污染场地土壤与地下水风险管理与修复技术

污染场地风险管控与原位地下水修复技术RiskControlandIn-SituGroundwaterRemediationTechnologiesforIndustriallyContaminatedSites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1-440mg/kg，DDTs浓度在5-966mg/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200m处土壤中DDT浓度达到2624.0mg/kg，原生产车间、废物堆放场土壤中DDT浓度分别高达677940mg/kg和791600mg/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581-7060mg/kg；杭州某化工厂原万吨铬渣堆放点土壤Cr含量达到172-20392mg/kg，地下水中Cr6+含量达10.5-227.3mg/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）调查地区主要污染物类型浅层地下水承压水华北平原铁、锰、砷、硫酸盐、硝酸盐氟苯并[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、铬(VI)氟、亚硝酸盐苯、苯并[a]芘、三氯乙烷、二氯乙烷苯长江三角洲“三氮”、锰、氟、铁二氯乙烷、二氯甲烷、苯、六六六、农药二氯乙烷、二氯甲烷、环氧化七氯、七氯珠江三角洲锰、硝酸盐、氨氮、铁邻苯二甲酸酯、多环芳烃、卤代烃主要污染物: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主要污染物挥发酚石油烃硝酸盐亚硝酸盐氨氮COD氰化物HgPbCrAs我国地下水污染的空间分布污染场地（棕地）关注污染物•As,Cr,Pb,Hg,Ni,Zn•MeCl2,CHCl3,CCl4•VC,DCEs,TCE,PCE•Aldrin,dieldrin•Chlordane•DDT,DDE,DDD•BHC(HCH)•PCBs•Acetone•Benzene•Toluene•Xylene•NapthaleneSolventsHighlyRecalcitrantOrganics(POPs)MetalsChlorinatedVOCs(CVOCs)ChallengingtotreatVERYdifficulttotreat!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OfficialChineseGuidelinesPublishedinFeb2014,effectivefromJuly1st2014,butneedimprovement1.场地环境调查技术导则（HJ25.1-2014)2.场地环境监测技术导则（HJ25.2-2014）3.污染场地风险评估技术导则（HJ25.3-2014）4.污染场地土壤修复技术导则（HJ25.4-2014）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1)风险评估技术导则2)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的研发地下水流向石油烃污染羽ResidualNAPL自由相LNAPLMethanogenesisSulfateReductionIron(III)ReductionDentrificationAerobicRespiration污染场地风险管理框架模式可持续管理框架体系1980-19901991-20042005–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1.技术上难以达到2.无需清除彻底3.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环境经济社会可持续性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1990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ProvidedbyCarlosPachonofUSEPAWashingtonOffice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,RTMMODFLOW,RT3DMT3DMS,PTH3D可持续修复第四阶段（TIER4）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（TIER2）基于保守条件推导土壤与地下水场地评估基准（筛选值）第一阶段(TIER1)定性风险评估常用模型定量风险评估第三阶段（TIER3）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ProblemFormulation毒性评估ToxicityAssessment风险表征RiskCharacterisation暴露评估ExposureAssessment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，RiscHumanMODFLOW、MT3DMS，RT3DStatisticalModels：PRO-UCL、CL:AIRE&CIEHDataVisualisation：SADA、ArcGIS、SURFER推导土壤与地下水修复目标的模型框架GWVistas,GMS,VisualMODFLOWNumericalModelsStatisticalTestsandDataVisualizationRiskAssessment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RelationshipofContaminant-ExposurePathway-ReceptorsPollutantLinkage22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:HumanHealth水环境:WaterEnvironment污染场地通用概念模型–GenericConceptualSiteModel污染场地概念模型23风险估算(Riskestimation)+风险判断(Riskevaluation)风险估算(Riskestimation)：风险大小风险判断(Riskevaluation)：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）Riskestimation=Exposureassessment/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（MultimediaEnvironmentalModelling）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NorthChinaPlain(NCP)27污染场地概念模型100500-50渗坑废水农田灌溉100500-50室内室外地下水饮用潜水面地下水流向粉质粘土粘土细砂粗砂蒸气扩散地下水饮用地下水抽水井地表水水面淋溶液渗漏Irrigation农田灌溉-食品安全（健康）DrinkingWater饮用地下水-（健康）IndoorandOutdoorVapourIntrusion室内外蒸气入侵（健康）DischargetoSurfaceWater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处理极其困难雨水渗透石灰岩渗漏abc废弃矿内巷道废弃矿内巷道开采时排水河流河流河流Ar/Cd/Cr/Fe/Al/Lowp