場(chǎng)地調查、風(fēng)險評估與修復工作流程!
導語(yǔ)
場(chǎng)地污染往往是“看不見(jiàn)的污染”,一旦污染,其修復既費時(shí)間又耗費大量資金。土壤污染防治攻堅戰的戰斗核心依然是污染修復。
現階段,我國正在全面開(kāi)展土壤環(huán)境詳查工作,2020年將逐步建立疑似污染地塊和污染地塊清單,為我國大規模污染地塊修復鋪墊基礎。這可是“十四五”環(huán)保產(chǎn)業(yè)的重要熱點(diǎn)哦!
我國土壤修復的難點(diǎn)在于開(kāi)發(fā)符合我國國情的調查和修復技術(shù)體系,重點(diǎn)在于場(chǎng)地調查的全面性、風(fēng)險評估的準確性、修復技術(shù)的可靠性。
從2018年開(kāi)始國家科技部圍繞場(chǎng)地污染的多個(gè)領(lǐng)域開(kāi)展組織開(kāi)展“土壤專(zhuān)項”。污染預防和風(fēng)險控制也是我國土壤污染防止攻堅戰的核心任務(wù)。
01 場(chǎng)地調查 場(chǎng)地調查,分為初步調查和詳細調查兩個(gè)階段。實(shí)施步驟一般包括資料搜集、現場(chǎng)踏勘、人員訪(fǎng)談、初步采樣分析等。搜集場(chǎng)地有關(guān)文件、歷史檔案、照片等資料,有助于了解場(chǎng)地污染的歷史情況;現場(chǎng)踏勘目的在于核實(shí)已搜集到的資料,了解污染現狀,包括周邊敏感點(diǎn)等;人員訪(fǎng)問(wèn)是為了進(jìn)一步考證已有資料。而后,制定采樣計劃并現場(chǎng)采樣,分析整理監測結果,最后形成初步調查報告和詳細調查報告。
如果缺乏細致的場(chǎng)地調查數據,復雜場(chǎng)地的修復效果可能收效甚微。目前美國場(chǎng)地調查先進(jìn)技術(shù)包括概念模型、土壤采樣統計學(xué)、地下水采樣及監測井優(yōu)化、三元現場(chǎng)決策法、基于決策的場(chǎng)地調查、高精度技術(shù)、環(huán)境法醫學(xué)、場(chǎng)地修復地質(zhì)學(xué)、水文學(xué)和環(huán)境生物分子診斷等。
本節側重介紹一下地球物理方法,包括探地雷達、高密度電法、感應電磁法、微地震法等。
傳統的調查方式是透過(guò)有限的鉆孔取樣或MIP來(lái)推測可能的分布情況,通過(guò)點(diǎn)和點(diǎn)之間的結果的關(guān)聯(lián)來(lái)推估污染分布的范圍、深度等信息;地球物理探勘方法是透過(guò)非破壞性的方式,對地底下的填埋物和地層構造做量測,除了不須鉆孔的特點(diǎn)之外,還能透過(guò)大范圍的量測得到連續性的剖面數據。這些傳統的探礦方法用于場(chǎng)地環(huán)境調查可以實(shí)現:
01 查明工作區地下管線(xiàn)平面位置、走向、埋深等基本情況;
02 結合高密度電阻率法,探地雷達法及感應電磁法可以有效的初步查清土壤污染羽,垂直分布范圍及深度等信息,確定可能的高濃度污染物區域;
03 通過(guò)高密度電阻率法結果能準確分辨出地表附近地層結構以及潛水面的位置;
04 利用微地震和大地電阻法可以探測深層污染的分布,如石油開(kāi)發(fā)對地下水環(huán)境的影響等。在現場(chǎng)資料缺失的條件下,能有效的避開(kāi)地下管線(xiàn),提高現場(chǎng)施工安全性和鉆孔取樣效率;對于復雜大面積場(chǎng)地可以協(xié)助提高調查效率,降低調查成本。
此外,在城市應急調查中也可以發(fā)揮巨大的作用,例如探地雷達可以?huà)呙娴男问饺Χㄕ麄€(gè)油品疑似泄露區,迅速探測泄露油品的分布范圍及深度。也必須看到,地球物理方法屬于間接測量,且受多種因素的影響,其結果的解譯除了需要專(zhuān)業(yè)軟件和知識的支撐,還需要豐富的經(jīng)驗,因此目前其使用率和準確率均有待提高。
02 風(fēng)險評估 場(chǎng)地風(fēng)險評估,主要是指健康風(fēng)險評估,是估算地塊污染對人體健康影響的方法體系,從而合理確定修復目標,支撐法規為《污染場(chǎng)地風(fēng)險評估技術(shù)導則》(HJ 25.3-2014),其評估程序見(jiàn)下圖。我國尚缺乏針對自然環(huán)境的生態(tài)風(fēng)險評估制度。
風(fēng)險評估,第一步是危害識別,即根據上一階段場(chǎng)地調查結論,對地塊內土壤樣品、地下水樣品中超過(guò)項目風(fēng)險篩選值的指標開(kāi)展風(fēng)險評估工作,一般選取各關(guān)注污染物最大值進(jìn)行風(fēng)險計算。
第二步,暴露評估,包括暴露途徑和暴露量的計算。根據業(yè)主提供的規劃資料,確定評估地塊是否屬于敏感用地,地塊內淺層地下水未來(lái)是否作為飲用水;根據暴露情景和暴露途徑分析結果,按照《污染場(chǎng)地風(fēng)險評估技術(shù)導則》(HJ25.3-2014)的要求及方法進(jìn)行各種暴露途徑的暴露量計算。
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第三步,毒性評估。毒性評估是在危害識別的基礎上,分析關(guān)注污染物對人體健康的危害效應,包括致癌效應和非致癌效應,確定與關(guān)注污染物相關(guān)的參數,包括參考劑量、參考濃度、致癌斜率因子和呼吸吸入單位致癌因子等。而后,根據《污染場(chǎng)地風(fēng)險評估技術(shù)導則》(HJ 25.3-2014)及 HERA 軟件確定項目污染物的毒性參數和理化參數。
第四步,風(fēng)險表征。在暴露評估及毒性評估的基礎上,根據《污染場(chǎng)地風(fēng)險評估技術(shù)導則》(HJ 25.3-2014)中風(fēng)險表征的相關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行污染物各種暴露途徑的致癌及非致癌風(fēng)險計算,并進(jìn)行不確定性分析。風(fēng)險表征過(guò)程中涉及的主要參數包括:暴露參數、土壤理化性質(zhì)參數、空氣特征參數、建筑物參數、污染物濃度等。受基礎科學(xué)發(fā)展水平、時(shí)間及資料等限制,不確定性分析一般包括暴露途徑的不確定性和評估參數的不確定性分析。
風(fēng)險評估最后需要確定土壤和地下水中哪些污染物的致癌風(fēng)險和危害指數超過(guò)人體可接受水平,確定風(fēng)險控制值,進(jìn)而確定修復目標。
風(fēng)險評估目前存在的普遍問(wèn)題,主要包括缺乏準確、可信的定量風(fēng)險評價(jià)軟件,以及一系列復雜模型的應用經(jīng)驗,缺少針對我國的基礎數據,難點(diǎn)仍然是參數的確定。
03 場(chǎng)地修復
場(chǎng)地污染修復,通常分為重金屬污染修復、有機污染修復、礦山修復、復合型修復四類(lèi)。
Part 1|重金屬污染修復 重金屬污染土壤元素不能被降解,只會(huì )發(fā)生形態(tài)的變化和遷移。因此,各種修復技術(shù)都是圍繞“轉換或轉移”這一核心路徑來(lái)進(jìn)行的。目前,重金屬污染的修復主要有兩種途徑:第一,改變重金屬的存在狀態(tài),降低其活性,使其鈍化,脫離食物鏈,減小其毒性;第二,利用特殊植物或微生物吸收土壤中的重金屬,然后將該植物除去或用工程技術(shù)將重金屬變?yōu)榭扇軕B(tài)、游離態(tài),再經(jīng)過(guò)淋洗,然后收集淋洗液中的重金屬,從而達到回收重金屬和減少土壤中重金屬的雙重目的。土壤重金屬一般有五種存在形態(tài):可交換態(tài)、碳酸鹽態(tài)、鐵錳氧化態(tài)、有機質(zhì)和硫化物態(tài)和殘渣態(tài),其生物有效性受土壤質(zhì)地、有機質(zhì)、pH、氧化還原電位以及粘土礦物等因素影響。 江西作為傳統的有色金屬和農業(yè)大省,農田重金屬修復項目較為集中。在此,需要著(zhù)重強調一點(diǎn), 2014年國家啟動(dòng)重金屬污染耕地修復研究,旨在通過(guò)加強耕地質(zhì)量建設和污染修復治理,實(shí)現重金屬污染耕地的糧食達標生產(chǎn),確保國家糧食安全和人民群眾“舌尖上的安全”。因此,彼農業(yè)部“農田重金屬修復”與環(huán)保意義上的土壤重金屬修復稍有差異! Part 2|有機污染修復 有機污染修復,一般通過(guò)以下四種途徑來(lái)減小土壤有機污染物對環(huán)境、人體或其他生物體的危害:降低土壤中既有有機污染物的濃度、固定污染物、轉化為低毒或無(wú)毒物質(zhì)、阻斷污染物在生態(tài)系統中的轉移途徑。 Part 3|礦山修復 我國有色金屬尾礦產(chǎn)量巨大。江西更是我國有色金屬開(kāi)采和冶煉主要省份,代表性礦種有銅、鎢、稀土等。開(kāi)采原礦和對產(chǎn)生的尾礦處理不當,容易造成環(huán)境污染問(wèn)題及潰壩現象,多種重金屬污染物(鉻、砷、鎘、鉛、鋅、錳等)會(huì )滲透到土壤中,且可能引起人工性泥石流,同時(shí)這些尾礦還具有養分貧乏等特點(diǎn),破壞原來(lái)的生態(tài)環(huán)境,植被無(wú)法存活。典型的兩種有色金屬尾礦包括鉛鋅尾礦和銅尾礦。本文之所以把礦山修復單獨作為一類(lèi)場(chǎng)地,是因為其對環(huán)境的破壞除了重金屬污染,一般都還伴隨著(zhù)嚴重的生態(tài)破壞,有些還夾雜著(zhù)其它污染,如稀土開(kāi)采除了對地表植被產(chǎn)生破壞,還會(huì )造成高氨氮尾水排放和一定程度的重金屬污染;鎢的開(kāi)采則產(chǎn)生含砷鎢渣形成危廢。 礦山修復即對礦業(yè)廢棄地污染進(jìn)行修復,實(shí)現對土地資源的再次利用。礦業(yè)廢棄地多以重金屬污染和礦山酸性排水污染為主,治理內容以生態(tài)修復和污染治理為主。礦山污染修復受地形地貌、氣候特征、水文條件、土壤物理化學(xué)生物特征、表土條件、潛在污染等因素的制約,因此,修復技術(shù)和實(shí)施方案的選擇需要考慮各因素的影響。 礦山修復措施,常見(jiàn)的有邊坡、尾礦的治理,土壤基層改良,礦山重金屬污染的植物修復,礦山水資源的修復以及微生物修復措施。 目前植物修復在處理礦山土壤污染技術(shù)上被認為最有前景的技術(shù)之一。植物修復是利用一些抗逆性強的植物及其自身的生理特性,從環(huán)境中富集一種或多種有毒有害物質(zhì),并在其體內進(jìn)行正常代謝,從而達到去除環(huán)境中污染物效果的方法,具有原位,成本低,無(wú)破壞性等優(yōu)點(diǎn)。按照修復過(guò)程及作用機理,植物修復技術(shù)又可分為植物提取、植物固定、植物揮發(fā)和植物過(guò)濾。目前研究較多的是植物提取,即利用植物根系吸收富集土壤中的重金屬,并經(jīng)一系列的生理生化作用,繼而轉移到植物莖葉,通過(guò)收割莖葉及根系,達到修復礦山的目的。 02修復技術(shù) 我國土壤污染情況復雜,很多地塊由于產(chǎn)業(yè)類(lèi)型的不斷變革存在復合污染情形。當前,我國主要污染地塊分為重污染企業(yè)用地、工業(yè)廢棄地、工業(yè)園區污染地塊、固體廢物集中處理處置場(chǎng)地、采油區、采礦區、污染耕地等類(lèi)型,也可簡(jiǎn)單地歸納為城市污染場(chǎng)地、農村污染耕地和采礦/采油區。在實(shí)際中,往往污染物不止一種,故常以多技術(shù)聯(lián)用的方式進(jìn)行修復。實(shí)際上影響修復成功的因素除了技術(shù)的選擇還有很多關(guān)鍵的因素,包括場(chǎng)地條件、污染現狀、修復時(shí)間、有效的修復藥劑、高效和適宜的修復設備、投資和成本控制,以及專(zhuān)業(yè)性團隊。
土壤有機污染物在土壤中的環(huán)境行為主要包括吸附、解吸、揮發(fā)、淋濾、降解殘留、生物富集等。主要影響因素包括有機污染物的特性(化學(xué)特性、水溶解度、揮發(fā)性、蒸汽壓、吸附特性、光穩定性、生物可降解性和毒性等)、環(huán)境特性(溫度、日照、降雨、濕度、灌溉方式和耕作方式等)、土壤特性(土壤類(lèi)型、有機質(zhì)含量、氧化還原電位、水分含量、pH、離子交換能力)。
綜上,場(chǎng)地污染防控技術(shù)是一門(mén)涉及多學(xué)科,與歷史污染作戰的技術(shù)體系,下圖對場(chǎng)地污染防控技術(shù)進(jìn)行了歸納。從污染物深度分類(lèi),可以分為土壤污染、地下水污染和復合污染,當然地下水污染往往伴隨有土壤污染。單一技術(shù)的研究已相對成熟,目前研究較多的是兩種及以上的修復技術(shù)組合應用。