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1、污染场地风险管控与原位地下水修复技术 Risk Control and In-Situ Groundwater Remediation Technologies for Industrially Contaminated Sites,陈梦舫 研究员,主要内容,污染场地现状分析 污染场地环境管理框架体系 污染场地概念模型 原位地下水修复技术综述 总结,2,污染耕地约有1.5亿亩，中重度污染耕地高达5000万亩 全国工业企业搬迁遗留的严重污染场地超过50万家 矿区、油田以及饮用水源地土壤环境安全日趋恶化 土壤污染呈现出流域性和区域化发展的态势,我国土壤污染问题十分突出，严重影响农产品安全和人体健康
2、,2014年4月17日“全国土壤污染状况调查公报”,我国场地污染状况分析,北京：根据北京奥运行动计划，四环路区内200多家污染企业搬迁，置换800万m2工业用地再开发,沈阳：2008年，56家污染企业搬迁改造；2009年，搬迁改造城区内所有重污染企业,江苏省：2000-2005年 ，400家化工企业搬离城区，关停小化工企业1000多家；2010年，置换土地30万亩,广州：2007年，147家大型工业企业关闭、停产、搬迁,重庆：2010年， 主城区112家污染企业“环保搬迁”,污染企业搬迁掀起“热潮”,我国场地污染状况分析,存在大量高风险污染场地,1000多个农药生产基地 （含44家生产POPs
3、有机氯农药遗留场地） 80 余处金属渣堆放区域，无防雨、防渗措施（总量600万吨） 难以计数的化工企业遗留场地,我国场地污染状况分析,有机类污染场地,北京原某农药厂：表层土壤六六六浓度在1-440 mg/kg，DDTs浓度在5-966 mg/kg，农药生产车间和农药存放场地土壤污染最为严重。 华北某农药厂：下风向200 m处土壤中DDT浓度达到2624.0 mg/kg，原生产车间、废物堆放场土壤中DDT浓度分别高达677940mg/kg和791600 mg/kg。巴塞尔公约推荐标准为50mg/kg。,工业污染场地种类多、范围广、危害大,据不完全统计，全国农药企业关闭和搬迁遗留场地、农药流通和储
4、存过程中形成的农药污染场地近千处，其中包括44家生产POPs有机氯农药企业历史遗留场地。,农药生产车间土壤污染,农药厂受污染土壤,无机类污染场地：金属渣堆存场地,上世纪50年代至今，广州、上海、苏州、长沙、黄石、青岛、济南、天津、锦州、沈阳、重庆等地都生产、堆存过铬渣，总堆存量约600万吨，分散于80余处，大部分没有防雨、防渗措施。 天津某化工厂铬渣堆放场地周边土壤中Cr含量为581-7060 mg/kg；杭州某化工厂原万吨铬渣堆放点土壤Cr含量达到172-20392 mg/kg，地下水中Cr6+含量达10.5-227.3 mg/L，污染严重。,湖南,甘肃,露天堆放，大片土地严重污染,垃圾堆放
5、,化工厂废水排放,加油站,特定场地的地下水污染状况,矿区,化工厂：1,2-二氯乙烷，苯胺，硝基苯，氯苯，苯 等 垃圾堆放：硝酸盐，亚硝酸盐，氨氮，重金属等 加油站：苯系物，石油烃，多环芳烃 等 矿区：重金属（高锰、高砷、高镉、高铁），氰化物等,我国场地污染状况分析,全国地下水污染调查评价结果（2005-2010）,主要污染物: 硝酸盐、重金属、持久性有机污染物、卤代烃; 主要来源: 农药、化肥，生活污水、工业“三废” 、石油化工含油废水排放,我国场地污染状况分析,我国地下水污染的空间分布,污染场地（棕地）关注污染物,Challenging to treat,VERY difficult to
6、treat!,有机溶剂,氯代烃类,重金属类,持久性有机污染物,污染场地现状分析,Official Chinese Guidelines Published in Feb 2014, effective from July 1st 2014, but need improvement,场地环境调查技术导则 （HJ 25.1-2014) 场地环境监测技术导则 （HJ 25.2-2014） 污染场地风险评估技术导则 （HJ25.3-2014） 污染场地土壤修复技术导则 （HJ 25.4-2014）,污染场地现状分析,我国场地污染状况分析,经济快速发展下场地土壤与地下水污染态势,污染面积在扩大 污染物
7、种在增多 污染类型在叠加 污染浓度在提高 多源性、多样性、复合性,14,污染场地环境管理框架体系有待健全 各类技术指南、规范偏重于土壤 （土壤、地下水定义模糊） 场地调查与风险评估工作重视程度不够（污染边界，污染特征，污染介质） 修复方案的制定与评估结论严重脱节，修复工程针对性差 修复技术单一（水泥窑、异位热脱附、填埋）,污染场地现状分析,核心：建立污染场地环境管理框架体系,污染物迁移行为特征的研究,土壤与地下水修复工程技术的实施,风险评估技术导则 健康与环境评估模型,污染场地风险管理框架模式,地下水污染与修复 地下水调查与风险评估 地下水污染机制 修复技术筛选 修复设计 修复监理与修复后期风
8、险评估,地下水污染物迁移模拟 模型界面设计: GWVistas 数字模型: MODFLOW, MT3D, MT3DMS, RT3D 地球化学模型：PHREEQC，HYDRUS，PHT3D 解析模型: WINTRAN, RBCA, CONSIM, LANDSIM 数据显示: ArcGIS, SADA，Aquachem, Surfer,污染物行为特征的模型模拟,针对不同土壤与水文地质、污染物迁移行为特征、对污染物时空分布进行表征，给修复方案的制定提供科学依据,污染场地风险管理框架模式,自然衰减监测技术、强化生物修复技术 原位化学还原 纳米铁技术 实验室小试、场地中试、注射技术与设备,修复材料与装备
9、的研发,污染场地风险管理框架模式,可持续管理 框架体系,1980 - 1990,1991 - 2004,2005 现在,将所有物质都恢复到自然背景值,污染场地风险管理框架体系,技术上难以达到 无需清除彻底 成本高,可持续性管理框架基于风险管理框架，更加关注修复过程中环境，社会及经济效益的平衡,可行性,平衡性,容忍性,污染物,暴露途径,受体,风险,污染场地风险管理框架强调源-暴露途径-受体链，关注修复技术的选择及环境效益,完全清除,目前处于完全清除阶段，急需尽早建立污染场地风险管理和可持续管理框架体系,污染场地环境管理框架模式,自然衰减监测,完全清除 1980 到 1990,风险管理框架 199
10、0 到 2004,可持续管理框架 2005 到 现在,抽提技术,社会制度控制,原位修复,抽提技术,污染场地环境管理框架模式,Provided by Carlos Pachon of USEPA Washington Office,需要的场地特征数据增多, 修复成本却降低,健康: HERA, RBCA, CLEA 水环境: HERA, RBCA, RTM,MODFLOW, RT3D MT3DMS, PTH3D,可持续修复,第四阶段 （TIER 4） 基于场地特征条件 推导地下水 特定场地评估基准 （修复目标）,第二阶段 （TIER 2） 基于保守条件 推导土壤与地下水 场地评估基准 （筛选值）,
11、第一阶段 (TIER 1),定性风险评估,常用模型,定量风险评估,第三阶段 （TIER 3） 基于场地特征条件 推导土壤与地下水 特定场地评估基准 （修复目标）,项目资金投入越来越多,问题识别 Problem Formulation,毒性评估 Toxicity Assessment,风险表征 Risk Characterisation,暴露评估 Exposure Assessment,源 - 途径- 受体联合体,健康: HERA, RBCA, CLEA 水环境: HERA, RBCA, RTM,污染场地环境管理框架模式,HERA, RBCA，CLEA，RTW，RiscHuman,MODFLOW
12、、MT3DMS，RT3D,Statistical Models：PRO-UCL、CL:AIRE & CIEH,Data Visualisation：SADA、Arc GIS、SURFER,推导土壤与地下水修复目标的模型框架,GW Vistas, GMS, Visual MODFLOW,Numerical Models,Statistical Tests and Data Visualization,Risk Assessment,污染场地环境管理框架模式,污染暴露链：污染物暴露途径受体,污染场地概念模型,污染物,暴露途径,受体,风险,Relationship of Contaminant-Ex
13、posure Pathway-Receptors,Pollutant Linkage,22,经口摄入 和皮肤接触 表层土壤,吸入室内 污染物蒸气,饮用地下水,下层土壤污染源,土壤污染物淋溶,表层土壤污染源,地下水迁移,蒸气入侵,生态环境,鱼,吸入室外污物蒸气和土壤颗粒物,贝壳,地下水 水平迁移,鱼苗,土壤与地下水污染问题,人体健康:Human Health 水环境:Water Environment,污染场地通用概念模型 Generic Conceptual Site Model,污染场地概念模型,23,风险估算(Risk estimation)+风险判断(Risk evaluation) 风
14、险估算(Risk estimation)：风险大小 风险判断(Risk evaluation)：风险是否值得关注,风险评估基本要素,风险计算=暴露剂量/毒性（环境质量标准） Risk estimation=Exposure assessment/ toxicity 暴露剂量(Exposure)：通过口腔摄入、呼吸及皮肤进入人体的污染物剂量 毒性(Toxicity)：人体暴露于污染物发生的效应,暴露剂量与环境浓度密切相关 通过多介质环境模拟预测 （Multimedia Environmental Modelling）,污染场地概念模型,暴露途径示意图,HERA软件介绍,污染场地概念模型,自主研发
15、的污染场地健康与环境风险评估 HERA 软件,多层次污染场地土壤与地下水风险评估系统 基于保护人体健康和水环境的风险评估 计算土壤及地下水中污染物的筛选值/修复目标 包含600种污染物理化、毒理参数数据库，22个污染物溶质多介质迁移模型 软件应用于28多个省、市，300 多个项目,污染场地概念模型,North China Plain (NCP),27,污染场地概念模型,Irrigation 农田灌溉 - 食品安全 （健康） Drinking Water 饮用地下水 - （健康） Indoor and Outdoor Vapour Intrusion 室内外蒸气入侵（健康） Discharge
16、to Surface Water 河流释放 （生态风险）,华北平原邢台地区 - 水文地质概念模式,污染场地概念模型,28,污染场地特征（长三角地区） 数量多，污染历史复杂 粘土为主的水文地质环境 复合污染物迁移速度极其缓慢,污染场地概念模型,29,含水层,场地污染浓度高 具有隐蔽性、持久性 健康风险占主导地位 处理极其困难,Hyporheic Zone (潜流交换带),黄铁矿氧化区,酸性矿坑水与岩石相互作用 Neutralisation, dilution, sorption and biochemical reactions,重金属元素沉淀 Metal Precipitation and Co-Precipitation,废弃矿山环境污染过程演化,淋溶液水位,潜水面,地下水流向,淋溶液渗漏,地下水抽水井,河流,地表径流,高浓度区,高风险区,高风险区,高风险区,环保部公益项目
