CN118134315A - 一种铀污染地下水原位修复技术筛选方法 - Google Patents

一种铀污染地下水原位修复技术筛选方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种铀污染地下水原位修复技术筛选方法，通过对污染场地的地下水埋深、含水层渗透系数、地下水温度和pH等自然条件因素进行调研，根据构建的修复技术指标评价体系，从经济指标、环境指标和技术指标三个维度出发，采用层次分析法对铀污染地下水原位修复技术进行比较筛选，根据比选结果筛选最优修复技术。采用本发明中公开的方法，能够根据污染场地的自然条件，综合考虑经济指标、环境指标和技术指标，针对性地筛选相应的铀污染地下水的修复技术，提高铀污染地下水的修复技术筛选的准确性和科学性，为铀污染地下水的修复治理提供可靠支撑。

Description

一种铀污染地下水原位修复技术筛选方法
技术领域
本发明属于铀污染地下水原位修复领域，具体涉及一种铀污染地下水原位修复技术筛选方法。
背景技术
因铀矿开采和铀水冶形成的铀废石场、铀尾矿库等固体废物堆存地用于存放铀废石和铀尾矿，大量固体废物堆存地分布在人口稠密的地区，大量的铀废石和铀尾矿不仅占据了大片的山谷和绿地，而且离村落近，对周边居民健康威胁大。对于气温高、雨量充沛、河流众多的地区，铀尾矿、铀废石堆等受雨水淋浸和冲刷严重，导致铀污染地表水及地下水的风险与日俱增。
铀污染水体一旦处理不当，释放到环境中经迁移、渗透和循环作用，对人类的生存环境和生态安全造成严重危害和长期威胁，修复治理铀污染地下水已成为迫切需要解决的环境问题。目前修复治理铀污染地下水的修复技术有很多，不同的铀污染地下水的修复技术适用的污染地下水修复类型不同。如何根据铀污染地下水场地的特定的水文地质条件等因素，科学合理地筛选铀污染地下水最佳修复技术成为亟待解决的问题。
发明内容
针对铀污染地下水修复技术筛选过程中存在的问题，本发明的目的在于提供一种铀污染地下水原位修复技术筛选方法，以现有修复技术的效果和适用性为重点，从理论准备、指标体系初选、指标体系测验和优化、指标体系应用四个环节，建立铀矿区地下水原位修复治理技术筛选方法与评估指标体系，用于筛选相应的铀污染地下水的修复技术，提高铀污染地下水的修复技术筛选的准确性和科学性，为铀污染地下水的修复治理提供可靠支撑。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种铀污染地下水原位修复技术筛选方法，所述方法包括以下步骤：
S1、对污染场地的自然条件因素进行调研；
S2、根据构建的修复技术指标评价体系对铀污染地下水原位修复技术进行比选；
S3、根据比选结果筛选最优修复技术。
进一步，步骤S1中所述自然条件因素包括地下水埋深、含水层渗透系数、地下水温度和pH。
进一步，步骤S2中所述修复技术指标评价体系从经济指标、环境指标和技术指标三个维度出发对铀污染地下水原位修复技术进行比较筛选。
进一步，所述经济指标衡量单位修复成本；所述环境指标包括场地适用性、环境风险和二次污染；所述技术指标包括污染物去除率、修复时间、技术成熟度、技术可获得性、技术可操作性和恢复的可持续性。
进一步，场地的适用性衡量各项修复技术的实施条件与场地自然条件因素的匹配度。
进一步，技术可获得性是指具备设计、运行和维护该技术的公司、科研机构的数量。
进一步，步骤S2中通过层次分析法对铀矿区地下水修复治理技术进行比较筛选。
进一步，步骤S2包括以下子步骤：
S21、根据构建的修复技术指标评价体系构建层次结构模型；
S22、针对层次结构模型的各个层次建立判断矩阵以对铀污染地下水原位修复技术在各个层次的权重进行计算；
S23、根据铀污染地下水原位修复技术在各个层次的权重计算结果，将初步筛选的修复技术按权值大小进行排序。
进一步，步骤S2中还包括进行判断矩阵的一致性检验。
进一步，步骤S3中权值最大的铀污染地下水原位修复技术即为筛选的最优修复技术。
本发明的有益技术效果在于：本发明公开的一种铀污染地下水原位修复技术筛选方法，能够根据污染场地的自然条件，综合考虑经济指标、环境指标和技术指标，针对性地筛选相应的铀污染地下水的修复技术，提高铀污染地下水的修复技术筛选的准确性和科学性，为铀污染地下水的修复治理提供可靠支撑。
附图说明
图1为本发明实施例示出的一种铀污染地下水原位修复技术筛选方法中采用的铀污染地下水修复技术指标评价体系示意图；
图2为本发明实施例示出的一种铀污染地下水原位修复技术筛选方法中的用于对铀污染地下水修复技术进行筛选的层次结构模型示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。
实施例一
如图1所示，本发明实施例提供一种铀污染地下水原位修复技术筛选方法，所述方法包括以下步骤：
S1、对污染场地的自然条件因素进行调研。
自然条件因素包括地下水埋深、含水层渗透系数、地下水温度和pH，在本实施例中，以甘肃某矿污染产地为例进行举例说明，经调研，污染场地所在区域年平均气温5.0℃，最高气温35.1℃，最低温度-28.3℃，年平均日照时数2959.0小时。多年平均风速在2.8～3.5m/s。多年平均降雨量201.1mm，主要集中在7、8、9三个月额。年均蒸发量大1990.2mm。该地区蒸发量远远大于降雨量，属于严重干旱地区。污染场地所在地层上层为中细砂，下层基岩为花岗岩。中细砂的渗透系数为7.7×10-4cm/s。地下水埋深约为9.5m。地下水中铀浓度在1800ug/L，pH约为7，水温在22℃。
S2、根据构建的修复技术指标评价体系对修复技术进行比选。
如图1所示，修复技术指标评价体系结合实际行业情况，从经济指标、环境指标和技术指标三个维度出发对修复技术进行比较评价。经济指标主要考虑单位修复成本；环境指标包括场地适用性，环境风险和二次污染；技术指标包括污染物去除率，修复时间，技术成熟度，技术可获得性，技术可操作性和恢复的可持续性。
(1)经济指标
修复费用是控制修复过程中成本的重要因素，选择费用合理的技术才能解决场地地下水修复问题。经济指标主要考虑单位实施每种修复技术所产生的修复成本。在本实施例中，当单位修复成本>100美元/m3时，单位修复成本为高，得分为1。当单位修复成本在75-100美元/m3时，单位修复成本为中等，得分为2。当单位修复成本在<75美元/m3时，单位修复成本为低等，得分为3。上述修复费用成本标准仅用于进行举例说明，事实上对此不做限定，可对上述标准进行调整。
表1单位修复成本评分表
1 2 1
单位修复成本 高(>100美元/m3) 中(75-100美元/m3) 低(<75美元/m3)
(2)环境指标
场地的适用性考虑实施过程中自然条件因素对修复技术的干扰，自然条件因素包括地下水埋深、含水层渗透系数、地下水温度和pH。总分3分，采用减分法对各项修复技术的实施条件与自然条件因素的匹配度进行评分。首先对地下水埋深、含水层渗透系数，地下水温度和pH四个自然条件因素评分，然后综合四个自然条件因素的评分结果确定最终场地适用性的分值，对于评分低于1分按1分计算。
表2场地适用性(自然条件因素)评分表
减0分 减0.5分 减1分
某项因素完全匹配 某项因素部分匹配 某项因素不匹配
环境风险考察技术实施过程对人的健康和安全危害程度，二次污染指的是产生二次污染的可能性，结合国内外修复技术经验，其评分规则如表3所示。
表3环境分析和二次污染评分表
3 2 1
环境风险 低 中 高
二次污染 低 中 高
(3)技术指标
技术指标从污染物去除率、修复时间、技术成熟度、技术可获得性、技术可操作性和恢复的可持续性几个方面进行评价。
首先是污染物去除率，污染物去除率达标是技术选择的最基本目标。污染物去除率>90％，其去除率为高。污染物去除率在70％-90％时，其去除率为中等。污染去除率<70％时，其去除率为低。
修复时间指的是技术达到修复目标所需的时间。当修复时间<1年，其修复时间较短，得分为3。当修复时间在1-5年，修复所需时间为中等，得分为2。当修复时间>5年，修复所需时间较长，得分为1。
技术成熟度是技术的发展水平，有全面实施的工程案例的时将其技术程度定义为高，得分为3。存在中试规模的工程案例时将其技术程度定义为中等，得分为2。处于实验室研究阶段时将其技术程度定义为低，得分为1。
技术可获得性是指具备设计、运行和维护该技术的公司、科研机构的数量。当相关机构的数量>4时，技术可获得性程度为高，得分为3。当相关科研机构的数量为2-4时，技术可获得性程度为中等，得分为2。当相关科研机构数量<2时，技术可获得性程度为低，得分为1。
技术的可操作性考察对技术的掌握的熟练程度。当掌握相关原理和技术参数时，其可操作性为高。当技术参数需要调整时，其可操作性为中等。而当技术参数需要较大改进时，其技术参数为低。
恢复的可持续性考察的是修复技术完成后地下水生态功能的恢复能力。技术指标评分规则如表4所示。
表4技术指标评分表
在本实施例中，选取渗透反应墙技术、原位电动修复技术、原位生物修复技术和植物修复技术四种地下水原位修复技术进行比选。四种地下水原位修复技术的修复技术评价指标比对情况如表5所示。
表5四种地下水原位修复技术的修复技术评价指标比对表
步骤S2中通过层次分析法对铀矿区地下水修复治理技术进行比较筛选。
步骤S2具体包括以下子步骤：
S21、根据构建的修复技术指标评价体系构建层次结构模型。
如图2所示，适合铀污染地下水原位修复技术设为目标层(A)，经济指标、环境指标、技术指标设为准则层(B)，目标评价层(B)的具体经济、环境、技术的具体指标设为子准则层(C)，比选的修复技术设为方案层(D)。具体如下：
①目标层(A)：适合铀污染地下水原位修复技术。
②准则层(B)：经济指标、环境指标、技术指标。
③子准则层(C)：经济指标(单位修复成本)，环境指标(场地的适用性，环境风险和二次污染)，技术指标(污染物去除率、修复时间、技术成熟度、技术可获得性、技术可操作性和恢复的可持续性。)
场地的适用性主要从以下几个方面考虑：地下水埋深，含水层渗透系数，地下水温度和pH。
④方案层(D)：比选的修复技术。
S22、针对层次结构模型的各个层次建立判断矩阵以对铀污染地下水原位修复技术在各个层次的权重进行计算。
建立判断矩阵，矩阵中元素的值大小反映出人们对各个元素重要性的(比如偏好、优劣、强弱等)认识，一般情况下，用数字1到9及其倒数来进行表示，见表6。
表6判断矩阵中的标度及含义
标度aij 含义
1 代表两个元素比较，等同重要
3 代表两个元素比较，一个比另外一个稍微重要
5 代表两个元素比较，一个比另外一个明显重要
7 代表两个元素比较，一个比另外一个强烈重要
9 代表两个元素比较，一个比另外一个极端重要
2、4、6、8 在两个原则中间
倒数 将元素i与j比较得出bij。将元素i与j比较，得出bji＝1/bij
建立判断矩阵要充分考虑到两个要素对其的实际影响，保证两个要素的一致性。判断矩阵一致性的检验的公式如下：
一致性指标CI＝(λmax-n)/(n-1)
一致性比率CR＝CI/RI
当CR<0.1时，认为取值符合，否则调整取值。1-10阶判断矩阵的平均随机一致性性指标(RI)取值如表7所示。
表7 RI取值
阶数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
RI 0 0 0.58 0.90 1.12 1.24 1.32 1.41 1.45 1.49
目标层A与准则层B之间的判断矩阵如表8所示：
表8 B1-B3对A的判断矩阵
A B1 B2 B3
B1 1 1/3 1/7
B2 3 1 3/7
B3 7 7/3 1
根据层次分析法理论，采用matlab软件，向上述判断矩阵输入相应数值，确定出准则层B1至B3三个元素权重及最大特征值权重W＝(0.091，0.273，0.636)T，最大特征值λmax＝3，一致性指标CI＝0，一致性比率CR＝0，一致性比率CR<0.1，一致性比率可以接受。
权重计算结果表明经济指标，环境指标和技术指标的权重分别为0.091，0.273和0.636。
承接上例，经济指标B1只包含单位修复成本C1，所以单位修复成本C1的绝对权重同样为0.091。
B2与C2-C4之间的判断矩阵如表9所示：
表9 C2-C4对B2的判断矩阵
B2 C2 C3 C4
C2 1 2 2
C3 1/2 1 1
C4 1/2 1 1
根据层次分析法理论，采用matlab软件，输入上述判断矩阵相应数值，确定出C2至C3三个元素权重及最大特征值权重W＝(0.5，0.25，0.25)T，最大特征值λmax＝3，一致性指标CI＝0，一致性比率CR＝0，一致性比率CR<0.1，一致性比率可以接受。
权重计算结果表明场地的适用性，环境风险和二次污染的相对权重分别为0.5，0.25和0.25，其绝对权重分别为0.137，0.068和0.068。
B3与C4-C10之间的判断矩阵如表10所示：
表10 C5-C10对B3的判断矩阵
B3 C5 C6 C7 C8 C9 C10
C5 1 2 1 1 1 2
C6 1/2 1 1/2 1/2 1/2 1
C7 1 2 1 1 1 2
C8 1 2 1 1 1 2
C9 1 2 1 1 1 2
C10 1/2 1 1/2 1/2 1/2 1
根据层次分析法理论，采用matlab软件，输入上述判断矩阵相应数值，确定出C2至C3三个元素权重及最大特征值权重W＝(0.2，0.1，0.2，0.2，0.2，0.1)T，最大特征值λmax＝6，一致性指标CI＝0，一致性比率CR＝0，一致性比率CR<0.1，一致性比率可以接受。
权重计算结果表明环境风险和二次污染的相对权重分别为0.2，0.1，0.2，0.2，0.2和0.1，其绝对权重分别0.127，0.064，0.127，0.127，0.127和0.064。
S23、根据铀污染地下水原位修复技术在各个层次的权重计算结果，将初步筛选的修复技术按权值大小进行排序。
根据建立的修复指标体系和表7修复技术的技术信息表进行层次总排序，结果如表11。D1(渗透反应墙技术)得分为2.518，D2(原位电动修复技术)得分为1.745，D3(原位生物修复技术)得分为2.363，D4(植物修复技术)得分为1.895。
表11各层次排序结果
S3、根据比选结果筛选最优修复技术。
权重最大的修复技术就是最优方案，D1(渗透反应墙技术)得分最高(为2.518)，综合筛选最优修复技术为渗透反应墙技术。
通过上述实施例可以看出，本发明公开的一种铀污染地下水原位修复技术筛选方法，通过对污染场地的地下水埋深、含水层渗透系数、地下水温度和pH等自然条件因素进行调研，根据构建的修复技术指标评价体系，从经济指标、环境指标和技术指标三个维度出发，采用层次分析法对铀污染地下水原位修复技术进行比较筛选，根据比选结果筛选最优修复技术。采用本发明中公开的方法，能够根据污染场地的自然条件，综合考虑经济指标、环境指标和技术指标，针对性地筛选相应的铀污染地下水的修复技术，提高铀污染地下水的修复技术筛选的准确性和科学性，为铀污染地下水的修复治理提供可靠支撑。
本发明所述的方法并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (10)

1.一种铀污染地下水原位修复技术筛选方法，所述方法包括以下步骤：
S1、对污染场地的自然条件因素进行调研；
S2、根据构建的修复技术指标评价体系对铀污染地下水原位修复技术进行比选；
S3、根据比选结果筛选最优修复技术。
2.如权利要求1所述的一种铀污染地下水原位修复技术筛选方法，其特征在于：步骤S1中所述自然条件因素包括地下水埋深、含水层渗透系数、地下水温度和pH。
3.如权利要求1所述的一种铀污染地下水原位修复技术筛选方法，其特征在于：步骤S2中所述修复技术指标评价体系从经济指标、环境指标和技术指标三个维度出发对铀污染地下水原位修复技术进行比较筛选。
4.如权利要求3所述的一种铀污染地下水原位修复技术筛选方法，其特征在于：所述经济指标衡量单位修复成本；所述环境指标包括场地适用性、环境风险和二次污染；所述技术指标包括污染物去除率、修复时间、技术成熟度、技术可获得性、技术可操作性和恢复的可持续性。
5.如权利要求4所述的一种铀污染地下水原位修复技术筛选方法，其特征在于：场地的适用性衡量各项修复技术的实施条件与场地自然条件因素的匹配度。
6.如权利要求4所述的一种铀污染地下水原位修复技术筛选方法，其特征在于：技术可获得性是指具备设计、运行和维护该技术的公司、科研机构的数量。
7.如权利要求1所述的一种铀污染地下水原位修复技术筛选方法，其特征在于：步骤S2中通过层次分析法对铀矿区地下水修复治理技术进行比较筛选。
8.如权利要求7所述的一种铀污染地下水原位修复技术筛选方法，其特征在于：步骤S2包括以下子步骤：
S21、根据构建的修复技术指标评价体系构建层次结构模型；
S22、针对层次结构模型的各个层次建立判断矩阵以对铀污染地下水原位修复技术在各个层次的权重进行计算；
S23、根据铀污染地下水原位修复技术在各个层次的权重计算结果，将初步筛选的修复技术按权值大小进行排序。
9.如权利要求8所述的一种铀污染地下水原位修复技术筛选方法，其特征在于：步骤S2中还包括进行判断矩阵的一致性检验。
10.如权利要求8所述的一种铀污染地下水原位修复技术筛选方法，其特征在于：步骤S3中权值最大的铀污染地下水原位修复技术即为筛选的最优修复技术。
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