污染场地无机污染物监控自然衰减技术的研究与发展

文_蒋小红 莫小雨 王培 上海建科环境技术有限公司

2014年《全国土壤污染状况调查公报》中指出，重污染企业用地、工业废弃地、工业园区、固体废物处置场周边的土壤超标率分别为36.3%、34.9%、29.4%、21.3%。污染场地内及周边土壤和地下水污染严重，不仅带来人体健康和生态环境风险，还会极大影响城市建设开发。2019年土壤污染防治法正式开始实施，确定了土壤污染治理以预防为主、保护优先、分类管理、风险管控的原则。由于土壤地下水污染的复杂和不均一性，目前尚不具备大规模全面清理式修复的技术与经济基础。因污染场地建设开发的迫切性，在实际项目中多采用化学药剂、异位填埋等清理式修复，这些清理技术经济成本高，环境扰动大，特别是地下水往往存在污染反弹的情况。根据污染物的特征和扩散趋势,采用相应的技术措施评价、减缓或控制目标敏感点的风险的监控自然衰减技术是国际较为认同的最经济、最合理的解决土壤和地下水污染问题的途径之一。

监控自然衰减与其他主动修复方法相比，主要依靠自然衰减的过程和经过仔细的监控，在经济和合理的时间范围内来实现特定场地的修复目标，可以单独或与其他主动修复方式联用。目前国际上污染场地管理中工程控制、监控自然衰减、制度控制等风险管控技术单独或联合应用的比例已逐渐增加。有机污染物监控衰减技术已在国内开展了一些研究，而无机污染物关注不多，也是土壤地下水传统治理中难点。

1 监测自然衰减的发展与主要体系

1999年，美国EPA发布了“在超级基金，RCRA（资源保护回收法）和地下储罐场地使用监控自然衰减”，这个政策向EPA工作人员、公众还有监管组织提供EPA打算如何实施国家政策有关于使用监控自然衰减的指南。自此之后EPA开始发布有关于有机物和无机物的自然衰减技术文档（详见图1），有机物以石油烃和氯化溶剂为主，无机物主要研究金属和放射性物质。从2007年开始EPA主要关注无机污染物的监控自然衰减。

2000年起国内逐渐开始进行污染场地调查与治理方面的研究工作，相对于发达国家起步较晚。2004年，北京市宋家庄地铁基坑工程施工导致工人中毒事件，引起对于工业污染场地修复和再开发的关注。2015年，由环境保护部发布的《污染场地修复技术目录（第一批）》将自然衰减纳入污染场地修复技术名录。2018年，由生态环境部发布的《污染场地地下水修复技术导则》中的污染场地修复技术初步筛选明确地提出了监控自然衰减。监控自然衰减在污染场地的应用和研究在我国处于起步阶段，研究与工程案例应用较少，自然衰减过程、衰减机制、可行性评估以及监控体系仍在发展当中。

2 无机物监控自然衰减的研究进展

大量的研究和案例都集中在有机物的监控自然衰减的修复技术方法。根据调查，污染场地主要污染物涵盖重金属等无机物，然而无机物具有难生物降解的特性，主要以吸附和氧化还原为主，因此需要了解无机物的衰减机制才能更好地进行污染场地的风险管控和修复。2007年，EPA颁布了关于无机物监控自然衰减，随后无机物的自然衰减技术开始发展。

2.1 无机物和有机物监控自然衰减的比较

无机物一般都很难进行生物降解，除了硝酸盐和氚，因此无机物主要以吸附和沉淀在含水层固体基质上，以及一些氧化还原反应。然而有机物主要以生物降解为主要的自然衰减机制。因此对于污染场地表征，有机物主要关注地下水样品的采集和分析，而无机物主要研究分析含水层固体基质的特征。监控自然衰减在有机物和无机物上的应用主要区别见表1。

表1 有机污染物和无机污染物自然衰减的区别

2.2 监控自然衰减在污染场地应用的适用性分析

为了判断污染场地是否适合使用监控自然衰减作为其中一个修复技术，EPA提出了场地表征分层分析方法。对要使用自然衰减作为修复技术的场地进行场地表征，需要收集大量的数据和巨额的成本支出，因此采用逐步分析场地特征的方法，可以预先确定并限制每层分析方法中所需的数据，逐步减少不确定性和具有经济、高效的方式。

无机物的现场表征可以做到：①分析无机污染羽衰减后的形态，污染物是固化在含水层基质上形成“固化”污染羽，还是溶解或形成“流动”污染羽；②判断是否形成稳定或收缩的地下水污染羽，证明无机污染物在溶解相中去除；③论证固化在含水层基质上的无机污染物的稳定性，保证未来污染物的可能再活化不会对环境和人体健康造成威胁。

污染场地应用自然衰减修复技术的适用性分析总共分为三层，都是决策层，提供每层的决策方法来评估自然衰减在污染场地作为修复措施的可能性和有效性。第一和第二层的分析，为第三层含水层维持污染物长期衰减的能力评估提供了基础。

每一层都有设计目的。第一层，筛除场地表征证明地下水污染羽持续扩散的场地，论证污染物吸附在含水层固体基质上。第二层，筛除与其他修复方法所需时间相比，衰减速率不足以在合理的时间内达到清理目标的场地，并满足修复的合理时间框架；并确定和识别控制污染物衰减的特定机制，基于场地的地球化学条件，判断自然衰减是否可以实现修复目标。第三层，筛除场地数据和分析表明含水层中没有能力将污染物质衰减到满足监管目标的场地；筛除固化污染物的稳定性不足以防止由于地下水化学的变化，而导致的污染物重新活化的场地。

如果前面证明了自然衰减修复技术适用于该场地，并且选择监控自然衰减作为修复措施之一，就应该制定长期监测方案和应急措施，以长期进行场地管控和制定防止污染羽再释放的应急措施。监测计划包括：①提供足够的调查包括水平和垂直污染羽场地，验证地下水污染物保持稳定或收缩；②提供监测整个污染衰减区域地下水化学状态能力。

3 结语

监控自然衰减是长期的依靠自然衰减降低污染羽范围与浓度，具有低成本、和对环境干扰较小的特点，是一种符合绿色可持续修复原则的污染场地治理技术。目前污染场地修复市场需求以快速清理后开发为主，该项技术往往不直接适用，但与其他技术联用或用于复杂场地的低风险结案有利于缩短治理周期。由于土壤地下水污染的复杂性，该项技术的适用性评价、衰减机理、表征方法、监测性能等仍需大量研究，由于大多数污染场地都存在土壤和地下水重金属和硝酸盐等无机物污染，治理难度大，亟需进一步开展对于无机污染物监控自然衰减的研究和实践。