污染场地土壤与地下水风险管理与修复技术

目前处于完全清除阶段，急需尽早建立污染场地风险管理和可持续管理框架体系
污染场地环境管理框架模式
完全清除 1980 到 1990 风险管理框架 1990 到 2004
可持续管理框架 2005 到 现在
抽提技术
社会制度控制
抽提技术
自然衰减监测 原位修复
Provided by Carlos Pachon of USEPA Washington Office
域化发展的态势
我国场地污染状况分析
污染企业搬迁掀起“热潮”
北京：根据《北京奥运行动计
划》，四环路区内200多家污染 企业搬迁，置换800万m2工业用 地再开发
沈阳：2008年，56家污染企业
搬迁改造；2009年，搬迁改造城 区内所有重污染企业
江苏省：2000-2005年 ，400家
化工企业搬离城区，关停小化工 企业1000多家；2010年，置换土 地30万亩
污染场地风险管控与原位地下水修复技术
Risk Control and In-Situ Groundwater Remediation Technologies for Industrially Contaminated Sites
陈梦舫 研究员
主要内容
污染场地现状分析
污染场地环境管理框架体系
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污染场地风险管理框架模式
核心：建立污染场地环境管理框架体系
污染物迁移行为特征的研究
1) 风险评估技术导则 2) 健康与环境评估模型
土壤与地下水修复工程技术的实施
污染场地风险管理框架模式
污染物行为特征的模型模拟
地下水污染与修复 地下水调查与风险评估 地下水污染机制 修复技术筛选 修复设计 修复监理与修复后期风险评估
多源性、多样性、复合性
污染场地现状分析
污染场地环境管理框架体系有待健全
各类技术指南、规范偏重于土壤 （土壤、地下水定义模糊）
场地调查与风险评估工作重视程度不够（污染边界，污染特征，
污染介质）
修复方案的制定与评估结论严重脱节，修复工程针对性差
修复技术单一（水泥窑、异位热脱附、填埋）
自由相 LNAPL
Methanogenesi s Iron (III) Reduction Sulfate Dentrification Reduction
石油烃污染羽
地下水流 向
污染场地环境管理框架模式
1980 - 1990 1991 - 2004 2005 – 现在
完全清除
污染场地风险 管理框架体系
上世纪50年代至今，广州、上海、苏州、长沙、黄石、青岛、济南、天津、
锦州、沈阳、重庆等地都生产、堆存过铬渣，总堆存量约600万吨，分散
于80余处，大部分没有防雨、防渗措施。 天津某化工厂铬渣堆放场地周边土壤中 Cr 含量为 581-7060 mg/kg ；杭州 某化工厂原万吨铬渣堆放点土壤 Cr含量达到172-20392 mg/kg，地下水中 Cr6+含量达10.5-227.3 mg/L，污染严重。
主要污染物
COD 氰化物 Hg Pb Cr As 挥发酚 石油烃 硝酸盐 亚硝酸盐 氨氮
污染场地现状分析
污染场地（棕地）关注污染物
• Acetone • Benzene • Toluene • Xylene • Napthalene
持久性有机污染物 有机溶剂
Solvents
Highly Recalcitrant Organics (POPs)
• Aldrin, dieldrin • Chlordane • DDT, DDE, DDD • BHC (HCH) • PCBs
VERY difficult to treat!
Challenging to treat
• MeCl2, CHCl3, CCl4 • VC, DCEs, TCE, PCE
GW Vistas, GMS, Visual MODFLOW
Statistical Models：PRO-UCL、CL:AIRE & CIEH
Numerical Models
Data Visualisation：SADA、Arc GIS、SURFER
Statistical Tests and Data Visualization
第四阶段 （TIER 4）
基于场地特征条件 推导地下水 特定场地评估基准 （修复目标）
MODFLOW, RT3D MT3DMS, PTH3D
可持续修复
常用模型
需要的场地特征数据增多, 修复成本却降低
污染场地环境管理框架模式
推导土壤与地下水修复目标的模型框架
Risk Assessment
MODFLOW、MT3DMS，RT3D HERA, RBCA，CLEA，RTW，RiscHuman
污染场地概念模型 原位地下水修复技术综述 总结
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我国场地污染状况分析
我国土壤污染问题十分突出，严重影响农产品安全和人体健 康
2014年4月17日“全国土
壤污染状况调查公报” 污染耕地约有 1.5 亿亩，中重 度污染耕地高达5000万亩
全国工业企业搬迁遗留的严
重污染场地超过50万家 矿区、油田以及饮用水源地 土壤环境安全日趋恶化 土壤污染呈现出流域性和区
氟、“三氮”、氯化物、砷、汞、铬(VI) 苯、苯并[a]芘、三氯乙烷、二氯乙烷 “三氮”、锰、氟、铁 氟、亚硝酸盐 苯
淮河流域平原
长江三角洲
二氯乙烷、二氯甲烷、苯、六六六、农药 锰、硝酸盐、氨氮、铁 邻苯二甲酸酯、多环芳烃、卤代烃
二氯乙烷、二氯甲烷 、环氧化七氯、七氯
珠江三角洲
我国地下水污染的空间分布
污染场地概念模型
暴露途径示意图
HERA软件介绍
污染场地概念模型
自主研发的污染场地健康与环境风险评估 HERA 软件

多层次污染场地土壤与地下水风险评估系统 基于保护人体健康和水环境的风险评估 计算土壤及地下水中污染物的筛选值/修复目标 包含600种污染物理化、毒理参数数据库，22个 污染物溶质多介质迁移模型 软件应用于28多个省、市，300 多个项目
重庆：2010年， 主城区112
家污染企业“环保搬迁”
广州：2007年，147家大型工业企业关
闭、停产、搬迁
我国场地污染状况分析
存在大量高风险污染场地
1000多个农药生产基地 （含44家生产
POPs有机氯农药遗留场地）
80 余处金属渣堆放区域，无防雨、防渗
措施（总量600万吨）
难以计数的化工企业遗留场地
针对不同土壤与水文地质、污染物迁移行为特征、对污染物 时空分布进行表征，给修复方案的制定提供科学依据
污染场地风险管理框架模式
修复材料与装备的研发
自然衰减监测技术、强化生物修复技术 原位化学还原 – 纳米铁技术 实验室小试、场地中试、注射技术与设备
Residual NAPL
Aerobic Respiration
1. 场地环境调查技术导则 （HJ 25.1-2014) 2. 场地环境监测技术导则 （HJ 25.2-2014）
3. 污染场地风险评估技术导则 （HJ25.3-2014）
4. 污染场地土壤修复技术导则 （HJ 25.4-2014）
我国场地污染状况分析
经济快速发展下场地土壤与地下水污染态势
污染面积在扩大 污染物种在增多 污染类型在叠加 污染浓度在提高
污染场地概念模型
Pollutant Linkage Relationship of Contaminant-Exposure Pathway-Receptors
污染物
风险
受体
暴露途径
污染暴露链：污染物—暴露途径—受体
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污染场地概念模型
污染场地通用概念模型 – Generic Conceptual Site Model
工业污染场地种类多、范围广、危害大
有机类污染场地
据不完全统计，全国农药企业关闭和搬迁遗留 场地、农药流通和储存过程中形成的农药污染 场地近千处，其中包括44家生产POPs有机氯农 农药生产车间土壤污染 药企业历史遗留场地。 北京原某农药厂：表层土壤六六六浓度在 1440 mg/kg ，DDTs 浓度在 5-966 mg/kg ，农药生
加油站
矿区
我国场地污染状况分析
全国地下水污染调查评价结果（2005-2010）
主要污染物: 硝酸盐、重金属、持久性有机污染物、卤代烃; 主要来源: 农药、化肥，生活污水、工业“三废” 、石油化工含油废水排放
调查地区
主要污染物类型 浅层地下水
铁、锰、砷、硫酸盐、硝酸盐 氟
承压水
华北平原
苯并[a]芘、滴滴涕、六六六、四氯化碳、三 氯甲烷
可持续管理 框架体系
将所有物质 都恢复到自 然背景值
污染物
风险
受体
容忍性
社会
环境
可持续性
可行性
平衡性
暴露途径
1. 技术上难以达到 2. 无需清除彻底 3. 成本高
污染场地风险管理框架强调 源-暴露途径-受体链，关注 修复技术的选择及环境效益
经济
可持续性管理框架基于风险管 理框架，更加关注修复过程中 环境，社会及经济效益的平 衡
贝壳
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地下水迁移
污染场地概念模型
风险评估基本要素
风险估算(Risk estimation)+风险判断(Risk evaluation) 风险估算(Risk estimation)：风险大小 风险判断(Risk evaluation)：风险是否值得关注 风险计算=暴露剂量/毒性（环境质量标准） Risk estimation=Exposure assessment/ toxicity 暴露剂量(Exposure)：通过口腔摄入、呼吸及皮肤进入 人体的污染物剂量 毒性(Toxicity)：人体暴露于污染物发生的效应 暴露剂量与环境浓度密切相关 – 通过多介质环境模拟预测 （Multimedia Environmental Modelling）
定量风险评估 第二阶段 （TIER 2）
基于保守条件 推导土壤与地下水 场地评估基准 （筛选值）
健康: HERA, RBCA, CLEA 水环境: HERA, RBCA, RTM
第三阶段 （TIER 3）
基于场地特征条件 推导土壤与地下水 特定场地评估基准 （修复目标）
健康: HERA, RBCA, CLEA 水环境: HERA, RBCA, RTM
Chlorinated VOCs (CVOCs)
氯代烃类
Metals
重源自文库属类
• As, Cr, Pb, Hg, Ni, Zn
污染场地现状分析
Official Chinese Guidelines Published in Feb 2014, effective from July 1st 2014, but need improvement
产车间和农药存放场地土壤污染最为严重。
华北某农药厂：下风向200 m处土壤中DDT 浓度 达到 2624.0 mg/kg ，原生产车间、废物堆放场 土壤中 DDT 浓度分别高达 677940mg/kg 和791600 农药厂受污染土壤 mg/kg。《巴塞尔公约》推荐标准为50mg/kg。
无机类污染场地：金属渣堆存场地
污染场地环境管理框架模式
问题识别
Problem Formulation
暴露评估
Exposure Assessment
毒性评估
Toxicity Assessment
风险表征
Risk Characterisation
项目资金投入越来越多
定性风险评估 第一阶段 (TIER 1)
源 - 途径- 受体联合体
湖南
甘肃
露天堆放，大片土地严重污染
我国场地污染状况分析
特定场地的地下水污染状况
化工厂：1,2-二氯乙烷，苯胺，硝基苯，氯苯，苯 等 垃圾堆放：硝酸盐，亚硝酸盐，氨氮，重金属等 加油站：苯系物，石油烃，多环芳烃 等 矿区：重金属（高锰、高砷、高镉、高铁…），氰化物等
化工厂废水排放
垃圾堆放
土壤与地下水污染问题
人体健康:Human Health 水环境:Water Environment
经口摄入 吸入室外污 和皮肤接触 物蒸气和土 吸入室内 表层土壤 壤颗粒物 污染物蒸气 饮用地下水 表层土壤污染源 生态环境 蒸气入侵 下层土壤污染源
土壤污染 物淋溶 地下水 水平迁移
鱼
鱼苗
地下水污染物迁移模拟 模型界面设计: GWVistas 数字模型: MODFLOW, MT3D, MT3DMS, RT3D 地球化学模型：PHREEQC，HYDRUS，PHT3D 解析模型: WINTRAN, RBCA, CONSIM, LANDSIM 数据显示: ArcGIS, SADA，Aquachem, Surfer