摘要
難降解的污染物進(jìn)入土壤對(duì)土壤生態(tài)結(jié)構(gòu)和對(duì)生物體的危害是難以恢復(fù)的。相比地表水污染和大氣污染，土壤和地下水污染更隱蔽，污染范圍更難以確定，隨著污染物在土壤中不斷遷移，污染也會(huì)不斷累積超標(biāo)，從而增大了修復(fù)難度。本文通過(guò)對(duì)比中美發(fā)展現(xiàn)狀，重點(diǎn)污染物修復(fù)技術(shù)介紹對(duì)中美土壤地下水修復(fù)進(jìn)行一個(gè)概述。
◆ 美國(guó)土壤地下水修復(fù)行業(yè)發(fā)展穩(wěn)定，法律法規(guī)相對(duì)完善，健全，技術(shù)應(yīng)用相對(duì)成熟，中國(guó)仍處理于起步階段，各項(xiàng)法律法規(guī)仍需進(jìn)一步完善，技術(shù)應(yīng)用相對(duì)單一。
◆ 土壤/地下水污染按污染物種類大致可以分為：重金屬污染、有機(jī)物污染、放射性污染、病原菌污染等多種類型。按污染源分類又可分為：工業(yè)污染源，農(nóng)業(yè)污染源和生活污染源。
◆ 本文重點(diǎn)討論針對(duì)重金屬污染及有機(jī)物污染的土壤地下水修復(fù)技術(shù)。技術(shù)的選擇需根據(jù)污染場(chǎng)地的具體情況進(jìn)行選擇，單一技術(shù)到聯(lián)合多技術(shù)也是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。
研究員介紹
邱薪瞳
杜克大學(xué)環(huán)境工程研究生畢業(yè)?，F(xiàn)于加州環(huán)保署洛杉磯水質(zhì)管理局從事地下水排污許可證的相關(guān)工作。
吳彤
南加州大學(xué)環(huán)境工程研究生畢業(yè)?，F(xiàn)于加州環(huán)保署洛杉磯水質(zhì)管理局從事地下水排污許可證的相關(guān)工作。
中美土壤地下水修復(fù)的發(fā)展現(xiàn)狀比較
1美國(guó)土壤地下水修復(fù)的發(fā)展現(xiàn)狀二十世紀(jì)后半葉，美國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)生了深刻的變革，經(jīng)濟(jì)發(fā)展經(jīng)歷了從城市到郊區(qū)的轉(zhuǎn)移，污染場(chǎng)地伴隨城市擴(kuò)張或城市結(jié)構(gòu)布局的調(diào)整而產(chǎn)生。許多企業(yè)在搬遷后留下了大量的“棕色地塊”(Brownfield Site)，包括工業(yè)用地，汽車加油站，廢棄的廠房等，這些場(chǎng)地的土壤和水體在不同程度上被有害物質(zhì)所污染。“先污染、后治理”的彎路，誰(shuí)都在走，美國(guó)走的尤為慘烈。不得不提，美國(guó)超級(jí)基金的來(lái)源。
美國(guó)拉夫運(yùn)河(Love Canal)地區(qū)位于紐約州北部的水牛城市附近。1942年至1953年間，胡克化學(xué)工廠在一條失去功能的運(yùn)河洼地中填埋了21800噸的化學(xué)廢棄物，上面只覆蓋了一層黏土。然后工廠將土地以一美金的價(jià)格賣給了紐約市政府。隨后該地區(qū)規(guī)劃建設(shè)，開發(fā)為住宅區(qū)，擁有近千戶居民和兩所學(xué)校。70年代開始居民發(fā)現(xiàn)地下水中出現(xiàn)異味。掩埋的化學(xué)廢物開始侵蝕容器，滲入土壤，對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦慕】翟斐晌：?，居民出現(xiàn)畸形兒，居民癌癥的發(fā)病率與死亡率增高。到70年代末期，經(jīng)過(guò)多年的雨水沖刷，化學(xué)廢物已經(jīng)開始滲入到住宅地下室并形成毒氣釋放。1978年紐約州政府被迫將該地區(qū)封閉，學(xué)校關(guān)閉，幾百戶居民遷出。隨后，美國(guó)聯(lián)邦政府緊急宣布拉夫運(yùn)河地區(qū)為國(guó)家災(zāi)難區(qū)，成為了轟動(dòng)全美的“拉夫運(yùn)河事件”。
該事件的發(fā)生像一個(gè)導(dǎo)火索，導(dǎo)致各地紛紛調(diào)查，牽出一系列的驚人發(fā)現(xiàn)：美國(guó)境內(nèi)有成千上萬(wàn)個(gè)類似于拉夫運(yùn)河的危險(xiǎn)廢物簡(jiǎn)易填埋場(chǎng)和廢物傾倒場(chǎng)，猶如無(wú)數(shù)顆定時(shí)炸彈，嚴(yán)重威脅公眾健康和環(huán)境安全。由于已有法律體系無(wú)法解決大量廢棄場(chǎng)地所帶來(lái)的嚴(yán)重危害，在強(qiáng)大的社會(huì)輿論壓力下，國(guó)會(huì)于1980年通過(guò)了《全國(guó)性環(huán)境應(yīng)變補(bǔ)償及責(zé)任法》(Comprehensive Environmental Response, Compensation, and Liability Act, CERCLA)，該法案因其中設(shè)立的國(guó)家級(jí)污染修復(fù)基金而聞名，也被稱為《超級(jí)基金法案(Super Fund)》。相關(guān)的法律還包括：
◆《超級(jí)基金修正及再授權(quán)法》(Superfund Amendments and Reauthorization Act, SARA)
◆《緊急規(guī)劃及社區(qū)知情權(quán)利法》(Emergency Planning And Community Right to Know Act， EPCRA)
◆《資源保護(hù)及恢復(fù)法》(Resource Conservation and Recovery Act，RCRA)
對(duì)于污染較為嚴(yán)重的場(chǎng)地，在美國(guó)主要是由《超級(jí)基金法案》和《資源保護(hù)及恢復(fù)法》共同管理。后者則重在強(qiáng)調(diào)污染的預(yù)防，通過(guò)建立從“搖籃到墳?zāi)埂钡娜^(guò)程危險(xiǎn)廢物監(jiān)管體系來(lái)防治新增土壤污染。在超級(jí)基金的管理模式下，先對(duì)污染場(chǎng)地進(jìn)行初步調(diào)查評(píng)估，主要評(píng)估污染物對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境及居民生活的影響。之后再根據(jù)相關(guān)評(píng)分系統(tǒng)，將可能威脅人體健康、風(fēng)險(xiǎn)較大的場(chǎng)地列入國(guó)家優(yōu)先名錄(National Priorities List)。一旦被列入名錄，就需要對(duì)該場(chǎng)地進(jìn)行進(jìn)一步治理調(diào)查，并選擇適合場(chǎng)地狀況的處理方法進(jìn)行可行性研究，治理方案及計(jì)劃獲得批準(zhǔn)后，實(shí)施方才開始進(jìn)行修復(fù)治理。在場(chǎng)地修復(fù)達(dá)標(biāo)后，一般還需要進(jìn)行5年的跟蹤監(jiān)測(cè)，確認(rèn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)后，才將其從優(yōu)先名錄中刪除。在超級(jí)基金場(chǎng)地管理的各階段，需通知潛在的責(zé)任者參與相關(guān)管理事宜，同時(shí)及時(shí)向公眾公布在污染場(chǎng)地上將要采取的措施及各項(xiàng)決定。污染場(chǎng)地經(jīng)修復(fù)后若發(fā)現(xiàn)再被污染，還可列入名錄。“超級(jí)基金”不僅保證污染嚴(yán)重的項(xiàng)目?jī)?yōu)先及時(shí)治理，更解決了治理資金的來(lái)源問(wèn)題。美國(guó)污染場(chǎng)地的治理資金主要由責(zé)任方承擔(dān)(追溯歷史，追究責(zé)任主體，美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局可以要求相關(guān)責(zé)任方治理污染或者進(jìn)行處罰賠償，當(dāng)責(zé)任方難以確定時(shí)，資金將由聯(lián)邦“超級(jí)基金”或州一級(jí)政府承擔(dān)。據(jù)美國(guó)聯(lián)邦環(huán)保局的環(huán)境報(bào)告中顯示，自2000年到2016年，在《資源保護(hù)及恢復(fù)法》清理基線管理場(chǎng)地中，地下水污染已被控制的場(chǎng)地所占百分比由32%增加至84%，而存在污染擴(kuò)散問(wèn)題的場(chǎng)地所占比例由18%降至1.5%。
注：圖片來(lái)源 [16]
從超級(jí)基金法案的確立到現(xiàn)在，美國(guó)土壤地下水修復(fù)行業(yè)已有近40多年的發(fā)展歷史，修復(fù)產(chǎn)業(yè)也已進(jìn)入平穩(wěn)發(fā)展階段。污染場(chǎng)地修復(fù)技術(shù)方面，美國(guó)也居于世界領(lǐng)先地位，技術(shù)方案也因地制宜針對(duì)不同的污染源而制定。對(duì)于地下水污染，隔離污染物、將污染水體抽出處理(Pump and Treat)、固定無(wú)害化污染物都是常見(jiàn)的治理方案。對(duì)美國(guó)超級(jí)基金管理的場(chǎng)地中地下水污染所使用的技術(shù)分類統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，從1986年至2008年，使用抽出處理技術(shù)的場(chǎng)地所占比例從68%下降至17%，原位修復(fù)技術(shù)使用比例也逐漸增至17%，在各種原位技術(shù)中，又以化學(xué)處理和生物修復(fù)為主。而土壤修復(fù)項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，直至2005年，原位和異位修復(fù)技術(shù)應(yīng)用比例各約占48%和52%，其中以原位氣相抽提和異位固化穩(wěn)定化技術(shù)為主，熱脫附、焚燒技術(shù)應(yīng)用比例較低。如今美國(guó)土壤地下水修復(fù)技術(shù)發(fā)展也從之前單一的修復(fù)技術(shù)逐漸發(fā)展到多技術(shù)聯(lián)合修復(fù)，并采用原位修復(fù)和異位修復(fù)相結(jié)合的模式。地下儲(chǔ)油罐泄漏項(xiàng)目也都開始使用綠色、環(huán)境友好的生物修復(fù)技術(shù)，但有些工程耗時(shí)可達(dá)5-10年。
注：圖片來(lái)源 [17]
2中國(guó)土壤地下水修復(fù)發(fā)展現(xiàn)狀
2016年初發(fā)生在江蘇常州外國(guó)語(yǔ)學(xué)校的環(huán)境污染事件將中國(guó)土壤及地下水污染及修復(fù)問(wèn)題推向風(fēng)口浪尖。相關(guān)涉事化工廠由于違規(guī)偷埋固廢造成場(chǎng)塊土壤地下水嚴(yán)重污染，有機(jī)污染物和金屬污染物嚴(yán)重超標(biāo)，氯苯和四氯化碳超標(biāo)甚至達(dá)到數(shù)萬(wàn)倍。自2005年至2013年，我國(guó)開展了首次全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查，全國(guó)土壤環(huán)境狀況總體不容樂(lè)觀，土壤總超標(biāo)率達(dá)16.1%。工礦業(yè)廢棄地環(huán)境問(wèn)題突出，類似于常州污染事件涉事重污染企業(yè)的超標(biāo)率多達(dá)36.3%。而2011年至2013年，全國(guó)地下水基礎(chǔ)環(huán)境狀況調(diào)查初步結(jié)果顯示，地下水質(zhì)量狀況極差水質(zhì)比例達(dá)到15%左右。可見(jiàn)，土壤及地下水污染已嚴(yán)重威脅公共健康環(huán)境，隨之而來(lái)一系列問(wèn)題更會(huì)制約了地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
注：圖片來(lái)源 [18]
我國(guó)的土壤地下水修復(fù)產(chǎn)業(yè)起步與美國(guó)相比較晚，但市場(chǎng)潛力巨大。污染場(chǎng)地狀況復(fù)雜，場(chǎng)地監(jiān)管不足，是導(dǎo)致國(guó)內(nèi)修復(fù)項(xiàng)目進(jìn)展緩慢的主要原因，相關(guān)法律制度不健全也導(dǎo)致污染難以及時(shí)處理。國(guó)內(nèi)土壤保護(hù)相關(guān)法律法規(guī)主要有《環(huán)境保護(hù)法》、《土地管理法》、《水土保持法》，但這些法律規(guī)定分散且不系統(tǒng)，無(wú)法真正滿足國(guó)內(nèi)土壤保護(hù)的實(shí)際需求，比如“棕色場(chǎng)地”這樣的基本概念，很多法規(guī)都未明確界定。資金方面，國(guó)內(nèi)項(xiàng)資金一般來(lái)自政府和土地開發(fā)商，由于國(guó)內(nèi)污染主體大多是國(guó)有工廠，所以政府主要承擔(dān)治理資金，然而完全依靠政府為大量項(xiàng)目提供資金并不現(xiàn)實(shí)。只有少數(shù)開發(fā)商愿意為商業(yè)化項(xiàng)目場(chǎng)地的治理埋單。對(duì)于責(zé)任方難以明確的污染場(chǎng)地，資金來(lái)源不確定也會(huì)直接導(dǎo)致場(chǎng)地修復(fù)難以開展。在這一方面，美國(guó)超級(jí)基金法案這種商業(yè)模式是值得中國(guó)學(xué)習(xí)借鑒的，比如通過(guò)污染場(chǎng)地評(píng)估，設(shè)立“優(yōu)先級(jí)”列表，國(guó)家優(yōu)先統(tǒng)籌規(guī)劃污染較嚴(yán)重的場(chǎng)地，對(duì)于責(zé)任方不明確的場(chǎng)地，國(guó)家出資主導(dǎo)修復(fù)同時(shí)引進(jìn)民間資本注入。對(duì)于商業(yè)開發(fā)價(jià)值高的場(chǎng)地，未來(lái)也可采用“公私合營(yíng)模式”(Public-Private-Partnership，縮寫為PPP)吸引資金注入，待商業(yè)場(chǎng)地修復(fù)達(dá)標(biāo)獲得收益后，環(huán)境修復(fù)企業(yè)再獲得利潤(rùn)。
2014-2015年之間，中國(guó)環(huán)境修復(fù)工程領(lǐng)域也逐步加大投資，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2014、2015年資金投入分別約為25億～35億、45億～60億元人民幣，主要側(cè)重于工業(yè)污染場(chǎng)地和農(nóng)田污染修復(fù)工程。技術(shù)的創(chuàng)新也隨著資金不斷投入得到更多支持。國(guó)內(nèi)土壤修復(fù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今，異位修復(fù)一直處于主導(dǎo)地位。2007年之前，工業(yè)場(chǎng)地土壤修復(fù)項(xiàng)目主要采用水泥窯混燒和安全填埋這兩種技術(shù)處理，2010年使用水泥窯混燒的比例也由約70%減少到約30%，熱脫附、固化穩(wěn)定化以及化學(xué)處理技術(shù)的使用比例逐漸上升，近兩年，國(guó)內(nèi)很多修復(fù)項(xiàng)目在運(yùn)用熱脫附技術(shù)實(shí)施治理方案?？傮w來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)修復(fù)技術(shù)的發(fā)展還未能真正滿足市場(chǎng)的需求，很多技術(shù)仍未得到商業(yè)化的廣泛運(yùn)用。
隨著2016年《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，即“土十條”的頒布，全國(guó)各地對(duì)土壤地下水修復(fù)的重視程度也不斷增加。未來(lái)幾年，國(guó)家也會(huì)建立更多執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)法律法規(guī)，從而完善的立法體系，在政策上支撐土壤地下水修復(fù)行業(yè)的發(fā)展，對(duì)土壤地下水修復(fù)的監(jiān)管也會(huì)逐漸步入正軌。同時(shí)，《水污染污染防治法》中新增加油站儲(chǔ)罐地下水治理的相關(guān)規(guī)定以及相關(guān)防治指南的發(fā)布，也有望扭轉(zhuǎn)目前重土輕水的局面。
土壤地下水常見(jiàn)污染問(wèn)題
隨著工業(yè)化、城市化以及農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，化工產(chǎn)業(yè)、礦山開采、金屬冶煉、農(nóng)藥化肥的使用、生活廢水的排放都在不斷引發(fā)土壤地下水環(huán)境安全問(wèn)題。
1
工業(yè)污染問(wèn)題
注：圖片來(lái)源 [19]
“廢水、廢渣、廢氣”(三廢)的排放，以及儲(chǔ)存裝置和輸運(yùn)管道的事故性泄漏都會(huì)對(duì)土壤地下水構(gòu)成嚴(yán)重威脅，例如未處理的含有重金屬污染物的礦山廢水、化工廠偷排的超標(biāo)工業(yè)水都會(huì)造成污染物在土壤地下水中沉積。此外，垃圾和工業(yè)廢棄物填埋廠的泄漏也造成嚴(yán)重的土壤地下水污染問(wèn)題，美國(guó)早在1987年監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，近萬(wàn)個(gè)填埋廠需要重點(diǎn)治理，耗資近1000萬(wàn)美元。而加油站地下儲(chǔ)油罐和地下輸油管線銹蝕、破損導(dǎo)致泄漏的石化產(chǎn)品也如“惡性腫瘤”一般嚴(yán)重威脅土壤地下水安全。據(jù)了解，美國(guó)的地下水及水庫(kù)，有近一半污染是地下液體儲(chǔ)罐的滲漏而造成的。在北美地區(qū)地下水污染治理過(guò)程發(fā)現(xiàn)，滲漏于地下的非水相流體(NAPL)數(shù)量之大遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人們的預(yù)料。
2
農(nóng)業(yè)污染問(wèn)題
注：圖片來(lái)源 [20]
農(nóng)業(yè)方面，由于化肥、農(nóng)藥的大量使用造成的土壤地下水污染問(wèn)題也越來(lái)越多，比如氮、磷污染引起的水體富營(yíng)養(yǎng)化，再比如過(guò)度施肥導(dǎo)致土地結(jié)塊造成硝酸根污染地下水的問(wèn)題。美國(guó)雖在早期就禁止使用DDT，但如今部分使用地區(qū)地下水中依然存在。另一方面，污水灌溉作為農(nóng)業(yè)灌溉的重要組成部分，長(zhǎng)期利用含有污染組分的污水進(jìn)行灌溉也會(huì)造成土壤地下水環(huán)境惡化。比如2013年5月中國(guó)廣東發(fā)現(xiàn)的含鎘毒大米一度引起轟動(dòng)，鎘通常通過(guò)廢水排入環(huán)境中，再通過(guò)灌溉進(jìn)入食物，而水稻是典型的“受害作物。
3
生活排污污染問(wèn)題
注：圖片來(lái)源 [21]
城鎮(zhèn)居民區(qū)每天排放大量生活污水和固體垃圾，其中包括含碳水化合物、氮、磷、硫等微生物營(yíng)養(yǎng)元素的有機(jī)物和多種病原微生物。當(dāng)這些污染物進(jìn)入水體后，造成水中溶解氧大量消耗，在厭氧菌作用下容易產(chǎn)生惡臭物質(zhì)，同時(shí)造成病原菌和病毒的滋生與蔓延。其次藥品和個(gè)人護(hù)理用品(Pharmaceutical and Personal Care Products，縮寫為PPCPs)等一大批新興污染物正在成為嚴(yán)重污染源，它們會(huì)通過(guò)滲透等途徑進(jìn)入水體，最終通過(guò)飲用水和食物危害人體健康。
土壤地下水修復(fù)技術(shù)
在實(shí)際的修復(fù)項(xiàng)目中，污染情況往往比較復(fù)雜，針對(duì)不同的污染種類及場(chǎng)地的具體情況，往往需要綜合地選擇合適的修復(fù)技術(shù)，最終形成系統(tǒng)的場(chǎng)地修復(fù)方案。按照是否將污染源進(jìn)行清挖后處理分為原位修復(fù)技術(shù)和異位修復(fù)技術(shù)，前者不需要挖掘和輸送土壤，因此可節(jié)約處理成本，但其通常需要較長(zhǎng)的實(shí)施周期，且由于土壤及含水層存在差異性，不能保證處理的一致性;后者所需的修復(fù)周期相對(duì)較短，且可通過(guò)勻化、篩分、連續(xù)攪拌等手段更好地控制處理的一致性，但其需挖掘土壤，因此所需費(fèi)用較高且需增加工程設(shè)施。按照處理介質(zhì)又可分為土壤修復(fù)技術(shù)和地下水修復(fù)技術(shù)，按照技術(shù)原理主要分為物理化學(xué)技術(shù)、生物技術(shù)、熱處理技術(shù)等。
1重金屬污染修復(fù)技術(shù)
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大量工業(yè)活動(dòng)，如化工、采礦、冶金等行業(yè)的擴(kuò)展，重金屬污染物隨著工業(yè)廢氣、廢水，礦山尾礦等的不當(dāng)處置，逐漸累積到土壤地下水中。其中最常見(jiàn)的污染包括鉛(Pb)，鉻(Cr)，砷(As)，鋅(Zn)，鎘(Cd)，銅(Cu)，汞(Hg)和鎳(Ni)。目前國(guó)內(nèi)外主要采用物理、化學(xué)和生物修復(fù)方法，主要的修復(fù)途徑包括兩種，一種是通過(guò)改變重金屬形態(tài)，使其固定或鈍化從而降低其在環(huán)境中的遷移性和生物可利用性;另一種是從土壤中直接去除重金屬，或使其存留濃度接近或達(dá)到土壤重金屬背景值或標(biāo)準(zhǔn)。
固化/穩(wěn)定化是較普遍應(yīng)用于土壤重金屬污染的快速控制修復(fù)方法，主要是通過(guò)向土壤中加入添加劑(固化劑 )從而改變土壤的理化性質(zhì)。通過(guò)重金屬的吸附或共沉淀作用改變其在土壤中的存在形態(tài)，從而降低其生物有效性和遷移性。最常用的固化穩(wěn)定劑是水泥，其他常用穩(wěn)定劑還包括飛灰、石灰和瀝青等。該處理技術(shù)的費(fèi)用較低廉，修復(fù)周期較短，對(duì)于一些非敏感的項(xiàng)目此技術(shù)可大大降低污染治理成本。但此技術(shù)不會(huì)降低污染物的毒性，修復(fù)后的土壤無(wú)法恢復(fù)原狀，難進(jìn)一步利用。此工藝不但可以應(yīng)用于重金屬污染，其應(yīng)用還包括，石棉、放射性物質(zhì)等無(wú)機(jī)物以及農(nóng)藥/除草劑、石油或多環(huán)芳烴類等有機(jī)化合物的修復(fù)。
植物修復(fù)技術(shù)作為另一種常用土壤重金屬修復(fù)技術(shù)，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外也有了廣泛的研究應(yīng)用。該技術(shù)是將某種對(duì)特定金屬元素有吸收富集能力的植物種植在重金屬污染的土壤上，通過(guò)植物富集重金屬后并妥善處理(如灰化回收) 后，將該種重金屬移出土體，從而達(dá)到污染治理的目的。植物修復(fù)技術(shù)有修復(fù)周期較長(zhǎng)，且收到氣候地質(zhì)條件限制較大的缺點(diǎn)，但與傳統(tǒng)的物化和工程修復(fù)等技術(shù)相比，具有投資和維護(hù)成本低、操作簡(jiǎn)便、不造成二次污染的優(yōu)點(diǎn)。其他土壤重金屬技術(shù)還包括土壤淋洗和電動(dòng)修復(fù)。這兩種技術(shù)對(duì)于大面積的土壤污染修復(fù)經(jīng)濟(jì)可行性較低，但都具有周期短，效率高的特定，在國(guó)外已有成功案例，工程應(yīng)用也趨于成熟，我國(guó)技術(shù)發(fā)展較晚，對(duì)于這兩項(xiàng)技術(shù)，廉價(jià)環(huán)境友好型淋洗劑如天然有機(jī)酸和表面活性劑是未來(lái)淋洗劑發(fā)展的方向，降低電動(dòng)修復(fù)的成本，提高重金屬的移動(dòng)性是電動(dòng)修復(fù)的主要研究方向。
針對(duì)地下水的重金屬污染修復(fù)往往可分為原位修復(fù)技術(shù)及異位修復(fù)技術(shù)。
1. 抽出處理技術(shù)從20世紀(jì)80年代發(fā)展至今，仍是地下水修復(fù)的重要異位修復(fù)技術(shù)。抽出處理技術(shù)可主要分為地下水動(dòng)力控制過(guò)程和地上污染物處理過(guò)程。通過(guò)在污染場(chǎng)地布設(shè)水井及水泵，將污水送至地上處置裝置(如污水處理場(chǎng))進(jìn)行處置。經(jīng)過(guò)處置的污水也可以排入地表徑流、回灌到地下或用于當(dāng)?shù)毓┧?。
2. 典型的地下水原位修復(fù)技術(shù)包括，滲透性反應(yīng)墻，原位生物修復(fù)技術(shù)，原位化學(xué)修復(fù)技術(shù)和植物修復(fù)技術(shù)等。滲透性反應(yīng)墻技術(shù)的工程設(shè)施及安裝操作相對(duì)簡(jiǎn)單，有效降低了修復(fù)后期的運(yùn)轉(zhuǎn)及維護(hù)費(fèi)用。但是，與抽出處理技術(shù)相比較，滲透性反應(yīng)墻技術(shù)工程設(shè)施投資較大，且修復(fù)方案一旦實(shí)施，設(shè)施安裝于地下后就很難再對(duì)方案做出改動(dòng)。原位化學(xué)氧化/還原技術(shù)，用于地下水重金屬污染擁有去除率高、修復(fù)周期較短、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，也常于其他修復(fù)技術(shù)聯(lián)合使用。最常用的還原劑是零價(jià)鐵(ZVI)，用于一些金屬/準(zhǔn)金屬如鉻，砷和鈾等。而對(duì)于地下水化學(xué)氧化技術(shù)的應(yīng)用，常用化學(xué)氧化劑有臭氧、過(guò) 氧化氫、高錳酸鉀、二氧化氯及Fenton試劑等。但氧化劑在地下水中有效作用時(shí)間一般較短以及氧化劑本身的健康與安全問(wèn)題等問(wèn)題很大程度限制了此技術(shù)的發(fā)展。
2有機(jī)物污染修復(fù)技術(shù)
土壤地下水中有機(jī)污染物主要包括揮發(fā)性有機(jī)污染物和半揮發(fā)性有機(jī)污染物。常見(jiàn)的土壤地下水有機(jī)污染物的主要種類包括：石油烴類污染物、鹵代烴類污染物，農(nóng)藥類污染物、多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、二惡英、鄰苯二甲酸酯等有機(jī)污染物。下面本文將著重介紹污染物修復(fù)技術(shù)及氯代烴類污染物修復(fù)技術(shù)。
石油污染
石油污染是指在石油的開采、煉制、貯運(yùn)、使用過(guò)程中原油和各種石油制品進(jìn)入環(huán)境而造成的污染。土壤中石油主要成分為C15～C36的烷烴、多環(huán)芳香烴等，石油的污染會(huì)造成土壤有機(jī)質(zhì)、微生物群落的變化，破話土壤生態(tài)環(huán)境。石油烴也會(huì)隨土壤水分遷移而達(dá)地下含水層從而污染地下水，經(jīng)過(guò)地下水的輸送與使用而危害人類健康。常用的修復(fù)技術(shù)可分為物理法、化學(xué)法和生物法。
土壤氣相抽提技術(shù)是一種應(yīng)用廣泛的物理修復(fù)技術(shù)，主要通過(guò)抽氣使土壤中高濃度的揮發(fā)性污染物揮發(fā)至氣相中，并收集于地上處理從而降低土壤中石油污染物的含量。該技術(shù)具有可操作性強(qiáng) 、處理污染物范圍寬、不破壞土壤結(jié)構(gòu)及可回收利用廢物等優(yōu)點(diǎn)，是目前使用較為廣泛的技術(shù)之一。但該技術(shù)受土壤性質(zhì)限制較大，對(duì)于低滲透性場(chǎng)地的處理效果差。
微生物修復(fù)技術(shù)與植物修復(fù)技術(shù)作為生物修復(fù)技術(shù)具有環(huán)境友好且費(fèi)用低廉的優(yōu)勢(shì)，但此類技術(shù)還是局限于修復(fù)周期長(zhǎng)、效率低等缺點(diǎn)。高效石油分解菌和植物降解植株的培育也是未來(lái)此類技術(shù)的發(fā)展熱點(diǎn)。 熱脫附技術(shù)處理通過(guò)將污染物直接或間接地暴露在高溫中，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的控制選擇性地促使一些揮發(fā)性有機(jī)物氣化揮發(fā)，從而使石油污染物與土壤顆粒分離，去除。該技術(shù)在國(guó)外廣泛應(yīng)用，技術(shù)發(fā)展也已較為成熟。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)熱脫附技術(shù)以其效率高，修復(fù)速度快等優(yōu)點(diǎn)逐漸受到重視，其但能耗高，后續(xù)尾氣處理等問(wèn)題仍需進(jìn)一步優(yōu)化。與地下水重金屬污染問(wèn)題類似，針對(duì)石油烴類引起的地下水污染問(wèn)題修復(fù)技術(shù)也可以分為原位修復(fù)技術(shù)與異位修復(fù)技術(shù)。抽出處理技術(shù)仍是常用的異位處理手段，原位修復(fù)技術(shù)則可結(jié)合土壤處理運(yùn)用氣體抽提技術(shù)、化學(xué)氧化技術(shù)及生物修復(fù)技術(shù)等。在美國(guó)，空氣吹脫修復(fù)技術(shù)也發(fā)展成熟，該技術(shù)是在一定的壓力條件下，將壓縮空氣注入污染場(chǎng)地，將溶解在地下水中的揮發(fā)性化合物、吸附在土壤顆粒表面上的化合物以及阻塞在土壤空隙中的化合物驅(qū)趕出來(lái)。 在實(shí)際應(yīng)用中，空氣吹脫技術(shù)往往與抽提技術(shù)相組合使用。
在國(guó)內(nèi)，化學(xué)氧化技術(shù)也是常用的石油烴類污染修復(fù)技術(shù)，具有高效、快速、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但容易造成二次污染，且在低滲透性土壤中的處理效果受限。前文提到的土壤淋洗技術(shù)也適用于此類污染。其中高效表面活性劑的使用可顯著提高原油的回收率，但藥劑用量大，易產(chǎn)生二次污染仍是此種技術(shù)的最大缺點(diǎn)，開發(fā)綠色廉價(jià)的有機(jī)溶劑也是未來(lái)該技術(shù)的發(fā)展熱點(diǎn)。在石油污染土壤的生物修復(fù)中，微生物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用最為廣泛。該方法通過(guò)利用或者強(qiáng)化環(huán)境微生物特有的代謝分解有毒物質(zhì)的能力，去除土壤中的有毒有害污染物，將有機(jī)污染物分解轉(zhuǎn)化成其他無(wú)害物質(zhì)。微生物修復(fù)技術(shù)與植物修復(fù)技術(shù)作為生物修復(fù)技術(shù)具有環(huán)境友好且費(fèi)用低廉的優(yōu)勢(shì)，但此類技術(shù)還是局限于修復(fù)周期長(zhǎng)、效率低等缺點(diǎn)。
氯代烴污染
由于氯代溶劑在電子加工、金屬加工、干洗等行業(yè)中的廣泛使用，以三氯乙稀(TCE)、四氯乙烯(PCE)為主的氯代烴都列于中美優(yōu)先檢測(cè)和控制的有機(jī)物中。且由于三氯乙烯的密度大、黏滯性低， 遷移能力強(qiáng)且能達(dá)更深層的地下環(huán)境中， 從而導(dǎo)致其治理難度比普通污染物更大。TCE\PCE都屬于重質(zhì)非水相液體(Dense Non-aqueous Phase Liquid, DNAPL)，所以早期的抽出處理技術(shù)很難將污染完全清除。
目前，原位化學(xué)氧化法已應(yīng)用于TCE的土壤地下水污染處理，常用的氧化劑主要有：高錳酸鹽，F(xiàn)enton試劑，過(guò)硫酸鹽和臭氧。近年來(lái)，原位熱修復(fù)技術(shù)也被應(yīng)用于TCE污染場(chǎng)地的研究中，其主要原理是通過(guò)提高土壤和地下水環(huán)境中的溫度進(jìn)而提高污染物的回收，此技術(shù)具有不引入化學(xué)試劑和可應(yīng)用于不同種類以及低滲透性的多孔介質(zhì)區(qū)域的優(yōu)點(diǎn)。熱修復(fù)技術(shù)也被提出可與生物修復(fù)技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)加熱處理環(huán)境提高微生物代謝過(guò)程。對(duì)于氯代烴在土壤地下水中的污染處理技術(shù)，相比國(guó)外，中國(guó)起步較晚，但目前也有很多新的技術(shù)在不斷開發(fā)，針對(duì)氯代烴污染的表面活性劑技術(shù)、反應(yīng)滲透格柵技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)等也為未來(lái)的技術(shù)發(fā)展提供了更開闊的思路。
參考文獻(xiàn)
[1] http://www.aojoa.cn/news_view/id/86.html，2017年上半段土壤地下水修復(fù)行業(yè)發(fā)展重要?jiǎng)討B(tài)
[2] http://news.inggreen.com/16308.html，土壤地下水污染背景介紹和行業(yè)形勢(shì)
谷慶寶, 顏增光, 周友亞, 郭觀林, & 李發(fā)生. (2007). 美國(guó)超級(jí)基金制度及其污染場(chǎng)
[3] 地環(huán)境管理. 環(huán)境科學(xué)研究, 20(5), 84-88.
蔣莉. (2005). 美國(guó)環(huán)保超級(jí)基金制度及其實(shí)施 (Doctoral dissertation).
[4] 張濤, & 丁貞玉. (2016). 土壤及地下水污染修復(fù)技術(shù), 專利與行業(yè)發(fā)展分析. 環(huán)境污染與防治, 38(7), 93-98.
[5] 趙金艷, 李瑩, 李珊珊, & 張爽. (2013). 我國(guó)污染土壤修復(fù)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀. 中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè), 5(3), 53-57.
[6] 保護(hù)部, 國(guó)土, & 資源部. (2014). 全 國(guó) 土 壤 污 染 狀 況 調(diào) 查 公 報(bào). 中 國(guó).
劉海生, 侯勝利, 馬萬(wàn)云, 陳瓞延, & 程業(yè)勛. (2003). 土壤與地下水污染的地球物理地球化學(xué)勘查.
[7] 童莉, 梁鵬, 朱秋穎, 冉麗君, & 周學(xué)雙. (2014). 加油站儲(chǔ)罐泄漏地下水污染防治對(duì)策. 環(huán)境影響評(píng)價(jià), (3), 18-20.
[8] Wuana RA, Okieimen FE. Heavy metals in contaminated soils: a review of sources, chemistry, risks and best available strategies for remediation. Isrn Ecology. 2011 Oct 24;2011.
[9] Mulligan CN, Yong RN, Gibbs BF. Surfactant-enhanced remediation of contaminated soil: a review. Engineering geology. 2001 Jun 30;60(1):371-80.
https://clu-in.org/products/nairt/overview.cfm
[10] 李佳, 曹興濤, 隋紅, 何林, 李鑫鋼. 石油污染土壤修復(fù)技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望. 石油學(xué)報(bào) (石油加工). 2017 Sep 14;33(5):811-33.
[11] 宋云, 尉黎, 王海見(jiàn). 我國(guó)重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及選擇策略. 環(huán)境保護(hù). 2014(9):32-6.
[12] 陳夢(mèng)舫. 我國(guó)工業(yè)污染場(chǎng)地土壤與地下水重金屬修復(fù)技術(shù)綜述. 中國(guó)科學(xué)院院刊. 2014;29(3):327-35.
[13] 焦海華, 黃占斌, 白志輝. 石油污染土壤修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展. 農(nóng)業(yè)環(huán)境與發(fā)展. 2012 Apr 25;2:48-56.
[14] 高霏, 劉菲, 陳鴻漢. 三氯乙烯污染土壤和地下水污染源區(qū)的修復(fù)研究進(jìn)展. 地球科學(xué)進(jìn)展. 2008 Aug 10;23(8):821-9.
[15] 吳健, 沈根祥, 黃沈發(fā). 揮發(fā)性有機(jī)物污染土壤工程修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展. 土壤通報(bào). 2005 Jun;36(3):430-5.
[16] 美國(guó)超級(jí)基金制度及其污染場(chǎng)地環(huán)境管理，谷慶寶等，環(huán)境科學(xué)研究，第20卷，第5期;2007年5月
[17] https://www.epa.gov/superfund/superfund-cleanup-process
[18] 現(xiàn)場(chǎng)探訪常州外國(guó)語(yǔ)學(xué)校污染事件： 導(dǎo)火索指向土壤修復(fù)開挖，21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道
[19] 俄羅斯卡拉巴十，http://huanbao.oodlair.com/thread-140-1-1.html
[20] 中國(guó)農(nóng)業(yè)污染總量超過(guò)工業(yè)，http://money.163.com/15/0414/22/AN6PD17Q002524SO.html
[21] 三里河下游區(qū)域污染嚴(yán)重，誰(shuí)來(lái)管，http://www.sohu.com/a/131343691_249721
來(lái)源:水基因 作者:邱薪瞳等
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