垃圾场对地下水的污染评价新方法探索

一、现行评价方法的不足

环境评价的方法一般分为综合评价和专项评价两大类。综合评价法用于描述和评判多项环境要素的现状和变化对总体环境质量的影响与改变等，如核查表法、矩阵法、叠图法、环境指数法等；专项评价法用于描述和评判单项环境要素的现状和变化对环境质量的影响与改变等，如专家判断法、定权法、统计分析法等^[7]。垃圾污染环境的评价，也是一项涉及多环境要素，综合性较强的工作，常用综合评价法中的环境指数法来实现。该法简便易行、包容信息量大、归纳性强、容易定量化比较。是一种以确定的数学模式将诸多不同单项污染物对环境的作用进行综合表述的方法。它使多种不同属性的单项污染物的环境污染效应得到了综合归纳与表达。理论上它是较好的评价垃圾污染的方法。然而，在我国现行的评价垃圾污染的这类指数法中，还存在着以下不足：

（一）对垃圾渗滤液污染物的危害性认定上还有待改进

生活垃圾对地面水、地下水及土壤等生态环境的污染，主要是通过其渗滤液作用形成的。垃圾渗滤液的污染评价指标，可通过《生活垃圾填埋场环境监测技术标准》（CJJ/3037—95）中涉及的地面水、地下水、土壤等的相关监测项（国家环境保护局污染控制司，2000年1月）和垃圾中的其他常见重要污染物^[4]一同确定。这些确定的污染物指标，属性各异，对环境的影响各不相同。它们分别代表了垃圾中被其表述的垃圾物质产生污染物的取向和污染特性的现状等，它们彼此对环境的污染危害是有较大差别的。如，其中：有对环境直接构成不同毒性（剧毒、高毒、中毒、低毒、微毒等）污染危害的化学类指标^[8]、（孔繁翔2000年7月）；有对环境构成不同病理、病毒污染危害的细菌学类指标；有对环境构成不同有机污染危害的有机污染物类指标；有对人或其他生物的环境适应状态形成不同形式的波动，引起了人或其他生物的各种不适应反应的物理状态类指标等。这在现行的常用评价方法中，却没有体现出这些不同污染物间的差异性危害作用，其对环境构成的污染危害权重没有得到相应的区别，造成评价的真实性和客观性大为降低。

（二）综合污染评价的数学计算模式有待改进

现行环境指数评价法的数学计算模式很多，每种模式各有所长，各有缺陷。总体可主要归类为代数叠加（或算术平均）、几何均数、内梅罗、均方根^[11]、（窦贻俭等，1998年）等四种模式。现介绍如下：

1.代数叠加（或算术平均）模式

城市垃圾地质环境影响调查评价方法

式中：P_叠为代数叠加综合污染指数（下同）；C_i,C_0i为分别为任意污染物值和标准值（mg/L）（下同）；n为污染物项数（下同）；i为全体单项污染物集合个数。

该计算模式的突出优势是能够体现出所有污染物数据的总体水平与大体特征。但该计算模式存在易将大量小数值（低含量）污染物背景下的少数大数值（高含量）污染物尤其是毒性危害较大的污染物，对综合污染指数的影响力有所掩盖和弱化的弊端，使评价结果失真。这对应适当突出高含量污染物在环境效应中的污染作用力来说是不适当的。

2.几何均数模式

城市垃圾地质环境影响调查评价方法

式中：P_何为几何均数综合污染指数；i为全体单项污染物集合个数。

该计算模式的优势是能够体现出较大数值污染物在垃圾渗滤液综合污染指数中的贡献作用。但该计算模式也会在某些特例情况下，反复提升夸大或反复下降压低了较大值污染物对综合污染指数的作用。例如它会夸大在大量微超标污染物背景下存在有多量超标几倍左右的污染物对综合污染指数的提升影响，或会降低在大量不超标污染物背景下存在有多量超标十几倍以上的污染物对综合污染指数的提升影响。使评价结果失真。

3.内梅罗模式

城市垃圾地质环境影响调查评价方法

式中：P_梅为内梅罗综合污染指数；P_max（C_max/C_0i）为最大任意污染物标准比值；i为全体单项污染物集合个数。

该计算模式的优势是能够体现出最大值污染指标尤其高毒性污染指标，对垃圾污染指数的贡献作用。但该计算模式会在只有少数不具直接毒性指标或微具毒性指标超标较大的情况下，夸大了此时这种最大值（或高含量）污染指标对综合污染指数的影响作用力。使评价结果失真。

4.均方根模式

城市垃圾地质环境影响调查评价方法

式中：P_方为均方根综合污染指数；i为全体单项污染物集合个数。

该计算模式不仅通过单项的平方基本体现出随机较大数值污染物（或群）对垃圾渗滤液综合污染指数的贡献作用，而且还通过自然叠加反映了所有污染物数据的总体水平，其总和的平均再开方根，又使方次夸大后的整体水平复位到了与原先水平相适应的级次，具有较完备性。但该模式还有不足，当大多数污染物不超标，仅存在极少数高毒性污染物指标含量较大时，这些高毒性污染物对环境的污染危害作用将会被低估。

由此可见，上述四类计算模式均有所欠缺，应用性都受到了一定的局限。对于污染物种类繁多、毒性复杂、危害各异的垃圾污染评价来说，采用任何一类计算模式来评价都将是不周全的。

因此，基于现行环境指数评价法存在着上述不足，要实现对垃圾污染环境的客观、准确评价，就应有所创新，改进和建立一个更为完善的评价方法，来适应垃圾污染评价的需要。然而这一问题的解决又不是一蹴而就的事，需要在不断的实践和理论中探讨进行。本文正是出于这一初衷，在总结和继承现行环境指数评价法的基础上，探讨性提出一套垃圾污染环境的改进评价方法。供大家参考和讨论。

二、改进的方法分析与确立

（一）改进的环境指数法分析

生活垃圾渗滤液污染物繁多而复杂，对地面水、地下水、土壤等构成直接污染，且危害程度不一。这种污染的评价可通过生活垃圾填埋场环境监测技术标准（CJJ/T3037—95）中涉及的地面水、地下水、土壤等的相关监测项（国家环境保护局污染控制司，2000年1月）和垃圾中的其他常见重要污染物^[4]，一同确定出的污染评价指标，在确立的数学模式下计算实现。这些评价指标包括了BOD₅、COD、大肠杆菌、重金属等三十余项，依据有毒污染物的半数致死剂量（浓度）LD₅₀（LC₅₀）值或阈限值（汪晶等，1988年）或垃圾浸出毒性鉴别标准值^[4]和以半数致死量（浓度）为主要指标的评价有毒物毒性分级表（奚旦立等，1995年）以及有毒污染物毒性作用带（孔繁翔2000年7月）等得知，该三十余项指标的毒性污染危害相差较大。因此，可将这些污染物指标按其对环境的毒性污染危害特点分类评价如下。

（1）I类污染指标。主要有氰化物、有机汞等。其LD₅₀<10mg/kg（汪晶等，1988年），由毒性分级表（奚旦立等，1995年）、（孔繁翔2000年7月）可认定为剧毒物质。该污染物毒性极大，它的检出超标是致命的，所以在计算评价时，宜考虑用在该类污染物数据分布中的最大值来代表它们的综合污染指数。记为：P_I。

（2）Ⅱ类污染指标。主要有铅、无机汞、镉、铬、砷等。一般其LD₅₀在11～100mg/kg（汪晶等，1988年）之间，由毒性分级表（奚旦立等，1995年）、（孔繁翔2000年7月）及结合其阈限值（汪晶等，1988年）和部分浸出毒性鉴别标准值^[4]等认定为高毒污染物。该污染物毒性很大，它的检出超标是危险的。所以在计算评价时，应考虑加大其中的最大值对评价结果的权重影响。因此，宜考虑用在该类污染物数据分布中的平均值与最大值之间，比较靠近最大值的某一极大值来代表它们的综合污染指数。所以较适合选用最大值与平均值的再平均值平方和最大值平方的半数方根模式来计算，代表该类高毒污染物的综合污染指数。记为：P_Ⅱ。

（3）Ⅲ类污染指标。主要有铜、酚、氟化物、亚硝酸氮等。一般其LD₅₀在101～1000mg/kg（汪晶等，1988年）之间，由毒性分级表（奚旦立等，1995年）、（孔繁翔2000年7月）及结合其阈限值（汪晶等，1988年）和部分浸出毒性鉴别标准值（聂永丰，2000年2月）等认定为中毒污染物。该污染物毒性明显，它们的检出超标对生态环境的污染危害明显。在计算评价时，应突出其中的最大值对评价结果的影响。因此，宜考虑用在该类污染物数据分布中的平均值与最大值之间的一中位值来代表它们的综合污染指数。所以较适合采用内梅罗模式来计算，代表该类污染物的综合污染指数。记为：P_Ⅲ。

（4）Ⅳ类污染指标。主要有锌、总钾、H₂S、总硫、硫酸盐、COD、石油类等。一般毒性较低。其中，在COD和石油类指标中包含了一定的有毒物质，具有一定的毒性；其余污染指标的LD₅₀一般大于1001mg/kg（汪晶等，1988年），因此可一并认定为低毒污染性指标。在计算评价时，应使大数值污染物的权重得到一定加强。因此，宜考虑用在该类污染物数据分布中的平均值与最大值之间，比较靠近平均值的某一中间值来代表它们的综合污染指数。所以较适合选用最大值与平均值的再平均值平方和平均值平方的半数方根模式来计算，代表该类低毒污染物的综合污染指数。记为：P_Ⅳ。

（5）V类污染指标。主要有悬浮物、电导率、总硬度、氨氮、硝酸氮、总氮、氯化物、总磷、溶解氧、BOD₅、大肠杆菌、细菌总数等。这些指标分别为某类物质属性指标、某种物理状态指标及细菌学类指标等。它们对人和其他生物或微具毒性或不表述毒性状态。这些指标的变化，能引起一种环境状态的打破或人和其他生物适应状态的波动。带来环境质量的变化或人和其他生物感官的不适应反映，从而构成了环境污染。所以可将它们认定为一般性（或微具毒性）污染物。在计算评价时，除应体现出它们的整体平均水平外，还应方便体现出它们中的较大值污染物对污染评价的适当突出影响，所以较适合采用均方根模式来计算，代表该类污染物的综合污染指数。记为：P_V。

说明：上述确立的五种计算模式在相同的参数值情况下，其计算结果可由数学推导证明满足如下排序：模式1（P_I）＞模式2（P_Ⅱ）＞模式3（P_Ⅲ）＞模式4（P_Ⅳ）＞模式5（P_V），这是符合它们各自所代表毒性级别的降序分布的。说明该系列模式的应用是合理的。

这样就得到了上述五类污染指标的综合污染指数P_Ⅰ、P_Ⅱ、P_Ⅲ、P_Ⅳ、P_V，再比较判别这五个分类污染指数，选出最大者作为总污染指数，进而对垃圾污染环境作出评价。具体方法如下。

（二）改进的环境指数评价方法

1.评价指标

I类：氰化物、有机汞等。

Ⅱ类：铅、无机汞、镉、铬、砷等。

Ⅲ类：铜、酚、氟化物、亚硝酸氮。

Ⅳ类：锌、总钾、H₂S、总硫、COD、硫酸盐、石油类等。

V类：悬浮物、电导率、总硬度、氨氮、硝酸氮、总氮、氯化物、总磷、溶解氧、BOD₅、大肠杆菌、细菌总数等。

上述三十项污染指标，是根据垃圾对地面水、地下水、土壤等的污染监测项和垃圾中的其他常见重要污染物一同确定出的，具体评价时的指标项可依据上述污染项在垃圾渗滤液中的实际检出项目和评价对象的特点情况等综合选择确定。

2.污染物标准值

污染物的标准值可根据评价目的由以下三个途径之一来确定：

（1）以相关质量标准值为参照确定。如涉及到地表水、农用地下水的污染评价，以中华人民共和国《地面水环境质量标准》（G133838—88）为准确定；涉及到人畜饮用水及饮用地下水的污染评价，以中华人民共和国《地下水环境质量标准》（GB/T（1448—93）为准确定；涉及到对土壤的污染评价，以中华人民共和国《土壤环境质量标准》（GB15618—1995）为准确定。

（2）以评价区域的平均本底值为参照确定。如多年平均本底值、年平均本底值、季节平均本底值、时段平均本底值等。

（3）以相关质量标准值和评价区域的平均本底值为参照综合确定。具体实施，宜根据评价目的，结合实际的平均本底值情况和相关质量标准值进行遴选，遴选出的标准值应能真实和客观地反映评价区的基本状况，既不能使评价低估了污染作用，也不能夸大了污染的危险性。

3.计算公式

P=max{P_Ⅰ,P_Ⅱ，P_Ⅲ，P_Ⅳ，P_Ⅴ）

其中，

城市垃圾地质环境影响调查评价方法

式中：P为总污染物综合指数；P_Ⅰ，P_Ⅱ，…，P_Ⅴ分别为第Ⅰ类、第Ⅱ类、第V类污染物综合指数；P_max（C_max/C_0i）为最大任意污染物标准比值；C_i,C_0i为分别为任意污染物值和标准值（mg/L）; n为污染物项数；i为全体单项污染物集合个数；j为Ⅰ类单项污染物集合个数；k—V类单项污染物集合个数。

4.评价标准

评价标准按综合污染指数的超标程度分以下八个级别（如有必要，每个级别内还可以P值的大小进行再排序比较）。

（i）P<1不污染；（ⅱ）1≤P<2轻微污染；（ⅲ）2≤P<4中等污染；（ⅳ）4≤P<10污染；（ⅴ）10≤P<16较重污染；（ⅵ）16≤P<24严重污染；（ⅶ）24≤P≤40极严重污染；（ⅷ）P≥40特严重污染。

三、应用实例

下面就5种计算模式引用两个实例来作对比分析（数据摘自国家地质调查局下达《北京市垃圾处置——地质生态环境效应评价》项目中的10个样点实测值），由于数据限制，本实例只选用了前述分析五类污染物中的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、V类共12项污染指标（分别有COD、氯化物、氨氮、硝酸氮、亚硝酸氮、总铜、总锌、总镉、总铅、总砷、六价铬、总汞等）来参与计算比较；且由于本实例主要涉及浅层地下水的污染评价，污染物标准值主要参照《地下水质量标准》（GB/T 14848—93）中Ⅲ类水质标准值来确定，并参考《地面水环境质量标准》（GB 3838—88）中Ⅲ类水质标准和区域时段平均本底值来辅助确定（表7-49）。表7-49中列出了两地10个样点12项污染物的5种不同计算模式污染指数分析如下（表7-49中后5项）：

鹿圈地区，垃圾堆置在采砂坑底，为新堆混合垃圾，以建筑垃圾占多数。坑底为砂土，坑深12m，局部已出露地下水。围绕垃圾场，分别在其西150m、60m、8m及西北1000余米、东北500余米、东南30余米处设计了1号（深井地下水）、2号（出露地下水）、3号（淋地混合水）、4号（农灌地下水）、5号（地下水）、6号（地下水）等样点取样分析，分别用上述5种模式分析计算，如表所示，表中结果显示一个相同样点5种模式评价的结果各不相同：

①1号样点，在12项污染物中COD超标2.64倍，其余不超标。5种模式评价结果，只有内梅罗与本文推荐组合模式（以下简称组合模式）给出了轻微污染的结论，其余模式均给出了不污染的结论，显然在12项污染物中已有低毒污染指标超标2.64倍的情况下，给出不污染的评价结论是不合适的。而给出的轻微污染的结论是较恰当的。反映在这种情况下，几何均数、自然叠加、均方根等模式的应用受到了局限。而本文组合模式与内梅罗模式却能够从众多未超标的较小数据值中体现出少数已超标数据值对污染指数的突出影响作用，P_内＝1.90,P_组＝2.68，虽然二者都给出了轻微污染的结论，但内梅罗指数几乎接近了轻微污染级的上限值，这对于12项指标中，平均指标值仅为0.502，只COD超标2.64倍的水质现状来说，其量化计算又过于偏大了，反映内梅罗模式存在只突出最大值污染指标的作用，而不管这个最大值污染指标的毒性危害程度大小不同的缺陷。而组合指数的量化计算值在轻微污染级区间值的中间值范围，较好地体现了在平均指标值为0.502的背景下具有低毒特性的COD超标2.64倍对综合污染评价的影响程度。

表7-49 北京实例：垃圾污染环境评价中的5种综合污染指数计算模式结果对比表

②2号、3号样点，各有3项污染物超标，2号样点分别有COD、

③4号、5号样点，两个样均有2～3项污染物超标2倍左右，其中4号点分别有COD、

④6号样点，有两项超标，

以上是对混合垃圾的对比分析，下面来看生活垃圾污染的对比情况，选择北天堂旧垃圾场来作分析。其垃圾也是堆置在废弃砂坑里，四周为农田耕植土，分别在垃圾场边、相距60余米、100余米、350余米处取7号垃圾渗滤液、8号混合液、9号检测井水样、10号农田灌溉地下水样来计算分析：

①7号、8号样点，水样主要为垃圾渗滤液和与其他水体的混合液，其污染物超标重，平均超标1734倍和36倍，最大超标达16940倍和475倍，可以说这两样点本身就可视为污染源，而就在这种污染特严重的情况下，仍有几何均数模式给出了中等污染和轻微污染的极不合适的评价结论，这与其他4种模式给出的特严重污染结论形成了强烈反差。反映几何均数模式极不适合应用在环境污染评价领域。

②9号样点，为取自距离垃圾场100m远的检测井中水样，有

③10号样点，为距离垃圾场350m远的农用井中水样，有

四、结论

通过前文论述及以上两个实例的应用分析看出，本文推荐的组合型计算模式，不仅在正常情况下能对污染物状况作出正确的评价，而且还能在各种特例情况下对污染作出客观评价，是一个较为完善的环境污染指数评价法。它可适用于对生活垃圾渗滤液的污染评价，也可以推广到其他方面的环境评价上。