仲英杰 李忠元

本篇報道圍繞2017年上海市科技進(jìn)步一等獎項目“城市再開發(fā)場地土壤污染控制與修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用”展開，該獎項由上海市環(huán)境科學(xué)研究院黃沈發(fā)領(lǐng)銜的團(tuán)隊獲得。

2020年4月24日，湖南益陽市委宣傳部表示，針對“云南昭通市鎮(zhèn)雄縣銷毀一批來自湖南益陽的重金屬超標(biāo)大米”，經(jīng)核實決定對7家涉事企業(yè)立案調(diào)查。然而，這并不是“鎘大米”第一次走進(jìn)公眾視線。2014年，《南方日報》也報道了2009年湖南上萬噸鎘含量超標(biāo)的大米在廣東糧食市場流通銷售。

鎘是一種自然界存在的有毒金屬元素，常用于電鍍、造船業(yè)、建筑業(yè)等行業(yè)。20世紀(jì)50至70年代，日本富士山某地區(qū)居民因長期飲用受鎘污染的河水及食用此水灌溉的鎘含量超標(biāo)大米而患有“痛痛病”，該事件是世界上最早報道的重金屬土壤污染事件。此次，湖南再次曝出“鎘大米”事件，警醒我們身邊的“土壤污染問題”可能從未走遠(yuǎn)。

與大氣、水污染相比，土壤污染往往不容易被直接看到、嗅到，因此人們對土壤污染總是“后知后覺”。這么“神秘”的土壤污染，人們是怎樣與之“過招”的呢？

土壤修復(fù)技術(shù)概覽

作為地球的“皮膚”，土壤是一層覆蓋在地球表面的疏松物質(zhì)，含有礦物、氣體、水、有機質(zhì)等，也是動植物的生長棲息地。土壤為人類的生活與生產(chǎn)活動提供支撐，也消納著自然或人為產(chǎn)生的廢物。

土壤中常見的污染物可大致分為重金屬污染物和有機污染物。面對這些“來勢洶洶”的“入侵者”，土壤往往啟動“自凈”能力消滅“敵軍”，即在自然條件下，通過土壤系統(tǒng)的物理、化學(xué)及生物學(xué)方面的作用，降低有毒物質(zhì)的濃度或毒性，將其轉(zhuǎn)化為無毒或低毒產(chǎn)物。

一旦土壤所受污染超過了其自凈能力，土壤的功能就受到了破壞，當(dāng)污染程度達(dá)到一定風(fēng)險水平時，就需要對污染土壤進(jìn)行治理。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，多達(dá)數(shù)十種土壤修復(fù)技術(shù)涌現(xiàn)了出來，下表舉例介紹了幾種常用的土壤修復(fù)技術(shù)。

常見的土壤修復(fù)技術(shù)

特別關(guān)注：工礦企業(yè)搬遷后的遺留場地

近40多年來，歐美發(fā)達(dá)國家在土壤污染防治的基礎(chǔ)理論、技術(shù)原理、功能材料、技術(shù)工藝及專業(yè)裝備等方面取得了長足的進(jìn)展。

以美國為例，20世紀(jì)70年代發(fā)生的“拉夫運河污染事件”是促成美國設(shè)立“超級基金”并開展土壤和地下水污染防治的標(biāo)志性事件。1942年，因干涸而廢棄的美國加利福尼亞州的拉夫運河，被美國胡克電化學(xué)公司收購，作為傾倒工業(yè)廢物的“垃圾倉庫”。11年后，這條填滿有毒廢棄物的運河經(jīng)填埋覆蓋后，被胡克化學(xué)公司以1美元的象征性價格轉(zhuǎn)讓給當(dāng)?shù)亟逃瘑T會用于建立學(xué)校，此后運河區(qū)逐步開發(fā)為底層社區(qū)。70年代末，當(dāng)?shù)卦袐D流產(chǎn)、嬰兒畸形等怪象頻發(fā)，地面還曾滲出苯、氯仿、甲苯、二噁英和多氯聯(lián)苯等多種有毒物質(zhì)，對人體健康有極大危害，引起了當(dāng)?shù)鼐用竦目只拧?/p>

此后，1980年美國國會通過的《綜合環(huán)境反應(yīng)、賠償與責(zé)任法》（又稱《超級基金法案》）填補了美國土壤污染防治的法律空白，同時創(chuàng)設(shè)“超級基金”授權(quán)使用聯(lián)邦資金，保障在無法確定責(zé)任主體或責(zé)任主體無力承擔(dān)修復(fù)費用時的污染土壤治理。

美國在土壤污染防治方面的工作喚醒了世界各國對土壤及地下水污染問題的關(guān)注。經(jīng)過多年實踐，歐美發(fā)達(dá)國家已逐步形成了一套涵蓋法律法規(guī)、技術(shù)規(guī)范及管理手段的完整的土壤污染防治體系。

英國1990年頒布了污染場地管理的核心法規(guī)——《環(huán)境保護(hù)法案》第2A部分，為土壤污染鑒定及恢復(fù)整治提供了依據(jù)，并明確了污染場地的定義，將風(fēng)險評估的理念納入土壤污染防治。英國環(huán)境署于2002年發(fā)布了《污染土地暴露評估模型：技術(shù)基礎(chǔ)和算法》《污染土地管理的模型評估方法》等系列技術(shù)文件，初步建立了英國污染場地風(fēng)險評估的框架體系。

德國的土壤污染防治體系涵蓋了土壤污染預(yù)防、土壤環(huán)境調(diào)查、風(fēng)險評估和污染場地修復(fù)的全過程，并分別對工業(yè)污染場地和農(nóng)用地土壤利用做了說明，規(guī)定了預(yù)防原則、責(zé)任機制、風(fēng)險管控、土壤監(jiān)測與信息公開、功能性修復(fù)等基本原則。德國的土壤修復(fù)技術(shù)主要分為三類：移除污染源至別處治理；采用固封材料等防止污染物進(jìn)一步遷移擴散；保護(hù)污染暴露受體，限制公眾接近污染源。

拉夫運河居民的抗議，約1978年

就我國而言，在20世紀(jì)90年代之前，土壤修復(fù)主要針對農(nóng)田土壤，對城市工業(yè)用地污染修復(fù)鮮有提及。隨著我國城市發(fā)展進(jìn)程的加快，進(jìn)入21世紀(jì)后，建設(shè)用地，尤其是工業(yè)企業(yè)關(guān)閉搬遷后的土地所引發(fā)的土壤污染事件開始引起人們的重視。

2004年，北京宋家莊地鐵站，3名工人在挖掘施工過程中急性中毒。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該地鐵站所在地的前身是一家始建于20世紀(jì)70年代的農(nóng)藥廠，雖然搬離多年，但仍有部分有毒有害物質(zhì)殘留在地下。此次發(fā)生在北京宋家莊地鐵站施工過程中的急性中毒事件，揭開了我國重視工業(yè)污染場地再開發(fā)環(huán)境安全與治理修復(fù)的序幕。

2016年5月28日，國務(wù)院印發(fā)了《土壤污染防治行動計劃》（又稱“土十條”），進(jìn)一步加快了我國土壤修復(fù)事業(yè)的步伐。2019年1月1日實施的《土壤污染防治法》指出，土壤從受污染到基本恢復(fù)功能的過程一般包括：土壤污染狀況調(diào)查→土壤污染風(fēng)險評估→風(fēng)險管控/修復(fù)→風(fēng)險管控/修復(fù)效果評估→后期管理，由此形成土壤污染防治的閉環(huán)體系。

目前從總體上來說，在建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控與修復(fù)技術(shù)方面，我國與歐美國家的管理和技術(shù)水平相比尚有較大差距。隨著我國城市化進(jìn)程的進(jìn)一步推進(jìn)，工礦企業(yè)搬遷后遺留場地面臨的環(huán)境修復(fù)問題或更復(fù)雜、持久、嚴(yán)峻。因此，如何促進(jìn)未來更多企業(yè)搬遷后遺留場地的再開發(fā)利用是一項亟須解決的重要課題。

來自上海市環(huán)境科學(xué)研究院的黃沈發(fā)領(lǐng)銜研究團(tuán)隊十余年來始終致力于以上海為代表的城市再開發(fā)場地土壤污染控制與修復(fù)，探索適合本土的“修復(fù)之路”。以下將以特大城市老工業(yè)區(qū)——上海桃浦工業(yè)區(qū)的轉(zhuǎn)型升級為例，介紹城市再開發(fā)場地土壤污染控制與修復(fù)的“上海路徑”。

典型案例：上海桃浦工業(yè)區(qū)轉(zhuǎn)型升級

位于上海市西北部的桃浦工業(yè)區(qū)，自20世紀(jì)50年代以來大力促進(jìn)工業(yè)發(fā)展，但因工業(yè)區(qū)早期環(huán)境保護(hù)設(shè)施設(shè)備相對落后，在生產(chǎn)運行過程中產(chǎn)生了嚴(yán)重的污染問題，在20世紀(jì)80年代被上海市政府列入重污染地區(qū)。

2013年，桃浦工業(yè)區(qū)被列為重點整治區(qū)域，并規(guī)劃轉(zhuǎn)型為“桃浦智創(chuàng)城”，需要對原工廠用地進(jìn)行再開發(fā)利用。研究人員發(fā)現(xiàn)，桃浦工業(yè)區(qū)土壤和地下水污染范圍廣、污染物種類多，存在污染難以精準(zhǔn)識別、污染地塊風(fēng)險評估不確定性大、安全高效的修復(fù)技術(shù)不足等問題。

常言“知己知彼，百戰(zhàn)不殆”，面對桃浦工業(yè)區(qū)的這些問題，研究人員首先需要知道“彼”是誰？“彼”在哪？

由于工業(yè)生產(chǎn)歷史悠久，桃浦工業(yè)區(qū)的地下管線及構(gòu)筑物復(fù)雜，地層以下人為干擾強烈，遺留污染物眾多，污染物空間分布不均且組成復(fù)雜。如此種種，給前期的環(huán)境調(diào)查和污染精準(zhǔn)識別帶來了不小挑戰(zhàn)。

為此，黃沈發(fā)團(tuán)隊因地制宜提出“區(qū)域排查→企業(yè)篩查→初步調(diào)查→詳細(xì)調(diào)查→地塊補充調(diào)查與評估”的工作流程，并融合環(huán)境與巖土專業(yè)技術(shù)，探索運用多項場地環(huán)境精準(zhǔn)調(diào)查技術(shù)——例如膜界面探測技術(shù)（MIP）、感應(yīng)電磁技術(shù)（FDEM）、高密度電阻率技術(shù)（ERT）等——掃描診斷場地污染狀況，有效提升了復(fù)雜場地調(diào)查的效率與精準(zhǔn)度，實現(xiàn)了“全覆蓋、精細(xì)化、高效率”的調(diào)查目標(biāo)，為后期風(fēng)險管控及修復(fù)提供翔實的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料。

找到“彼”后，便是全面、深度分析“彼”。常規(guī)的污染場地風(fēng)險評估技術(shù)手段，其評估結(jié)果不可避免地存在較大不確定性。研究人員從風(fēng)險評估數(shù)值模型、參數(shù)本土化取值等方面進(jìn)行了突破。通過探索與實踐，初步建立了包括自然地理、氣象氣候、土壤理化、巖土參數(shù)、受體暴露、建筑物特征等參數(shù)的風(fēng)險評估本土參數(shù)取值數(shù)據(jù)庫；在評估模型本土化方面，通過土壤氣體采樣監(jiān)測，重點開展了揮發(fā)性有機化合物（VOCs）污染場地的污染物多介質(zhì)遷移和降解模擬優(yōu)化研究，并綜合運用數(shù)值模型（MODFLOW、MODPATH、MT3DMS、FEMWATER等）揭示VOCs在土壤中的遷移擴散過程及其在土、水、孔多種介質(zhì)中的分配情況；對污染物物化反應(yīng)和生物作用的溶質(zhì)遷移降解模擬，運用數(shù)值模型（RT3D、SEAM3D等）刻畫污染物在場地多介質(zhì)中的降解特征，建立動態(tài)模擬體系。通過多技術(shù)方法聯(lián)用，提高了桃浦工業(yè)區(qū)污染地塊風(fēng)險評估結(jié)果的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

最后便是有的放矢戰(zhàn)勝“彼”。對于桃浦工業(yè)區(qū)的環(huán)境綜合治理并沒有“一刀切”，即沒有全部采取清除土壤污染物質(zhì)的修復(fù)技術(shù)，而是綜合考慮土壤和地下水污染風(fēng)險、規(guī)劃用地功能、區(qū)域環(huán)境條件及地塊開發(fā)進(jìn)程等因素，采取“風(fēng)險管控結(jié)合治理修復(fù)，依據(jù)實際情形分類施策”的治理修復(fù)策略。例如，按照污染物分布圖對區(qū)域規(guī)劃用地功能及其控制性詳規(guī)方案提出調(diào)整建議，將部分污染高風(fēng)險區(qū)域調(diào)整為城市景觀類、市政配套設(shè)施類和商業(yè)服務(wù)類等非敏感性建設(shè)用地；其次，針對不同用途功能定位分別設(shè)定土壤和地下水修復(fù)目標(biāo)，如對規(guī)劃為停車場等用地設(shè)定風(fēng)險控制的修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)，而規(guī)劃為學(xué)校、居住區(qū)等敏感性用地則按照嚴(yán)格的暴露場景進(jìn)行評估并進(jìn)行污染物去除修復(fù)；最后，對于異位處置的污染土采用“區(qū)域土方平衡、就地消納利用”方案，分類設(shè)定基于不同再利用方式的風(fēng)險控制標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)治理達(dá)標(biāo)后實現(xiàn)土壤資源化安全利用。如此一來，既能保證各個用地的安全，也能控制修復(fù)成本、縮短治理年限。

戰(zhàn)勝“彼”最關(guān)鍵之處還在于采用什么修復(fù)技術(shù)，以及如何應(yīng)用。研究人員通過技術(shù)比選，在借鑒國外技術(shù)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，比選治理修復(fù)模式及相應(yīng)的修復(fù)技術(shù)，通過實驗室試驗和工程規(guī)模試驗確定了本土化技術(shù)應(yīng)用的工藝參數(shù)，克服了修復(fù)技術(shù)“水土不服”的問題。此次治理的修復(fù)技術(shù)應(yīng)用到了穩(wěn)定化（將污染物在污染介質(zhì)中固定，使其長期處于穩(wěn)定狀態(tài)）、垂直/冒封阻隔（隔斷污染源，切斷傳播途徑）、氧化還原、生物強化、氣相及多相抽提（真空抽提土壤中的氣體、地下水和非水相液體等至地面，進(jìn)行相分離和處理）等多種處理工藝和原位異位組合技術(shù)，實現(xiàn)了整體區(qū)域的安全高效修復(fù)。說到底，研究團(tuán)隊按照“風(fēng)險可控、技術(shù)可達(dá)、經(jīng)濟(jì)可行”的原則，開展了安全高效修復(fù)技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)與集成應(yīng)用。

值得一提的是，該研究團(tuán)隊還開發(fā)了基于天然礦物的系列綠色高效修復(fù)材料，提高了受污染土壤的處理效率；自主研發(fā)了雙泵式多相抽提系統(tǒng)、重金屬污染土壤處理能力達(dá)160 m 3 /h的專業(yè)修復(fù)設(shè)備，打破了國外同類產(chǎn)品的壟斷局面。

上海桃浦工業(yè)區(qū)整體轉(zhuǎn)型升級的環(huán)境治理成果和經(jīng)驗，為未來上海高橋石化、吳涇化工等大型工業(yè)區(qū)的整體轉(zhuǎn)型升級探索了有效治理路徑。不僅如此，桃浦工業(yè)區(qū)土壤污染防治過程中的創(chuàng)新技術(shù)方法為行業(yè)技術(shù)文件（如《上海市建設(shè)用地土壤污染狀況調(diào)查、風(fēng)險評估、風(fēng)險管控與修復(fù)方案編制、風(fēng)險管控與修復(fù)效果評估工作的補充規(guī)定（試行）》）提供了實踐基礎(chǔ)。該案例在行業(yè)里已形成由點帶面的影響力，產(chǎn)生了巨大的社會、環(huán)境及經(jīng)濟(jì)效益。

相信在一次次的土壤修復(fù)歷程中，越來越多的曾經(jīng)遭受工業(yè)污染重創(chuàng)的土地，將會再次承擔(dān)起新的使命，承載城市的快速發(fā)展。這個過程也體現(xiàn)了科學(xué)家如何用科技實力去表達(dá)他們對大地母親深沉的愛。