危险废物填埋场地下水污染风险评价的研究现状

李 军，裴昭君，韩国睿，杨 衔

(成都理工大学，地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川成都610059)

我国危险废物产生量巨大，其中含有大量有毒有害物质，对周围环境和人体健康危害极大，需进行安全处理。基于操作相对容易、运营成本较低的优点，填埋处置方法在我国得到广泛使用。但是填埋场在大气降雨、地表水及地下水入渗下，产生含大量有毒有害物质的渗滤液，如果管理不善，会导致周围土壤和地下水污染。危险废物填埋场一旦发生渗漏，随着时间的推移，地下水中污染物的浓度和面积都会增大，污染风险也会增大。

危险废物填埋场地下水污染风险评价可以为填埋场的治理维护提供科学依据，使填埋场对地下水污染的风险降到最低程度。近年来，国内外学者对地下水污染风险评价做了大量研究，取得了一定成果［1］。本文以前人的研究成果为基础，综述了危险废物填埋场地下水污染风险评价指标体系和评价方法，提出了地下水污染风险评价建议。

1 地下水污染风险评价

1.1 地下水污染

地下水污染是环境污染中较为严重且在国内还未引起人们足够重视的环境问题。地下水污染有自身的特点［1，2］:①污染部位处于地面以下，监测困难，不易被发现，一旦污染，修复困难;②地下水流量受季节和区域气候变化影响大，自净能力差;③进入地下水的污染物在介质吸附和各种化学反应的作用下，成分和性质变得复杂，具有不确定性;④地下水污染治理投资大、技术难、周期长。

1.2 地下水污染风险评价

地下水污染风险评价的最早形式可以追溯到20世纪60年代法国学者Marjat提出的地下水脆弱性评价［3］。地下水污染风险评价的概念是在地下水脆弱性研究逐渐深入的基础上发展而来的，其定义为含水层中地下水由于人类直接或间接活动影响而遭受污染到不可接受的水平的可能性［1］。地下水污染风险评价作为防范于未然的地下水污染控制手段应当得到广泛应用。

1.3 危险废物填埋场地下水污染风险评价

目前国内危险废物填埋场对地下水污染的风险评价还没有展开系统的深入研究。开展危险废物填埋场对地下水污染的风险评价，可以为填埋场的综合治理提供科学依据，避免场地附近的地下水污染，以及防止污染范围进一步扩大，也可以辅助确定规划场地的位置，降低环境风险［2，4］。

2 风险评价指标体系

2.1 风险评价指标体系构建方法

风险评价指标体系构建方法一般有两种，即横向结构的构建和纵向结构的构建。横向结构是从社会经济与环境有机统一的角度出发，而形成的“压力－状态－响应” (pressure－state－response，PRS)模型［2］。纵向结构是运用系统分析法把复杂的问题分成若干联系的、有序的层次，然后对每一层次的相关元素进行比较分析，即层析分析法(AHP)［2］。一般情况下具有三个层次:目标层、准则层和指标层。

危险废物填埋场地下水污染风险评价指标体系的构建应在上述两种方法的基础上，通过对危险废物处置系统的层次分析，结合人类对危险废物实施的污染防治行为与地下水环境之间的相互影响关系，经过深入分析后建立危险废物处置系统地下水污染事故的风险评价指标体系。

2.2 优先控制污染物识别

危险废物填埋场优先重金属污染为Cr、Zn、Cu、Cd、Ni、Hg、Ba、Pb，类重金属 As，有机物为石油类，无机盐类为 F－和无机 CN－［2，4，5］。在填埋场运行管理以及对周围土壤和地下水环境影响评价中，应特别加强这些污染物的监控与风险预警，防止其对土壤和地下水的污染［5］。

2.3 评价指标

针对危险废物填埋场的特点，以及地下水环境可能受到污染的环境风险特征，评价指标应包括地下水环境介质指标、渗滤液产生量指标、污染物特性指标、污染物毒性指标、环境风险事故类指标、暴露评价指标、日常运行管理水平评价指标和周边区域风险评价指标［7，8］。

2.3.1 地下水环境介质指标

目前，大多数学者将地下水污染的影响因素主要集中在如下几个指标:地形、地下水埋深、含水层厚度、包气带特征、地下水净补给、地下水含水层特征、气候和土壤类型［9］。但是在危险废物填埋场中，除封场覆土之外，基本不存在地下水环境敏感性研究中所涉及的土壤介质，因此不考虑土壤介质这个指标。填埋场建设初期，填埋库底的基础层已经经过了压实和平整处理，污染物在地表的积聚过程对于填埋场来说是不存在的，地形对填埋场内渗滤液积聚的影响甚小。因此，地形这个指标也可以排除。

2.3.2 渗滤液产生量指标

填埋场渗滤液的产生量受到填埋区面积、降水和蒸发量、覆土性质、覆土坡度、填埋场下层孔隙率、废物饱和含水量和废物的透水系数等多方面因素的综合影响。这些参数共同作用于下渗系数，我国填埋场在对渗滤液收集池和处理规模进行设计时，对渗滤液产生量的估算大多采用下渗系数来囊括上述参数［10］。因此，为了降低风险评价指标之间的重叠性和相互依赖性，减少评价程序的复杂和冗余，可以将下渗系数作为填埋场渗滤液产生量指标。

2.3.3 污染物特性指标

环境风险评价是以人体健康和生态环境作为评价终点和评价目标的，所以污染物理化性质中对环境风险结果起决定性影响作用的风险因子和污染物的毒性指标应当作为风险指标。污染物理化性质［11］包括水溶性、挥发性、分配系数、环境持久性、生物富集系数、渗滤液中污染物浓度、环境背景浓度、监测检出频次。污染物毒性指标包括经口LD50和经皮 LD50(mg/kg)［9，10］。

2.3.4 环境风险事故类型指标

环境风险事故类型指标包括:①自然灾害，尤其是地质灾害的发生频率及其灾害等级，是最能够直接反映突发灾害事件引发地下水污染风险事故发生的两个重要指标;②HDPE缺陷［7，8］，土工膜衬层单位面积上的漏洞数、土工膜缺陷等效孔径以及土工膜与压实粘土之间相结合紧密程度;③黏土衬层缺陷［8］，粘土层含水量、压实度、体积收缩率、渗透系数、抗剪强度、颗粒级配。

2.3.5 暴露评价指标

地下水污染风险事故的暴露途径就是渗滤液在土壤和地下水环境中的迁移转化过程。暴露评价方面的风险指标包括以下三个［9］:①暴露频率，即风险评价受体在一年内与有毒有害物质相互接触的平均暴露天数;②暴露持续时间，即风险评价受体与有毒有害物质接触过程重复发生的时间长度;③接触率，即风险评价受体在一次毒物暴露过程中，从开始到结束接触到的污染物的总量。

2.3.6 日常运行管理水平评价指标

填埋场的日常运行管理水平是比较抽象的评价内容［4］，泛泛地对管理水平进行评价不尽科学，且难以把握。因此对危险废物填埋场日常运行管理应分为:职员素质、应急处理能力、处理设施的设计、运行和维护情况等。

2.3.7 周边区域环境风险评价指标

在环境风险评价过程中，填埋场周边环境敏感点通常是评价终点和风险表征所体现的受影响对象，危险废物填埋场周边的环境保护目标是决定风险大小的重要因素［11］。因此环境敏感点位置和保护等级应当作为填埋场周边区域环境风险评价指标。

3 评价模型

目前，用于地下水污染风险评价的模型主要有确定性模型和随机模型。发达国家 (美国、加拿大等)对确定性模型有很多研究，并开发了很多有效的模型，如MODFLOW、MT3D、HYDRUS－1D、HELP模型等［1，2］。在危险废物填埋场地下水污染风险评价中常使用PBCA和3MRA模型［2］。

3.1 RBCA模型

美国材料与试验学会 (ASTM)针对土壤地下水污染治理颁布了RBCA模型 (risk－based corrective action)［12，13］。我国台湾、上海、北京等地开始使用该模型进行风险评价。RBCA模型将土壤与地下水污染治理的风险分析分为三个等级:一级评估、二级评估、三级评估。一、二级评估采用相对简单的二维分析模型工具，三级评估采用较复杂的三维分析模型。

RBCA模型采用自然衰减因子 (NAF)来表达。危险废物填埋场的地下水暴露途径主要是被污染的下层土壤中优先控制污染物经迁移扩散至地下水，随地下水流运移至暴露受体，可能迁移到地表水。NAF的计算流程如下［13］:①土壤到水相分配系数 (Ksw)计算;②土壤衰减模型 (SAM)系数计算;③地下水稀释因子 (LF)计算;④地下水横向衰减因子 (DAF)计算;⑤整个完整暴露途径NAF计算:

RBCA模型需6大类参数［14］，即目标风险水平、场地特征参数、暴露参数、建筑物参数、污染物理化及毒理参数。

3.2 3MRA模型

3MRA是美国环境保护署 (US EPA)及其联办机构共同研究开发的多介质、多暴露途径、多受体的点位基础模型［15］。该模型模拟污染物从废物中释放，经多介质迁移转化 (不考虑人工防渗)，多途径暴露，最终与多种受体接触，进而对其产生影响和危害。模型默认计算出污染物在整个迁移转化过程中基于暴露浓度下对周围人类和生态受体所造成的风险和危害。

3MRA体系［2，16］中包括:包气带模型、地下蓄水层模型、人类受体暴露模型、人类受体风险模型、生态受体暴露模型、生态受体风险评估模型。

3.2.1 包气带模型

包气带模型模拟的是废物处理单元渗滤液中释放出来的污染物经单元下层包气带到地下水水位为止的迁移转化。模型可以产出污染物在向蓄水层渗透过程中，浓度变化的时间系列和一个长期的平均渗透率及污染物存在的时间，这些产出的结果都作为蓄水层模型的输入数据［17］。

3.2.2 地下水蓄水层模型

蓄水层模型模拟的是一维地下水流动和假三维污染物的迁移转化，计算地下水污染物在下游饮水井和水体中的浓度［17］。蓄水层模型预测在特定的渗流率下这些污染物的浓度和流量以及来自包气带模型的污染物浓度。模型输出年平均地下水污染物在下游受体井和表面水体中的浓度的时间系列。

3.2.3 模型局限性

(1)就输入数据而言，3MRA风险评估模型对基准位点、区域、国家范围的评估所需的数据都有所不同，其中有些数据很难得到，所以运行模型所需的数据具有较大的复杂性［18］。

(2)就适用范围而言，3MRA是基于美国地域条件建立的，虽理论上也适合其他地区，但是地域的不同会使模型在人受体类型和生态受体类型的选取，废物处理单元的选取以及生态系统构成等诸多关键性方面都存在地域、生态和人文环境的差异［19］。因此，该模型具有一定自身片面性。

4 存在的主要问题及建议

4.1 主要问题

国外地下水污染风险评价在评价指标和方法上已经取得了比较丰富的研究成果，并制定了相关法律法规。我国与发达国家存在着明显差距，还处在借鉴和探索阶段。结合国内外研究现状，我国危险废物填埋场地下水污染风险评价具有以下问题:

(1)对地下水污染风险评价的基本理论研究不够深入，浅尝辄止，有的理论没有统一的说法;

(2)未形成适合地方区域特征的危险废物填埋场地下水污染风险评价指标体系和评价方法，研究大多停留在借鉴国外，甚至直接套用;

(3)人们对于环境风险评价意识淡薄，危险废物填埋场风险管理体系不够完善，国家关于地下水污染风险评价的法律法规尚不完善。

4.2 建议

(1)加大对地下水污染风险评价的理论研究，完善风险评价指标体系，将地下水污染风险评价细化、规范化，为地下水污染风险评价提供理论依据;

(2)调查全国危险废物填埋场，收集相关资料，因地制宜地探究风险评价方法，为建立合理、可行的地下水污染风险评价提供实践经验;

(3)制定、完善地下水监测和评价的相关法律法规，为地下水污染风险评价和地下水保护提供法律保障。

［1］尹雅芳，刘德深.我国地下水污染风险评价的研究进展 ［J］.广西轻工业，2010，145(12):104－106.

［2］席北斗.危险废物填埋场地下水污染风险评估和分级管理技术［M］.北京:中国环境科学出版社，2012.

［3］US EPA(Environmental Protection Agency).EPA＇s Composite Model for Leachate Migration with Transformation Products(EPACMTP).Background Document［R］.Office of Solid Waste，Washington，DC，1996.

［4］马志飞，安达.某危险废物填埋场地下水污染预测及控制模拟 ［J］.环境科学，2012，33(1):64－65.

［5］韩冰.地下水有机污染场地健康风险评价 ［D］.北京:中国地质大学，2006.

［6］刘茂昌.小量危险废物填埋场处置的环境风险研究 ［D］.重庆:西南大学，2009.

［7］王国庆，骆永明，宋静.土壤环境质量指导值与标准研究Ⅰ，国际动态及中国的修订考虑［J］.土壤学报，2005，42(4):666－673.

［8］李志博，骆永明，宋静.土壤环境质量指导值与标准研究Ⅱ，污染土壤的健康风险评估 ［J］.土壤学报，2006，43(1):142－151.

［9］季文佳，王琪.危险废物贮存的地下水环境健康风险评价［J］.环境科学与技术，2010，33(4):160－161.

［10］高秀花，朱锁，李海明.垃圾渗滤液的特征污染组分在包气带中的迁移转化规律 ［J］.地下水，2008，30(3):37－39.

［11］杨昱，姜永海，席北斗，等.生活垃圾填埋场地下水污染风险分级方法研究［J］.生态环境学报，2010，19(7):1704－1709.

［12］Linkov I，Burmistrov D.Model uncertainty and choices made bymodelers:lessons learned from the International Atomic Agency model intercomparisons［J］.Risk Analysis，2003，23(6):1297－1208.

［13］Linkov I，Carini F，Collins C，et al.Radionuclides in fruit systems:model－model intercomparison study［J］.Science of the Total Environmental，2006，(364):215－247.

［14］US EPA(Environmental Protection Agency).The Vadose and Saturated Zone Modules Extracted from EPACMTP for HWIR99［R］.Office of Solid Waste，Washington，DC，August，1999.

［15］黄瑾辉，李飞.污染场地健康风险评价中多介质模型的优选研究［J］.中国环境科学，2012，32(3):556－563.

［16］张钊.3MRA风险评价模型在废物管理决策中的研究应用［D］.长沙:湖南大学，2009:15－22.

［17］Babendreier J E，Castleton K J.Investigating uncertainty and sensitivity in integrated，multimedia environmental models:tools for FRAMES－3MRA.Enviromental Modelling and Software，2005，20:1043－1055

［18］张钊，黄理辉，曾光明，等.3MRA风险模型在铬渣整治项日制定过程中的应用［J］.中国环境科学，2010，30(1):139－144.

［19］袁英，席北斗.基于3MRA模型的填埋场安全填埋废物污染物阈值评估方法与应用研究 ［J］.环境科学，2012，33(4):1383－1385.