土壤和地下水污染的監控自然衰減修復技術研究進展

李元杰,王森杰,張 敏,何 澤, 張 巍*

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土壤和地下水污染的監控自然衰減修復技術研究進展

李元杰1,王森杰2,張 敏3,何 澤3, 張 巍1*

(1.中國人民大學環境學院,北京 100872；2.北京市市政四建設工程有限責任公司,北京 100176；3.中國地質科學院水文地質環境地質研究所,河北 石家莊 050061)

我國土壤和地下水污染形勢嚴峻,污染場地數量巨大、類型復雜,相應的管理和修復技術體系仍然滯后.監控自然衰減(MNA)作為一種基于污染風險管控的場地修復和長期監測方法,是土壤和地下水污染修復中較為經濟和有效的方法之一,可以實現修復的成本效益最大化.近幾年來MNA在美國污染場地修復中的應用比例約占30%左右,場地修復的平均成本為數十萬美元.本文介紹了MNA方法的來源和發展,總結了MNA的國內外研究應用進展和相關的核心技術手段,與典型修復方法的成本進行了比較,以期為MNA相關的研究和應用提供參考借鑒.

污染場地；土壤；地下水；監控自然衰減；修復技術

研發科學合理、經濟適宜的污染場地修復技術是當前我國土壤和地下水污染修復領域的重點研究方向之一.2016年5月31日,國務院發布了《土壤污染防治行動計劃》(簡稱“土十條”),給出了我國土壤污染防治的任務和時間表.“土十條”并不意味著對所有污染場地都要進行全面修復,而是立足現階段基本國情,著眼經濟社會發展全局,以改善土壤環境質量為核心,以保障農產品質量和人居環境安全為出發點,堅持風險分析、分類管控、綜合施策,促進土壤資源永續利用.土壤和地下水污染防治的一個主要原則是風險管控,即根據污染物的特征和擴散趨勢,采用相應的技術措施評價、減緩或控制目標敏感點的風險,是國際上普遍認同的最經濟、最合理的解決土壤和地下水污染問題的途徑.

監控自然衰減(MNA)是國際上應用較廣的“第二代”污染場地管理和修復方法(“第一代”為工程技術方法),其通過精確的監控技術,對污染物的自然降解作用進行準確的評估和預測,結合污染物自然衰減特征,設計基于風險管控的污染綜合防控方案,從而降低污染場地的修復成本,規避工程風險.監控自然衰減作為成熟的場地修復技術,可以單獨運用,也可以作為修復整體過程中的一個環節.目前,國內文獻中對于監控自然衰減技術的適用對象、監測方法、降解途徑機理、降解效率、成本效益分析等都有一定的研究,但是缺乏完整的工程應用案例.

本文系統介紹了監控自然衰減技術的來源與發展演變,分析了國內外的研究進展和應用情況,以及相應的技術手段,從應用角度對監控自然衰減技術的成本和優勢進行了比較,為我國污染場地基于風險控制的修復技術方法的選取提供思路和借鑒.

1 監控自然衰減技術的來源和發展

在19世紀污水和其他廢物處理系統出現前,利用自然過程降解廢棄物幾乎是污染物凈化的唯一方式.大自然把來自動植物的廢物碎屑轉化為可以循環再利用的產物,這是自然衰減理念的基礎來源[1-2].在合適的環境條件下針對某些化合物,自然降解能夠在一定時間內發揮凈化作用達到設定的清理目標,這是自然衰減技術的科學依據[3].1950年,Zobell[4]研究發現脂肪烴類污染物的生物降解作用顯著,后來研究認為更復雜的脂環烴和芳香烴有著類似的降解機制.20世紀80年代,研究人員發現石油烴可以在地下有氧和無氧環境中進行生物降解,這促進了石油類等污染物自然衰減機制的研究和應用.

1978年爆發“拉夫運河事件”與1980年通過“超級基金法案”后,美國數萬個污染場地的修復過程開始大規模使用工程技術手段,將污染物從土壤和地下水中去除.比如污染土壤采用客土法、異位焚燒法,污染地下水采用抽出處理法等[5].受工程技術手段中污染物暴露、施工環境影響,以及難以為繼的巨額工程費用等因素制約,此時研究的趨勢開始朝較低成本、能夠自然發生且將污染物轉變為無害化降解物的方向發展[6].這一階段的研究對象大多著重于如苯系物(BTEX)等污染物.

20世紀90年代之后,污染物自然衰減的研究在美國開始興起,并逐漸應用于污染場地修復實踐,代替或者與工程修復技術聯合使用以消除土壤和地下水中的污染[7].1990年,美國環保署國家應急計劃報告中第一次提出“自然衰減”的概念,并受到政府組織和學界認同;同期的文獻中也提及通過微生物的降解作用,可以在污染物遷移到下游敏感點前降低污染物濃度,控制對下游敏感點的風險[5].1999年美國環保署將有計劃監控下的自然衰減修復方法稱為監控自然衰減,這標志著監控自然衰減技術走向成熟[8],成為污染場地“第二代”管理和修復方法[9].

2 國內外監控自然衰減的研究進展和應用

2.1 監控自然衰減的定義

監控自然衰減是指在污染場地中,通過實施有計劃的監測方案,依據場地自然發生的物理、化學及生物等作用(包括稀釋、擴散、揮發、吸附、化學性或生物性穩定、生物降解以及放射性衰減等),使得土壤和地下水中污染物的數量、毒性、移動性降低到風險可接受水平[10],該方法除必要的場地控制和監測之外無需人為干預[11-12],自然衰減的降解機制如圖1所示.

圖1 自然衰減的降解機制

適合使用監控自然衰減方法的污染場地廣泛,包括地下儲油罐泄漏場地,垃圾填埋場地,工業污染場地等.適用的污染物主要有石油類、有機溶劑、苯系物(苯、甲苯、乙苯、二甲苯)等.監控自然衰減相比其他主動修復手段具有成本較低、操作實施簡便、環境影響小、綠色安全以及污染物降解徹底等特點,已經成為國外常用的場地污染修復方式.

2.2 國外監控自然衰減的研究和應用進展

美國和歐洲對自然衰減修復方法的研究起步較早,積累了豐富成熟的科研和應用技術經驗.研究主要集中于自然衰減機理和影響機制、生物地球化學過程監測,以及如何建立指標體系來監控污染場地的自然衰減等方面.多個國家的環保機構和行業協會[13-14]都制定了監控自然衰減修復的技術指南:1994年,美國空軍發布了第一份汽油類污染場地實施自然衰減的技術方案;1998年美國環保署等機構編寫了評價有機氯化物自然衰減的技術方案; 2000年英國環境部發布了自然衰減的通用規程;2005年和2007年,美國環保署分別發布了甲基叔丁基醚(MTBE)自然衰減指南和無機污染物自然衰減指南.目前國外的監控自然衰減修復相關技術體系已經逐漸規范化,具有較強的可操作性,在自然衰減技術適用的污染場地類型和污染物種類、自然衰減過程的評價方法、監測數據的有效性分析、構建自然衰減的跟蹤監測與長期監測系統、自然衰減的強化技術等方面都有持續和深入的研究進展[15]. Amin等[16]的研究顯示,自然衰減修復方法可以適用于爆炸性污染物(2,4,6-三硝基甲苯(TNT))的污染場地,而且基于微生物作用的自然衰減過程對這類污染場地更加經濟有效. Kohli等[17]利用單體穩定同位素分析(CSIA)技術,研究了污染土壤和地下水中有毒污染物六氯環己烷的穩定同位素組成變化,評估了六氯環己烷的生物和非生物降解效率.Neuhauser等[18]對1991年關閉的一處焦油污染場地進行了長達14年的自然衰減跟蹤監控,發現萘等多環芳烴類污染物在自然降解作用下減少了99%,每年的質量降解速率為0.30(半衰期為2.3年).該研究表明去除污染源后,利用監控自然衰減去除多環芳烴類污染物是可行的修復措施.

近十幾年來,美國在“超級基金法案”的執行過程中,逐漸大量應用監控自然衰減技術修復受污染場地,主要采用該技術處理地下水中的有機污染物,并趨向于與其他修復技術聯合使用.在自然衰減涉及的物理、化學和生物降解等過程中,美國環保署更傾向于生物降解或消除污染物的過程.美國環保署認為監控自然衰減通常適用于污染物遷移可能性較低的場地[19].2017年7月第15版EPA超級基金污染修復報告[19]顯示:1986~ 2014年,地下水修復案例中監控自然衰減技術的應用比例(含聯合其他修復技術)由1990年前不到10%增加到1995年的30%左右,1998年和2005年該比例接近50%,2005~2008年、2009~ 2011年、2012~2014年這一技術的應用比例分別為36%、27%、33%(圖2).

圖2 美國“超級基金1986~2014年”地下水修復案例中MNA的應用比例

很多歐洲國家積極推動污染場地的監控自然衰減技術發展,其在場地修復的實踐應用呈上升趨勢[20].歐洲主要利用監控自然衰減處理土壤中氯化溶劑、礦物油、BTEX、多環芳烴類、氨和氰化物等污染物質. 2000年荷蘭編制了氯化溶劑、礦物油等污染物的自然衰減監測方案,很多歐洲國家也積極推動編制類似于該方案的更多污染物的自然衰減技術方案.北歐的一些國家(如芬蘭等)對該技術的推廣較少,可能是因為天氣較為寒冷,生物降解速度慢[6,21].

2.3 國內監控自然衰減的研究和應用進展

國內關于監控自然衰減技術的研究開展較晚,對污染場地修復中的自然衰減技術的應用還處于試點階段,尚無真正實施自然衰減修復技術的完整工程應用實例[22].國內的科研人員近幾年開始關注此方面的研究[23],國內在污染場地自然衰減的過程和機制、可行性評估與自然衰減監控體系構建等方面還處在起步階段.相關研究主要側重于室內模擬實驗,以及部分野外取樣,研究自然衰減過程的降解機制、降解速率、有效性,驗證自然衰減作用.考慮到實際應用中的土壤組成、地下水水文地質特征、氧化還原條件、地球化學成分等環境條件的復雜性,相關研究仍存在一定局限性[15,24].2014年環保部發布的《污染場地修復技術目錄(第一批)》[10]中將監控自然衰減技術納入地下水污染修復技術,但還沒有出臺關于監控自然衰減技術實施流程的指南和規范.

最近幾年,國內監控自然衰減技術的科研工作主要側重于石油類污染場地、垃圾填埋場、污灌區等污染場地;污染物類型主要有石油烴、有機氯溶劑(TEC和PEC)等[10,25];少數研究涉及了地下水中揮發性有機物自然衰減能力的評價方法,以及降解微生物的群落結構和分布特征等方面[26].李洋[27]選擇某油田污染場地淺層地下水為對象,采用野外樣品采集、室內分析、水質評價和模型模擬相結合的方法,研究了污染場地淺層地下水中的石油污染特征和自然衰減過程,建立了石油污染物地下水遷移轉化模型,并且預測了自然衰減修復效果.張文靜[28]通過實驗室模擬實驗研究了城市垃圾滲濾液污染物在地下環境中的自然衰減規律,定量分析了地下水中的微生物對垃圾滲濾液中有機物的降解作用,探討了污染物自然衰減過程中的影響因素,并在污染物自然衰減機理基礎上提出了含水層污染強化修復方法.王冰[29]開展了自然衰減的室內模擬實驗,研究了柴油在不同包氣帶介質中的自然衰減機理,分析了包氣帶深度、介質巖性以及含水率等因素等對柴油自然衰減的影響,探討了柴油污染物在含水層中遷移轉化和自然衰減的規律.賈慧等[30]在北京地區某加油站開展了石油類污染物自然衰減試驗,對該污染土壤中石油污染物的降解速率和半衰期進行了計算,并在此基礎上對該加油站包氣帶土壤的自然衰減能力和環境質量進行了評價.蔣靈芝等[31]利用質量通量方法,計算了地下水中BTEX和乙醇的自然衰減速率常數;結合非反應示蹤劑溴離子,評價了BTEX和乙醇自然衰減過程中吸附和微生物的聯合降解效應.張翠云等[32]研究了石家莊市南部污灌區土壤包氣帶和地下水中污染物自然衰減的作用和有效性.

目前,一些正在進行的地下水污染修復科研項目或技術示范項目中,有些采用了監控自然衰減(含強化監控自然衰減)與滲透反應墻(PRB)、原位化學氧化修復、抽出處理回灌等技術的聯合運用,驗證了聯合技術的運用能夠在較低成本情況下,更加有效去除土壤和地下中的污染物,拓展了監控自然衰減的適用范圍.An等[24]對MNA、PRB、AS(air sparing)、P&T(pump&treat)等修復技術進行了比較評價. 2017年北京南四環槐房地塊污染場地修復中,聯合采用了抽出處理回灌、原位化學氧化和監控自然衰減技術,實現了國內土壤和地下水在原位修復技術上的創新和突破[33].這些研究和污染修復實踐對我國土壤和地下水污染修復中監控自然衰減的研究與應用具有重要推動作用.

隨著國內綠色可持續修復理念的加強,以及對于污染場地修復成本效益和長期監測的重視,監控自然衰減修復技術的優勢將逐漸凸顯,相關的科研工作也將得到顯著推進,所取得的科研成果有助于污染場地的治理取得更好的社會經濟和環境綜合效益.

3 監控自然衰減相關的技術手段

監控自然衰減是一種有效的污染場地修復方法,并非是“消極不作為”的場地管理,相反它需要一系列非常專業的技術和方法保障,包括場地調查與概念模型構建、風險評價、自然衰減持續有效性的評價與驗證、監測系統的構建等.其中最核心的技術是評價驗證自然衰減的發生.

美國環保署(USEPA)、美國材料測試協會(ASTM)和美國空軍環境中心(AFCEE)等研究機構的自然衰減技術規范中均要求提供3個方面的證據[34],表明自然衰減的真實發生:(1)污染物質量的減少;(2)表征微生物降解的地球化學指標(電子受體供體、特征產物、堿度等)的變化;(3)微生物降解菌群的變化.這3個方面可以單獨或聯合為污染物的自然衰減提供直接或有力的證據.目前主要通過污染物質量計算、地球化學指標分析、穩定同位素分析、微生物分子技術等方法手段來獲取這3個方面的證據.國內這方面的研究很少,具有代表性的是張敏等[35]在地下水苯系物自然衰減方面的研究,他們從電子受體、單體碳同位素分析、微生物群落結構特征等角度對苯系物自然衰減的規律進行了探索.

評價驗證自然衰減持續有效性的證據可以分為初級證據、中級證據、高級證據3個階段,如表1所示.初級證據包括評估污染變化特征和污染羽變化趨勢,可以直接表明發生了自然衰減.中級證據由地球化學數據組成,可以間接表明場地發生自然衰減過程.高級證據涉及微生物定量分析和同位素分析,可以作為有力的輔助證據來證明自然衰減過程在發生[6].

表1 MNA三個階段的證據

3.1 初級證據

3.1.1 污染變化 監測污染物的濃度、范圍等的變化,可預測衰減趨勢和修復時間.這可以通過以下方式測定:(1)污染物濃度變化趨勢:開展特定點位的長期濃度監測并進行統計分析,了解污染羽的狀態(縮小、穩定或擴展狀態).(2)污染物質量守恒與通量分析法:質量守恒法指利用質量守恒分析來確定降解后剩余污染物的質量與降解產物的質量;通量分析法是一種計算污染物通過特定橫截面的質量通量來評價污染羽狀態(縮小、穩定或擴展狀態)的方法,其中質量通量指在單位時間內通過與地下水流向垂直的監測斷面的污染物的質量.(3)溶質運移數學模型:溶質運移數學模型主要有解析模型與數值模型.解析模型可以模擬預測污染羽的遷移距離,污染達到穩定狀態所需要的時間,以此來評估自然衰減的進程.數值模型適用于更加復雜條件下的污染場地模擬預測.由于地下環境中污染物的自然衰減過程復雜,使用數值模型評價自然衰減不僅可以表征自然衰減機制,更重要的是能夠模擬預測污染物濃度的時間和空間變化規律,為監控自然衰減技術的研究與應用提供數據支撐[8,13].

3.1.2 污染羽變化 污染物隨地下水流向多呈羽狀擴散,在場地概念模型中,需要確定污染源區和污染羽輪廓,以便對地下水污染進行有效的治理和修復.通常污染物濃度最高的地方被視為羽流的核心,而低濃度范圍一般處于污染羽的邊緣區域.

自然衰減技術有效性的初級證據可以通過污染羽的變化來獲得.在場地調查時要設置恰當的監測井位對污染物的橫向和縱向遷移進行準確描述.通常情況下,研究人員通過空間和圖形方法,輔以統計分析來表征污染羽流行為.所有這些方法旨在評估隨時間推移污染源負荷和/或含水層同化能力的變化,以及濃度、質量或分布的變化.這些指標的穩定或下降趨勢可以表明自然衰減過程的有效性.

3.2 中級證據

含水層的地球化學數據可以作為污染物發生降解的指標,對判定含水層污染物的自然衰減能力非常重要.在地下水有機污染物的自然衰減研究中,可以指示生物降解作用發生的地球化學證據包括:(1)污染羽中電子受體(主要有O2、Fe(Ⅲ)、NO3-和SO42-)濃度相比當地地球化學背景濃度的下降;污染羽中還原產物(如CH4、Fe(Ⅱ))濃度的升高;(2)降解中間產物的出現:如有機酸的出現;(3)溶解無機碳的濃度與堿度的變化:微生物代謝會產生二氧化碳,二氧化碳濃度的增加會導致地下水堿度的變化,通過地下水堿度的變化曲線圖,可以判斷污染羽中的微生物降解進程;(4)pH、溫度和電導率:地下水pH值會影響微生物種群的存在和活性;溫度直接影響地下水中微生物的代謝活動;電導率與地下水中的離子量成正比,這些都可以作為污染物生物降解發生的條件指標;(5)氧化還原電位:氧化還原電位表征含水層氧化還原狀態,地下水的氧化還原電位值通常是-400mV到800mV,某些微生物降解過程只能在特定的氧化還原電位條件范圍內發生,通常低氧化還原電位值有利于微生物降解的發生[6,34].

3.3 高級證據

3.3.1 微生物菌群分析 微生物菌群分析可以表明污染場地中自然衰減的過程與微生物降解目標污染物的能力.通過微生物檢測分析可以評估場地微生物是否有能力降解目標污染物,作為直接證據支撐場地自然衰減能力和進程的判定.通常通過以下途徑開展自然衰減的微生物降解研究:(1)在場地進行現場原位微生物種群檢測;(2)將采集的地下水或土壤樣品中的微生物菌群進行實驗室培養,定量測量其對污染物的降解速率.

隨著分子生物檢測技術的進步,可以使用一些新型的分析方法來評價微生物菌群.例如,通過測定目標微生物標記物(特定的核酸序列、多肽、蛋白質和脂質),提供與污染物降解相關的微生物活動和降解過程的信息;通過定量PCR技術鑒別與污染降解相關的新的微生物;通過測量總RNA值提供微生物種群的數量;甚至未來可以更多地使用基因工程菌來強化污染物自然衰減的能力[6,34].

3.3.2 穩定同位素分析 穩定同位素分析已經越來越普遍地應用到污染物自然衰減的評價中.美國新澤西州環境保護局監控自然衰減技術導則[36]對此進行了詳細介紹:

這一技術的基礎是構成污染物(如氯代烴、石油烴)的碳、氫、氯等元素都存在穩定同位素(13C/12C、2H/1H、37Cl/35Cl),并且污染物中這些元素的同位素豐度比值有一個相對固定的范圍,用值(即相對于標準物質的同位素豐度比值的千分差)來表示.下面是C的值計算公式:

(‰)=(sq/st-1)′1000 (1)

式中:sq是污染物中13C和12C的豐度比值;st是標準物質中13C和12C的豐度比值.

在許多生物化學和非生物反應的過程中,與含有較重穩定同位素的分子相比,含有較輕同位素的分子傾向于更快地反應.由于輕同位素化學鍵較弱,更容易被離解,因此導致降解產物中富集輕同位素,而使重同位素聚集在反應物當中.例如,由于13C比12C稍重,在發生反應時優先轉化的是含12C的分子.這樣隨著反應的進行,剩余的污染物中含13C的分子的相對含量不斷增加,也就是值不斷增加,即發生同位素分餾.在一階衰減速率情況下,檢測污染物中C的值(groundwater)相對于污染物降解前的初值(source)的變化,可以得出污染物當前剩余濃度Ct與初值濃度C0之比?,有如下關系:

?e(groundwater-source)/(2)

?= Ct /C0 (3)

式中:是富集系數,不同反應或降解途徑(好氧降解、厭氧降解等)的值、初值濃度0由實驗室測定.這樣測定地下水污染物中的groundwater值、source值、初值濃度0就可以推算出污染物的剩余濃度t,這一剩余濃度反映了自然衰減的程度.

可以根據下面公式分別計算出污染物隨距離和時間的衰減速率distance和time:

distance= -ln(?)/(4)

ltime= -ln(?)·v/d (5)

式中:是地下水流速,是地下水流動距離.

根據衰減速率distance,可以通過下面公式推算出污染物衰減至風險可接受水平允許的最高濃度所需要的距離:

= -ln()/distance(6)

=/C(7)

式中:是允許濃度和當前濃度C的比值.

通過同樣的原理也可以推算出污染羽中某一點污染物衰減至允許濃度所需要的時間,如下面公式所示:

k·T=ln(C0/(C0-C)) (8)

式中:是一階反應常數.

如果衰減至允許濃度所需的距離不至于達到下游的環境敏感點,并且污染物衰減至允許濃度所需要的時間在可接受范圍內,那么該場地就可以不必采取工程修復措施而完全依靠自然衰減.

4 監控自然衰減與其他技術的成本比較

基于發達國家污染場地治理的經驗和教訓,結合當前我國土壤和地下水污染的特點以及修復技術現狀,我國應當側重于場地污染風險控制的管理模式,而非強制性修復標準值的管理模式[37-38].現階段我國污染場地的修復需要著重考慮風險管控與成本控制,否則從修復成本上將難以為繼.監控自然衰減是此背景下較為優化的技術發展方向,它作為一種成本較低的修復方法,具備環境影響較小等效益優勢,在場地治理中會得到越來越多的關注[39].

目前已有很多污染場地修復技術,新修復技術的研發也不斷取得進展,但是受到場地特性和經濟成本的制約,真正應用于實際工程修復中還需要考慮不同技術的成熟性、場地土壤和地下水等地質狀況、適用污染物類型和去除率、處理周期、修復成本等因素.這就需要構建污染場地管理的決策支持系統,以便進行風險評價和修復技術篩選[40-42].本文把國內外污染場地中適用于地下水或地下水/土壤同時修復的部分典型技術的適用污染物、處理周期和成本等重要決策支持信息總結在表2中.

表2 污染場地土壤和地下水典型修復技術的特點和成本對比

5 結語

綜上所述,監控自然衰減是一種基于風險管控的污染場地修復方法,與工程修復方法相比具有以下優勢:

成本方面:監控自然衰減技術可以利用較低的成本實現污染物的凈化,在我國場地污染形勢嚴峻并缺乏大規模修復資金的背景下,比工程修復技術具有明顯的成本優勢.

操作實施方面:監控自然衰減技術的重點在于監測井的布點、樣品采集、指標監測和數據分析,所需的工程設施簡單,對場地的擾動小.

環境影響方面:監控自然衰減技術避免了工程修復過程中的噪音、廢氣、廢水、固廢等問題, 符合綠色可持續的修復要求.修復結束之后,便于迅速恢復生態環境原貌.

由于依靠自然對污染物的降解能力,監控自然衰減技術也有其內生的不足,主要體現在:

污染場地:由于達到修復目標所需的時間較長,適用于不急于開發的場地,以及生產運行中的場地的長期監測.

技術門檻:需要對場地的土層結構、水文地質條件、污染物的擴散運移等有精確的掌握,在污染物濃度分析的同時,還要結合穩定同位素分析、微生物分析等技術手段.

不確定性:修復過程中,場地水文地質或地球化學條件可能會隨時間而改變,對自然衰減的進程造成影響(初始預測的修復時間和傳輸距離可能會隨修復的進程而修正),因此需要在修復方案制定中充分考慮風險控制.

目前我國對監控自然衰減技術的研究較少,缺乏場地實踐和成熟的經驗,大規模推廣之前尚需進行充分的場地示范,形成適合于我國污染場地實際的經驗和評價體系.在我國污染場地“風險分析、分類管控、綜合施策”的原則下,監控自然衰減技術適宜與其他工程技術相結合,建立基于風險管控的污染場地修復體系.

[1] Madsen E L. Determining in situ biodegradation [J]. Environmental Science & Technology, 1991,25:10(10):1662- 1673.

[2] Madsen E L. Epistemology of environmental microbiology [J]. Environmental Science & Technology, 1998,32(4):429-439.

[3] U.S. EPA. Monitored Natural Attenuation of Chlorinated Solvents [R]. U.S. EPA, Office of Research and Development, EPA/600/F- 98/022Washington DC: 1999.

[4] Zobell C E. Assimilation of hydrocarbons by microorganisms [J]. Advances in Enzymology & Related Subjects of Biochemistry, 1950,10(10):443.

[5] 應用監測式自然衰減整治法之可行性評估準則、設計及成效評估等規范建置計劃[R]. 臺北:臺灣行政院環境保護署, 2009.

[6] National Research Council. Natural attenuation for groundwater remediation [M]. Washington, DC: The National Academies Press, 2000.

[7] U.S. EPA. Superfund remedy report, 13th edition [R]. U.S. EPA, Office of solid waste and emergency response, EPA-542-R-10- 004, Washington DC: 2010.

[8] U.S. EPA. Monitored natural attenuation of petroleum hydrocarbons [R]. U.S. EPA, Office of Research and Development, EPA/600/F-98/021, Washington DC: 1999.

[9] Wilson K, Sewell G, Kean J A, et al. Enhanced attenuation: Its place in the remediation of chlorinated solvents [J]. Remediation Journal, 2007,17(2):39–49.

[10] 污染場地修復技術目錄(第一批) [R]. 北京:中華人民共和國環境保護部, 2014.

[11] U.S. EPA. Use of monitored natural attenuation at superfund, RCRA, corrective action and UST sites [R]. U.S. EPA, Office of Solid Waste and Emergency Response, EPA-9200.4-17, Washington DC: 1999.

[12] U.S.EPA. Monitored natural attenuation of MTBE as a risk management option at leaking underground storage tank sites [R]. U.S. EPA, Office of Research and Development, EPA/600/R- 04/179, Washington DC: 2005.

[13] Sinke A, Heimovaara T, Tonnaer H, et al. Decision support system natural attenuation [R]. CUR-NOBIS Report 97-1-02, 1998.

[14] 尹 勇,戴中華,蔣 鵬,等.VOCs污染場地地下水監測式自然衰減法可行性評估程序研究[J]. 江西化工, 2013,(3):28-31.

[15] 陳然然.監控自然衰減技術在氯代有機物污染場地的應用探究 [D]. 南京:東南大學, 2016.

[16] Amin M M, Khanahmad H, Teimouri F, et al. Effect of monorhamnolipid contribution on anaerobic-natural attenuation of explosives in contaminated soils [J]. Journal of Environmental Engineering, 2017,143(8):04017035.

[17] Kohli P, Richnow H H, Lal R. Compound-specific stable isotope analysis: implications in hexachlorocyclohexane in-vitro and field assessment [J]. Indian Journal of Microbiology, 2017,57(1): 11-22.

[18] Neuhauser E F, Ripp J A, Azzolina N A, et al. Monitored natural attenuation of manufactured gas plant tar mono and polycyclic aromatic hydrocarbons in ground water: a 14-year field study [J]. Groundwater Monitoring & Remediation, 2009,29(3):66–76.

[19] U.S. EPA. Superfund remedy report, 15th edition [R]. U.S. EPA, Office of Solid Waste and Emergency Response, EPA-542-R- 17-001, Washington DC: 2017.

[20] Declercq I, Cappuyns V, Duclos Y. Monitored natural attenuation (MNA) of contaminated soils: State of the art in Europe—A critical evaluation [J]. Science of the Total Environment, 2012,426(2):393-405.

[21] 李小平,程 曦.場地污染土壤和地下水修復中受監控的自然修復/恢復技術的應用與研究進展[J]. 環境污染與防治, 2013, 35(8):73-78.

[22] 呂曉建.非正規垃圾填埋場地下水監控自然衰減效果評價研究[D].石家莊:河北地質大學, 2016.

[23] 王 威,陳社明,馬 震,等.淺層地下水中石油類污染物監測自然衰減(MNA)預測與適宜性評價研究[J]. 節水灌溉, 2014,(8): 29-33.

[24] An D, Xi B, Ren J, et al. Sustainability assessment of groundwater remediation technologies based on multi-criteria decision making method [J]. Resources Conservation & Recycling, 2016,119(4):36-46.

[25] 趙勇勝,王 冰,屈智慧,等.柴油污染包氣帶砂層中的自然衰減作用[J]. 吉林大學學報:地球科學版, 2010,40(2):389-393.

[26] 謝云峰,曹云者,柳曉娟,等.地下水揮發性有機污染物自然衰減能力評價方法[J]. 環境工程技術學報, 2013,3(2):104-112.

[27] 李 洋.淺層地下水石油類污染物自然衰減評價與預測[D]. 長春:吉林大學, 2012.

[28] 張文靜.垃圾滲濾液污染物在地下環境中的自然衰減及含水層污染強化修復方法研究[D]. 長春:吉林大學, 2007.

[29] 王 冰.柴油在地下環境中的自然衰減研究[D]. 長春:吉林大學, 2011.

[30] 賈 慧,武曉峰,胡黎明,等.基于現場試驗的石油類污染物自然衰減能力研究[J]. 環境科學, 2011,32(12):3699-3703.

[31] 蔣靈芝,陳余道,鄧超聯,等.應用質量通量評估地下水中BTEX和乙醇的自然衰減[J]. 高校地質學報, 2016,22(2):395-400.

[32] 張翠云,張 勝,殷密英,等.地下水污染自然衰減研究進展[J]. 南水北調與水利科技, 2010,8(6):50-52.

[33] 曹 政.槐房地塊水土“原地”清污告捷 [N]. 北京日報, 2017- 07-03(006).

[34] 焦 殉.地下水土有機污染MNA 修復研究綜述[J]. 上海國土資源, 2011,32(2):30-35.

[35] 張 敏,王森杰,陳素云,等.地下水苯系物微生物降解及其碳同位素標記[J]. 水文地質工程地質, 2017,44(2):129-136.

[36] New Jersey Department of Environmental Protection. Monitored natural attenuation technical guidance [R]. New Jersey Department of Environmental Protection, Site Remediation Program. Trenton: 2012.

[37] 姜 林,鐘茂生,張麗娜,等.基于風險的中國污染場地管理體系研究[J]. 環境污染與防治, 2014,36(8):1-10.

[38] 楊維漢,崔 靜.“土十條”今年出臺,“十三五”最嚴格環保制度值得期待 [N]. 新華社, 2016-01-12(c).

[39] 徐 亞,朱雪梅,劉玉強,等.基于隨機-模糊耦合的污染場地健康風險評價及案例 [J]. 中國環境科學, 2014,34(10):2692-2700.

[40] 武曉峰,謝 磊,趙洪陽.土壤及地下水污染點不同暴露途徑的健康風險比較 [J]. 中國環境科學, 2012,32(2):345-350.

[41] 蔣 棟,路邁西,李發生,等.決策支持系統在污染場地管理中的應用 [J]. 環境科學與技術, 2011,34(5):170-174.

[42] 張紅振,董璟琦,吳舜澤,等.某焦化廠污染場地環境損害評估案例研究[J]. 中國環境科學, 2016,36(10):3159-3165.

[43] 谷慶寶,郭觀林,周友亞,等.污染場地修復技術的分類、應用與篩選方法探討 [J]. 環境科學研究, 2008,21(2):197-202.

[44] U.S. EPA. Technical protocol for evaluating natural attenuation of chlorinated solvents in groundwater[R]. U.S. EPA, Office of Research and Development EPA/600/R－98/128Washington DC: 1998.

[45] U.S. EPA. Superfund remedy report, 14th edition [R]. U.S. EPA, Office of Solid Waste and Emergency Response, EPA-542-R- 13-016, Washington DC: 2013.

[46] 王文坦,李社鋒,朱文淵,等.我國污染場地土壤修復技術的工程應用與商業模式分析 [J]. 環境工程, 2016,34(1):164-167.

[47] Radian International. Eastern groundwater plume naval air station Brunswick remedial action operation (RAO) optimization case study [R]. Radian International, Site Specific Report SSR- 2537-ENV Morrisville, NC: 2000.

[48] 李 瑋,王明玉,韓占濤,等.棕地地下水污染修復技術篩選方法研究——以某廢棄化工廠污染場地為例 [J]. 水文地質工程地質, 2016,43(3):131-140.

Research progress of monitored natural attenuation remediation technology for soil and groundwater pollution.

LI Yuan-jie1, WANG Sen-jie2, ZHANG Min3, HE Ze3, ZHANG Wei1*

(1.School of Environment and Natural Resources, Renmin University of China, Beijing 100872, China；2.Beijing No.4 Construction Engineering Co., Ltd., Beijing 100176, China；3.The Institute of Hydrogeology and Environmental Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Shijiazhuang 050061, China)., 2018,38(3)：1185~1193

Severe and widespread pollution of soil and groundwater in China has caused intensive concerns, with great number of contaminated sites and diversified pollution types, for which there is a development lag in site management and remediation technologies. As a non-invasive long-term management approach based on risk control over contaminated sites, Monitored Natural Attenuation (MNA) turns out as an effective and economic strategy for soil and ground water pollution management with the potential for maximized cost-effectiveness. In the United States, application of MNA in contaminated site remediation accounts for about 30%, and the cost is about several hundred thousand dollars. This article gives a brief on the origination and evolution of MNA, followed with a summary of progress and highlights in research on MNA as well as their recent applications, both domestic and overseas. A comparison between MNA and typical remedial technologies is made, and this is expected to serve as a reference for the research and applications of MNA-related technologies.

contaminated sites；soil；groundwater；monitored natural attenuation；remediation technologies

X144

A

1000-6923(2018)03-1185-09

李元杰(1989-),男,河南信陽人,中國人民大學碩士研究生,主要從事環境政策與管理研究.

2017-08-17

國家自然科學基金面上項目(41671492)

* 責任作者, 副教授, zhw326@ruc.edu.cn