)物污染土壤修復(fù)技術(shù)篩選多采用數(shù)值評分法，如加權(quán)加和法（SAW）和層次分析法（Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP法）。SAW法與AHP法通過主觀賦值進(jìn)行修復(fù)技術(shù)篩選，有時(shí)難以區(qū)分修復(fù)技術(shù)之間的細(xì)微差別[8]，在決策方法的推廣上受到限制。本研究利用AHP 法和逼近理想解排序法（technique for sequencing by approximate ideal solution or technique for order preference by similarity to ideal solution，簡稱TOPSIS法）相結(jié)合，對有機(jī)物污染地塊土壤修復(fù)技術(shù)進(jìn)行科學(xué)評價(jià)，并結(jié)合北方某工業(yè)企業(yè)地塊土壤有機(jī)物污染案例，根據(jù)建立的有機(jī)物染污土壤修復(fù)技術(shù)篩選體系，篩選出適合該污染地塊的最佳修復(fù)技術(shù)，為后續(xù)土壤有機(jī)污染修復(fù)技術(shù)的篩選提供參考。

1 土壤修復(fù)概述

我國的土壤修復(fù)產(chǎn)業(yè)起步較晚，基礎(chǔ)相對薄弱，仍屬新興行業(yè)，目前處于技術(shù)完善及試點(diǎn)階段[9]。歐美發(fā)達(dá)國家目前已采用的土壤修復(fù)技術(shù)種類較多，僅美國超級基金在1468個(gè)污染地塊修復(fù)中就應(yīng)用了近30 種修復(fù)技術(shù)[6]，其中固化穩(wěn)定化、焚燒和土壤氣提技術(shù)在土壤修復(fù)技術(shù)中應(yīng)用比較廣泛（圖1）[10]。我國參考了歐美發(fā)達(dá)國家多年來經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證案例的公開資料和國內(nèi)實(shí)際工程案例經(jīng)驗(yàn)，編制《污染場地修復(fù)技術(shù)目錄（第一批）》詳細(xì)介紹了固化穩(wěn)定化等多種土壤修復(fù)技術(shù)的適用性、原理、修復(fù)周期及成本等。

圖1 美國超級基金地塊修復(fù)技術(shù)應(yīng)用情況

2 修復(fù)技術(shù)篩選

2.1 修復(fù)技術(shù)篩選流程

修復(fù)技術(shù)篩選是指根據(jù)污染物的特性、地塊水文地質(zhì)、修復(fù)目標(biāo)等條件，對各修復(fù)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行綜合評價(jià)，篩選出最適宜的修復(fù)技術(shù)。修復(fù)技術(shù)篩選流程可分為兩個(gè)階段（如圖2 所示），第一階段為初步篩選，第二階段為詳細(xì)評價(jià)。第一階段初步篩選是指根據(jù)污染物特性、地塊條件和修復(fù)目標(biāo)等確定潛在可用的修復(fù)技術(shù)；第二階段詳細(xì)評價(jià)則是根據(jù)建立的篩選指標(biāo)體系進(jìn)行綜合評價(jià)，包括確定各指標(biāo)的權(quán)重、指標(biāo)賦值評分和結(jié)果排序等，據(jù)此來篩選最佳的有機(jī)物污染土壤修復(fù)技術(shù)。

圖2 污染地塊修復(fù)技術(shù)篩選流程

2.2 修復(fù)技術(shù)初步篩選

參考國內(nèi)外較成熟的土壤修復(fù)技術(shù)，篩選出目前我國較常用的有機(jī)物污染土壤修復(fù)技術(shù)八種，分別為：異位熱脫附技術(shù)、水泥窯共處置技術(shù)、原位氣相抽提技術(shù)、原位土壤淋洗技術(shù)、異位化學(xué)氧化技術(shù)、生物堆技術(shù)、焚燒技術(shù)、常溫?zé)峤馕夹g(shù)[11-15]。八種土壤有機(jī)物修復(fù)技術(shù)的簡介、技術(shù)成熟度、修復(fù)周期、成本、適用性及局限性等情況見表1。

表1 有機(jī)物污染土壤修復(fù)技術(shù)初篩表

2.3 確定修復(fù)技術(shù)篩選指標(biāo)體系

污染地塊修復(fù)技術(shù)的篩選既要考慮地塊本身的條件，還要考慮修復(fù)技術(shù)自身的技術(shù)條件、經(jīng)濟(jì)條件和環(huán)境條件等多個(gè)因素，每個(gè)因素又各自包含了多個(gè)指標(biāo)，是一個(gè)多層次的決策分析問題，因此要構(gòu)建一個(gè)多層次的修復(fù)技術(shù)篩選指標(biāo)體系。本研究參考張倩等[16]研究并根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)建立3層有機(jī)物污染地塊修復(fù)技術(shù)指標(biāo)體系，如圖3所示，第一層為目標(biāo)層A，第二層為準(zhǔn)則層B，B 層分為地塊條件（B1）、技術(shù)條件（B2）、經(jīng)濟(jì)條件（B3）和環(huán)境條件（B4）4 個(gè)因素，第三層是指標(biāo)層C，C 層分為16 項(xiàng)指標(biāo)(C1～C16)。各指標(biāo)通過評分法獲得各備選修復(fù)技術(shù)的評分參數(shù)(表2)。

表2 修復(fù)技術(shù)指標(biāo)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

圖3 污染地塊修復(fù)技術(shù)篩選指標(biāo)體系

要全面、科學(xué)、準(zhǔn)確地評價(jià)各污染地塊修復(fù)技術(shù)的基本特征和多要素之間的復(fù)雜關(guān)系，通過單一指標(biāo)是難以實(shí)現(xiàn)的，需要使用多個(gè)相互關(guān)系、相互作用的評價(jià)指標(biāo)。因此在AHP 法應(yīng)用之前首先要構(gòu)建修復(fù)技術(shù)篩選指標(biāo)體系。本研究結(jié)合國內(nèi)外修復(fù)技術(shù)篩選的成功案例[17]，從地塊條件(B1)、技術(shù)指標(biāo)(B2)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)(B3)和環(huán)境指標(biāo)(B4)四個(gè)方面選取了16 項(xiàng)指標(biāo)，建立修復(fù)技術(shù)篩選的指標(biāo)體系。

2.4 篩選指標(biāo)權(quán)重確定方法

對于多方案的多屬性決策問題中指標(biāo)權(quán)重的確定方法有多種，例如專家估測法、AHP法、二項(xiàng)系數(shù)法、環(huán)比評分法和成本效益分析法等[18]，其中，AHP 法是一種定性與定量相結(jié)合的決策分析方法，該方法是把復(fù)雜問題的各指標(biāo)按相互間的從屬關(guān)系分解為若干個(gè)有序的遞階層次指標(biāo)，在每層次各指標(biāo)之間進(jìn)行兩兩比較和計(jì)算，可得到不同指標(biāo)的權(quán)重，對于解決多層次多目標(biāo)的決策問題效果顯著，是目前應(yīng)用最普遍的評價(jià)方法最為廣泛的決策分析法[19]。因此，本文采用AHP法計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重。AHP法的基本步驟[20]如下：

（1）根據(jù)以上建立的修復(fù)技術(shù)篩選指標(biāo)體系，參考張倩等[16]并根據(jù)實(shí)際情況對同一層次的各指標(biāo)對于上一層次某一準(zhǔn)則的重要程度進(jìn)行比較，構(gòu)建出判斷矩陣，表示B層第i個(gè)指標(biāo)和第j 個(gè)指標(biāo)的相對重要程度，采用專家打分法確定，判斷結(jié)果以1～9 的標(biāo)度進(jìn)行量化，量化標(biāo)度含義如表3所示。

表3 指標(biāo)相對重要性量化標(biāo)度

（2）首先將判斷矩陣A中的每一列進(jìn)行歸一化：

（3）將歸一化處理后的矩陣再按行求和：

（4）將向量B=（B1，....，Bn）T歸一化處理，得到屬性權(quán)重向量：

（5）計(jì)算判斷矩陣最大特征值：

在計(jì)算出某一層（C層）各個(gè)指標(biāo)的單排序權(quán)重后，用上一層（B 層）因素本身的權(quán)重加權(quán)綜合，即可計(jì)算出C層總排序權(quán)重。

（6）判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)：

①計(jì)算一致性指標(biāo)（ConsistentIndex,簡稱CI）：

②查找相應(yīng)的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)（Random Index，簡稱RI），對n=1，2…，參考Saaty[20]研究的RI值，見表4。由指標(biāo)篩選體系，可知n=4，查得RI=0.90。

表4 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)對照表

③計(jì)算一致性比率（Consistence Rate，簡稱CR）：

當(dāng)CR＜0.1，則認(rèn)為該判斷矩陣通過一致性檢驗(yàn)，那么判斷矩陣A的最大特征值對應(yīng)的特征向量即為權(quán)向量。在多層次分層的情況下，用上一層（B層）因素本身的權(quán)重，對一致性指標(biāo)CI 以及隨機(jī)一致性指標(biāo)RI 進(jìn)行加權(quán)求和，可得到總層次的CI值和RI值，進(jìn)行總層次的一致性判斷。

2.5 修復(fù)技術(shù)評價(jià)及排序方法

為進(jìn)一步篩選出最合適的土壤有機(jī)物污染修復(fù)技術(shù)，采用TOPSIS 法對污染地塊土壤修復(fù)技術(shù)進(jìn)行科學(xué)評價(jià)和優(yōu)劣性排序。具體步驟[21]如下。

（1）設(shè)多參數(shù)決策問題最初決策矩陣Y=｛yij｝，首先進(jìn)行向量規(guī)范化處理，得到規(guī)范化決策矩陣Z=｛zij｝，公式：

（2）根據(jù)AHP 法計(jì)算得到的權(quán)重向量ω＝（ω1，ω2，...，ωn）T，構(gòu)成加權(quán)規(guī)范矩陣X＝｛xij｝，公式：

（3）確定理想解xj*和負(fù)理想解xj0，I+表示效益型參數(shù)，I-表示成本型參數(shù)，公式為：

（4）計(jì)算各修復(fù)方法到理想解與負(fù)理想解的距離di*和di0：

（5）計(jì)算各修復(fù)方法的綜合評價(jià)指數(shù)Ci*：

（6）按Ci*從大到小排列各修復(fù)方法的優(yōu)劣次序。Ci*值最大則對應(yīng)的修復(fù)方法即為最佳修復(fù)技術(shù)。

3 案例研究

3.1 研究區(qū)基本情況介紹

選擇北方某工業(yè)地塊為研究對象，該企業(yè)主要從事堿性染料的生產(chǎn)，原輔料中用到氯仿作為原料，企業(yè)占地面積90 畝，地塊土壤調(diào)查期間共布設(shè)60個(gè)土壤采樣點(diǎn)位和15個(gè)地下水采樣點(diǎn)位，經(jīng)監(jiān)測分析得知，地塊內(nèi)生產(chǎn)區(qū)表層和中層土壤污染物氯仿超過《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB36600-2018）第一類用地篩選值。污染區(qū)域面積6860m2，氯仿最大超標(biāo)倍數(shù)為11.93倍，土壤污染最大深度為3.5m。該地塊未來規(guī)劃為住宅用地。

根據(jù)《建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)導(dǎo)則》（HJ25.3-2019）對污染地塊開展風(fēng)險(xiǎn)評估，經(jīng)風(fēng)評計(jì)算地塊內(nèi)超標(biāo)點(diǎn)位污染物氯仿致癌風(fēng) 險(xiǎn) 范 圍 為1.79E-06～2.40E-05，均 大 于1.00E-06，致癌風(fēng)險(xiǎn)不可接受，主要通過吸入室內(nèi)空氣中來自下層土壤的氣態(tài)污染物影響人體健康。利用克里金插值法計(jì)算得到氯仿污染地塊需要修復(fù)的土壤方量約12978.99m3。

3.2 修復(fù)技術(shù)初步初篩

根據(jù)地塊基本情況和委托方對工期的要求，初步篩選重點(diǎn)關(guān)注異位土壤修復(fù)技術(shù)。本研究從常用的有機(jī)物污染地塊修復(fù)技術(shù)中篩選出5種：異位熱脫附技術(shù)（S1）、水泥窯共處置技術(shù)（S2）、異位化學(xué)氧化技術(shù)（S3）、焚燒技術(shù)（S4）和常溫?zé)峤馕夹g(shù)（S5）。根據(jù)已建立的篩選指標(biāo)體系，對以上5種修復(fù)技術(shù)進(jìn)行評分，結(jié)果見表5。

表5 初步篩選決策矩陣

按照向量規(guī)范化處理的方式對表5的初步篩選決策矩陣數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，得規(guī)范化決策矩陣，見表6。

表6 規(guī)范化決策矩陣

3.3 篩選指標(biāo)權(quán)重確認(rèn)

根據(jù)建立的篩選指標(biāo)體系，通過資料收集[22,16]、專家打分、問卷調(diào)查等方式，對各指標(biāo)的相對重要性作出判斷，結(jié)果以1～9的標(biāo)度進(jìn)行量化，再采用AHP 法進(jìn)行計(jì)算，獲得各指標(biāo)的權(quán)重（見表7）。

表7 各層指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果

3.4 最佳修復(fù)技術(shù)確定

采用TOPSIS 法對各土壤修復(fù)技術(shù)進(jìn)行評價(jià)及排序，通過表6 的規(guī)范化矩陣和表7 的總排序權(quán)重加權(quán)，根據(jù)TOPSIS 法計(jì)算得出各修復(fù)技術(shù)的最終評價(jià)及排序結(jié)果（見表8）。

表8 最終評價(jià)及排序結(jié)果

針對以上5 種有機(jī)物污染土壤修復(fù)技術(shù)，本地塊土壤修復(fù)技術(shù)優(yōu)劣程度排序結(jié)果為S3＞S5＞S1＞S2＞S4，可見本地塊氯仿染污土壤最佳修復(fù)技術(shù)為S3 異位化學(xué)氧化修復(fù)技術(shù)。該污染地塊的修復(fù)單位亦采用異位化學(xué)氧化修復(fù)技術(shù)對該地塊開展土壤修復(fù)工作，與本研究篩選出的修復(fù)技術(shù)相同。本研究案例對有機(jī)物污染地塊修復(fù)技術(shù)系統(tǒng)、科學(xué)、準(zhǔn)確的篩選具重要的指導(dǎo)意義。

4 結(jié)論

（1）本研究梳理了國內(nèi)外常用的有機(jī)物污染地塊修復(fù)技術(shù)，提出了有機(jī)物污染地塊修復(fù)技術(shù)篩選的流程與方法，從地塊條件、技術(shù)條件、經(jīng)濟(jì)條件和環(huán)境條件4個(gè)方面選取16項(xiàng)指標(biāo)(C1～C16)，建立了有機(jī)物污染地塊修復(fù)技術(shù)篩選體系。

（2）利用AHP法和TOPSIS法相結(jié)合，科學(xué)準(zhǔn)確的進(jìn)行有機(jī)物污染地塊修復(fù)技術(shù)篩選和決策。

（3）依據(jù)建立的有機(jī)物污染地塊修復(fù)技術(shù)篩選流程和篩選指標(biāo)體系，成功應(yīng)用于北方某氯仿污染地塊修復(fù)技術(shù)的篩選，篩選出適合該地塊的土壤修復(fù)技術(shù)——異位化學(xué)氧化修復(fù)技術(shù)，為后續(xù)有機(jī)物污染土壤修復(fù)技術(shù)的篩選提供參考。