桑春暉,楊欣桐,李香蘭**,張紅振

基于SEFA方法的異位土壤修復環(huán)境足跡分析——以某鋼鐵廠為例

桑春暉1,楊欣桐2*,李香蘭1**,張紅振2

(1.北京師范大學全球變化與地球系統(tǒng)科學研究院,北京 100875；2.生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院,土壤保護與景觀設計中心,北京 100012)

以安徽省合肥市某鋼鐵污染場地為例,采用SEFA工具計算和對比復合污染土壤異位組合修復方案的環(huán)境足跡.方案一:淋洗+化學氧化+水泥窯;方案二:穩(wěn)定化+化學氧化+熱脫附+異地填埋;方案三:生物降解+穩(wěn)定化.結果表明,3種修復方案環(huán)境足跡存在一定差異.當重點關注能源和空氣污染兩個綠色可持續(xù)修復核心要素時,方案三環(huán)境足跡最小,能源消耗總量21808萬MJ,溫室氣體(GHG)排放總量1.73萬tCO2e;修復1m3有機污染土壤的環(huán)境足跡整體表現(xiàn)為化學氧化<生物降解<異位熱脫附, 化學氧化、生物降解和異位熱脫附三種修復技術的溫室氣體排放強度分別為0.05、0.09和0.17tCO2e/m3,能源消耗量分別為949.55,1677.54,3049.11MJ/m3.修復1m3重金屬污染土壤時,異地填埋技術的環(huán)境足跡最小,能源消耗和溫室氣體排放最低;穩(wěn)定化修復技術在空氣污染物排放方面環(huán)境足跡最小.

土壤修復；化學氧化；生物降解；環(huán)境足跡分析

“雙碳”目標下,我國土壤修復產業(yè)挑戰(zhàn)與機遇并存[1],修復過程產生的環(huán)境影響愈發(fā)受到關注[2].鋼鐵行業(yè)作為我國國民經濟的支柱產業(yè),工業(yè)區(qū)及周邊土壤普遍存在重金屬、多環(huán)芳烴等污染問題[3].在“退城搬遷”“淘汰落后產能”等政策指導下,鋼鐵冶煉企業(yè)搬遷導致大量污染地塊需要進行土壤修復.傳統(tǒng)污染場地修復理念通常以污染物清除效果為核心,導致大量能源和材料的消耗以及廢棄物的排放,由此產生的環(huán)境影響可能高于污染本身[4].為降低修復活動的環(huán)境影響,可持續(xù)修復、綠色修復等概念相繼提出. 美國環(huán)境署一直倡導“綠色修復”,通過全面考慮修復活動的環(huán)境影響,使其得到最大化的凈環(huán)境效益[5].歐洲國家更多提倡“可持續(xù)修復”[6],該理念以風險管理為核心,旨在全面優(yōu)化修復過程產生的社會、經濟和環(huán)境影響[7].與綠色修復相比,可持續(xù)修復將社會和經濟影響納入權衡范疇.為更好地將綠色修復與可持續(xù)修復理念相結合,2011年美國政府技術與政策聯(lián)合委員會(ITRC)提出了綠色可持續(xù)修復(GSR)的概念,并將其定義為針對特定污染場地,采用特定的產品、技術和流程,減輕受體環(huán)境風險的同時,平衡社區(qū)情況、經濟影響和環(huán)境效應[4].

污染場地修復活動的綠色可持續(xù)性暫時沒有統(tǒng)一的定量評價標準,但可通過相對性比較確定更加“綠色可持續(xù)”的修復方案[7].綠色可持續(xù)評估方法通常構建涵蓋不同社會、經濟、環(huán)境的指標體系,從而形成輔助決策工具,如常用的多標準分析評價(MCA)[8]、生命周期評價(LCA)[9]、環(huán)境足跡分析(EFA)[2]等方法.MCA法計算簡便,但需人為對評估指標權重賦值,評價結果主觀性較大.LCA被認為是最全面的修復活動環(huán)境影響評估方法[10],但LCA所需數(shù)據量大,污染場地普遍具有較強的特異性,數(shù)據獲取難度高,模糊數(shù)據的使用將增加結果的不確定性[2].與LCA相比,EFA更簡明[11],可以量化修復項目的環(huán)境足跡減少值,突出足跡的主要方面,因此可以調整修復方法來減少其對足跡的貢獻,但EFA為簡化足跡分析的過程,限制了指標的數(shù)量[12].Yasutaka等[13]開發(fā)了一套評估修復活動環(huán)境影響的軟件包,針對所評估的修復活動,可輸出包含130項環(huán)境評價指標的數(shù)值清單,清單數(shù)據可進一步整合為4大評估項(人類健康、社會資產、生物多樣性和初級生產指數(shù)),并最終生成1個綜合指數(shù)代表所評估的修復活動的綜合環(huán)境影響.該工具可同時滿足重點關注指標和綜合指標的評估要求,有助于綠色修復技術篩選的科學決策.

2012年4月,U.S.EPA推出環(huán)境足跡分析電子表格(Spreadsheets for Environmental Footprint Analysis, SEFA),該工具基于ITRC建立的GSR框架,涵蓋能源、空氣、水資源、材料和廢物、以及土地和生態(tài)系統(tǒng)等5項GSR核心要素,旨在量化修復活動產生的能源消耗和碳足跡[14].SEFA工具在GSR評估活動中應用廣泛[2,12,14].SEFA針對修復活動對土地和生態(tài)系統(tǒng)的影響僅包含定性描述,可額外開展田間試驗、多準則決策分析等活動作為評估結果的補充[14-15].修復活動對土地與生態(tài)系統(tǒng)的影響并非SEFA分析的必要環(huán)節(jié),已有研究多基于能源、空氣、水資源、材料和廢物4項要素進行修復活動環(huán)境足跡的量化及比較[12].

本文以安徽省合肥市某鋼鐵廠為例,采用SEFA工具計算化學氧化、熱脫附、生物降解、淋洗、穩(wěn)定化、水泥窯協(xié)同處置和異地填埋等常用修復技術組成的3種修復方案的環(huán)境足跡,以期為鋼鐵行業(yè)污染地塊綠色可持續(xù)修復技術的選擇提供科學參考.

1 材料與方法

1.1 場地污染概況

選取安徽省合肥市某鋼鐵冶煉企業(yè)中部片區(qū)A地塊(根據地塊用地規(guī)劃和開發(fā)時序劃分),占地面積637km2.含原焦化、燒結、煉鐵車間及污水處理區(qū),已關閉拆除現(xiàn)為荒地.地塊所在地層自上而下可概化為人工填土層、粉質粘土層、粉砂層和風化泥巖.該區(qū)域土壤平均容重1.62kg/dm3,平均含水率23.6%.淺層滯水分布于雜填土中,穩(wěn)定水位埋深0.80～1.90m,受大氣降水和側向徑流補給.未來規(guī)劃為GB 36600二類用地.

表1 污染土壤類型和方量

調查及風險評估結果表明,土壤中目標污染物包括重金屬鉛和鎘、苯系物、多環(huán)芳烴和石油烴類,最大修復深度7.5m.修復土壤共計164459m3,包含有機污染土64375m3,重金屬污染土64255m3,復合污染土35829m3(表1).將污染物含量超出修復目標值2倍以上的土壤定義為重度污染.地下水中關注污染物對人體健康風險均處于可接受水平.

1.2 備選修復方案

鋼鐵冶煉行業(yè)污染地塊多受重金屬和有機物復合污染,通常將多種修復技術聯(lián)用以實現(xiàn)污染土壤的徹底清潔.根據案例土壤污染情況,結合常用重金屬及有機物修復技術在本場地的適用性,提出以下3種備選修復方案組合.本研究未包含對不同修復技術有效性的定性評價,假設每項技術均能實現(xiàn)修復目標.

方案一:淋洗+化學氧化+水泥窯.小試結果表明,淋洗技術可有效修復輕度重金屬污染土壤(HM1),并使重度重金屬污染土(HM2)減量40%.HM2淋洗減量后剩余污染土壤采用水泥窯協(xié)同處置.重金屬污染土壤分區(qū)清挖后,HM1與HM2分別清水淋洗.輕度有機污染土(O1)采用H2O2原地異位化學氧化,重度有機污染土(O2)采用水泥窯協(xié)同處置.

方案二:穩(wěn)定化+化學氧化+熱脫附+異地填埋.O1、HM1O1和HM2O1采用H2O2原地異位化學氧化,O2、HM1O2和HM2O2采用原地異位熱脫附.有機污染物修復達標后,假設60%的含高濃度重金屬污染土壤(HM2、HM2O1和HM2O2)屬于II類一般工業(yè)固廢,采用5%生石灰穩(wěn)定化處理后,與I類重金屬污染土壤一起轉運至I類固廢填埋場填埋.

方案三:生物降解+穩(wěn)定化.全部含有機污染土壤采用生物降解修復后,含重金屬污染土壤穩(wěn)定化處理至浸出濃度低于所在區(qū)域地下水IV類標準后回填.

1.3 系統(tǒng)邊界確定

本案例環(huán)境足跡核算邊界包括164459m3污染土壤,從清挖至修復后完成最終處置(回填或異地填埋)的各環(huán)節(jié),包括修復過程中燃油及電力機械設備的使用、材料的運輸和使用、能源消耗、水資源消耗、廢水及固廢處置等.不包括前期準備、后續(xù)效果評估及施工過程環(huán)境監(jiān)測等管理環(huán)節(jié).

1.4 工具及數(shù)據清單

采用SEFA工具分別計算3種修復方案的環(huán)境足跡,所用數(shù)據清單基于調查和風險評估報告中明確的修復工程量,結合已有工程項目經驗和場地所在地方實際.SEFA數(shù)據輸入過程中,根據3種修復方案實際包含的施工環(huán)節(jié)分別進行組合錄入.機械設備的燃料、電力或天然氣消耗主要根據設備的功率和作業(yè)時間概算;材料用量、用水量、廢水和固廢處置量根據實際情況概算;運輸環(huán)節(jié)的燃料消耗主要根據運輸量、運輸距離和車輛能耗概算.主要能源和材料的足跡轉換系數(shù)采用SEFA默認數(shù)值.

2 結果分析

2.1 修復方案環(huán)境足跡

SEFA(U.S.EPA, Version 3.0)工具輸出結果包括材料消耗量、固廢產生量、用水量、能源消耗量和大氣排放量的具體數(shù)值.根據SEFA分析結果,針對本案例研究場地164459m3污染土壤,整理3種修復方案的環(huán)境足跡(表2).

溫室氣體(GHG)排放.三種修復方案均導致大量溫室氣體排放且存在一定差異.方案三GHG排放量最少,僅為1.73萬t二氧化碳當量(tCO2e),方案一和方案二的GHG排放量分別是方案三的23.66倍和12.23倍.

能源消耗和耗水量.三種修復方案使用的能源類型包括熱脫附消耗的天然氣、設備運行消耗的柴油或電力、運輸過程消耗的燃油,用水主要來源于市政管網.方案三的總能源消耗量為21808萬MJ,方案二和方案一的總能源消耗是方案三的11.17倍和15.93倍.方案二的用水量最少,僅為2.77萬t,方案三和方案一的用水量分別是方案二的5.66倍和3.58倍.

空氣污染物排放.NO、SO和PM(NSP)是主要的空氣污染物.方案三NSP排放總量為66.8t,方案一和方案二的NSP排放量是方案三的9.13倍和5.46倍.方案二具有最低的有害空氣污染物(HAPs)排放量(1.17t),方案一和方案三的HAPs排放量是方案二的12.78倍和1.04倍.

材料用量和廢物產量.方案一的材料消耗量總量最少(0.18萬t),方案三和方案二的材料消耗量是方案一的10.93倍和3.54倍.基于本案例假設,方案三所采用的生物降解和穩(wěn)定化技術不產生固體廢物,方案一和方案二的固廢產生量分別為16.63萬t和20.05萬t.

表2 備選修復方案環(huán)境足跡分析結果

2.2 修復技術環(huán)境足跡

根據單個修復技術修復的土方總量,計算得出修復單方土(1m3)所產生的環(huán)境足跡(圖1).針對有機污染土壤所選修復技術,化學氧化的環(huán)境足跡各項指標值均低于異位熱脫附和生物降解,異位熱脫附的各項指標均高于其他兩項技術.針對化學氧化技術,能源消耗量為949.55MJ/m3,分別占熱脫附和生物降解的31.14%和56.60%;GHG排放量為0.05tCO2e/m3,分別占熱脫附和生物降解的29.41%和55.56%;NOx、SOx和PM三種大氣污染物排放量為184.84g/m3,分別占熱脫附和生物降解的17.16%和33.27%;HAPs排放量為2.62g/m3,分別占熱脫附和生物降解的22.18%和22.84%.針對重金屬污染土壤所選修復技術,異地填埋在能源消耗和溫室氣體排放2方面占優(yōu),其能源消耗量為432.57MJ/m3,分別占土壤淋洗和穩(wěn)定化的71.93%和85.42%;GHG排放量0.03tCO2e/m3,分別占土壤淋洗和穩(wěn)定化的75.00%和37.50%.土壤穩(wěn)定化在大氣污染物排放方面占優(yōu),NO、SO和PM三種大氣污染物排放量為116.11g/m3,分別占土壤淋洗和異地填埋的41.05%和17.89%;HAPs排放量0.75g/m3,分別占土壤淋洗和異地填埋的14.18%和47.17%.

本文選取材料用量、柴油及電力修復設備運行時長2個關鍵參數(shù),采用參數(shù)變化率/GHG排放量變化率,計算不同修復技術產生的GHG排放量對評估參數(shù)變化的敏感性.結果表明,材料用量是影響化學氧化和土壤穩(wěn)定化GHG排放量的關鍵參數(shù),敏感性分別為0.948和0.973(圖2),對于生物降解和土壤淋洗技術,GHG排放量對材料用量和修復設備運行時長的敏感性在0.413～0.549,即材料用量和修復設備運行時長對兩種修復技術GHG排放量的影響幾乎同樣重要.異位熱脫附GHG排放量對材料用量的敏感性為0.34,對修復設備運行時長的敏感性為0.089,其余貢獻應來自于尾氣處理環(huán)節(jié)燃氣的消耗.異地填埋技術GHG排放量不受材料用量的影響,對修復設備運行時長的敏感性僅為0.015,其影響應主要來自于下游固廢處置等其他環(huán)節(jié).

圖2 GHG排放量對評估參數(shù)變化的敏感性

2.3 確定最優(yōu)修復方案

案例中三種組合修復方案環(huán)境足跡存在一定差異,在能源消耗總量、廢棄物產生量、GHG排放總量、大氣污染物排放量等方面,三種方案表現(xiàn)為方案三<方案一<方案二,但方案三具有最高的材料消耗量、用電量和用水量.針對本案例場地,周邊1km內存在居民區(qū)、學校等敏感目標,空氣質量的環(huán)境敏感性較高.結合我國當前“雙碳”目標的重要性和緊迫性[1],選擇能源和空氣兩個GSR核心要素相關指標作為重點關注項,方案三能源消耗和空氣排放最少.此外,方案一中土壤淋洗技術會降低土壤中養(yǎng)分的可用性[16],方案一中水泥窯和方案二中的熱脫附可能導致生態(tài)土壤功能的完全損失[17],而方案三所包含的生物降解技術,修復后土壤保留更多的生態(tài)土壤功能[14].出于以上考慮,結合SEFA環(huán)境足跡分析結果,認為方案三是更加綠色可行的修復方案.

化學氧化和異地填埋分別是能源消耗和溫室氣體排放量最小的有機和重金屬污染土壤修復技術,但針對本案例場地,單純采用化學氧化不能實現(xiàn)重度有機污染土壤的徹底修復,可見應優(yōu)先進行修復技術的可行性評估,在確定修復技術可行的前提下提出備選修復方案,再基于環(huán)境足跡計算結果確定更加綠色可持續(xù)的方案.

3 討論

3.1 修復有機污染土壤的環(huán)境足跡

將環(huán)境足跡來源劃分為三個層次,層次1為場內修復活動的直接排放,層次2為外購電力產生的可控間接排放,層次3為上下游產品及廢棄物生產、處置及運輸產生的不可控間接排放[18-19].

有機污染土壤修復,化學氧化環(huán)境足跡來源主要為層次3不可控間接排放,少量來源于層次1場內直接排放,由層次3和層次1產生的4項環(huán)境足跡指標占比分別為91.07%～99.98%和0.02%～8.93%(圖3A).異位熱脫附環(huán)境足跡來源主要為層次3不可控間接排放,由層次3產生的4項環(huán)境足跡指標占比在50.26%～82.94%(圖3B).生物降解環(huán)境足跡來源主要為層次2可控間接排放和層次3不可控間接排放,由層次3、層次2和層次1產生的4項環(huán)境足跡指標占比分別為11.02%～70.94%、16.67%～88.97%和0.01%～12.38%(圖3C).

修復單方有機污染土壤,三種備選修復技術的環(huán)境足跡整體表現(xiàn)為異位熱脫附>生物降解>化學氧化.案例中異位熱脫附全過程GHG排放量約為0.17tCO2e/m3,孟祥帥等[15]計算某焦化廠土壤異位熱脫附GHG排放量約為0.68tCO2e/m3,劉爽等[20]采用5個華東區(qū)域土壤異位熱脫附工程案例,計算得出熱脫附技術平均GHG排放量為0.21tCO2e.一方面,修復技術的環(huán)境足跡具有一定的場地特異性[21].另一方面,本文結果表明,場內活動的直接排放和上、下游產品及廢棄物的生產和處置是異位熱脫附主要的GHG排放源.本文SEFA輸入數(shù)據為基于已有類似項目經驗和一般假設的理論均值,而實際工程運行過程中,熱脫附尾氣處理所用的天然氣、NaOH和活性炭等能源和材料的消耗量將根據土壤中污染物含量變化情況及時調整,且土壤清挖和修復后回填產生的場內轉運距離也對計算結果有一定影響,由此可能導致不同研究結果在同一數(shù)量級內,但存在一定差異.

相對于生物降解,化學氧化的環(huán)境足跡更小.化學氧化能源消耗量為949.55MJ/m3(474.78MJ/t;按本案例場地土壤平均容重1.62kg/dm3,平均含水率23.6%計,每方土約2.00t),低于生物降解能源消耗1677.54MJ/m3(838.77MJ/t);化學氧化GHG排放量為0.05tCO2e/m3(0.03tCO2e/t),低于生物降解GHG排放量0.09tCO2e/m3(0.05tCO2e/t);此外,生物降解電力消耗量為137.16MJ/m3(68.58MJ/t),化學氧化幾乎不產生電力消耗.已有研究多認為生物降解具有更小的環(huán)境足跡,是更加綠色的修復技術[14,22],與本文的結論存在一定差異.這可能與本文假設的修復技術工藝流程有關,本文假設化學氧化僅通過1次翻動攪拌實現(xiàn)土壤與藥劑混合后,靜置養(yǎng)護直至反應完全.生物降解在土壤與有機質混合均勻后,每7天翻動一次,并且需每日通風,由此產生的電力和能源消耗可能導致更高的環(huán)境足跡.Huang等[14]的研究結果表明,化學氧化不需要電力消耗,生物降解的電力消耗量在52.75MJ/t,與本文結論相近;但化學氧化的能量消耗量40577.45MJ/t,GHG排放量2.37tCO2e/t,生物降解的能源消耗3924.81MJ/t,GHG排放量0.31tCO2e/t,均遠超出本文結果,可能由于其輸入的設備使用時長、化學氧化或生物修復外源添加比均遠超出本案例場地.由此可見,環(huán)境足跡的計算應與實際修復工程相結合,能為修復技術的環(huán)境影響評估提供更好地支撐[2].修復單位方量(或單位質量)土壤的環(huán)境足跡,僅反映該場地情況下所使用修復技術的環(huán)境影響大小,可引入新的指標,如能源效率(去除單位質量污染物能源消耗量)或溫室氣體排放強度(去除單位質量污染物GHG排放量)等[23]以更好地評估不同場地條件下修復技術的環(huán)境影響.

圖3 有機污染土壤修復技術環(huán)境足跡來源分析

A:化學氧化, B:異位熱脫附, C:生物降解;(a) 能源消耗, (b) 溫室氣體排放, (c) NO、SO和PM三種大氣污染物排放, (d) HAPs排放

3.2 修復重金屬污染土壤的環(huán)境足跡

重金屬污染土壤修復,土壤淋洗環(huán)境足跡來源主要為層次2可控間接排放和層次3不可控間接排放,由層次3、層次2和層次1產生的4項環(huán)境足跡指標占比分別為13.02%～65.01%、20.80%～51.95%和4.56%～14.18%(圖4A).土壤穩(wěn)定化環(huán)境足跡來源主要為層次3不可控間接排放,少量來源于層次1場內直接排放,由層次3和層次1產生的4項環(huán)境足跡指標占比分別為87.60%～99.94%和0.06%～12.40% (圖4B).土壤異位填埋環(huán)境足跡來源主要為層次3不可控間接排放,由層次3產生的4項環(huán)境足跡指標占比為98.70%～99.99%(圖4C).

圖4 重金屬污染土壤修復技術環(huán)境足跡來源分析

A——土壤淋洗;B——土壤穩(wěn)定化;C——異地填埋

(a) 能源消耗;(b) 溫室氣體排放;(c) NO、SO和PM三種大氣污染物排放;(d) HAPs排放

針對重金屬污染土壤三種備選修復技術,結果表明能源消耗和溫室氣體排放2方面異地填埋技術環(huán)境足跡最小.在大氣污染物排放方面,土壤穩(wěn)定化技術環(huán)境足跡最小.土壤淋洗的各項環(huán)境足跡主要來源于外購電力的使用,以及上游產品生產及下游廢棄物處置.土壤淋洗電力消耗主要由一體化淋洗機產生,安徽省電網電力結構中火電占比較高(89.12%)[24].有研究表明在修復活動中大量使用可再生能源能夠使碳排放、大氣污染物排放等環(huán)境足跡大幅減少68%[12],針對本場地或可通過優(yōu)化能源結構實現(xiàn)減排.此外,土壤淋洗過程所消耗的上游產品主要是淋洗液水處理藥劑,下游廢棄物主要是脫水污泥,若根據出水中重金屬濃度變化情況,優(yōu)化調整水處理藥劑投加量,或采用更加綠色的替代藥劑可有效減輕土壤淋洗環(huán)境足跡.

穩(wěn)定化修復大氣污染物排放量在三種修復技術中最低,且能源消耗量為中間水平,是環(huán)境影響較小的可選修復技術.但其GHG排放量為0.08tCO2e/ m3,在三種修復技術中最高.穩(wěn)定化修復過程環(huán)境足跡主要來源于穩(wěn)定化藥劑生石灰的使用,可通過污染土壤充分篩分、破碎等預處理手段,或增加土壤翻拌頻率,從而提高生石灰和污染土壤接觸面積,提高材料利用率,減少使用量,進而減少修復過程中環(huán)境足跡[20].異位填埋過程主要涉及場內土壤開挖、污染土場外轉運和填埋過程.異位填埋的環(huán)境足跡主要由填埋活動本身產生,采用SEFA自帶數(shù)據庫中的“場外非危廢填埋”足跡轉換系數(shù)計算.與其他修復技術相比,只有異位填埋具有較高的場外運輸占比.有研究表明,短距離運輸環(huán)境足跡較小,場外運輸對環(huán)境足跡的貢獻率隨運輸距離增加而增大[20].本文設計的異地填埋場運輸距離為25km,而其余修復技術所用的材料運輸設計距離是15km,且材料總運輸量遠小于外運土壤.

4 結語

SEFA數(shù)據輸出包含4項核心要素、20余項評估指標的具體數(shù)值,但未進行指標的綜合分析,輸出結果不包含對土地和生態(tài)系統(tǒng)影響的定量分析.針對鋼鐵冶煉重金屬及有機物復合污染場地,SEFA數(shù)據輸出結果表明,當重點關注能源和空氣兩個GSR核心要素相關指標時,生物降解和穩(wěn)定化組合修復方案具有更小的環(huán)境足跡.對于有機污染土壤,修復1m3污染土壤的環(huán)境足跡整體表現(xiàn)為化學氧化<生物降解<異位熱脫附;對于重金屬污染土壤,修復1m3污染土壤時,異地填埋技術在能源消耗和溫室氣體排放2方面環(huán)境足跡最小,土壤穩(wěn)定化技術處理在大氣污染物排放方面環(huán)境足跡最小.本文所選修復技術如化學氧化、熱脫附、穩(wěn)定化等,其環(huán)境足跡多主要來源于外購藥劑和材料的使用,可根據污染物濃度變化情況,動態(tài)調整外源藥劑投加量,或采用更加綠色的替代藥劑可有效減輕土壤修復過程環(huán)境足跡.

在進行不同修復技術(或方案)間的環(huán)境足跡比較時,如果某項修復技術的各項環(huán)境足跡評價指標均顯著優(yōu)于其他,則可認為該技術為基于環(huán)境影響的最優(yōu)選擇.但當不同指標間的評價結果差異較大時,可進一步結合社會和經濟因素,或將SEFA工具與指標權重賦值法等結合,采用綜合評價結果更好地指導最優(yōu)技術的篩選.如孟祥帥等[15]構建了包含GHG排放、大氣污染物排放、土壤及生態(tài)環(huán)境影響等20指標的評價體系,擬基于環(huán)境影響進行原位及異位熱脫附技術的比選.評價結果雖表明異位熱脫附在污染物減排、GHG排放和有組織大氣污染物排放量等方面均優(yōu)于原位,但原位熱脫附具有更低的無組織大氣污染物排放量,考慮到場地周邊敏感目標較多,最終篩選原位熱脫附為最佳修復技術.此外,當指標對環(huán)境足跡的影響程度存在顯著差異時,也可采用數(shù)理統(tǒng)計法進行指標的重要程度差異識別,如采用熵權模型對不同指標權重賦值,在此基礎上,根據SEFA環(huán)境足跡數(shù)據分析結果,將主觀的指標權重與客觀的輸出數(shù)據相結合,更好地實現(xiàn)綠色可持續(xù)修復技術的篩選.

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Environmental footprint analysis of ectopic soil remediation based on SEFA method: A case study of a steel plant.

SANG Chun-hui1, YANG Xin-tong2*, LI Xiang-lan1**, ZHANG Hong-zhen2

(1.College of Global Change and Earth System Science, Beijing Normal University, Beijing 100875, China；2.Center for Soil Protection and landscape Design, Chinese Academy of Environmental Planning, Beijing 100012, China)., 2023,43(10)：5359～5367

A study was conducted to analyze environmental footprints of heterotopic combination remediation schemes using SEFA (Spreadsheets for Environmental Footprint Analysis, EPA, version 3.0) algorithm at a steel contaminated site in Hefei, Anhui Province. Three schemes were included: (1) soil leaching + chemical oxidation + co-combustion in cement kiln, (2) stabilization + chemical oxidation + thermal desorption + remote landfill, (3) biodegradation + stabilization. Results showed significant differences in environmental footprints among the three remediation schemes. In terms of the green and sustainable restoration (GSR) elements, Scheme 3 yielded the smallest environmental footprint, i.e., energy consumption of 21808′104MJ and air pollution of 17,300tCO2e. The overall environmental footprint of remediation of 1m3of organic contaminated soil followed an order of chemical oxidation < biodegradation < thermal desorption, showing greenhouse gas emission as 0.05, 0.09 and 0.17tCO2e/m3, and energy consumption as 949.55, 1677.54, 3049.11MJ/m3, respectively. For remediation of heavy metal contaminated soil, landfill caused the smallest environmental footprint in terms of energy consumption and greenhouse gases emissions. Regarding air pollutant emissions, stabilization remediation technology led to the smallest environmental footprint.

Soil remediation；chemical oxidation；biodegradation；environmental footprint analysis

X703.5

A

1000-6923(2023)10-5359-09

2023-02-27

國家重點研發(fā)計劃項目(2022YFC3703301;2022YFC3703304)

* 責任作者, 工程師, xintongyang1994@163.com;**副教授, xlli@bnu.edu.cn

桑春暉(2000-),女,山東濟南人,北京師范大學碩士研究生,主要氣候變化與污染場地綠色可持續(xù)修復研究. 202331490012@mail.bna.edu.cn.

桑春暉,楊欣桐,李香蘭,等.基于SEFA方法的異位土壤修復環(huán)境足跡分析——以某鋼鐵廠為例 [J]. 中國環(huán)境科學, 2023,43(10):5359-5367.

Sang C H, Yang X T, Li X L, et al. Environmental footprint analysis of ectopic soil remediation based on SEFA method: A case study of a steel plant [J]. China Environmental Science, 2023,43(10):5359-5367.