李 嬌,熊燕娜,滕彥國(guó),蔣進(jìn)元,李君超,譚 偉
1.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院,北京 100012 2.生態(tài)環(huán)境部固體廢物與化學(xué)品管理技術(shù)中心,北京 100125 3.北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院,北京 100875
隨著國(guó)家相關(guān)環(huán)保政策的實(shí)施,中國(guó)大量重污染工業(yè)企業(yè)陸續(xù)搬遷和關(guān)閉,其遺留的污染場(chǎng)地對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重威脅。鑒于污染場(chǎng)地污染物濃度和毒性水平差異、受體敏感性、場(chǎng)地用途和修復(fù)成本等多種因素的影響,污染場(chǎng)地的修復(fù)工程目前還不可能全面開展。因此,篩選優(yōu)控污染場(chǎng)地,有針對(duì)性地開展污染場(chǎng)地修復(fù),是實(shí)現(xiàn)污染場(chǎng)地科學(xué)管理和綠色可持續(xù)修復(fù)的關(guān)鍵[1-4]。
美國(guó)、加拿大、荷蘭和新西蘭等國(guó)家在資金、人力、物力和機(jī)構(gòu)設(shè)置等條件受限的實(shí)際情況下,提出了基于環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)篩選分級(jí)分類方法來(lái)構(gòu)建本國(guó)的污染場(chǎng)地分類分級(jí)管理體系,有效推進(jìn)了污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)管理工作的發(fā)展[5-8]。20世紀(jì)80年代,美國(guó)提出了超級(jí)基金和國(guó)家優(yōu)先控制名錄(NPL)制度,在1986年的《超級(jí)基金修正與重新授權(quán)法》中規(guī)定NPL名錄產(chǎn)生的主要方法為指定危害分級(jí)系統(tǒng)(HRS),經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展,美國(guó)已形成了較為成熟的污染場(chǎng)地分級(jí)分類機(jī)制。加拿大污染場(chǎng)地分類管理基于國(guó)家分類系統(tǒng)(NCS),NCS評(píng)分系統(tǒng)包括污染場(chǎng)地中污染物特征、污染途徑和受體敏感性三大要素,在對(duì)污染場(chǎng)地進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查的基礎(chǔ)上,利用NCS實(shí)現(xiàn)場(chǎng)地的分類排序和再分類。新西蘭和荷蘭分別制定了風(fēng)險(xiǎn)篩選系統(tǒng)和Sanscrit系統(tǒng)將污染場(chǎng)地進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),中國(guó)共有超過(guò)65萬(wàn)m2的污染場(chǎng)地需要被識(shí)別和修復(fù)[3,9]。場(chǎng)地污染問題已引起國(guó)家高度重視,2011年國(guó)家啟動(dòng)了重金屬污染防治專項(xiàng)行動(dòng),于2016年發(fā)布了《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》,提出要加強(qiáng)污染場(chǎng)地管理技術(shù)方面的研究。另外,根據(jù)中國(guó)污染場(chǎng)地治理戰(zhàn)略,各省(區(qū)、市)均應(yīng)制定一份基于風(fēng)險(xiǎn)的優(yōu)控污染場(chǎng)地清單[10]。目前中國(guó)的污染場(chǎng)地分類分級(jí)管理研究已取得一定成果,主要體現(xiàn)在現(xiàn)狀、進(jìn)展、問題探討等方面,初步構(gòu)建了污染場(chǎng)地分類體系框架。國(guó)內(nèi)相關(guān)學(xué)者[11-12]根據(jù)污染物的物理化學(xué)性質(zhì)、賦存狀態(tài)、遷移性、含量水平和周圍是否有敏感目標(biāo)等因素,構(gòu)建了基于不同危害級(jí)別和管理級(jí)別的場(chǎng)地危害分級(jí)管理方法,在總結(jié)發(fā)達(dá)國(guó)家污染場(chǎng)地分類評(píng)估指標(biāo)和評(píng)估方法的基礎(chǔ)上,選取污染物特征、污染途徑和受體三大類場(chǎng)地評(píng)價(jià)因子構(gòu)建國(guó)家污染場(chǎng)地管理分類體系框架。然而,中國(guó)關(guān)于如何篩選優(yōu)控污染場(chǎng)地以更好地實(shí)現(xiàn)污染場(chǎng)地分類分級(jí)管理的相關(guān)研究仍然較少,實(shí)際污染場(chǎng)地的應(yīng)用案例研究欠缺[13]。
20世紀(jì)90年代末,砷及其化合物產(chǎn)品市場(chǎng)逐步被替代,加之砒霜生產(chǎn)環(huán)境污染嚴(yán)重,砒霜生產(chǎn)企業(yè)全部關(guān)閉,形成了大量的砷渣污染場(chǎng)地[14]。由于缺乏科學(xué)的管理及有效的防控措施,砷渣污染場(chǎng)地中仍有遺留廢渣裸露在外,對(duì)周邊環(huán)境造成嚴(yán)重威脅[15]。筆者以中國(guó)西南部某市15個(gè)砷渣污染場(chǎng)地為研究對(duì)象,以污染場(chǎng)地初步調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),綜合考慮污染源強(qiáng)、污染途徑脆弱性和受體敏感性3個(gè)方面的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[16],并結(jié)合敏感性分析篩選出優(yōu)控砷渣污染場(chǎng)地名單。
基于綜合環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的污染場(chǎng)地排序法綜合考慮了污染場(chǎng)地污染物的強(qiáng)度和污染場(chǎng)地對(duì)于污染物在環(huán)境介質(zhì)遷移過(guò)程中的影響,以及受體對(duì)于污染物危害的敏感程度。因此,污染場(chǎng)地綜合環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)可用污染源強(qiáng)、污染途徑脆弱性和受體敏感性3個(gè)指標(biāo)(一級(jí)指標(biāo))表征[17]。其中,污染源強(qiáng)受污染物賦存介質(zhì)類型、污染物毒性和含量水平等影響,污染途徑脆弱性受污染物隨地下水、地表水、土壤和底泥遷移的可能性等影響,受體敏感性受污染場(chǎng)地是否存在敏感受體等影響,這些影響因素均可作為子(二級(jí))指標(biāo)[10]。由此,可推導(dǎo)出污染源強(qiáng)、污染途徑脆弱性和受體敏感性指數(shù)計(jì)算公式:
ST=Ssqs+Stqt+Srqr
(1)
(2)
式中:ST、Ss、St和Sr分別代表污染場(chǎng)地環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)、污染源強(qiáng)指數(shù)、污染途徑脆弱性指數(shù)和受體敏感性指數(shù),qs、qt和qr對(duì)應(yīng)各一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重,Ssi、Sti和Sri分別代表污染源強(qiáng)、污染途徑脆弱性和受體敏感性各子指標(biāo)得分。
2.1.1 砷渣污染場(chǎng)地概況
某市15個(gè)典型砷渣污染場(chǎng)地基本信息調(diào)查結(jié)果(表1)表明,此次調(diào)查的污染場(chǎng)地使用年限為3~37年不等,平均使用年限為18.7年。其中,大多數(shù)污染場(chǎng)地使用年限較長(zhǎng)(不低于20年),僅有4處污染場(chǎng)地使用年限低于5年。現(xiàn)有砷渣堆存量為8~30 000 t,平均為3 576 t,其中H7砷渣堆存量遠(yuǎn)高于其他污染場(chǎng)地。砷渣堆體占地面積相差較大,為550~45 000 m2,平均為8 771 m2。15個(gè)砷渣污染場(chǎng)地地下水和土壤污染程度均相差較大,變化范圍分別為1.1~64 μg/L和1 198.44~13 959.59 mg/kg,平均值分別為11.17μg/L和5 528.6 mg/kg。變異系數(shù)代表數(shù)據(jù)分布的均勻性和離散度,堆存量、砷堆占地面積和地下水污染濃度的變異系數(shù)均大于1,屬于極度變異,表明這3個(gè)指標(biāo)在各污染場(chǎng)地差異極大。
表1 砷渣污染場(chǎng)地基本特征Table 1 Basic characteristics of arsenic contaminated sites
2.1.2 砷渣污染場(chǎng)地水文地質(zhì)特征
水文地質(zhì)條件直接關(guān)系到污染物的遷移性質(zhì)。調(diào)查發(fā)現(xiàn),此次研究的污染場(chǎng)地所在區(qū)域大多為山地,坡度適中,且周邊均為鄉(xiāng)村。所在區(qū)域土壤有7處為壤土,5處為粘土,3處為砂土。含水層介質(zhì)類型主要為裂隙水和巖溶水,含水層巖性主要為砂卵石和中(粗)砂,少數(shù)為粉細(xì)砂和粉土。
也就是說(shuō),如果孩子在做一件他非常渴望的事,自控力比較不容易損耗。相反,如果他只是被迫做一件事,自控力就會(huì)不堪一擊。
2.1.3 砷渣污染場(chǎng)地周邊環(huán)境敏感源分布特征
污染場(chǎng)地周邊環(huán)境敏感源分析主要是基于人體健康和生態(tài)環(huán)境考慮。通過(guò)野外調(diào)研和國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)查詢,確定砷渣污染場(chǎng)地周邊環(huán)境敏感源分布研究主要為以下4方面:砷渣污染場(chǎng)地周邊人口分布、地表水系分布、飲用水源分布和農(nóng)田分布。表2是15個(gè)污染場(chǎng)地受體敏感性指標(biāo)的描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果。
表2 受體敏感性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果Table 2 Statistical analysis results of receptor sensitivity indicators
由表2可知,污染場(chǎng)地距最近的農(nóng)場(chǎng)、河流和社區(qū)距離分別為110~3 506、216~3 918、168~3 070 m,平均為819.7、3 244.8、698.3 m。附近敏感受體人數(shù)為400~95 000人,平均為13 679人。社區(qū)數(shù)量為1~6個(gè),平均每個(gè)污染場(chǎng)地附近社區(qū)數(shù)量為2個(gè)。由變異系數(shù)分析可知,距最近河流距離的變異系數(shù)較小(0.23),表明各污染場(chǎng)地距最近河流的距離差異較小。附近敏感受體人數(shù)變異系數(shù)高達(dá)1.65,屬于極度變異,表明各污染場(chǎng)地附近分布人口具有較大差異。
2.2.1 污染源強(qiáng)分析
根據(jù)污染場(chǎng)地初步調(diào)查數(shù)據(jù)和國(guó)內(nèi)外污染源強(qiáng)分析指標(biāo)[11,18]的調(diào)查分析,研究選擇的污染源強(qiáng)指標(biāo)為土壤污染濃度、地下水污染濃度、堆體占地面積、堆存量和服務(wù)年限。這5項(xiàng)指標(biāo)即為綜合環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的二級(jí)指標(biāo),其分級(jí)賦值標(biāo)準(zhǔn)見表3。污染場(chǎng)地殘留的重金屬通常為污染物質(zhì),研究中土壤和地下水中砷的污染物濃度直接反映了污染場(chǎng)地特征污染物的污染水平,同時(shí)也是強(qiáng)烈的二次污染源。占地面積和堆存量是最直接的污染源標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo),服務(wù)年限代表污染擴(kuò)散范圍,服務(wù)年限越久代表擴(kuò)散范圍越大,潛在的二次污染源也就越多。
表3 污染源強(qiáng)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Clssification criteria for pollution source intensity indicators
根據(jù)收集到的砷渣污染場(chǎng)地基礎(chǔ)信息資料和采樣調(diào)查結(jié)果,分別對(duì)污染源強(qiáng)指標(biāo)進(jìn)行賦值,并根據(jù)公式(2)計(jì)算,得到污染源強(qiáng)指標(biāo)評(píng)分結(jié)果(圖1)??梢钥闯?,各污染場(chǎng)地源強(qiáng)得分為11~24分不等,其中得分較高的前4名為H15、H9、H6和H8,分別為24、20、18、18分。
圖1 砷渣污染場(chǎng)地污染源強(qiáng)指標(biāo)評(píng)分結(jié)果Fig.1 Score results of the pollution source intensity indicators for arsenic contaminated sites
2.2.2 污染途徑脆弱性分析
污染途徑是污染物從源強(qiáng)到受體的過(guò)程,不同類型污染途徑對(duì)污染物在環(huán)境介質(zhì)中的遷移轉(zhuǎn)化具有重要影響。研究根據(jù)污染場(chǎng)地初步調(diào)查數(shù)據(jù)和對(duì)國(guó)內(nèi)外污染途徑脆弱性分析指標(biāo)[11,18]的調(diào)查分析,選擇污染途徑脆弱性指標(biāo)為重點(diǎn)區(qū)域地表覆蓋情況、工程防滲或隔離設(shè)施情況、包氣帶土壤滲透性、土壤污染物揮發(fā)性、土壤污染物遷移性和年降水量,這6項(xiàng)指標(biāo)即為綜合環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的二級(jí)指標(biāo)。
通常來(lái)說(shuō),污染場(chǎng)地堆場(chǎng)的覆蓋情況和工程防滲或隔離設(shè)施情況屬人為手段,且能夠有效防止固廢對(duì)周邊環(huán)境的遷移,因此覆蓋或隔離的越徹底,對(duì)污染物阻隔的效果越好;包氣帶土壤滲透性越弱越容易阻隔地表污染物往地下水遷移,而污染物在土壤和地下水中的遷移不僅與土壤和地下水介質(zhì)有關(guān),還與污染物本身物理化學(xué)性質(zhì)有關(guān),污染物遷移能力越強(qiáng),越容易對(duì)土壤和地下水產(chǎn)生污染;而降雨量是污染物在土壤和地下水中遷移的外界條件,通常來(lái)說(shuō),降雨量越大,污染物遷移能力越強(qiáng),越容易隨地表徑流污染周圍環(huán)境。表4為污染途徑脆弱性指標(biāo)的分級(jí)賦值標(biāo)準(zhǔn)。
表4 土壤污染遷移途徑脆弱性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 4 Clssification criteria for soil pollution migration pathway vulnerability
污染途徑脆弱性指數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果(圖2)表明,各污染場(chǎng)地污染途徑脆弱性得分范圍為15~34分,其中得分較高的前4名為H15、H12、H11和H2,分值分別為34、29、24、23分。通過(guò)對(duì)比分析各指標(biāo)得分占比可以發(fā)現(xiàn),污染物揮發(fā)性和覆蓋情況在污染途徑脆弱性評(píng)價(jià)中占有重要地位。
圖2 土壤污染途徑脆弱性指標(biāo)評(píng)分結(jié)果Fig.2 Score results of the soil pollution migration pathway vulnerability indicators
2.2.3 受體敏感性分析
受體敏感性是受體對(duì)污染物危害接受的敏感程度。研究根據(jù)污染場(chǎng)地初步調(diào)查數(shù)據(jù)和對(duì)國(guó)內(nèi)外受體敏感性分析指標(biāo)[11,18]的調(diào)查分析,選擇受體敏感性指標(biāo)為距最近耕地(農(nóng)場(chǎng))距離、距最近社區(qū)距離、距最近河流距離、社區(qū)(居民活動(dòng)區(qū))數(shù)量和人口數(shù)量,這5項(xiàng)指標(biāo)即為綜合環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的二級(jí)指標(biāo)。通常來(lái)說(shuō),污染場(chǎng)地的受體主要指人或人群,而受體的敏感性主要指人或人群的活動(dòng)特征。受體受到污染場(chǎng)地危害的敏感性不僅與人類活動(dòng)和污染場(chǎng)地的距離有關(guān),也與人群的數(shù)量有關(guān)。人類活動(dòng)與污染場(chǎng)地距離越近,受到危害的可能性越大,即越敏感,而人群的數(shù)量越多,受到危害的可能性越大,即越敏感。表5展示了受體敏感性指標(biāo)的分級(jí)賦值標(biāo)準(zhǔn)。
表5 受體敏感性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 5 Clssification criteria for receptor sensitivity
受體敏感性得分結(jié)果表明(圖3),15個(gè)污染場(chǎng)地受體敏感性得分為8~18分,平均值為14.4分。其中,H2、H12、H5得分相等且最高。對(duì)比分析各指標(biāo)得分占比可以發(fā)現(xiàn),農(nóng)場(chǎng)、河流、社區(qū)距離得分在受體敏感性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)中比重較大。根據(jù)敏感性分布調(diào)查結(jié)果可知,砷渣污染場(chǎng)地為農(nóng)田,周邊人口較少,距離河流較遠(yuǎn),因此農(nóng)場(chǎng)距離成為影響敏感性分析的主要因素。
圖3 污染場(chǎng)地受體敏感性指標(biāo)評(píng)分結(jié)果Fig.3 Score results of the receptor sensitivity indicators
2.2.4 綜合環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)
根據(jù)污染場(chǎng)地綜合環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果特征,以及污染場(chǎng)地等分管理原則,設(shè)置綜合環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),將15個(gè)污染場(chǎng)地分為三大類:總分大于18分為高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),15~18分為中風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),低于15分為低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。將污染場(chǎng)地綜合環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的總分與分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較,即可得到在產(chǎn)企業(yè)地塊的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。
參照國(guó)內(nèi)外3項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重經(jīng)驗(yàn)值[16]以及某市砷渣污染場(chǎng)地環(huán)境影響特征,將權(quán)重值分別設(shè)置為0.4、0.3和0.3,得到污染場(chǎng)地綜合環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(表6)。從表6可以看出,綜合環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)排序靠前的污染場(chǎng)地主要有H15和H12,可以初步確定其為優(yōu)控污染場(chǎng)地。
表6 砷渣污染場(chǎng)地綜合環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)Table 6 Comprehensive environmental risk index and risk level of arsenic contaminated sites
污染源強(qiáng)、污染途徑脆弱性和受體敏感性指數(shù)對(duì)綜合環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的貢獻(xiàn)具有不確定性,因此通過(guò)設(shè)置不同權(quán)重情景進(jìn)行敏感性分析。權(quán)重情景模型分2種:文氏圖模型,即3種要素權(quán)重相等;靶心模型,即3種要素權(quán)重不等[19]。研究依據(jù)文氏圖模型和靶心模型設(shè)置9種權(quán)重情景進(jìn)行敏感性分析,權(quán)重情景設(shè)置和高綜合環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)統(tǒng)計(jì)見表7。
由表7可以看出不同權(quán)重情景對(duì)各污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的影響差異較大,H15和H12在9種情景下均處于高危險(xiǎn)水平,H2在6種情景下均處于高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),其他污染場(chǎng)地至多在2種情景下存在高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。另外,污染源強(qiáng)、污染途徑和敏感受體的權(quán)重比例為0.25、0.5、0.25和0.2、0.6、0.2,即污染途徑權(quán)重較高時(shí),高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)污染場(chǎng)地個(gè)數(shù)相對(duì)較多,說(shuō)明污染途徑脆弱性情況對(duì)污染場(chǎng)地綜合環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)影響較大。
表7 不同權(quán)重情景下高綜合環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)污染場(chǎng)地統(tǒng)計(jì)Table 7 Statistics of contaminated sites with high comprehensive environmental risk levels under different weight scenarios
不同權(quán)重情景下中高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)污染場(chǎng)地排序結(jié)果見圖4??梢钥闯?,在不同權(quán)重情景下,H12和H15場(chǎng)地的排序穩(wěn)定且排名靠前,其他高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的排序則隨著權(quán)重的變化而變化,因此確定H12和H15為優(yōu)控污染場(chǎng)地。H2在多數(shù)情景下綜合環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高,確定為備選優(yōu)控污染場(chǎng)地。
圖4 不同權(quán)重情景下污染場(chǎng)地綜合環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)Fig.4 Comprehensive environmental risk ranking of contaminated sites under different weight scenarios
在優(yōu)控污染場(chǎng)地篩選的指標(biāo)分級(jí)問題上,仍存在不確定性和不足之處。在優(yōu)控污染場(chǎng)地篩選時(shí)是根據(jù)實(shí)際污染場(chǎng)地調(diào)查數(shù)據(jù)選取的指標(biāo),而指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是在國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上綜合確定的,存在一定的不確定性。雖然參考國(guó)內(nèi)外主流污染場(chǎng)地指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),有利于優(yōu)控污染場(chǎng)地篩選研究之間的對(duì)比分析,但污染場(chǎng)地的特征千差萬(wàn)別,具體到每一個(gè)區(qū)域的污染場(chǎng)地需要具體分析。
基于污染源強(qiáng)、污染途徑脆弱性和受體敏感性等主要篩選因素,建立了基于綜合環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的優(yōu)控重金屬砷污染場(chǎng)地篩選方法,初步確定了西南部某市砷渣優(yōu)控污染場(chǎng)地。得到以下主要結(jié)論:
基于綜合環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)污染源強(qiáng)、污染途徑脆弱性和受體敏感性進(jìn)行加權(quán)計(jì)算,其結(jié)果受權(quán)重分配影響較大。對(duì)于H15和H12場(chǎng)地來(lái)說(shuō),不同權(quán)重情景對(duì)其排序影響較小,而對(duì)H2、H4、H6、H8等污染場(chǎng)地來(lái)說(shuō),不同權(quán)重情景下,其排序結(jié)果變化較大。
優(yōu)控砷渣污染場(chǎng)地為H12和H15,備選優(yōu)控砷渣污染場(chǎng)地為H2。
今后,在優(yōu)控污染場(chǎng)地篩選的指標(biāo)分級(jí)問題上,應(yīng)結(jié)合國(guó)內(nèi)外調(diào)研和具體區(qū)域的污染場(chǎng)地特征綜合確定指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),降低指標(biāo)分級(jí)對(duì)優(yōu)控污染場(chǎng)地篩選結(jié)果的影響。
中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)2019年6期