基于模糊数学理论的化学淋洗修复土壤风险评价方法研究

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由于土壤重金属污染危害极大,近年来重金属污染土壤修复工作得到了世界各国广泛重视,而各类修复技术也有了很大的进展并已逐渐进入现场应用阶段,然而,有关重金属污染土壤修复效果评价则缺乏研究和探讨,反过来影响了重金属污染土壤修复理论和技术的进一步发展。本研究以异位化学淋洗修复土壤为实例,从植物生长、地下水安全和人体健康三个方面,针对修复后土壤的环境风险展开了讨论,分别采用BCR连续提取法、SPLP酸雨负荷模拟和RBCA模型表征土壤重金属的植物有效性,可移动性及致癌、非致癌风险,并以模糊数学理论为基础,把各类风险因子通过模糊综合评价模型进行联系,建立新的风险评价模式,使得其既反映重金属的浓度超标状况,又反映重金属的生物有效性和移动性,通过对植物生长、地下水安全和人体健康三者权重因子分配的讨论,为修复后场地土地利用类型的决策提供理论依据。本研究主要结论如下:(1)土壤经过修复后,在总量削减的同时重金属的形态发生了显著的变化,除了粘粒组分中的Zn,各组分重金属交换态含量显著降低。在植物生长风险评价中,经过修正的权重因子,能够更为客观地反映土壤金属全量和有效性两个因素,能够较好的反映重金属对植物生长的风险权重。采用模糊综合评价模型计算的结果表明,土壤经过修复后,对植物生长有效地降低了风险,其中对植物生长风险由原来的极端严重下降到了中低水平。(2)SPLP方法分析表明,修复前土壤属于危险废物,对地下水安全具有较大的风险。土壤修复后,SPLP浸出浓度得到有效地降低,石砾、砂粒及修复后混合土壤各金属元素浸出浓度均在标准值范围以内,实现了无害化处置。采用模糊综合评价模型计算的结果表明,土壤经过修复后,对于地下水,安全级别上升了6级,对地下水的风险得到有效降低。(3)土壤经过修复后,显著降低了对人体的致癌和非致癌风险。人体对重金属元素的吸收主要通过直接摄入方式进行,相比较而言,其它两种方式摄入量非常微小,儿童直接摄入量要大于成人直接摄入量一个数量级,而经皮肤吸收摄入和经呼吸系统摄入要小于成人。对于儿童,直接摄入过程对非致癌风险贡献最大,而对于成人,则表现为皮肤吸收摄入过程。无论是直接摄入还是皮肤吸收摄入,对于儿童和成年而言,各金属对非致癌风险的贡献顺序为Cr>Ni>Cu>Pb>Zn。采用模糊综合评价模型计算的结果表明,土壤经过修复后,对于人体健康,无论儿童还是成年,都处于较低的风险水平。(4)对于各种土壤类型,权重因子在人体健康、植物和地下水三者之间的分配,对评价结果的影响较大,总体来说,土壤对区域地下水的影响>对人体健康的影响>对植物风险的影响,根据对场地特征的分析,本研究认为采取(人体健康权重,植物权重,地下水权重)=(0.4,0.2,0.4)的分配比例较为合适,其对应的评价结果为修复前土壤=Class11(Absolutely high),修复后混合土壤=Class3(Quite Low),修复后砂粒组分=Class3(Quite Low),修复后粘粒组分=Class11(Absolutely high)。因此,修复场地采用的淋洗工艺有效降低了污染土壤对周边环境和人体健康的风险,修复效果显著。对于修复后土壤的处置,本研究认为对修复后土壤进行混合就地回填,若条件允许,修复后粘粒组分可单独送往危险废物掩埋场进行处置,因其量小风险性高。(5)本研究构建的模型根据实际情况将风险因子进行了分类,有效解决了风险信息重复或者相互掩盖的问题和风险评价过程中当因子复杂时容易出现多个评价结果的情况。此外,对风险因子进行分类后,使得风险评价过程与风险潜在作用对象更为有效和紧密地结合,能够更为全面地反映修复后场各方面的潜在风险,有助于修复后场地土地利用类型的决策过程。
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