污染场地修复后再利用的典型安全风险及长期监管策略研究.pdf
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1、污染场地修复后再利用的典型安全风险及长期监管策略研究史鹏飞1,2,3,彭政2,马妍3,艾圣基3,程芦3,王丽芳2,于靖靖1,李发生1*1.环境基准与风险评估国家重点实验室,中国环境科学研究院2.生态环境部对外合作与交流中心3.中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院摘要从国内外工程实践看,部分污染程度较重、污染情况复杂的场地,修复后再利用过程中对人体健康、生态环境或工程建设会产生一定的安全风险。长期监管是保障修复后场地安全再利用的核心措施,目前我国在这方面的研究还很不足。统计分析了我国近年来 550 个污染场地案例数据,结果表明修复后场地再开发为居住用地类型的占比达 58.7%;在此基础上剖析了
2、重金属污染场地固化/稳定化后再释放和有机污染场地修复后蒸气入侵 2 类典型安全风险。借鉴国外的长期监管经验,结合国内案例实践,从长期监测、制度控制、定期回顾、公众参与及场地档案管理 5 个方面提出了针对上述典型安全风险的长期监管建议。关键词修复后场地;再利用;安全风险;重金属再释放;有机污染物蒸气入侵;长期监管中图分类号:X53 文章编号:1674-991X(2023)04-1625-10doi:10.12153/j.issn.1674-991X.20220841Typical safety risk and long-term management strategies forpost-re
3、mediation site reuseSHI Pengfei1,2,3,PENG Zheng2,MA Yan3,AI Shengji3,CHENG Lu3,WANG Lifang2,YU Jingjing1,LI Fasheng1*1.State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment,Chinese Research Academy of Environmental Sciences2.Foreign Environmental Cooperation Center,Ministry of Ecology a
4、nd Environment3.School of Chemical&Environmental Engineering,China University of Mining&Technology(Beijing)AbstractFrom the view of engineering practices at home and abroad,the reuse of heavily polluted and complexpost-remediation site often poses safety risks to human health,ecological environment
5、or engineering construction.Long-term stewardship is the core strategy to ensure the safe reuse of post-remediation sites.However,relevantstudies in this field are still insufficient in China.Based on the statistical analysis of 550 cases of contaminated sitesin China,the results showed that 58.7%of
6、 post-remediation sites were redeveloped for residential purposes.Twotypical safety risk problems,including heavy metal re-release after solidification/stabilization and vapor intrusion oforganic pollutants,were analyzed.Based on foreign advanced long-term stewardship experience and domesticpractice
7、s,suggestions for long-term stewardship and improvement of the above typical safety risks were put forwardfrom five aspects,including long-term monitoring,institutional control,regular review,public participation and sitearchives management.Key wordspost-remediation site;reuse;safety risk;heavy meta
8、l release;vapor intrusion of organic pollutants;long-term stewardship 由于城市发展和建设需要,我国许多城市实施了大量工业企业污染场地的修复治理和再开发利用,再利用方式包括住宅、工商业和服务业用地等1-2。为缩短开发周期和加快土地周转,工业污染场地修 收稿日期:2022-08-25基金项目:国家重点研发计划项目(2018YFC1801405);中国矿业大学(北京)越崎青年学者资助计划(2019QN09);中央高校基本科研业务费专项资金资助(2022SKHH01)作者简介:史鹏飞(1995),男,博士研究生,主要从事污染场地风险
9、管控研究,*责任作者:李发生(1966),男,研究员,博士,主要从事污染场地风险评估与修复研究, Vol.13,No.4环境工程技术学报第 13 卷,第 4 期Jul.,2023Journal of Environmental Engineering Technology2023 年 7 月史鹏飞,彭政,马妍,等.污染场地修复后再利用的典型安全风险及长期监管策略研究 J.环境工程技术学报,2023,13(4):1625-1634.SHI P F,PENG Z,MA Y,et al.Typical safety risk and long-term management strategies f
10、or post-remediation site reuseJ.Journal of EnvironmentalEngineering Technology,2023,13(4):1625-1634.复项目具有明显的短工期特征,修复验收后的场地经过流转而立即开发建设。我国修复后场地再开发建设过程中,建筑设计较少考虑残留污染的可能影响以及修复药剂残留等对建筑材料的腐蚀和结构基础的影响等。美国、加拿大和澳大利亚等国家历经几十年的污染场地治理工程和管理实践,逐步认识到主动修复完成后,场地残留的少量污染物质仍会造成潜在风险。例如,有的场地采用原位封装、固化/稳定化治理的方式,存在一定的治理盲区,导致少
11、量污染物在土层毛细作用下迁移释放进入局地环境,形成低剂量长期释放的环境隐患;修复后场地再开发利用情景下,残留的气态污染物仍然可能通过建筑物地下室裂隙、管道、电梯井等部位侵入建筑物内部,危害人体健康3。如 20 世纪 90 年代末在美国科罗拉多州的一个场地,土壤中所有污染物的浓度均未超标,然而残留在地下污染羽中的氯代烃蒸发进入建筑,使室内空气中积聚的污染物浓度超过人体健康标准4。针对上述风险,需对修复后场地进行数年乃至数十年的环境监管,以确保再开发用地的环境安全。长期监管是保障修复后场地安全再利用的核心策略。美国、加拿大及澳大利亚等国家逐步建立并形成了较为完善的修复后场地长期监管体系5-6。作为
12、新兴的土壤修复主体,我国目前只提出了修复后长期监管的初步框架,如 2018 年颁布的中华人民共和国土壤污染防治法明确了“风险管控、修复活动完成后,需要实施后期管理的,土壤污染责任人应当按照要求实施后期管理”7;在 2018 年颁布的 HJ25.52018污染地块风险管控与修复效果评估技术导则8和 2019 年颁布的 HJ 25.62019污染地块地下水修复和风险管控技术导则9中提出了后期监管方法,包括长期监测和制度控制,但是我国尚未建立完善的修复后场地长期监管体系。因此,开展污染场地修复后的长期监管研究对于保障污染场地的安全再利用具有重要的现实意义。笔者基于已开展的修复工程和再开发案例,探讨重
13、金属和有机物两大类污染场地修复后再利用的安全风险,并借鉴发达国家污染场地修复后的长期监管经验,提出符合我国国情的监管建议。1我国污染场地修复现状及再利用安全风险分析针对污染场地管理实践的分析是研究再利用风险的基础。于靖靖等10梳理了近 10 年来我国 20 个省份的污染场地案例信息数据,分析了污染场地修复过程中所关注的污染物和不同行业场地修复后再利用土地类型信息,为场地再利用的环境管理提供了重要参考。在此基础上,通过中国知网、万维网、全国土壤环境信息平台以及建设用地土壤环境信息公示平台等数据库,延伸检索收集和统计分析了20112022 年我国 550 个污染场地案例数据,并针对这些场地从区域分
14、布、污染物出现频次和修复后再利用类型层面进行了细化统计分析和案例剖析。从区域分布来看(图 1),我国开展场地修复数量最多的地区为长三角地区(252 个),其次为西南地区(114个)和京津冀地区(91 个),这 3 个区域修复的场地数量约占 83.1%。可以发现,这些地区经济相对发达,人口增长较快,土地再利用需求大,再利用的风险尤其需要加以关注。我国东北老工业基地开展修复的污染场地数量明显较少(18 个),可能与东北地区近年来经济发展相对缓慢且人口外迁、用地紧张程度较低有关。山东省、山西省、河南省、湖北省、江西省、湖南省、福建省、广西壮族自治区和青海省等其他地区开展修复的场地数量为 69 个,总
15、体上数量不 注:其他地区包含山东省、山西省、河南省、湖北省、江西省、湖南省、福建省、广西壮族自治区、青海省和新疆维吾尔自治区。图 1 我国 20112022 年污染场地再利用时间-区域矩阵分析Fig.1 Time-region matrix of contaminated sites reuse in China from 2011 to 2022 1626 环境工程技术学报第 13 卷多。从修复实施的时间维度来看,主要集中在 20172020 年(449 个),土壤污染防治行动计划和土壤污染防治法律法规的颁布实施是重要的助推力。场地再利用数量的增加,也给土地的安全利用增加了很多压力和风险,需
16、要细致分析和加以管控。特征污染物是场地再利用的核心要素,不同场地的特征污染物类型和组成差异较大。图 2 总结分析了我国再利用场地污染物出现频次及修复后再利用类型。由图 2(a)可知,出现频次较高的 3 类有机物为多环芳烃、苯系物和氯代烃,尤以多环芳烃出现频次最高,为 1 103 次;出现频次较高的 3 种重金属依次是砷、铅和镍。从污染物类别出现频次来看,有机物占比为 68%,重金属占比为 32%。从修复后场地再利用类型图 2(b)来看,居住用地占比最高,为 58.7%;商业服务及其他类型用地占比为 41.3%。居住用地是我国修复后场地的主要再利用方式,考虑到这类用地的暴露风险和安全性特点,应该
17、对修复后场地的风险管控方面给予更多关注11。污染场地总体分为重金属污染场地和有机物污染场地两大类。其中的重金属主要涉及镉、汞、铬、锌、铜、铅、砷等金属或类金属12;有机物主要包括多环芳烃、苯系物、氯代烃、多氯联苯、总石油烃以及有机农药13。结合我国污染场地类型以及修复工程实践中常用的修复技术,梳理和分析了场地修复后再利用的潜在风险(图 3)。近年来随着我国大量污染场地修复治理的实施,多种物理、化学及生物修复技术快速发展。从修复工程实践看,大多数污染场地修复治理后满足了修复目标,即修复后的目标污染物对人体健康和生态受体不产生直接或潜在危害。但是部分污染场地由于水文地质条件的复杂性、修复技术本身的
18、局限性、经济成本过高或场地调查技术精确度不够等原因,往往导致修复后场地仍然存在污染物残留问题14,需要进行长期的环境监管。针对重金属污染场地,主流的修复管控技术有固化/稳定化、水泥窑协同处置、土壤淋洗、化学氧化/还原和电动修复技术等15-16。这些技术中,固化/稳定化由于具有很强的可操作性、经济性和实用性曾被美国超级基金(CERCLA)作为首选技术用于场地修复。近年来该技术在我国的很多场地修复中得到应用。固化/稳定化是指添加固化材料(常见为硅酸盐水泥)或稳定化材料(黏土矿物、磷酸盐等),通过沉淀、吸附、络合、表面吸附、氧化还原等作用降低重金属的释放风险,或是将土壤重金属由较为活跃的形态转化为较
19、为稳定的形态,进而抑制重金属迁移并降低其环境风险的技术17-18。固化/稳定化主要涉及水泥基的固定作用、化学药剂的稳定化作用和有机物料的螯合作用等19。固化/稳定化实施后并未改变重金属在土壤中的总量,物化作用(地表径流、干湿循环、冻融循环及光照等)和生化作用(微生物分解、化学氧化和有机酸侵蚀等)会影响土壤固化/稳定化效果,进而引起重金属的再释放20。针对有机污染场地,国内常用的修复技术包括热脱附、生物修复和化学氧化,有挥发性有机物存在时则会采用空气注射与气相抽提联用等技术21。热脱附是有机污染场地的典型修复技术之一,技术核心是将污染土壤加热至目标污染物的沸点以上,使污染物与土壤颗粒分离,辅以蒸
20、气抽提去除污染物22。化学氧化技术被广泛应用于多环芳烃、石油烃和有机氯农药等挥发半挥发性有机物污染场地修复。需 图 2 我国再利用场地污染物出现频次及修复后再利用类型分析Fig.2 Occurrence frequency of pollutants and types of post-remediation site reuse in China 第 4 期史鹏飞等:污染场地修复后再利用的典型安全风险及长期监管策略研究 1627 要重视的是,原位化学氧化自身的特点决定了其很难一次性将地下所有污染物全部修复,尤其是自然裂隙中非水相液体(NAPLs)以及深层吸附的残留污染物,会长期缓慢释放并向地
21、下水中迁移,造成部分有机污染场地原位修复后可能存在浓度反弹、长期拖尾等环境安全风险。一些典型的氯代烃、石油烃等挥发半挥发性有机污染场地修复后被开发作为住宅建设、公共基础设施用地时,土壤和地下水中酸碱、药剂残留及盐分等副产物对地下构筑物、地基可能产生一定的腐蚀作用,进而造成构筑物表层损毁和内部结构破坏等工程安全风险23。2修复后场地再利用的典型安全性风险 2.1重金属污染场地固化/稳定化后的再释放问题场地中多价态的重金属常常发生氧化、解吸或溶解等反应,并转化为高毒性、易溶解、强迁移性形态,从而出现再释放现象24-25。针对铬污染场地,冯明玉等26对我国中部地区铬固化/稳定化修复后场地土壤中铬的含
22、量及形态进行跟踪监测,发现土壤锰、铁及植物等环境因子会参与铬的氧化还原、沉淀与溶解,并导致已被固化/稳定化的铬溶解或再氧化成六价铬而溶出,从而增加铬的迁移性和毒性,造成环境风险。另有研究表明,铬采用固化/稳定化修复后,其稳定性还会受土壤淹水和干湿交替的影响,淹水后土壤 Eh 和 pH 的下降促使了铬的重新释放27。对于多种类重金属污染场地,Hou 等28开展了重金属固定化后的土壤在10、20 和30 的温度下16 次冻融循环试验,发现冻融循环增加了土壤中不稳定态(如可交换态)的镉和铅含量。以我国西南地区某电镀园为例,场地受到六价铬、总铬、镍和锌的污染,该场地采用“原位稳定化修复+防渗墙+止水帷
23、幕+渗滤液收集系统”的修复策略,修复后该场地仍存在以下安全风险:再释放的重金属经口摄入和皮肤接触等途径危害人体健康;场地修复过程会产生较多的硫酸根离子、氯离子等盐分副产物,其对再开发利用过程的混凝土、金属建构筑物等造成工程腐蚀风险29。2.2有机污染场地修复后再利用的蒸气入侵问题近年来,由于农药类污染场地开发带来的挥发半挥发性有机物是导致场地开发后污染物蒸气入侵的主要污染类型,并持续受到关注。我国曾是农药生产和使用大国,我国最主要的农药污染物为滴滴 图 3 污染场地修复后再利用的潜在风险发生过程分析Fig.3 Process of the potential risk of post-reme
24、diation site reuse 1628 环境工程技术学报第 13 卷涕和“六六六”等有机氯农药30。另外,农药生产中会大量用到有机溶剂,包括苯类和卤代烃类溶剂等。我国有学者调查了常州某农药生产场地,发现该场地土壤中存在苯系物和卤代烃,且有潜在风险31。修复后农药类污染场地进行再开发时,残留的挥发性有机物容易通过一些暴露途径进入建筑,从而产生蒸气入侵问题32-34。以我国西南地区某农药化工厂修复后出现蒸气入侵问题为例,该厂建于 1952 年,由于历史原因,原有厂址所处位置不符合城市发展规划,于 2008 年全面停产。厂址区域规划用作居住和商业用地。历史上该厂生产过滴滴涕、“六六六”、敌敌
25、畏等多种农药;2015 年完成了该场地的治理修复工作,各采样点土壤检测结果全部满足验收评估标准;2019 年场地在开发建设过程中出现异味现象。引起蒸气入侵的可能原因如下:由于生产历史达数十年之久,场地上长期使用的苯储罐、甲醇储罐等设施难免发生泄漏,造成苯、甲苯等吸附于土壤或溶解在水中,或者形成 NAPLs 长期存在于场地内。由于修复技术本身的局限性,NAPLs 在场地修复治理时并不能被完全去除。场地再开发为住宅后,受干湿交替、温度变化、地下水位波动等因素影响,残留在场地中的有机物以蒸气的形式通过地下室底板、墙壁、基础上的裂缝、公用管道、污水坑和排水沟等途径进入上覆建筑物,造成环境危害35-36
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