污染場地土壤及地下水風(fēng)險管理及修復(fù)技術(shù)

主要內(nèi)容污染場地現(xiàn)狀分析污染場地環(huán)境管理框架體系污染場地概念模型原位地下水修復(fù)技術(shù)綜述總結(jié)1第一頁，共51頁。污染耕地約有1.5億畝，中重度污染耕地高達5000萬畝全國工業(yè)企業(yè)搬遷遺留的嚴(yán)重污染場地超過50萬家礦區(qū)、油田以及飲用水源地土壤環(huán)境安全日趨惡化土壤污染呈現(xiàn)出流域性和區(qū)域化發(fā)展的態(tài)勢我國土壤污染問題十分突出，嚴(yán)重影響農(nóng)產(chǎn)品安全和人體健康2014年4月17日“全國土壤污染狀況調(diào)查公報”我國場地污染狀況分析第二頁，共51頁。北京：根據(jù)《北京奧運行動計劃》，四環(huán)路區(qū)內(nèi)200多家污染企業(yè)搬遷，置換800萬m2工業(yè)用地再開發(fā)沈陽：2008年，56家污染企業(yè)搬遷改造；2009年，搬遷改造城區(qū)內(nèi)所有重污染企業(yè)江蘇省：2000-2005年，400家化工企業(yè)搬離城區(qū)，關(guān)停小化工企業(yè)1000多家；2010年，置換土地30萬畝廣州：2007年，147家大型工業(yè)企業(yè)關(guān)閉、停產(chǎn)、搬遷重慶：2010年，主城區(qū)112家污染企業(yè)“環(huán)保搬遷”污染企業(yè)搬遷掀起“熱潮”我國場地污染狀況分析第三頁，共51頁。存在大量高風(fēng)險污染場地1000多個農(nóng)藥生產(chǎn)基地（含44家生產(chǎn)POPs有機氯農(nóng)藥遺留場地）80余處金屬渣堆放區(qū)域，無防雨、防滲措施（總量600萬噸）難以計數(shù)的化工企業(yè)遺留場地我國場地污染狀況分析第四頁，共51頁。有機類污染場地北京原某農(nóng)藥廠：表層土壤六六六濃度在1-440mg/kg，DDTs濃度在5-966mg/kg，農(nóng)藥生產(chǎn)車間和農(nóng)藥存放場地土壤污染最為嚴(yán)重。華北某農(nóng)藥廠：下風(fēng)向200m處土壤中DDT濃度達到2624.0mg/kg，原生產(chǎn)車間、廢物堆放場土壤中DDT濃度分別高達677940mg/kg和791600mg/kg?！栋腿麪柟s》推薦標(biāo)準(zhǔn)為50mg/kg。工業(yè)污染場地種類多、范圍廣、危害大據(jù)不完全統(tǒng)計，全國農(nóng)藥企業(yè)關(guān)閉和搬遷遺留場地、農(nóng)藥流通和儲存過程中形成的農(nóng)藥污染場地近千處，其中包括44家生產(chǎn)POPs有機氯農(nóng)藥企業(yè)歷史遺留場地。農(nóng)藥生產(chǎn)車間土壤污染農(nóng)藥廠受污染土壤第五頁，共51頁。無機類污染場地：金屬渣堆存場地上世紀(jì)50年代至今，廣州、上海、蘇州、長沙、黃石、青島、濟南、天津、錦州、沈陽、重慶等地都生產(chǎn)、堆存過鉻渣，總堆存量約600萬噸，分散于80余處，大部分沒有防雨、防滲措施。天津某化工廠鉻渣堆放場地周邊土壤中Cr含量為581-7060mg/kg；杭州某化工廠原萬噸鉻渣堆放點土壤Cr含量達到172-20392mg/kg，地下水中Cr6+含量達10.5-227.3mg/L，污染嚴(yán)重。湖南甘肅露天堆放，大片土地嚴(yán)重污染第六頁，共51頁。垃圾堆放化工廠廢水排放加油站特定場地的地下水污染狀況礦區(qū)化工廠：1,2-二氯乙烷，苯胺，硝基苯，氯苯，苯等垃圾堆放：硝酸鹽，亞硝酸鹽，氨氮，重金屬等加油站：苯系物，石油烴，多環(huán)芳烴等礦區(qū)：重金屬（高錳、高砷、高鎘、高鐵…），氰化物等我國場地污染狀況分析第七頁，共51頁。全國地下水污染調(diào)查評價結(jié)果（2005-2010）調(diào)查地區(qū)主要污染物類型淺層地下水承壓水華北平原鐵、錳、砷、硫酸鹽、硝酸鹽氟苯并[a]芘、滴滴涕、六六六、四氯化碳、三氯甲烷淮河流域平原氟、“三氮”、氯化物、砷、汞、鉻(VI)氟、亞硝酸鹽苯、苯并[a]芘、三氯乙烷、二氯乙烷苯長江三角洲“三氮”、錳、氟、鐵二氯乙烷、二氯甲烷、苯、六六六、農(nóng)藥二氯乙烷、二氯甲烷、環(huán)氧化七氯、七氯珠江三角洲錳、硝酸鹽、氨氮、鐵鄰苯二甲酸酯、多環(huán)芳烴、鹵代烴主要污染物:硝酸鹽、重金屬、持久性有機污染物、鹵代烴;主要來源:

農(nóng)藥、化肥，生活污水、工業(yè)“三廢”、石油化工含油廢水排放

我國場地污染狀況分析第八頁，共51頁。主要污染物揮發(fā)酚石油烴硝酸鹽亞硝酸鹽氨氮COD氰化物HgPbCrAs我國地下水污染的空間分布第九頁，共51頁。污染場地（棕地）關(guān)注污染物ChallengingtotreatVERYdifficulttotreat!有機溶劑氯代烴類重金屬類持久性有機污染物污染場地現(xiàn)狀分析第十頁，共51頁。Official

ChineseGuidelinesPublished

inFeb2014,effectivefromJuly1st2014,

butneedimprovement場地環(huán)境調(diào)查技術(shù)導(dǎo)則（HJ25.1-2014)場地環(huán)境監(jiān)測技術(shù)導(dǎo)則（HJ25.2-2014）污染場地風(fēng)險評估技術(shù)導(dǎo)則（HJ25.3-2014）污染場地土壤修復(fù)技術(shù)導(dǎo)則（HJ25.4-2014）污染場地現(xiàn)狀分析第十一頁，共51頁。我國場地污染狀況分析經(jīng)濟快速發(fā)展下場地土壤與地下水污染態(tài)勢污染面積在擴大污染物種在增多污染類型在疊加污染濃度在提高多源性、多樣性、復(fù)合性第十二頁，共51頁。13污染場地環(huán)境管理框架體系有待健全各類技術(shù)指南、規(guī)范偏重于土壤（土壤、地下水定義模糊）場地調(diào)查與風(fēng)險評估工作重視程度不夠（污染邊界，污染特征，污染介質(zhì)）修復(fù)方案的制定與評估結(jié)論嚴(yán)重脫節(jié)，修復(fù)工程針對性差修復(fù)技術(shù)單一（水泥窯、異位熱脫附、填埋）污染場地現(xiàn)狀分析第十三頁，共51頁。核心：建立污染場地環(huán)境管理框架體系污染物遷移行為特征的研究土壤與地下水修復(fù)工程技術(shù)的實施風(fēng)險評估技術(shù)導(dǎo)則健康與環(huán)境評估模型污染場地風(fēng)險管理框架模式第十四頁，共51頁。地下水污染與修復(fù)地下水調(diào)查與風(fēng)險評估地下水污染機制修復(fù)技術(shù)篩選修復(fù)設(shè)計修復(fù)監(jiān)理與修復(fù)后期風(fēng)險評估地下水污染物遷移模擬模型界面設(shè)計:GWVistas數(shù)字模型:MODFLOW,MT3D,MT3DMS,RT3D地球化學(xué)模型：PHREEQC，HYDRUS，PHT3D解析模型:WINTRAN,RBCA,CONSIM,LANDSIM數(shù)據(jù)顯示:ArcGIS,SADA，Aquachem,Surfer污染物行為特征的模型模擬針對不同土壤與水文地質(zhì)、污染物遷移行為特征、對污染物時空分布進行表征，給修復(fù)方案的制定提供科學(xué)依據(jù)污染場地風(fēng)險管理框架模式第十五頁，共51頁。自然衰減監(jiān)測技術(shù)、強化生物修復(fù)技術(shù)原位化學(xué)還原–納米鐵技術(shù)實驗室小試、場地中試、注射技術(shù)與設(shè)備修復(fù)材料與裝備的研發(fā)地下水流向石油烴污染羽ResidualNAPL自由相LNAPLMethanogenesisSulfate

ReductionIron(III)ReductionDentrificationAerobicRespiration污染場地風(fēng)險管理框架模式第十六頁，共51頁?？沙掷m(xù)管理框架體系1980-19901991-20042005–現(xiàn)在將所有物質(zhì)都恢復(fù)到自然背景值污染場地風(fēng)險管理框架體系

技術(shù)上難以達到

無需清除徹底

成本高可持續(xù)性管理框架基于風(fēng)險管理框架，更加關(guān)注修復(fù)過程中環(huán)境，社會及經(jīng)濟效益的平衡環(huán)境經(jīng)濟社會可持續(xù)性可行性平衡性容忍性污染物暴露途徑受體風(fēng)險污染場地風(fēng)險管理框架強調(diào)源-暴露途徑-受體鏈，關(guān)注修復(fù)技術(shù)的選擇及環(huán)境效益完全清除目前處于完全清除階段，急需盡早建立污染場地風(fēng)險管理和可持續(xù)管理框架體系污染場地環(huán)境管理框架模式第十七頁，共51頁。自然衰減監(jiān)測完全清除1980到1990風(fēng)險管理框架1990到2004可持續(xù)管理框架2005到

現(xiàn)在抽提技術(shù)社會制度控制原位修復(fù)抽提技術(shù)污染場地環(huán)境管理框架模式ProvidedbyCarlosPachonofUSEPAWashingtonOffice第十八頁，共51頁。需要的場地特征數(shù)據(jù)增多,修復(fù)成本卻降低健康:HERA,RBCA,CLEA水環(huán)境:HERA,RBCA,RTMMODFLOW,RT3DMT3DMS,PTH3D可持續(xù)修復(fù)第四階段（TIER4）基于場地特征條件推導(dǎo)地下水特定場地評估基準(zhǔn)（修復(fù)目標(biāo)）第二階段（TIER2）基于保守條件推導(dǎo)土壤與地下水場地評估基準(zhǔn)（篩選值）第一階段(TIER1)定性風(fēng)險評估常用模型定量風(fēng)險評估第三階段（TIER3）基于場地特征條件推導(dǎo)土壤與地下水特定場地評估基準(zhǔn)（修復(fù)目標(biāo)）項目資金投入越來越多問題識別ProblemFormulation毒性評估ToxicityAssessment風(fēng)險表征RiskCharacterisation暴露評估ExposureAssessment源-途徑-受體聯(lián)合體健康:HERA,RBCA,CLEA水環(huán)境:HERA,RBCA,RTM污染場地環(huán)境管理框架模式第十九頁，共51頁。HERA,RBCA，CLEA，RTW，RiscHumanMODFLOW、MT3DMS，RT3DStatisticalModels：PRO-UCL、CL:AIRE&CIEHDataVisualisation：SADA、ArcGIS、SURFER推導(dǎo)土壤與地下水修復(fù)目標(biāo)的模型框架GWVistas,GMS,VisualMODFLOWNumericalModelsStatisticalTestsandDataVisualizationRiskAssessment污染場地環(huán)境管理框架模式第二十頁，共51頁。污染暴露鏈：污染物—暴露途徑—受體污染場地概念模型污染物暴露途徑受體風(fēng)險RelationshipofContaminant-Exposure

Pathway-ReceptorsPollutantLinkage21第二十一頁，共51頁。經(jīng)口攝入和皮膚接觸表層土壤吸入室內(nèi)污染物蒸氣

飲用地下水

下層土壤污染源

土壤污染物淋溶

表層土壤污染源

地下水遷移

蒸氣入侵生態(tài)環(huán)境魚吸入室外污物蒸氣和土壤顆粒物貝殼地下水水平遷移

魚苗土壤與地下水污染問題人體健康:HumanHealth水環(huán)境:WaterEnvironment污染場地通用概念模型–GenericConceptual

SiteModel污染場地概念模型22第二十二頁，共51頁。風(fēng)險估算(Riskestimation)+風(fēng)險判斷(Riskevaluation)風(fēng)險估算(Riskestimation)：風(fēng)險大小風(fēng)險判斷(Riskevaluation)：風(fēng)險是否值得關(guān)注風(fēng)險評估基本要素風(fēng)險計算=暴露劑量/毒性（環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)）Riskestimation=Exposureassessment/toxicity暴露劑量(Exposure)：通過口腔攝入、呼吸及皮膚進入人體的污染物劑量毒性(Toxicity)：人體暴露于污染物發(fā)生的效應(yīng)暴露劑量與環(huán)境濃度密切相關(guān)–通過多介質(zhì)環(huán)境模擬預(yù)測（MultimediaEnvironmentalModelling）

污染場地概念模型第二十三頁，共51頁。暴露途徑示意圖HERA軟件介紹污染場地概念模型第二十四頁，共51頁。自主研發(fā)的污染場地健康與環(huán)境風(fēng)險評估HERA軟件多層次污染場地土壤與地下水風(fēng)險評估系統(tǒng)基于保護人體健康和水環(huán)境的風(fēng)險評估計算土壤及地下水中污染物的篩選值/修復(fù)目標(biāo)包含600種污染物理化、毒理參數(shù)數(shù)據(jù)庫，22個污染物溶質(zhì)多介質(zhì)遷移模型軟件應(yīng)用于28多個省、市，300多個項目污染場地概念模型第二十五頁，共51頁。NorthChinaPlain(NCP)26污染場地概念模型第二十六頁，共51頁。100500-50滲坑廢水農(nóng)田灌溉100500-50室內(nèi)室外地下水飲用潛水面地下水流向粉質(zhì)粘土粘土細(xì)砂粗砂蒸氣擴散地下水飲用地下水抽水井地表水水面淋溶液滲漏Irrigation農(nóng)田灌溉-食品安全（健康）DrinkingWater飲用地下水-（健康）IndoorandOutdoorVapourIntrusion室內(nèi)外蒸氣入侵（健康）DischargetoSurfaceWater河流釋放（生態(tài)風(fēng)險）華北平原邢臺地區(qū)-水文地質(zhì)概念模式污染場地概念模型27第二十七頁，共51頁。污染場地特征（長三角地區(qū)）數(shù)量多，污染歷史復(fù)雜粘土為主的水文地質(zhì)環(huán)境復(fù)合污染物遷移速度極其緩慢污染場地概念模型28含水層場地污染濃度高具有隱蔽性、持久性健康風(fēng)險占主導(dǎo)地位處理極其困難第二十八頁，共51頁。HyporheicZone(潛流交換帶)黃鐵礦氧化區(qū)酸性礦坑水與巖石相互作用Neutralisation,dilution,sorptionandbiochemicalreactions重金屬元素沉淀MetalPrecipitationandCo-Precipitation廢棄礦山環(huán)境污染過程演化第二十九頁，共51頁。有效降雨量含水層潛流帶淋溶液滲漏彌散，吸附，生物化學(xué)反應(yīng)金屬冶選尾礦庫重金屬沉淀/共沉淀區(qū)（水巖相互作用）淋溶液水位潛水面地下水流向淋溶液滲漏地下水抽水井河流地表徑流基巖隔水層高濃度區(qū)高風(fēng)險區(qū)高風(fēng)險區(qū)高風(fēng)險區(qū)環(huán)保部公益項目：稀土金屬冶選尾礦庫滲漏對地下水的生態(tài)風(fēng)險評估與控制研究污染場地概念模型第三十頁，共51頁。污染場地概念模型有效降雨量有效降雨量空氣混合與交換含水層地下水潛水面地下水流向隔水層重質(zhì)非水相液體輕質(zhì)非水相液體居民建筑風(fēng)向/風(fēng)效應(yīng)包氣帶污染源對流與擴散擴散分配商業(yè)建筑近主要污染源地下油罐殘留揮發(fā)物主要遷移機制毛細(xì)上升區(qū)NAPL水文地質(zhì)及VOC遷移概念模型干凈地下水第三十一頁，共51頁。地下水污染過程：有次序的氧化還原過程示意圖+1000氧化還原電位(毫伏)0-500O2H2ONO3-N2Mn4+Mn2+富氧(氧化)厭氧(還原)Fe3+Fe2+SO42-SH2CO2CH4Methanogenesis(甲烷產(chǎn)生)SulphateReduction(硫酸鹽根還原)IronReduction(鐵還原)ManganeseReduction(錳還原)Denitrification(去硝酸鹽根)Oxidation(氧化)H2OH2(g)BetaElimination(β-消去)SequentialReduction有次序氧化還原過程氯代烴最佳還原區(qū)(ChlorinatedSolvents)苯系物氧化區(qū)(Benzene,Toluene,Ethylbenzene,Xylene)Nano-IronTechnology污染場地概念模型第三十二頁，共51頁。污染場地概念模型污染源地下水潛水面地面厭氧帶泄漏帶地下水流向產(chǎn)生甲烷帶硫酸鹽還原帶鐵還原帶錳還原帶硝酸鹽還原帶石油污染物地下水污染物自然衰減過程BTEXOxidation第三十三頁，共51頁。AHRDRD1,1-DCAEthanolEthaneCO2ADMorNDMRD1,1-DCEVCEtheneCA1,1,1-TCADHCDHC氯代烴類污染物地下水污染物自然衰減過程ReductiveDechlorination（還原去氯）污染場地概念模型三氯乙烯-TCE二氯乙烯-DCE氯乙烯VC乙烯三氯乙烷二氯乙烷第三十四頁，共51頁。污染場地地下水原位修復(fù)技術(shù)生物/生物化學(xué)/生物吸收物理化學(xué)化學(xué)連二硫酸鹽H2S氣體基于鐵技術(shù)土壤淋洗絡(luò)合淋洗離子交換化學(xué)還原化學(xué)固定化學(xué)淋洗生物表面氧化原位生物沉淀放射性固定纖維材料及農(nóng)業(yè)廢棄物生物體吸附金屬生物表面活性劑生物修復(fù)生物活性生物吸附活性炭膜分離表面活性劑生物阻隔沉淀吸附吸附過濾電動處理PRB微生物及鐵去除As鐵基添加物鐵酸鹽工業(yè)廢棄物礦物質(zhì)沸石活性炭紅泥鐵基霧化渣絡(luò)合劑零價鐵苛性鎂生物及ZVI反硝化等原位PRB修復(fù)技術(shù)原位注射技術(shù)（鐵基材料）地下水原位修復(fù)技術(shù)第三十五頁，共51頁。零價鐵生物碳碳鐵1.化學(xué)-生物修復(fù)技術(shù)2.地下水滲透反應(yīng)墻（PRB技術(shù)）在地下水注射多類生物、化學(xué)及其復(fù)合材料降解，包括：ZVI/nZVI(零價鐵：顆粒與納米級)Molasses（糖漿）Bio-Magnetite(生物磁鐵礦)Fe3O4

（磁性氧化鐵）Biochar（生物炭）Graphene(石墨烯）地下水污染羽處理過的地下水地下水位隔水層在地下水流場中設(shè)置化學(xué)-生物障礙墻，使污染羽流經(jīng)障礙墻，污染物還原無害化地下水原位修復(fù)技術(shù)處理多類關(guān)注污染物：氯代烴，石油污染物，重金屬第三十六頁，共51頁。基于零價鐵的地下水重金屬修復(fù)技術(shù)零價鐵可以發(fā)生以下反應(yīng)修復(fù)重金屬鐵與As反應(yīng)還原Cr6+和Hg2+地下水原位修復(fù)技術(shù)第三十七頁，共51頁。優(yōu)點無深度、污染介質(zhì)、空間限制已驗證過的氧化還原過程快速清理，無毒性的中間產(chǎn)物容易注射，隨地下水流動納米零價鐵技術(shù)應(yīng)用前景國際納米零價鐵修復(fù)技術(shù)應(yīng)用推廣美國自2000年開始研發(fā)，已在44多個場地進行了中試近期歐盟NANOREM項目將在瑞士、捷克、以色列、葡萄牙及德國等6個場地進行中試在我國還未得到應(yīng)用，有待研究和推廣應(yīng)用場地分布情況地下水原位修復(fù)技術(shù)處理多種關(guān)注污染物：氯代烴、農(nóng)藥、多氯聯(lián)苯、重金屬、硝酸鹽第三十八頁，共51頁。納米零價鐵還原含氯有機物過程機理AHRDRD1,1-DCAEthanolEthaneCO2ADMorNDMRD1,1-DCEVCEtheneCA1,1,1-TCADHCDHC

DHC-消去反應(yīng)；RD-還原脫氯；AH-水解反應(yīng)；

ADM-有氧代謝；ANDM-厭氧代謝地下水原位修復(fù)技術(shù)第三十九頁，共51頁。Carbo-Iron（EHC）注射EHC藥劑注射裝置對相關(guān)重金屬去除情況地下水原位修復(fù)技術(shù)第四十頁，共51頁。EHC?

中試示范–某化工場地下水氯代烴修復(fù)場地特征住宅用地再開發(fā)地下水關(guān)注污染物：1,2-DCA,VCandChloroform，濃度超過1000mg/L

EHC注射注射深度：9-18m面積：10mx10m使用GeoProbe在9個注射井

注射了7200Kg

EHC泥漿地下水原位修復(fù)技術(shù)第四十一頁，共51頁。1,2-DCA,1,1-DCA

andchloroform除去率分別為

99.9%,86.7%和98.8%EHC?

中試示范–某化工場地下水氯代烴修復(fù)地下水原位修復(fù)技術(shù)第四十二頁，共51頁。生物技術(shù)-注射糖漿（Molasses）Molasses01000020000300004000050000600007000080000410172133time(weeks)Chromium(total)(μg/L)groundwatermolasses0.1%molasses0.5%molasses1%molasses5%MicrocosmtestsISBPinfluenceofconcentrationmolasses地下水原位修復(fù)技術(shù)第四十三頁，共51頁。Bio-Magnetite應(yīng)用潛力生物磁鐵礦材料對Hg和Cr的吸附作用及機理Cr6+去除80%(300h)Qmax=416mg/g快地下水原位修復(fù)技術(shù)第四十四頁，共51頁。農(nóng)業(yè)廢棄物生物碳穩(wěn)定性、持久性、廉價性復(fù)合效應(yīng)裂解高效性Fe0

Fe2+ +2e-C2HCl3+3H++ 6e-

C2H4 + 3Cl-研發(fā)并推廣高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟可行的土壤和地下水氯代烴修復(fù)試劑和修復(fù)技術(shù)！納米零價鐵地下水原位修復(fù)技術(shù)納米零價鐵/生物炭第四十五頁，共51頁。納米零價鐵/生物炭修復(fù)地下水中含氯有機物技術(shù)生物炭：中溫裂解稻殼零價鐵：液