CN110782144A - 一种重金属污染土壤固化/稳定化修复效果的评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种重金属污染土壤固化/稳定化修复效果的评价方法，运用理论分析法、文献分析法及层次分析法确定了各评价指标及其权重，通过标准分级及赋分确定各指标分值，运用多目标加权法计算得出综合评价指数，最终通过对综合评价指数的分析，判定效果评估等级。本发明具有科学、直观、全面准确、可操作性强的优点，在一定程度上弥补了我国重金属污染土壤固化/稳定化修复效果评估体系构建方面的空白，为固化/稳定化技术在我国污染场地的修复应用中提供重要参考。
Description
技术领域
本发明属于土壤修复研究领域，具体涉及一种重金属污染土壤固化稳定化修复效果的评价方法。
背景技术
重金属污染土壤不仅会导致农产品产量和品质下降，还会通过食物链进入人体，危害人体健康。固化/稳定化技术作为重金属污染土壤修复技术之一，能够有效防止或降低这些介质中污染物的迁移和暴露，具有处理时间短、成本低、操作性强、能同时处理多种污染物等优势，已在欧美等国家得到了数十年的发展以及广泛应用。固化是固化剂与污染介质黏合的过程，通过增加应力强度、降低渗透性以及包裹污染介质改变污染介质的物理特性；而稳定化则是通过化学反应减少污染物质的溶解度和可渗透性，降低污染物的可迁移性和危害风险。根据场地修复技术年度报告第14版，1982-2011年，美国超级基金修复的1266个污染场地中，已有280个污染场地中使用了固化/稳定化技术。
我国的固化/稳定化技术研究及应用起步较晚，通过近十年来持续不断的努力，该技术不论在技术还是管理层面都已基本获得认可，并在污染场地修复工程中得到一定的应用。固化/稳定化技术是将污染物固定或封存在固化/稳定化产物中，污染物并未从污染介质中去除，因此评价固化/稳定化技术的修复效果不能采用其他大多数修复技术所使用的去除率的标准，而国内对该项技术修复效果的评价方法及标准还不明确。为验证固化/稳定化技术修复污染土壤的效果，有必要对固化/稳定化的修复效果进行评估。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明目的是建立一套科学、直观、全面准确的评估指标方法，以期为固化/稳定化技术在我国污染场地的修复应用中提供重要参考。
本发明的具体技术方案是：一种重金属污染土壤固化/稳定化修复效果的评价方法，由以下步骤实现：
S1、采用理论分析法和文献分析法，构建固化/稳定化修复效果评估体系，以土壤理化性质B1、重金属污染指标B2、修复可持续性B3三个方面作为效果评价体系的准侧层，构建固化/稳定化修复效果评估体系的层次结构模型；
准侧层土壤理化性质B1表征修复前后土壤关键参数变化程度，对应的指标层C包括pH C1、土壤次生污染C2；准侧层重金属污染指标B2表征修复前后重金属变化及变化程度，对应的指标层C包括重金属全量C3、重金属相对去除率/有效态百分比；修复可持续性B3表征修复后效果的可持续性，对应的指标层C包括修复性价比C5、效果维持时间C6；
S2、分析评估指标各因素之间的关系，对同一层次各单元关于上一层次中某一准则的重要性进行两两比较，构造两两比较的判断举证。共构建比较矩阵4个，主要分为两类：一类是准则层对目标层的重要性比较矩阵：(B1、B2、B3)对A之间重要性比较矩阵：A＝{B1、B2、B3}；一类是指标层对指标层对准则层的重要性比较矩阵：B1＝{C1、C2}；；B2＝{C3、C4}；B3＝{C5、C6}；
S3、采用层次分析法对准侧层和指标层的权重进行确定；
S4、采用和积法将上述矩阵进行归一化运算，通过一致性检验后得到准则层对应目标层及各个指标层对应准则层的权重；
(5)、建立评估标准体系。将评估体系中各指标的评价标准进行分级，并对各级赋分，针对各指标的属性将标准设为两级或三级，所述标准中的一级表示达到或超出预期的目标，分值设置为1；最末级表示不满足预期目标，分值设置为0.1；中间级表示实际与预期目标的状态，分值设为0.7；
(6)、制定固化/稳定化修复效果评估的评价标准：根据指标权重和指标的分值，得到修复后效果评估的综合评价指数；
上述计算方式如下：
1)准则层-土壤理化性质B1的评价指数；
式中，其中E1为土壤理化性质评价指数值，Ci为土壤理化性质对应指标层i的权重，Si为指标i的标准分值，P1为土壤理化性质评价指标的权重；
2)准则层-目标污染物指标B2的评价指数；
式中，其中E2为目标污染物指标评价指数值，Ci为目标污染物指标对应指标层i的权重，Si为指标i的标准分值，P2为目标污染物评价指标的权重；
3)准则层-修复可持续性B3的评价指数；
式中，其中E3为修复可持续性评价指数值，Ci为修复可持续性对应指标层i的权重，Si为指标i的标准分值，P3为修复可持续性评价指标的权重；
4)目标层综合评价指数；
E＝E1+E2+E3
按等距离法，将目标层综合评价指数E取5个等级，依次为：“优”级修复效果极好、“良”级修复效果明显、“合格”级比修复前稍好、“差”级与修复前相比几乎无变化、“极差”级修后比修复前差。
进一步的，所述S4中
1)对应目标层A准则层的权重，WB1＝0.110，WB2＝0.581，WB3＝0.309；
2)对应准则层B1指标层的权重，WC1＝0.500，WC2＝0.500；
3)对应准则层B2指标层的权重，WC3＝0.125，WC4＝0.875；
4)对应准则层B3指标层的权重，WC5＝0.250，WC6＝0.750。
本发明运用理论分析法、文献分析法、层次分析法确定指标权重，通过标准分级及赋分确定各指标分值，运用多目标加权法计算得出综合评价指数，最终通过对综合评价指数的分级，判定效果评估等级。
附图说明
图1为本发明的流程框示图。
图2为本发明的重金属固化/稳定化效果评估指标框示图。
具体实施方式
为了更清楚的阐述本发明实施步骤及优势，以下结合附图和实例对本发明的具体实施方式作详细说明。
由图1、2所示，本发明由以下步骤实现：
(1)、采用理论分析法和文献分析法，构建固化/稳定化修复效果评估体系以土壤理化性质B1、重金属污染指标B2、修复可持续性B3三个方面作为效果评价体系的准侧层，构建固化/稳定化修复效果评估体系的层次结构模型；
准侧层土壤理化性质B1表征修复前后土壤关键参数变化程度，对应的指标层C包括pH C1、土壤次生污染C2；准侧层重金属污染指标B2表征修复前后重金属变化及变化程度，对应的指标层C包括重金属全量C3、重金属相对去除率/有效态百分比；修复可持续性B3表征修复后效果的可持续性，对应的指标层C包括修复性价比C5、效果维持时间C6；
(2)、分析图2评估指标各因素之间的关系，对同一层次各单元关于上一层次中某一准则的重要性进行两两比较，构造两两比较的判断举证。共构建比较矩阵4个，主要分为两类：一类是准则层对目标层的重要性比较矩阵：(B1、B2、B3)对A之间重要性比较矩阵(矩阵1-1)；一类是指标层对指标层对准则层的重要性比较矩阵：对土壤理化性质指标来说所属指标(C1、C2)之间比较重要矩阵(矩阵2-1)；对重金属污染指标来说所属指标(C3、C4)之间比较重要矩阵(矩阵3-1)，对修复可持续性来说所属指标(C5、C6)之间比较重要矩阵(矩阵4-1)。
(3)、采用层次分析法对准侧层和指标层的权重进行确定，采用T.L.Satty1-9比例标度，矩阵标度及含义见表1。
表1判断矩阵的标度及含义
根据表1获得各矩阵中的数值，判断矩阵1-1如下：
判断矩阵2-1如下：
判断矩阵3-1如下：
判断矩阵4-1如下：
(4)、采用和积法将上述矩阵进行归一化运算，通过一致性检验后得到准则层对应目标层及各个指标层对应准则层的权重。
(5)、建立评估标准体系。将评估体系中各指标的评价标准进行分级，并对各级赋分，针对各指标的属性将标准设为两级或三级，所述标准中的一级表示达到或超出预期的目标，分值设置为1；最末级表示不满足预期目标，分值设置为0.1；中间级表示实际与预期目标的状态，分值设为0.7。
(6)、制定固化/稳定化修复效果评估的评价标准：根据指标权重和指标的分值，得到修复后效果评估的综合评价指数。计算方式如下：
1)准则层-土壤理化性质B1的评价指数
式中，其中E1为土壤理化性质评价指数值，Ci为土壤理化性质对应指标层i的权重，Si为指标i的标准分值，P1为土壤理化性质评价指标的权重；
2)准则层-目标污染物指标B2的评价指数
式中，其中E2为目标污染物指标评价指数值，Ci为目标污染物指标对应指标层i的权重，Si为指标i的标准分值，P2为目标污染物评价指标的权重；
3)准则层-修复可持续性B3的评价指数
式中，其中E3为修复可持续性评价指数值，Ci为修复可持续性对应指标层i的权重，Si为指标i的标准分值，P3为修复可持续性评价指标的权重；
4)目标层综合评价指数
E＝E1+E2+E3
按等距离法，将目标层综合评价指数E取5个等级，如表3：
| 修复效果等级 | E得分 | 描述 |
| 优 | 0.8～1.0 | 修复效果极好 |
| 良 | 0.6～0.8 | 修复效果明显 |
| 合格 | 0.4～0.6 | 比修复前稍好 |
| 差 | 0.2～0.4 | 与修复前相比几乎无变化 |
| 极差 | 0～0.2 | 修后比修复前差 |
本发明经实地应用，证明方法具有很强的实用价值，评估准确率高，可有效用于固化/稳定化修复效果的评估，有关资料如下：
1.确定评估对象
以河池市某砒霜厂重金属修复为例，进行实例的说明：
该地块受重金属砷(As)污染严重，通过添加稳定化药剂S进行固化/稳定化修复，以将污染土壤修复到目标值。
2.修复目标的确定
砷(As)的修复目标值为60.0mg/kg，浸出浓度达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水标准限值的要求，0.05mg/L，pH为6～9。
3.指标体系的构建
以土壤理化性质B1、重金属污染指标B2、修复可持续性B3三个方面作为效果评价体系的准侧层。准侧层土壤理化性质B1对应的指标层C包括pH C1、土壤次生污染C2；准侧层重金属污染指标B2对应的指标层C包括重金属全量C3、重金属相对去除率/有效态百分比；修复可持续性B3表对应的指标层C包括修复性价比C5、效果维持时间C6。
4.指标权重的确定
对同一层次各单元关于上一层次中某一准则的重要性进行两两比较，构造两两比较的判断举证。共构建比较矩阵4个，分别为：A＝{B1，B2，B3}：B1＝{C1、C2}；B2＝{C3、C4}；B3＝{C5、C6}。
采用和积法将上述矩阵进行归一化运算，通过一致性检验后得到准则层对应目标层及各个指标层对应准则层的权重，得出的各指标的权重如下：
1)对应目标层A准则层的权重，WB1＝0.110，WB2＝0.581，WB3＝0.309；
2)对应准则层B1指标层的权重，WC1＝0.500，WC2＝0.500；
3)对应准则层B2指标层的权重，WC3＝0.125，WC4＝0.875；
4)对应准则层B3指标层的权重，WC5＝0.250，WC6＝0.750。
5.指标的标准化及分级
将评估体系中各指标的评价标准进行分级，并对各级赋分，各指标的设定标准及分值如下：
1)pH
| 等级 | 标准 | 分值 |
| 一级 | pH＝6～9 | 1 |
| 二级 | pH＜6或＞9 | 0.1 |
2)渗透系数
| 等级 | 标准 | 分值 |
| 一级 | 渗透系数≤1.0<sup>-9</sup>m/s | 1 |
| 二级 | 1.0<sup>-9</sup>m/s＜渗透系数≤1.0<sup>-8</sup>m/s | 0.7 |
| 三级 | 渗透系数≥1.0<sup>-8</sup>m/s | 0.1 |
3)目标污染物全量，设修复前浓度P0，修复后浓度P1
| 等级 | 标准 | 分值 |
| 一级 | P<sub>0</sub>/P<sub>1</sub>＜1 | 1 |
| 二级 | P<sub>0</sub>/P＝1 | 0.7 |
| 三级 | P<sub>0</sub>/P大于1 | 0.1 |
4)目标污染物浸出浓度，设修复前浓度P0，修复后浓度P1
| 等级 | 标准 | 分值 |
| 一级 | P<sub>0</sub>/P<sub>1</sub>≤1 | 1 |
| 二级 | P<sub>0</sub>/P大于1 | 0.1 |
5)二次污染
| 等级 | 标准 | 分值 |
| 一级 | 无二次污染 | 1 |
| 二级 | 轻微二次污染 | 0.7 |
| 三级 | 发生严重二次污染 | 1 |
6)效果维持时间
| 等级 | 标准 | 分值 |
| 一级 | 效果维持时间≥2 | 1 |
| 二级 | 1≤效果维持时间＜2 | 0.7 |
| 三级 | 效果维持时间＜1 | 1 |
6.修复效果综合评价指数的确定
E＝E1+E2+E3
＝(0.028+0.028+0.009+0.445+0.019+0.174)
＝0.702
7.修复效果综合评价结果分析
通过稳定化药剂S的添加，将重金属污染修复至“良”阶段，修复效果明显，与实际相符。
本固化/稳定化修复效果评估方法多次应用于其他重金属污染场地，均取得了相同或相近似的结果，表明本研究方法具有直观准确，可操作性强，科学性及全面性等特点。
Claims (2)
1.一种重金属污染土壤固化/稳定化修复效果的评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、采用理论分析法和文献分析法，构建固化/稳定化修复效果评估体系，以土壤理化性质B1、重金属污染指标B2、修复可持续性B3三个方面作为效果评价体系的准侧层，构建固化/稳定化修复效果评估体系的层次结构模型；
准侧层土壤理化性质B1表征修复前后土壤关键参数变化程度，对应的指标层C包括pHC1、土壤次生污染C2；准侧层重金属污染指标B2表征修复前后重金属变化及变化程度，对应的指标层C包括重金属全量C3、重金属相对去除率/有效态百分比；修复可持续性B3表征修复后效果的可持续性，对应的指标层C包括修复性价比C5、效果维持时间C6；
S2、分析评估指标各因素之间的关系，对同一层次各单元关于上一层次中某一准则的重要性进行两两比较，构造两两比较的判断举证。共构建比较矩阵4个，主要分为两类：一类是准则层对目标层的重要性比较矩阵：(B1、B2、B3)对A之间重要性比较矩阵：A＝{B1、B2、B3}；一类是指标层对指标层对准则层的重要性比较矩阵：B1＝{C1、C2}；；B2＝{C3、C4}；B3＝{C5、C6}；
S3、采用层次分析法对准侧层和指标层的权重进行确定；
S4、采用和积法将上述矩阵进行归一化运算，通过一致性检验后得到准则层对应目标层及各个指标层对应准则层的权重；
(5)、建立评估标准体系。将评估体系中各指标的评价标准进行分级，并对各级赋分，针对各指标的属性将标准设为两级或三级，所述标准中的一级表示达到或超出预期的目标，分值设置为1；最末级表示不满足预期目标，分值设置为0.1；中间级表示实际与预期目标的状态，分值设为0.7；
(6)、制定固化/稳定化修复效果评估的评价标准：根据指标权重和指标的分值，得到修复后效果评估的综合评价指数；
上述计算方式如下：
1)准则层-土壤理化性质B1的评价指数；
式中，其中E1为土壤理化性质评价指数值，Ci为土壤理化性质对应指标层i的权重，Si为指标i的标准分值，P1为土壤理化性质评价指标的权重；
2)准则层-目标污染物指标B2的评价指数；
式中，其中E2为目标污染物指标评价指数值，Ci为目标污染物指标对应指标层i的权重，Si为指标i的标准分值，P2为目标污染物评价指标的权重；
3)准则层-修复可持续性B3的评价指数；
式中，其中E3为修复可持续性评价指数值，Ci为修复可持续性对应指标层i的权重，Si为指标i的标准分值，P3为修复可持续性评价指标的权重；
4)目标层综合评价指数；
E＝E1+E2+E3
按等距离法，将目标层综合评价指数E取5个等级，依次为：“优”级修复效果极好、“良”级修复效果明显、“合格”级比修复前稍好、“差”级与修复前相比几乎无变化、“极差”级修后比修复前差。
2.根据权利要求1中所述的评价方法，其特征在于：S4中
1)对应目标层A准则层的权重，WB1＝0.110，WB2＝0.581，WB3＝0.309；
2)对应准则层B1指标层的权重，WC1＝0.500，WC2＝0.500；
3)对应准则层B2指标层的权重，WC3＝0.125，WC4＝0.875；
4)对应准则层B3指标层的权重，WC5＝0.250，WC6＝0.750。
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