本文分析拉薩市垃圾填埋場地下水鉛的修復(fù)技術(shù)，是基于拉薩市的自然環(huán)境和社會環(huán)境來選取建設(shè)條件、技術(shù)條件、經(jīng)濟條件、環(huán)境條件、污染特征及水化學(xué)特征6個方面作為評價指標(biāo)體系。先利用AHP確定權(quán)重，然后用TOPSIS法對指標(biāo)體系的優(yōu)劣進行排序分析。以AHP和TOPSIS相結(jié)合的方法完成綜合分析，最后通過評價結(jié)果確定了最適宜的修復(fù)方案。
周文武1 陳冠益1,2* 旦 增1,2* 窮達(dá)卓瑪1 周 鵬1 汪 晶1
（1.西藏大學(xué) 理學(xué)院；2.天津大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院）
西藏地區(qū)由于近幾年經(jīng)濟的發(fā)展，生活水平的逐漸提高以及旅游業(yè)的興起，產(chǎn)生大量的生活垃圾和旅游垃圾。對于城市生活垃圾的處理，在西藏地區(qū)主要還是以衛(wèi)生填埋為主。而拉薩市垃圾填埋場使用接近20年，隨著使用年限的增加，垃圾填埋場的防滲層可能出現(xiàn)一些安全隱患。垃圾填埋場在使用中會產(chǎn)生大量的氣體和滲濾液，如果防滲措施功能不佳，則會對周圍的大氣、地下水、地表水和土壤等自然環(huán)境有所污染。則防滲層的損壞會造成污染物的泄漏，這些污染物中包含大量的重金屬。如果地下水中出現(xiàn)鉛的泄漏，會造成鉛的超標(biāo)和引起多種疾病，例如腎損傷、不孕、流產(chǎn)、鉛腦病、腹絞痛、溶血性貧血等。而目前主要處理含鉛的地下水方法有物理屏蔽法、抽出處理法和原位修復(fù)法。采用AHP(層次分析法)和TOPSIS法(逼近理想解排序法/優(yōu)劣解距離法)相結(jié)合分析。其中，AHP決策分析法是由美國運籌學(xué)家Saaty提出的一種定性與定量相結(jié)合的決策分析方法。TOPSIS法是由Hwang等提出，根據(jù)有限個評價對象與理想化目標(biāo)的接近程度進行排序的方法，是多目標(biāo)決策中經(jīng)常使用的方法。例如，張婧等運用AHP-TOPSIS方法選取填埋場區(qū)域氨氮污染地下水的修復(fù)方案，結(jié)果表明，空氣注入+原位修復(fù)技術(shù)更適合地下水修復(fù)。王紀(jì)洋等用AHP-TOPSIS模型評價了危險化工工藝的風(fēng)險等級。張士寬等運用AHP和MCDA進行地下水污染修復(fù)技術(shù)優(yōu)選排序，表明抽出處理技術(shù)、原位微生物修復(fù)技術(shù)較為理想?；襞实扔肁HP和模糊評判法對垃圾填埋場選址的應(yīng)用進行對比，表明2種方法結(jié)合可提高評判結(jié)果的準(zhǔn)確度。吳軍年等也運用AHP法選取廢渣庫的選址確定環(huán)境經(jīng)濟最適宜場址。陳海濱等用AHP確定權(quán)重和節(jié)約法對收運路線進行優(yōu)化，從而選取村鎮(zhèn)生活垃圾收運路線。李丹丹等以甕安縣農(nóng)產(chǎn)品基地農(nóng)用地土壤作為研究對象，用GIS、地統(tǒng)計分析法和組合賦權(quán)TOPSIS模型法進行了綜合評價。趙國存等用AHP-TOPSIS方法評價裝備保障信息，提到該模型的優(yōu)點在于不損失指標(biāo)初始信息，使評價結(jié)果與實際非常接近。本文分析拉薩市垃圾填埋場地下水鉛的修復(fù)技術(shù)，是基于拉薩市的自然環(huán)境和社會環(huán)境來選取建設(shè)條件、技術(shù)條件、經(jīng)濟條件、環(huán)境條件、污染特征及水化學(xué)特征6個方面作為評價指標(biāo)體系。先利用AHP確定權(quán)重，然后用TOPSIS法對指標(biāo)體系的優(yōu)劣進行排序分析。以AHP和TOPSIS相結(jié)合的方法完成綜合分析，最后通過評價結(jié)果確定了最適宜的修復(fù)方案。
拉薩市垃圾填埋場隨著使用年限的增長，填埋場區(qū)域地下水中重金屬鉛的含量偏高。為了更好地保護地下水，采用物理屏蔽法、抽出處理法和原位修復(fù)法作為修復(fù)方案。運用AHP-TOPSIS方法來選取最佳修復(fù)方案：先通過AHP層次分析法確定權(quán)重，選取了建設(shè)條件、經(jīng)濟條件、技術(shù)條件、環(huán)境條件、污染物特征、水化學(xué)特征6個指標(biāo)體系來建立層次分析模型；然后采用TOPSIS接近理想目標(biāo)的排序方法對修復(fù)方案的選取進行優(yōu)劣排序分析。結(jié)果表明：2種方法綜合分析得到的權(quán)重值由大到小的順序為原位修復(fù)法、物理屏蔽法、抽出處理法，最后確定原位修復(fù)技術(shù)更加適合于該場區(qū)地下水修復(fù)。
AHP主要用于分析多目標(biāo)、多要素和多層次的復(fù)雜決策問題，將問題分解為若干具有條理性的層次和因素，建立層次分析的模型，然后比較每一層次的要素，得到相對重要的標(biāo)度建立矩陣，從而計算出最大特征值和特征向量，即可得出不同方案的權(quán)重。AHP決策分析的主要步驟如下：
1)分析問題。了解問題所涉及的范圍和因素關(guān)系，掌握充分的實際信息。
2)建立層次結(jié)構(gòu)模型。對問題的要素進行分組分層次分析：目標(biāo)層—準(zhǔn)則層—措施層排列，建立層次結(jié)構(gòu)模型。
3)建立判斷矩陣。該步驟中評定層次中元素間的相對重要程度判斷，進行兩兩比較。元素間的相對重要性的判斷值采用1～9標(biāo)度法。
4)層次單排序。對上層次中某元素而言，確定本層次與之間有聯(lián)系的各元素重要性次序的權(quán)重值，是層次總排序的基礎(chǔ)。這一層次計算矩陣的特征根和特征向量，計算出最大特征根，再計算權(quán)重值。為了使矩陣合理化，需要進行一致性檢驗。計算出的一致性指標(biāo)要與表2中RI平均一致性指標(biāo)比較。其中的比值CR若<0.1，則矩陣具有一致性；若>0.1，則矩陣需要進行調(diào)整滿足一致性。
5)層次總排序。計算所有元素的權(quán)重值，對每個層次進行逐層排序。判斷層次總排序是否具有一致性，也需要進行一致性檢驗。
而AHP分析方法主要是計算最大特征值和特征向量，有2種方法(方根法、和積法)，這里主要采用和積法。
TOPSIS是在歸一化后的原始數(shù)據(jù)矩陣中，找出方案中最優(yōu)方案和最劣方案，然后計算各評價對象與各方案距離，獲得評價對象與最優(yōu)方案的相對接近程度，其步驟如下：
層次總排序與目標(biāo)層矩陣X進行規(guī)范化，得到標(biāo)準(zhǔn)綜合矩陣R：
加權(quán)規(guī)范化綜合矩陣V：屬性的權(quán)重向量ω和規(guī)范化矩陣R結(jié)合：
根據(jù)V，選擇指標(biāo)得分最多的為正理想解V+，得分少的為負(fù)理想解V-，然后計算方案和正負(fù)理想解的距離D。
確定相對接近度C，進行排序：
Ci按大小排序，值最大者最優(yōu)的方法。
拉薩垃圾填埋場地下水修復(fù)技術(shù)選取
1.拉薩市垃圾填埋場地下水監(jiān)測結(jié)果
根據(jù)拉薩市垃圾填埋場項目特點和該項目所在地的地質(zhì)環(huán)境狀況，在該填埋場周圍6個監(jiān)測井中選取4個沒有被異物堵住的監(jiān)測井進行監(jiān)測。按照HJ/T164—2004《地下水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》和GB/T 14848—2017《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，確定主要監(jiān)測的指標(biāo)有pH值、電導(dǎo)率、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、化學(xué)需氧量、石油類、揮發(fā)酚、鉻(六價)、氰化物、陰離子表面活性劑、砷、汞、硒、鎘、鉛、溶解性總固體、總硬度、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氟化物、銅、鋅、氯化物，水質(zhì)檢測結(jié)果如表3所示。依照GB/T 14848—2017 Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)值計算污染物超標(biāo)率，可以看出重金屬中僅有鉛超標(biāo)。表3 地下水質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計
2.地下水修復(fù)技術(shù)決策層次分析模型
地下水鉛污染修復(fù)技術(shù)主要由物理屏蔽、抽出處理和原位修復(fù)技術(shù)。其中，物理屏蔽法主要通過隔離受污染的水體，來減少周圍水體污染，缺點是處理范圍小和地下水污染初期治理。抽出處理是目前最為普遍的方法，將受污染地下水抽出，然后對其凈化處理，該方法可以防治污染水體向周圍遷移，但是存在浪費大量水資源和能量的缺點。而原位修復(fù)技術(shù)是目前主要的發(fā)展方向，包括滲透反應(yīng)格柵、原位生物修復(fù)、動電修復(fù)技術(shù)，這3種技術(shù)分別具有無需外加動力、節(jié)省空間、經(jīng)濟便捷，成本低、不破壞生態(tài)平衡，人工需求少、經(jīng)濟高效等優(yōu)點。水化學(xué)特征中，pH會影響化學(xué)和生物技術(shù)修復(fù)過程，會對污染物產(chǎn)生影響。因此，綜合考慮主要從場地建設(shè)條件、技術(shù)條件、經(jīng)濟條件、環(huán)境條件、污染特征及水化學(xué)特征6個方面選取了17 指標(biāo)，建立指標(biāo)體系，如圖1所示。自上而下建立了目標(biāo)層(A)、準(zhǔn)則層(B)、子準(zhǔn)則層(S)、措施層(P)。
根據(jù)1～9標(biāo)度法的判斷值，對同一層次中的因素進行兩兩比較，構(gòu)造矩陣。因此，構(gòu)造目標(biāo)層A對準(zhǔn)則層B的判斷矩陣A-B，見表4。計算出向量AW=[1.473, 1.496, 0.846, 0.578, 1.625, 0.196]T，CI=0.055，而RI參選表2選取1.24，得出CR=0.044<0.1，說明此矩陣具有可接受的一致性。由表4可看出：準(zhǔn)則層中污染特征、技術(shù)條件、建設(shè)條件是修復(fù)過程中主要考慮的因素，3個條件權(quán)重分別為0.266、0.249、0.235。但在修復(fù)過程中經(jīng)濟條件也要考慮，尤其是修復(fù)中的設(shè)備投資、成本運行等因素，其權(quán)重為0.129，其重要性處于第4位。在修復(fù)過程中也要考慮對周邊環(huán)境的影響，其權(quán)重為0.09，其重要性位于第5位。最后在修復(fù)過程中要特別考慮到水化學(xué)特征，因為水中的pH對修復(fù)過程中的化學(xué)和生物技術(shù)會產(chǎn)生一定的影響。張婧等在通過AHP-TOPSIS方法對填埋場地下水污染氨氮的空氣注入+原位生物修復(fù)和P&T+生物法兩種修復(fù)方法的比選中，也認(rèn)為技術(shù)指標(biāo)和場地條件要比經(jīng)濟指標(biāo)和環(huán)境指標(biāo)更為重要。張伯強等在采用AHP法和MCDA法對填埋場地下水修復(fù)技術(shù)優(yōu)選中表明技術(shù)指標(biāo)權(quán)重要比經(jīng)濟指標(biāo)和社會環(huán)境指標(biāo)權(quán)重大。張伯強等用MCDA選取沙漠地區(qū)污染地下水修復(fù)技術(shù)中也得出技術(shù)指標(biāo)權(quán)重要比經(jīng)濟指標(biāo)和社會環(huán)境指標(biāo)權(quán)重大。表4 目標(biāo)層對準(zhǔn)則層判斷矩陣
通過公式計算出：準(zhǔn)則層B對子準(zhǔn)則層S的判斷矩陣B1-S1-2、B2-S3-7、B3-S8-11、B4-S12-14、B5-S15-16、B6-S17，如表5所示。可知：對修復(fù)影響最大的是污染物類型，其權(quán)重為0.228。其次，地質(zhì)條件在修復(fù)過程中也有重要的影響，其權(quán)重為0.157。修復(fù)過程中的技術(shù)成熟度也相當(dāng)重要，其權(quán)重為0.088；修復(fù)過程中技術(shù)可實施性也存在影響，其權(quán)重為0.079；修復(fù)中的水文條件也是一個因素，其權(quán)重均為0.078；在修復(fù)過程中設(shè)備投資也有一定影響作用，其權(quán)重為0.054；修復(fù)中也要注意水資源的保護，其權(quán)重為0.045；在修復(fù)中，修復(fù)周期也有影響，其權(quán)重為0.041。污染物濃度、后期管理費用、pH、生態(tài)保護也起到一定作用，其權(quán)重分別為0.038、0.035、0.031、0.030。當(dāng)然，在修復(fù)過程也要注意運行成本、修復(fù)效率、工人健康安全、監(jiān)測費用、副產(chǎn)品危害等問題，其權(quán)重分別為0.025、0.024、0.017、0.016、0.015。表5 層次總排序
構(gòu)造次準(zhǔn)則層對措施方案層的判斷矩陣，計算出目標(biāo)層對措施層的優(yōu)化矩陣，見表6。方案層對次準(zhǔn)則層的矩陣為3階，RI=0.58。通過AHP的計算，總權(quán)重0.426(原位修復(fù)法)>0.293(抽出處理法)>0.282(物理屏蔽法)，因此原位修復(fù)法適合該地地下水鉛的修復(fù)技術(shù)。有學(xué)者研究填埋場地下水污染修復(fù)方案的比選中，也顯示原位修復(fù)類的方法優(yōu)于其他方法。表6 目標(biāo)層對方案層的優(yōu)化矩陣
4.TOPSIS計算最優(yōu)排序結(jié)果分析
在V中選擇各措施方案的得分最多的正理想解V+和得分最少的負(fù)理想解V-，再計算各措施方案的D+、D-和相對接近度Ci，如表7所示。表7 各方案措施的距離計算和相對接近度
根據(jù)相對接近度確定修復(fù)方案優(yōu)劣排序，由表7可看出：相對接近度Ci(原位修復(fù)法)>Ci(物理屏蔽法)>Ci(抽出處理法)，所以原位修復(fù)法在該地區(qū)更適合地下水鉛的修復(fù)。目標(biāo)層對方案層的分析優(yōu)化矩陣也表明，在技術(shù)條件中的技術(shù)成熟度、修復(fù)周期、技術(shù)可實施性、工人健康安全方面，原位修復(fù)技術(shù)比抽出處理法和物理屏蔽法更適宜。通過最后指標(biāo)權(quán)重的優(yōu)劣排序，也可以看出原位修復(fù)技術(shù)更具有優(yōu)勢，比較適合該地區(qū)地下水鉛的修復(fù)。
1)對拉薩垃圾填埋場地下水污染物的調(diào)查，垃圾填埋場監(jiān)測井中出現(xiàn)污染物鉛，然后選取鉛污染修復(fù)技術(shù)，包括物理屏蔽法、抽出處理法和原位修復(fù)法3種方法。根據(jù)拉薩市的生態(tài)環(huán)境、社會環(huán)境等方面，從建設(shè)條件、技術(shù)條件、經(jīng)濟條件、環(huán)境條件、污染特征、水化學(xué)特征6個方面確定了影響填埋場地下水修復(fù)的17個指標(biāo)，構(gòu)建了層次分析評價指標(biāo)體系。
2)通過AHP層次分析法進行權(quán)重值確定，認(rèn)為在地下水污染修復(fù)過程中主要考慮的因素有污染特征、技術(shù)條件、建設(shè)條件。其中，選取的指標(biāo)中污染物類型、地質(zhì)條件、技術(shù)成熟度等作為權(quán)重值較大，對污染物修復(fù)技術(shù)的選取也有一定影響。最后通過優(yōu)化矩陣，得出原位修復(fù)技術(shù)優(yōu)勢較明顯，適合該地區(qū)地下水修復(fù)。
3)在采用TOPSIS方法進行優(yōu)劣排序?qū)Ω餍迯?fù)技術(shù)進行綜合分析后，原位修復(fù)技術(shù)相對接近度值最大，最終確定原位修復(fù)法適合該地垃圾填埋場鉛污染的修復(fù)。
作者 | 周文武、陳冠益、旦 增、窮達(dá)卓瑪、周 鵬、汪 晶