污染場地無機污染物監控自然衰減技術的研究與發展

文_蔣小紅 莫小雨 王培 上海建科環境技術有限公司

2014年《全國土壤污染狀況調查公報》中指出，重污染企業用地、工業廢棄地、工業園區、固體廢物處置場周邊的土壤超標率分別為36.3%、34.9%、29.4%、21.3%。污染場地內及周邊土壤和地下水污染嚴重，不僅帶來人體健康和生態環境風險，還會極大影響城市建設開發。2019年土壤污染防治法正式開始實施，確定了土壤污染治理以預防為主、保護優先、分類管理、風險管控的原則。由于土壤地下水污染的復雜和不均一性，目前尚不具備大規模全面清理式修復的技術與經濟基礎。因污染場地建設開發的迫切性，在實際項目中多采用化學藥劑、異位填埋等清理式修復，這些清理技術經濟成本高，環境擾動大，特別是地下水往往存在污染反彈的情況。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的監控自然衰減技術是國際較為認同的最經濟、最合理的解決土壤和地下水污染問題的途徑之一。

監控自然衰減與其他主動修復方法相比，主要依靠自然衰減的過程和經過仔細的監控，在經濟和合理的時間范圍內來實現特定場地的修復目標，可以單獨或與其他主動修復方式聯用。目前國際上污染場地管理中工程控制、監控自然衰減、制度控制等風險管控技術單獨或聯合應用的比例已逐漸增加。有機污染物監控衰減技術已在國內開展了一些研究，而無機污染物關注不多，也是土壤地下水傳統治理中難點。

1 監測自然衰減的發展與主要體系

1999年，美國EPA發布了“在超級基金，RCRA（資源保護回收法）和地下儲罐場地使用監控自然衰減”，這個政策向EPA工作人員、公眾還有監管組織提供EPA打算如何實施國家政策有關于使用監控自然衰減的指南。自此之后EPA開始發布有關于有機物和無機物的自然衰減技術文檔（詳見圖1），有機物以石油烴和氯化溶劑為主，無機物主要研究金屬和放射性物質。從2007年開始EPA主要關注無機污染物的監控自然衰減。

2000年起國內逐漸開始進行污染場地調查與治理方面的研究工作，相對于發達國家起步較晚。2004年，北京市宋家莊地鐵基坑工程施工導致工人中毒事件，引起對于工業污染場地修復和再開發的關注。2015年，由環境保護部發布的《污染場地修復技術目錄（第一批）》將自然衰減納入污染場地修復技術名錄。2018年，由生態環境部發布的《污染場地地下水修復技術導則》中的污染場地修復技術初步篩選明確地提出了監控自然衰減。監控自然衰減在污染場地的應用和研究在我國處于起步階段，研究與工程案例應用較少，自然衰減過程、衰減機制、可行性評估以及監控體系仍在發展當中。

2 無機物監控自然衰減的研究進展

大量的研究和案例都集中在有機物的監控自然衰減的修復技術方法。根據調查，污染場地主要污染物涵蓋重金屬等無機物，然而無機物具有難生物降解的特性，主要以吸附和氧化還原為主，因此需要了解無機物的衰減機制才能更好地進行污染場地的風險管控和修復。2007年，EPA頒布了關于無機物監控自然衰減，隨后無機物的自然衰減技術開始發展。

2.1 無機物和有機物監控自然衰減的比較

無機物一般都很難進行生物降解，除了硝酸鹽和氚，因此無機物主要以吸附和沉淀在含水層固體基質上，以及一些氧化還原反應。然而有機物主要以生物降解為主要的自然衰減機制。因此對于污染場地表征，有機物主要關注地下水樣品的采集和分析，而無機物主要研究分析含水層固體基質的特征。監控自然衰減在有機物和無機物上的應用主要區別見表1。

表1 有機污染物和無機污染物自然衰減的區別

2.2 監控自然衰減在污染場地應用的適用性分析

為了判斷污染場地是否適合使用監控自然衰減作為其中一個修復技術，EPA提出了場地表征分層分析方法。對要使用自然衰減作為修復技術的場地進行場地表征，需要收集大量的數據和巨額的成本支出，因此采用逐步分析場地特征的方法，可以預先確定并限制每層分析方法中所需的數據，逐步減少不確定性和具有經濟、高效的方式。

無機物的現場表征可以做到：①分析無機污染羽衰減后的形態，污染物是固化在含水層基質上形成“固化”污染羽，還是溶解或形成“流動”污染羽；②判斷是否形成穩定或收縮的地下水污染羽，證明無機污染物在溶解相中去除；③論證固化在含水層基質上的無機污染物的穩定性，保證未來污染物的可能再活化不會對環境和人體健康造成威脅。

污染場地應用自然衰減修復技術的適用性分析總共分為三層，都是決策層，提供每層的決策方法來評估自然衰減在污染場地作為修復措施的可能性和有效性。第一和第二層的分析，為第三層含水層維持污染物長期衰減的能力評估提供了基礎。

每一層都有設計目的。第一層，篩除場地表征證明地下水污染羽持續擴散的場地，論證污染物吸附在含水層固體基質上。第二層，篩除與其他修復方法所需時間相比，衰減速率不足以在合理的時間內達到清理目標的場地，并滿足修復的合理時間框架；并確定和識別控制污染物衰減的特定機制，基于場地的地球化學條件，判斷自然衰減是否可以實現修復目標。第三層，篩除場地數據和分析表明含水層中沒有能力將污染物質衰減到滿足監管目標的場地；篩除固化污染物的穩定性不足以防止由于地下水化學的變化，而導致的污染物重新活化的場地。

如果前面證明了自然衰減修復技術適用于該場地，并且選擇監控自然衰減作為修復措施之一，就應該制定長期監測方案和應急措施，以長期進行場地管控和制定防止污染羽再釋放的應急措施。監測計劃包括：①提供足夠的調查包括水平和垂直污染羽場地，驗證地下水污染物保持穩定或收縮；②提供監測整個污染衰減區域地下水化學狀態能力。

3 結語

監控自然衰減是長期的依靠自然衰減降低污染羽范圍與濃度，具有低成本、和對環境干擾較小的特點，是一種符合綠色可持續修復原則的污染場地治理技術。目前污染場地修復市場需求以快速清理后開發為主，該項技術往往不直接適用，但與其他技術聯用或用于復雜場地的低風險結案有利于縮短治理周期。由于土壤地下水污染的復雜性，該項技術的適用性評價、衰減機理、表征方法、監測性能等仍需大量研究，由于大多數污染場地都存在土壤和地下水重金屬和硝酸鹽等無機物污染，治理難度大，亟需進一步開展對于無機污染物監控自然衰減的研究和實踐。