场地土壤 漫说：污染场地调查与修复工作流程

场地污染往往是“看不见的污染”，一旦污染，其修复既费时间又耗费大量资金。土壤污染防治攻坚战的战斗核心依然是污染修复。
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我国土壤修复的难点在于开发符合我国国情的调查和修复技术体系，重点在于场地调查的全面性、风险评估的准确性、修复技术的可靠性。污染预防和风险控制也是我国土壤污染防止攻坚战的核心任务。
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场地调查

场地调查是场地修复成功的基础，不合适的概念模型是导致修复失败的主要原因。在场地调查中，较准确地确定污染源、污染扩散途径、污染物分布和受体关系，才能制定更经济有效的修复方案。现阶段我国场地污染调查阶段投入的人力和资金往往十分不足，存在较为严重的重修复轻调查现象。

/ U* g0 m  O7 C9 r" ?4 x场地调查，分为初步调查和详细调查两个阶段。实施步骤一般包括资料搜集、现场踏勘、人员访谈、初步采样分析等。搜集场地有关文件、历史档案、照片等资料，有助于了解场地污染的历史情况；现场踏勘目的在于核实已搜集到的资料，了解污染现状，包括周边敏感点等；人员访问是为了进一步考证已有资料。而后，制定采样计划并现场采样，分析整理监测结果，最后形成初步调查报告和详细调查报告。


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图1  某退役炼厂场地调查工作程序
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如果缺乏细致的场地调查数据，复杂场地的修复效果可能收效甚微。目前美国场地调查先进技术包括概念模型、土壤采样统计学、地下水采样及监测井优化、三元现场决策法、基于决策的场地调查、高精度技术、环境法医学、场地修复地质学、水文学和环境生物分子诊断等。


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' ]# ^9 j$ k, |' `图2  某化工厂初步污染概念模型图
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本节侧重介绍一下地球物理方法，包括探地雷达、高密度电法、感应电磁法、微地震法等。        
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传统的调查方式是透过有限的钻孔取样或MIP来推测可能的分布情况，通过点和点之间的结果的关联来推估污染分布的范围、深度等信息；地球物理探勘方法是透过非破坏性的方式，对地底下的填埋物和地层构造做量测，除了不须钻孔的特点之外，还能透过大范围的量测得到连续性的剖面数据。这些传统的探矿方法用于场地环境调查可以实现：

+ w( A8 j2 D9 b! V2 m01  查明工作区地下管线平面位置、走向、埋深等基本情况；
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02  结合高密度电阻率法，探地雷达法及感应电磁法可以有效的初步查清土壤污染羽，垂直分布范围及深度等信息，确定可能的高浓度污染物区域；

3 A6 f, [9 c, A6 J% r03  通过高密度电阻率法结果能准确分辨出地表附近地层结构以及潜水面的位置；
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5 N$ Y! r0 H0 E  K" r" `) \' Z04  利用微地震和大地电阻法可以探测深层污染的分布，如石油开发对地下水环境的影响等。在现场资料缺失的条件下，能有效的避开地下管线，提高现场施工安全性和钻孔取样效率；对于复杂大面积场地可以协助提高调查效率，降低调查成本。

此外，在城市应急调查中也可以发挥巨大的作用，例如探地雷达可以扫面的形式圈定整个油品疑似泄露区，迅速探测泄露油品的分布范围及深度。也必须看到，地球物理方法属于间接测量，且受多种因素的影响，其结果的解译除了需要专业软件和知识的支撑，还需要丰富的经验，因此目前其使用率和准确率均有待提高。
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风险评估

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场地风险评估，主要是指健康风险评估，是估算地块污染对人体健康影响的方法体系，从而合理确定修复目标，支撑法规为《污染场地风险评估技术导则》（HJ 25.3-2014），其评估程序见下图。我国尚缺乏针对自然环境的生态风险评估制度。


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图3 风险评估工作程序

风险评估，第一步是危害识别，即根据上一阶段场地调查结论，对地块内土壤样品、地下水样品中超过项目风险筛选值的指标开展风险评估工作，一般选取各关注污染物最大值进行风险计算。

第二步，暴露评估，包括暴露途径和暴露量的计算。根据业主提供的规划资料，确定评估地块是否属于敏感用地，地块内浅层地下水未来是否作为饮用水；根据暴露情景和暴露途径分析结果，按照《污染场地风险评估技术导则》（HJ25.3-2014）的要求及方法进行各种暴露途径的暴露量计算。


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图4  土壤中污染物暴露途径
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图5 地下水中污染物暴露途径

第三步，毒性评估。毒性评估是在危害识别的基础上，分析关注污染物对人体健康的危害效应，包括致癌效应和非致癌效应，确定与关注污染物相关的参数，包括参考剂量、参考浓度、致癌斜率因子和呼吸吸入单位致癌因子等。而后，根据《污染场地风险评估技术导则》（HJ 25.3-2014）及 HERA 软件确定项目污染物的毒性参数和理化参数。
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9 R' z. F2 P( V/ Z2 j8 f+ ~第四步，风险表征。在暴露评估及毒性评估的基础上，根据《污染场地风险评估技术导则》（HJ 25.3-2014）中风险表征的相关技术要求进行污染物各种暴露途径的致癌及非致癌风险计算，并进行不确定性分析。风险表征过程中涉及的主要参数包括：暴露参数、土壤理化性质参数、空气特征参数、建筑物参数、污染物浓度等。受基础科学发展水平、时间及资料等限制，不确定性分析一般包括暴露途径的不确定性和评估参数的不确定性分析。

. ?* M9 O) G& O0 H* \风险评估最后需要确定土壤和地下水中哪些污染物的致癌风险和危害指数超过人体可接受水平，确定风险控制值，进而确定修复目标。

风险评估目前存在的普遍问题，主要包括缺乏准确、可信的定量风险评价软件，以及一系列复杂模型的应用经验，缺少针对我国的基础数据，难点仍然是参数的确定。
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场地修复

; B) I- ~; S' j场地调查和风险评估，是为了最后形成较为科学、有效的场地修复方案，提高场地修复成效。

2 A. t2 c  M' e! S; M5 a1 [01污染类型

& q0 z: w1 g% x4 Q# A场地污染修复，通常分为重金属污染修复、有机污染修复、矿山修复、复合型修复四类。
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Part 1| 重金属污染修复

3 B4 n6 h, ?6 S, A3 p重金属污染土壤元素不能被降解，只会发生形态的变化和迁移。因此，各种修复技术都是围绕“转换或转移”这一核心路径来进行的。目前，重金属污染的修复主要有两种途径：第一，改变重金属的存在状态，降低其活性，使其钝化，脱离食物链，减小其毒性；第二，利用特殊植物或微生物吸收土壤中的重金属，然后将该植物除去或用工程技术将重金属变为可溶态、游离态，再经过淋洗，然后收集淋洗液中的重金属，从而达到回收重金属和减少土壤中重金属的双重目的。土壤重金属一般有五种存在形态：可交换态、碳酸盐态、铁锰氧化态、有机质和硫化物态和残渣态，其生物有效性受土壤质地、有机质、pH、氧化还原电位以及粘土矿物等因素影响。
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江西作为传统的有色金属和农业大省，农田重金属修复项目较为集中。在此，需要着重强调一点， 2014年国家启动重金属污染耕地修复研究，旨在通过加强耕地质量建设和污染修复治理，实现重金属污染耕地的粮食达标生产，确保国家粮食安全和人民群众“舌尖上的安全”。因此，彼农业部“农田重金属修复”与环保意义上的土壤重金属修复稍有差异！
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! {5 y7 @( z+ P6 nPart 2| 有机污染修复
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1 R5 u) p* R( S4 g有机污染修复，一般通过以下四种途径来减小土壤有机污染物对环境、人体或其他生物体的危害：降低土壤中既有有机污染物的浓度、固定污染物、转化为低毒或无毒物质、阻断污染物在生态系统中的转移途径。

土壤有机污染物在土壤中的环境行为主要包括吸附、解吸、挥发、淋滤、降解残留、生物富集等。主要影响因素包括有机污染物的特性（化学特性、水溶解度、挥发性、蒸汽压、吸附特性、光稳定性、生物可降解性和毒性等）、环境特性（温度、日照、降雨、湿度、灌溉方式和耕作方式等）、土壤特性（土壤类型、有机质含量、氧化还原电位、水分含量、pH、离子交换能力）。
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+ f: y  `5 P/ a+ J9 M0 k/ w7 pPart 3| 矿山修复

我国有色金属尾矿产量巨大。江西更是我国有色金属开采和冶炼主要省份，代表性矿种有铜、钨、稀土等。开采原矿和对产生的尾矿处理不当，容易造成环境污染问题及溃坝现象，多种重金属污染物（铬、砷、镉、铅、锌、锰等）会渗透到土壤中，且可能引起人工性泥石流，同时这些尾矿还具有养分贫乏等特点，破坏原来的生态环境，植被无法存活。典型的两种有色金属尾矿包括铅锌尾矿和铜尾矿。本文之所以把矿山修复单独作为一类场地，是因为其对环境的破坏除了重金属污染，一般都还伴随着严重的生态破坏，有些还夹杂着其它污染，如稀土开采除了对地表植被产生破坏，还会造成高氨氮尾水排放和一定程度的重金属污染；钨的开采则产生含砷钨渣形成危废。
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矿山修复即对矿业废弃地污染进行修复，实现对土地资源的再次利用。矿业废弃地多以重金属污染和矿山酸性排水污染为主，治理内容以生态修复和污染治理为主。矿山污染修复受地形地貌、气候特征、水文条件、土壤物理化学生物特征、表土条件、潜在污染等因素的制约，因此，修复技术和实施方案的选择需要考虑各因素的影响。
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矿山修复措施，常见的有边坡、尾矿的治理，土壤基层改良，矿山重金属污染的植物修复，矿山水资源的修复以及微生物修复措施。
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目前植物修复在处理矿山土壤污染技术上被认为最有前景的技术之一。植物修复是利用一些抗逆性强的植物及其自身的生理特性，从环境中富集一种或多种有毒有害物质，并在其体内进行正常代谢，从而达到去除环境中污染物效果的方法，具有原位，成本低，无破坏性等优点。按照修复过程及作用机理，植物修复技术又可分为植物提取、植物固定、植物挥发和植物过滤。目前研究较多的是植物提取，即利用植物根系吸收富集土壤中的重金属，并经一系列的生理生化作用，继而转移到植物茎叶，通过收割茎叶及根系，达到修复矿山的目的。

02 修复技术

我国土壤污染情况复杂，很多地块由于产业类型的不断变革存在复合污染情形。当前，我国主要污染地块分为重污染企业用地、工业废弃地、工业园区污染地块、固体废物集中处理处置场地、采油区、采矿区、污染耕地等类型，也可简单地归纳为城市污染场地、农村污染耕地和采矿/采油区。在实际中，往往污染物不止一种，故常以多技术联用的方式进行修复。实际上影响修复成功的因素除了技术的选择还有很多关键的因素，包括场地条件、污染现状、修复时间、有效的修复药剂、高效和适宜的修复设备、投资和成本控制，以及专业性团队。




综上，场地污染防控技术是一门涉及多学科，与历史污染作战的技术体系，下图对场地污染防控技术进行了归纳。从污染物深度分类，可以分为土壤污染、地下水污染和复合污染，当然地下水污染往往伴随有土壤污染。单一技术的研究已相对成熟，目前研究较多的是两种及以上的修复技术组合应用。
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