（环境科学专业论文）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.pdf

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 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c r n i c u p b z n 。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) 一( o 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= c l a s s1 1 ( a b s o l u t e l yh i g h ) ，修复后 混合土壤= c l a s s3 ( q u i t el o w ) ，修复后砂粒组分= c l a s s3 ( q u i t el o w ) ，修复后 粘粒组分= c l a s s1 l ( a b s o l u t e l yh i g h ) 。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。 关键词：修复土壤，风险，模糊综合评价法，土地再利用 n 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 a f u z z y - - b a s e dm e t h o d o l o g yf o ra na g g r e g a t i v e e n v i r o n m e n t a lr i s ka s s e s s m e n to ft h ee x - s i t uc h e m i c a l r e m e d i a t i o ns o i l s m a j o r ：e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e n a m e ：z h a 0z h i h a o s u p e r v i s o r ：p r o f q i ur o n g l i a n g a b s t r a c t d u et ot h eg r e a th a r mo fh e a v ym e t a l ，i nr e c e n ty e a r s ，t h er e m e d i a t i o no fh e a v y m e t a lc o n t a m i n a t e ds o i lh a sb e e ne x t e n s i v ea t t e n t i o na r o u n dt h ew o r l d s e v e r a lk i n d s o fr e m e d i a t i o nt e c h n o l o g yh a v eb e e np r o g r e s s e ds i g n i f i c a n t l ya n ds o m eo ft h e mh a v e a l r e a d yb e e nc a r r i e di nt h ef i e l d h o w e v e r ，t h ee n v i r o n m e n t a lr i s ka s s e s s m e n to ft h e r e m e d i a t i o ns o i li sl a c ko fr e s e a r c ha n de x p l o r a t i o n , w h i c ha f f e c t st h ef u r t h e r d e v e l o p m e n to f t h es o i lr e m e d i a t i o nt h e o r ya n dt e c h n o l o g y i nt h i st h e s i s ，t h er e s t o r e d s o i l sr i s ko fp l a n tg r o w t h ，g r o u n d w a t e rs a f e t ya n dh u m a nh e a l t hh a v eb e e nd i s c u s s e d b a s e do nt h ee x - s i t uc h e m i c a ll e a c h i n gr e m e d i a t i o ns o i l b c r , s p l pa n dr b c a m o d e lh a v eb e e nu s e dt od e s c r i b et h eh e a v ym e t a l s p l a n t - a v a i l a b l e ，m o b i l i t y , c a r c i n o g e n i cr i s ka n dn o n c a r c i n o g e n i cr i s k t h e s ek i n d so fr i s ki t e m sa l s oh a v eb e e n c o m b i n e dt o g e t h e rt om a k eac o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n tb a s e do nf u z z yt h e o r yi n o t h e rt or e f l e c tt h ee x c e e d i n gd e g r e e ，b i o a v a i l a b i l i t ya n dm o b i l i t yo fh e a v ym e t a l si n r e s t o r e ds o i l a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r so ft h er e s t o r e ds i t e ，t h es e n s f f i v eo ft h er i s k a s s e s s m e n tr e s u l tr e s p o n s et ot h ew e i g h td i s t r i b u t i o ni n # a n tr i s k , g r o u n d w a t e rr i s k a n dh u m a nh e a l t hr i s kh a sa l s ob e e nf u r t h e rd i s c u s s e d ，w h i c hr e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h e f u z z yc o m p r e h e n s i v em o d e ld e v e l o p e di sh e l p f u lt om a k eaf u r t h e rm a n a g ed e c i s i o n t ot h er e s t o r e ds o i l n em a j o rf i n d i n g sa r ea sf o l l o w s ：( 1 ) a f t e rt h es o i lr e m e d i a t i o n , t h et o t a la m o u n ta n ds p e c i a t i o no fh e a v ym e t a l sw e r eb o mc h a n g e ds i g n i f i c a n t l y t h e e x c h a n g e a b l es p e c i a t i o no fh e a v ym e t a l sd e c r e a s e ds i g n i f i c a n t l ye x c e p tf o rz n ，砀e h e a v ym e t a lw e i g h tf a c t o rw i l lh a v eab e t t e rr e f l e c to fs u c ht w of a c t o r sa st o t a l a m o u n ta n da v a i l a b i l i t ya f t e rb e i n gm o d i f i e db yb c re x c h a n g e a b l ef o r m i th a sn o t i i i 基于模糊数学理论的化学淋洗修复十壤风险评价方法研究 o n l yc o n s i d e r e dt h es o i lp o l l u t i o nl o a db u ta l s ot h ea v a i l a b i l i t yo fh e a v ym e t a l si n p o l l u t e ds o i l ，w h i c hw i l lb ea b l et or e f l e c tt h ec r i s i sw e i g h to fh e a v ym e t a l st op l a n t g r o w t h 砀er e s u l t sc a l c u l a t e df r o mf u z z yc o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n tm o d e li n d i c a t e d t h a tt h er i s kt op l a n tg r o w t he f f e c t i v e l yr e d u c e df r o ma b s o l u t e l yh i g ht ol o wa f t e rt h e s o i lr e m e d i a t i o n ( 2 ) t h es p l pm e t h o ds h o w e dt h a tt h es o i lb e f o r er e m e d i a t i o nc a nb e d e f i n e da sh a z a r d o u sw a s t ea n dw a sm o r er i s k f u lt og r o u n d w a t e rs a f e a f t e rt h e l e a c h i n gr e m e d i a t i o n ，t h ei n f u s i n gc o n c e n t r a t i o no fh e a v ym e t a l so b t a i n e db ys p l p m e t h o dw a se f f e c t i v e l yr e d u c e d ，a n dt h ec o n c e n t r a t i o no fe v e r yh e a v ym e t a li ns t o n e s ， s a n da n dm i x e ds o i ls a m p l e sw a gl e s st h a nt h es t a n d a r dv a l u e t h e r e f o r e ，t h es o i lw a s h a r m l e s sa f t e rr e m e d i a t i o n t h er e s u l t sc a l c u l a t e df r o mf u z z yc o m p r e h e n s i v e a s s e s s m e n tm o d e li n d i c a t e dt h a t ，t h es a f e t yf a c t o rt og r o u n d w a t e ri n c r e a s e d6l e v e l ， a n de f f e c t i v e l yr e d u c e dt h er i s k ( 3 ) a f t e rt h es o i lr e m e d i a t i o n ，t h ec a r c i n o g e n i ca n d n o n - c a r c i n o g e n i cr i s k o fh u m a nh e a l t hh a sb e e ns i g n i f i c a n t l yr e d u c e d d i r e c t i n g e s t i o nt h r o u g hm o u t hi st h em a i n l yw a y o ft h eh e a v ym e t a l si n t oh u m a n sb o d y , a n dt h eo t h e rw a y s i n t a k e sa r ev e r ys m a l l c o m p a r e dt oa d u l t ，t h ed i r e c ti n t a k eo f c h i l di sg r e a t e rt h a na d u l ti na no r d e ro fm a g n i t u d ew h i l et h eo t h e rw a y sm u c hl e s s f o rc h i l d ，t h ed i r e c t e x p o s u r ep r o c e s sh a s t h el a r g e s tc o n t r i b u t i o no nt h e n o n - c a r c i n o g e n i cr i s k ，b u tf o ra d u l tt h a tw o u l db es k i na b s o r p t i o ne x p o s u r e e i t h e r d i r e c t l y a b s o r b e dt h r o u g ht h es k i no r d i r e c t l yi n g e s t i o nt h r o u g hm o u t h ，t h e c o n t r i b u t i o no fd i f f e r e n th e a v ym e t a lt ot h en o n - c a r c i n o g e n i ci si no r d e ro fc r n i c u p b z nb o t hf o rc h i l da n da d u l t t h ef u z z yc o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n tm o d e l c a l c u l a t i o nr e s u l t ss h o w e dm a ta f t e rs o i lr e m e d i a t i o n , w h e t h e rc h i l do ra d u l t ，t h er i s k f o rh u m a nh e a l t ha r ea tar e l a t i v e l yl o wl e v e lo fr i s k ( 4 ) f o rav a r i e t yo fs o i lt y p e s ， t h ew e i g h td i s t r i b u t i o ni nh u m a nh e a l t h , p l a n t sa n dg r o u n d w a t e rw o u l dm a k eag r e a t i m p a c tt o t h ee v a l u a t i o nr e s u l t s i ng e n e r a l ，t h er i s ko fs o i lb e f o r ea n da f t e r r e m e d i a t i o nt ot h ee n v i r o n m e n tw o u l db eg r o u n d w a t e r h u m a nh e a l t h p l a n t s b a s e do nt h ea n a l y s i so fs i t ec h a r a c t e r i z a t i o n , t h i ss t u d ys u g g e s t st h a tt a k i n g ( t h e h u m a nh e a l t hw e i g h t ，p l a n tw e i g h t ，g r o u n d w a t e rw e i g h t ) = ( o 4 ，0 2 ，0 4 ) i n t oa c c o u n t w o u l db em o r ea p p r o p r i a t e u n d e rt h i sw a yo fw e i g h td i s t r i b u t i o n , t h ee v a l u a t i o n r e s u l t sf o rt h es o i lb e f o r er e m e d i a t i o nw o u l db ec l a s s1 l ，、衍t ht h er e m a r k a b s o l u t e l y h i g h ，a n dt h ee v a l u a t i o nr e s u l t sf o rt h es o i la f t e rr e m e d i a t i o nw o u l db ec l a s s3 ，喇m t h er e m a r k q u i t el o w t h e r e f o r e ，t h er e m e d i a t i o np r o c e s sh a se f f e c t i v e l yr e d u c e d t h er i s ko fs o i lo nt h es u r r o u n d i n ge n v i r o n m e n ta n dh u m a nh e a l t h f o rt h ed i s p o s a lo f i v 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 t h es o i la f t e rr e m e d i a t i o n ，t h i ss t u d ys u g g e s t e dt h a tb a c k f i l li n s i t u , b u ti fc o n d i t i o n s a l l o w , t h er e s t o r e dc l a yc o m p o n e n tc a nb es e p a r a t e l ys e n tt ot h eh a z a r d o u sl a n d f i l lf o r d i s p o s a lb e c a u s ei t ss m a l la m o u n tb u t 、i t l ll l i g hr i s k ( 5 ) 1 1 1 ef u z z yc o m p r e h e n s i v e m o d e ld e v e l o p e di nt h i s s t u d yh a sc l a s s i f i e dt h er i s ki t e r n sb a s e d0 1 1t h ea c t u a l s i t u a t i o no ft h es u r r o u n d i n ge n v i r o n m e n t a ls i t u a t i o no ft h er e p a i rs i t e i th a ss o l v e dt h e p r o b l e m so fm u l t i - r i s kr e s u l td u et oc o m p l e xr i s ki t e m sb u to n l yh a sac o m p r e h e n s i v e r e s u l t i na d d i t i o n , a f t e rt h ec l a s s i f i e dt h er i s ki t e m s ，t h ec o n n e c t i o nb e t w e e nr i s k i t e m sa n de n v i r o n m e n t a lf a c t o rw o u l db em o r ec l o s e l ya n dt h ec o m p r e h e n s i v er e s u l t a l s os u p p o r t st h eg o v e r n m e n tt om a k ead e c i s i o na b o u tt h el a n du s eo fr e s t o r e ds i t e k e y w o r d s ：r e s t o r e ds o i l ，r i s k ，f u z z yc o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n tm o d e l ，l a n dr e u s e v 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 图表 图1 1 从化市鳌头镇小坑村兴华电镀厂工业废弃地位置图l o 图1 2 兴华电镀厂工业废弃地污染土壤化学淋洗修复工艺图l l 图2 1 模糊综合评判程序1 7 图2 2 几种常见的偏小型模糊分布。1 9 图2 3 几种常见的偏大型模糊分布2 0 图2 4 几种常见的中间型模糊分布2 2 图3 1 修复场地周围土地利用类型示意图2 7 图3 2 修复场地土壤系统的“输入一和“输出 。2 8 图3 3 各组分重金属去除率( 累积率) 。3 3 图3 4 各组分重金属形态分布3 5 图3 5 人体健康风险评价概念模型3 7 图3 - 6 儿童修复前后各组分土壤三种途径摄入量4 3 图3 7 成年修复前后各组分土壤三种途径摄入量4 4 图3 8 各种摄入途径对非致癌风险和致癌风险的贡献4 6 图3 - 9 各金属对非致癌风险和致癌风险的贡献4 6 图3 1 0 重金属消化吸收量与百分率4 7 图4 1 模糊综合评价模型架构。6 l 图4 2 模糊综合评价模型在本研究中的应用6 l 图4 3 修正前后重金属权重因子的变化6 7 图4 - 4 修复前土壤权重分配对评价结果的影响7 6 图4 5 修复后混合土壤权重分配对评价结果的影响。7 6 图4 6 修复后砂粒组分权重分配对评价结果的影响7 7 图4 7 修复后粘粒组分权重分配对评价结果的影响7 7 表2 1 单因子指数p ，与污染程度的定性描述对照表。1 4 表2 2 尼梅罗综合指数，与污染程度的定性描述对照表。1 4 表2 3 重金属潜在生态危害系数e 与生态危害程度关系1 6 表2 _ 4 潜在生态危害指数脚与生态危害程度关系1 6 表3 1 修复前后土壤理化性质【l8 】。2 6 表3 2 修复前后土壤重金属含量( m g k 9 1 ，样品数，l = 3 ) 3 1 表3 3 修复f ；i 土壤各组分重金属含量( m g k g 。1 ) 。3 l 表3 4 修复前后土壤s p l p 浸出结果( 刀= 6 ，m g l d ) 一3 6 表3 5 直接摄入污染土壤指标参考值3 8 表3 - 6 皮肤接触各指标参考值。3 9 表3 7 吸入土壤飘尘各指标参考值4 0 表3 8 致癌风险斜率系数4 1 表3 - 9 非致癌慢性参考剂量4 2 表3 1 0 修复前后土壤各组分总摄入量( m g ( k g d ) d ) 4 2 表3 1 1 修复前后土壤的致癌和非致癌风险4 5 基十模糊数学理论的化学淋洗修复土壤风险评价方法研究 表3 1 2 修币前后儿童直接摄入量对比( m g ( k g d ) _ ) 4 8 表3 1 3 修正前后成年直接摄入量对比( m g ( k g d ) d ) 4 8 表3 1 4c r 各风险指标p e a r s o n 相关系数( n = 1 2 ，t w o - t a i l c d ) 。5 0 表3 1 5c u 各风险指标p e a r s o n 相关系数( n = 1 2 ，t w o t a i l e d ) 5 1 表3 1 6n i 各风险指标p e a r s o n 相关系数( n = 1 2 ，t w o t a i l e d ) 5 2 表3 17p b 各风险指标p e a r s o n 相关系数( n = 1 2 ，t w o t a i l e d ) 5 3 表3 1 8z n 各风指标p e a r s o n 相关系数( n = 1 2 ，t w o - t a i l e d ) 。5 4 表3 1 9 修复前后土壤氰化物含量5 6 表3 2 0 修复i i 后土壤氰化物摄入量( m g ( k g d ) 叫) 5 7 表4 1 评价指标体系6 3 表4 - 2 权重因子分配表7 4 9 1 论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容 外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作 品成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文 中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人 承担。 学位论文作者签名内；痈、 日期：伊7 年，。月目日 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交 论文的电子版和纸质版，有权将学位论文用于非赢利目的的少 量复制并允许论文进入学校图书馆、院系资料室被查阅，有权 将学位论文的内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、 缩印或其他方法保存学位论文。 学位论文作者签名：勘f 矾、导师签名：1 n 点九 日期：7 年。月日 日期：年月日 基于模糊数学理论的化学淋洗修复十壤风险评价方法研究 第一章绪论 土壤是地球生态系统的重要组成部分之一，它不仅提供给生命体以生存的空 间，也提供给生命体维持生命和生长的物质基础。随着人口的增长和城市发展水 平的不断提高，土壤承受的压力也急剧升高，一方面表现为土壤自然出露面积的 不断减少，另一方面则表现为污染物源源不断地输入。土壤污染，尤其是土壤重 金属污染，近几年来已经逐渐成为民众关注的环境热点问题之一，污染土壤修复 技术也在相关政府部门的推动下和科研人员的不断努力下，获得快速的发展，然 而针对污染土壤修复效果进行评价的相关研究和修复基准的制定却发展相对缓 慢。污染土壤修复效果评价，是污染土壤治理的重要组成部分之一，构建科学合 理的评价模式，有利于对修复后土壤的安全性做出合理的评估，为土地再利用方 案的制定提供支持，促进污染土壤修复技术的发展。 1 1 研究背景及意义 1 1 1 研究背景 近年来，随着工农业以及经济的迅猛发展，人类社会对重金属资源需求量迅 速增长，重金属污染问题也日趋严重【1 ，2 1 。重金属作为一种持久性有毒污染物， 对土壤的污染不仅具有隐蔽性、滞后性、累积性、地域性和不可逆转性【3 】，而且 具有难以恢复，治理成本高甚至是不可恢复等特点【4 】。重金属污染不仅严重影响 到农作物的生长和质量，并能够通过扬尘，手口直接接触和食物链进入人体， 在人体内积累，危害人体健康1 5 1 ，如a s 能够引起色素沉淀与衰退、手足角质化 等各种皮肤病；c d 会诱发肾病、肺癌等；c r 容易引起皮肤过敏，长期接触c r ( v i ) 会诱发细胞癌变：p b 会降低儿童智商，造成成人血压升高；n i 会诱发呼 吸道疾病，z n 在高浓度情况下会与人体内c a 代谢竞争，造成人体免疫力下降等 【6 l 。由于土壤重金属污染危害极大，近年来重金属污染土壤的修复工作得到了世 界各国的广泛重视，各类重金属污染土壤修复技术有了很大的进展，其中有些修 复技术已进入现场应用阶段，取得了较好的治理效果，如美国环保局( e p a ) 于 1 9 8 0 年建立起有毒废物堆放场污染清除超级基金( s u p e r f u n d ) ，用于督促和治理 闲置不用或被抛弃的危险废物处理场，并对危险物品泄漏做出紧急反应，至今积 l 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 累了大量的案例【7 】；2 0 0 6 年4 月l o 同我国环保部与e p a 签订了关于危险和固 体废弃物管理合作的战略，提出与e p a 合作进行污染修复的战略目标；近年来 在国内，仇荣亮等科研工作者主导建立起多金属污染土壤化学淋洗修复工程、多 金属污染土壤植物修复基地等，取得一系列的研究成果o 】。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。重金属污染土壤修复后，其修复效果如何，是否达到预 定的工程目标或修复的标准，是否还会对土壤生态系统和人类的健康构成威胁， 需要对修复后的土壤进行后效观察并进行环境质量风险评价，通过灵敏和有效的 诊断方法为重金属污染土壤修复效果给出明确的答复”1 3 1 。 当前，国外一些发达国家，如美国，加拿大，丹麦，荷兰等，已经建立起各 类土壤修复标准用于评价土壤修复效果【1 4 1 ，然而在国内对于重金属污染土壤修 复效果的评价，一般是采用传统的环境质量风险评价模型，如单因子指数法、复 合指数法等，比较土壤中重金属的总量与土壤环境质量标准( g b l 5 6 1 8 1 9 9 5 ) 中的各级土壤标准值，并没有相应的土壤修复标准可供参考。实际上，在应用各 类修复技术对土壤中重金属进行去除的过程中，受技术本身限制和土壤中各类因 素的干扰，重金属并不能彻底地从土壤中清除，在总体含量下降的同时往往也表 现出重金属在土壤中形态分布的明显变化【垮1 引，对于多金属复合污染土壤，往往 还表现出污染主导因子的改变，单纯依靠重金属在土壤中残留的全量并无法全面 表征修复技术的治理效果，目标污染物的减少并不意味着土壤在生态学意义上的 安全性，如b a r o n a ( 2 0 0 1 ) 研究表明，经e d t a 淋洗后土壤p b 增强了移动性， 生态风险反而提高f ”】。另外一方面，土壤是一个开放的系统，作为生态系统的 重要组成部分，其对环境的影响是多方面的，单纯依靠土壤中污染物全量并无法 综合表征其对植物、人体和地下水等的风险，不利于对修复后土壤效果进行综合 评估，给土地再利用方案的制定带来不确定因素。 近年来，国内外学者在土壤重金属污染评价方面取得了很多成果f 旧。2 2 1 ，但是， 应用于重金属污染土壤修复效果综合评价的方法还很少。为了全面表征修复后土 壤的整体质量，有必要将土壤中重金属总量，生物有效性，移动性和毒性等紧密 联系起来，依靠化学、生物和数学的方法进行联合研究，综合表征土壤对植物、 人体和地下水的风险，为土壤修复效果和修复土地再利用风险提供最可靠的结 2 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 果。 1 1 2 研究意义 目前，土壤污染的评价多数只依赖于对土壤中单个或多个污染物的总量进行 分析，这虽然能快速地掌握土壤污染的基本情况，但也只能在一定程度上代表土 壤的污染水平，不能全面反映土壤的污染状况【2 3 l 。污染土壤修复效果评价，基 本上是沿用传统的土壤污染评价方法，然而土壤污染评价与污染土壤修复效果评 价本质上是不同的两个概念【2 4 1 。土壤污染评价与土壤质量标准紧密联系，目的 在于把握土壤污染的基本情况，为污染治理等工作的开展提供信息，其落足点在 于污染控制；污染土壤修复效果的评价与土壤修复标准目标紧密联系，目的在于 判断修复效果是否达到修复目标及修复后土壤的生态安全性，其不仅与污染物残 留量有关，也与残留污染物的有效性、移动性和毒性等相关，其落足点在于削减 污染。污染控制的根本在于防止土壤污染程度的加剧，而削减污染的根本在于通 过技术手段使得土壤的污染程度降低以便土地再利用，前者使用的评价标准要严 格于后者，而后者的评价要求比前者更为全面，仅仅依靠残留污染物的总量并无 法全面表征其对植物、人体和地下水等环境因子的综合影响。评价重金属污染土 壤的修复效果，一方面，不仅要考虑重金属在土壤中的残留量，另外一方面，需 与场地特征进行联系，综合考察残留重金属对各种潜在作用对象的风险性，如对 植物的有效性、对人体健康的影响，对地下水安全的影响等，特别是经化学修复 技术治理后的土壤，在原有土壤物理结构和化学平衡受到破坏的情况下，重金属 在土壤中有效性、移动性和毒性主导因子等都可能发生显著变化，在评价的同时 需对其做出详细分析，而目前传统的土壤污染评价方法显然无法将这两者进行有 效结合。此外，传统的土壤污染评价依赖于各类环境质量标准中的分类，采用的 评价模型具有明确的边界，污染因子不管接近还是远离评价边界在评价结果中不 能得到体现，而对于复合污染类型，则往往忽略污染因子权重的影响，评价结果 无法全面体现土壤的质量信息【2 5 1 。因此，对污染土壤修复效果进行后评估，需 建立一种新的评价模式。 本文以模糊数学理论为基础，结合异位化学淋洗修复工程实例，把修复后土 壤中重金属总量，生物有效性，移动性和毒性等进行横向联系，针对场地特征， 3 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 将植物、地下水和人体等潜在作用对象进行纵向联系，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，同时又反映重金属的生物有效性、移动性 和毒性作用，使得评价结果更为全面、合理和统一，以期为重金属污染土壤化学 淋洗修复后评估和土地再利用方案的制定提供技术性支持。 1 2 国内外研究现状和进展 1 2 1 城市土壤重金属污染现状 自然界存在一百多种元素，其中约有八十多种是金属元素，而重金属是指原 子密度大于或等于5g - c m 弓的金属，约有4 5 种，包括生物生长不需要的元素， 如p b 、c d 、h g 、a s 、t i 和u 等，也包括生物生长所必需的微量元素，如c o 、 c u 、m n 、s e 和z n 等【3 l 。重金属的地质背景含量很低，如在地壳中，c d 、c u 、 m n 、p b 和z n 的平均背景含量分别为0 0 9 7 、2 2 6 、5 8 3 、2 6 0 和7 4 2m g k g 。1 【2 6 1 ， 但随着人类在生产和生活方面的广泛应用，大量重金属通过工业烟尘、废水和废 物等途径进入大气、水体和土壤等环境介质，最终汇集到土壤圈，造成土壤重金 属污染，如张乃明( 2 0 0 1 ) 研究发现，太原市由于大气沉降造成土壤h g 、c d 和 p b 的累积量分别为4 4 8 、5 7 9 和3 4 7g h a a 1 【2 7 】。大规模的重金属污染出现于1 8 世纪末和1 9 世纪初，如泰晤士河污染事件，到2 0 世纪中期污染已经达到十分严 重的程度，据初步统计，中国受c d 、a s 、c r 和p b 等重金属污染的耕地面积近2 1 0 7h m 2 ，约占总耕地面积的1 5 1 2 引。 过去的很多年里，人们更多关注的是农业土壤中的重金属污染，而城市土壤 重金属污染一直被人们所忽视，事实上，大部分重金属污染物含量城市土壤普遍 高于郊区农村土壤 2 9 - 3 2 1 ，对比农业土壤，城市污染土壤，特别是未被绿化覆盖的 工业废弃地，同样可能通过飘尘、接触和误食等途径危害到公众健康【3 3 1 ，而吞 食、吸入和皮肤吸收更是被广泛认为是重金属进入儿童体内的重要途径 3 4 - 3 6 。城 市是人类生产和生活的重要场所，城市土壤是构成城市环境的一个主要部分，随 着城市化发展和旧城区改造，大量的污染企业搬出城区，遗留场地成为城市的“棕 色地块 ，土壤重金属污染问题十分突出 3 7 - 3 9 1 以广州市为例，自2 0 0 5 年起实施 “退二进三 规划，将把辖区内的4 2 7 家污染企业从市区撤出，其中6 5 家大气 污染重点企业，1 3 4 家水污染重点企业，同时还包括2 2 8 家广东省要求全面达标 4 基于模糊数学理论的化学淋洗修复十壤风险评价方法研究 的重点污染企业，随着第二产业占主导的产业结构局面逐渐被大力发展的第三产 业所代替，大量的工业企业用地将被置换成其它类型用地，长久以来潜在的土壤 污染问题也将逐渐暴露出来。在土地资源日益紧缺的情况下，工业废弃地对城市 而言是宝贵的土地资源，但其土壤污染问题却制约了这些土地的再利用。目前， 为了充分利用土地资源，城市土壤污染问题，尤其是工业废弃地土壤污染问题正 在日益受到重视【3 0 , 3 2 , 4 0 l ，如国家环保部于2 0 0 4 年6 月发出了关于切实做好企 业搬迁过程中环境污染防治工作的通知，要求切实做好企业搬迁过程中的环境 污染防治工作，其中重金属的污染治理更是成为搬迁企业用地土壤环境治理的重 要组成部分。综上所述，近年来城市土壤重金属污染不仅因其严重性受到政府的 高度重视，也因其关系到民众健康而备受关注。城市污染土壤，尤其是工业废弃 地的污染治理和恢复工作都势在必行，工业废弃地的研究和治理将会成为2 1 世 纪最受关注的研究热点之一。 1 2 2 化学淋洗修复技术研究进展 目前重金属污染土壤治理主要固化技术，熔融技术，淋洗技术，电动修复技 术和植物修复技术等【4 。我国在过去十多年里，重金属污染土壤的植物修复技 术由于其较低的成本和环境友好性引起了众多的关注【4 2 - 4 4 1 。但是，重金属超累积 植物具有生长缓慢、生物量低、生长环境特殊等特征，很难满足经济和环境的需 求，并且常常受到当地气候条件以及可用植物物种的限制，而城市污染土地的处 理一般要求时间短，而在国外，土壤淋洗技术正以其广泛的适应性和快速性而被 广泛地在实验室进行研究并且应用于野外实际治理中【4 5 1 。 土壤淋洗技术是采用酸、碱、螯合剂、盐类及表面活性剂等 1 6 , 4 6 4 8 1 ，增加重 金属在土壤中的溶解性和可移动性，并通过冲洗、淋滤、浸提等方式，从而达到 移除污染土壤中的重金属的目的。土壤淋洗技术比较适合于多为砂性土壤的城市 工业废弃土壤修复，当土壤中的粘土以及腐殖质含量增加时，土壤淋洗的效果有 可能会降低。大多数重金属在土壤中均以不可溶的形态存在，因此在土壤淋洗过 程中需要额外地添加淋洗试剂来增加其在土壤中的溶解性和可移动性。常用的用 于重金属淋洗的试剂包括鳌合剂，无机酸以及表面活性剂。鳌合剂比如e d t a ， n t a ，柠檬酸，n h 4 + 和i 溶液等能和某种重金属形成可溶的络和物而大大地增加 5 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 该重金属在水相中的可移动性，而盐酸或硝酸等酸性物质能通过改变土壤中的 p h 而促进重金属在水中的溶解。另外也有研究者利用表面活性剂来处理重金属 污染的土壤，因为这类表面活性剂可以改变土壤中有机物构成，从而增加与有机 质结合的重金属的解吸【4 9 ，一o l 。 化学淋洗修复技术按其实际操作方式可分为原位土壤冲洗、异位土