污染场地环境风险管理与原位地下水修复技术 陈梦舫
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• MeCl2, CHCl3, CCl4 • VC, DCEs, TCE, PCE • CH3CCI3, C2H4CI2
Chlorinated VOCs (CVOCs)
氯代烃类
Metals
重金属类
• As, Cr, Pb, Hg, Ni, Zn
污染场地环境风险管理框架模式
1980 - 1990 1991 - 2004 2005 – 现在
污染场地环境风险管理框架模式
污染场地通用概念模型 – Generic Conceptual Site Model
土壤与地下水污染问题
人体健康:Human Health 水环境:Water Environment
经口摄入 吸入室外污 和皮肤接触 物蒸气和土 吸入室内 表层土壤 壤颗粒物 污染物蒸气 饮用地下水 表层土壤污染源 生态环境 蒸气入侵 下层土壤污染源
壤污染状况调查公报” 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
场地污染现状分析
污染企业搬迁掀起“热潮”
北京：根据《北京奥运行动计
Slowly migrating off-site
Hidden, longevity
Site Histories
27
Composite Contaminants Difficult to treat
wk.baidu.com
废弃矿山环境污染过程演化
河流
雨水渗透
石灰岩渗漏
a
黄铁矿氧化区
开采时排水
河流
b
Ar/Cd/Cr/Fe/Al/ Low pH and high SO4
氟、“三氮”、氯化物、砷、汞、铬(VI) 苯、苯并[a]芘、三氯乙烷、二氯乙烷 “三氮”、锰、氟、铁 二氯乙烷、二氯甲烷、氯苯、六六六、农药 锰、硝酸盐、氨氮、铁 邻苯二甲酸酯、多环芳烃、卤代烃 氟、亚硝酸盐 苯
淮河流域平原 长江三角洲 （10-20m） 珠江三角洲
二氯乙烷、二氯甲烷 、环氧化七氯、七氯
• Aldrin, dieldrin • Chlordane • DDT, DDE, DDD • BHC (HCH) • PCBs
持久性有机污染物 有机溶剂
Solvents
Highly Recalcitrant Organics (POPs)
VERY difficult to treat!
Challenging to treat
完全清除
污染场地风险 管理框架体系
可持续管理 框架体系
将所有物质 都恢复到自 然背景值
污染物
风险
受体
容忍性
社会
环境
可持续性
可行性
平衡性
暴露途径
1. 技术上难以达到 2. 无需清除彻底 3. 成本高
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
经济
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
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
重庆：2010年， 主城区112
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 农药厂受污染土壤 mg/kg。《巴塞尔公约》推荐标准为50mg/kg。
无机类污染场地：金属渣堆存场地
可持续修复
常用模型
需要的场地特征数据增多, 修复成本却降低
污染场地环境风险管理框架模式
Official Chinese Guidelines Published in Feb 2014, effective from July 1st 2014, but need improvement
1. 场地环境调查技术导则 （HJ 25.1-2014) 2. 场地环境监测技术导则 （HJ 25.2-2014） 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 （HJ 25.4-2014）
河北邢台渗坑风险-水文地质概念模式
100
渗坑废水
室 外 地下水饮用 室内 农田灌溉
100
50
50
0
0
-50
粉质粘土 蒸气扩散
细砂 地下水饮用
粘土
粗砂
潜水面 地表水水面
地下水流向 淋溶液渗漏
-50
地下水抽水井
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 to Surface Water 河流释放 （生态风险）
出台一系列场地环境管理办法
环发[2014]66号《关于加强工业企业关停、搬迁及原址场地再开发利用过程
中污 染防治工作的通知》
污染场地概念模型
Pollutant Linkage Relationship of Contaminant-Exposure Pathway-Receptors
污染物
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）
健康: HERA, RBCA, CLEA 水环境: HERA, RBCA, RTM
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）
MODFLOW, RT3D MT3DMS, PTH3D
我国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
污染场地环境风险管理框架模式
自污染场地风险管理框架体系实施以来，昂贵的抽提技术持续减少，而以风险管理为基 础的制度控制持续上升，自然衰减监测技术、生物与物化修复技术已逐步占主导地位
完全清除 1980 to 1990
社会制度控制 抽提技术
加油站
矿区
场地污染现状分析
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
调查地区
主要污染物类型 浅层地下水
铁、锰、砷、硫酸盐、硝酸盐 氟
承压水
华北平原
苯并[a]芘、滴滴涕、六六六、四氯化碳、三 氯甲烷
我国地下水污染的空间分布
主要污染物
COD 氰化物 Hg Pb Cr As 挥发酚 石油烃 硝酸盐 亚硝酸盐 氨氮
场地污染现状分析
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
场地污染现状分析
存在的问题
污染场地环境管理框架体系有待健全
原 场
植物吸收 吸入室内蒸气 吸入室内颗粒物 吸入室外颗粒物 经口摄入 皮肤接触 吸入室外蒸气 饮用地下水 吸入室外颗粒物 吸入室外蒸气
离 场
饮用地下水 吸入室内蒸气
污染场地概念模型
4个第四纪含水层单元。第一与第二个为 “浅层含水层区” ，第三
与第四个为 “深层含水层区”。 地下水储存潜势高，山麓地区为重要的补给源。
污染场地概念模型
Yangtze Delta Region Hydrogeological Conceptualization
Weak Aquifer
Widespread Complicated
Clay dominated geology Weak aquifer (high WT)
风险
受体
暴露途径
污染暴露链：污染物—暴露途径—受体 水文地质概念模型：Understanding geology/hydrogeology, natural attenuation processes is critical for risk assessment
污染场地概念模型
Conceptual Exposure Model（暴露概念模型）
污染场地环境风险管控与原位地下水修复技术
陈梦舫 研究员
主要内容
污染场地现状分析
污染场地环境风险管理框架模式
污染场地概念模型 土壤与地下水风险评估技术方法学 原位地下水修复技术 总结
场地污染现状分析
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
湖南
甘肃
露天堆放，大片土地严重污染
场地污染现状分析
特定场地的地下水污染状况
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
化工厂废水排放
垃圾堆放
废弃矿内巷道
河流
Hyporheic Zone (潜流交换带)
c
重金属元素沉淀 Metal Precipitation and Co-Precipitation 酸性矿坑水与岩石相互作用 Neutralisation, dilution, sorption and biochemical reactions
毒性评估
Toxicity Assessment
风险表征
Risk Characterisation
项目资金投入越来越多
定性风险评估 第一阶段 (TIER 1)
源 - 途径- 受体联合体
定量风险评估
第二阶段 （TIER 2）
基于保守条件 推导土壤与地下水 成因场地评估基准 （筛选值）
健康: HERA, RBCA, CLEA 水环境: HERA, RBCA, RTM
有机类污染场地
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 农药生产车间土壤污染 药企业历史遗留场地。 北京原某农药厂：表层土壤六六六浓度在 1440 mg/kg ，DDTs 浓度在 5-966 mg/kg ，农药生
各类技术指南、规范偏重于土壤 （土壤、地下水定义模糊）
场地调查与风评工作重视程度低（污染边界，特征，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）
12
污染场地环境风险管理框架模式
城市污染场地（棕地）关注污染物
• Acetone • Benzene • Toluene • Xylene • Napthalene
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。
土壤污染 物淋溶 地下水 水平迁移
鱼
鱼苗
贝壳
地下水迁移
污染场地环境风险管理框架模式
传统的方法
场地调查
基于风险的方法
场地调查 风险评估
通用标准 修复选择 实施
特定场地标准
修复选择
实施
污染场地环境风险管理框架模式
多层次风险评估体系
问题识别
Problem Formulation
暴露评估
Exposure Assessment
家污染企业“环保搬迁”
广州：2007年，147家大型工业企业关
闭、停产、搬迁
场地污染现状分析
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
工业污染场地种类多、范围广、危害大
W
NCP Aquifer System
E
污染场地概念模型
2013年5月，华北六省市地下水污染专项检查结果显示：120家企业利用渗坑、渗井偷排工业废水
North China Plain (NCP)
污染场地概念模型
(a) shallow aquifer
(b) deep aquifer
污染场地概念模型
风险管理框架 1990 to 2004
可持续管理框架 2005 to present
抽提技术 自然衰减监测 原位修复
美国超级基金地下水修复1986-2011年数据
污染场地环境风险管理框架模式
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
1) 风险评估技术导则 2) 健康与环境评估模型
土壤与地下水修复工程技术的实施
Chlorinated VOCs (CVOCs)
氯代烃类
Metals
重金属类
• As, Cr, Pb, Hg, Ni, Zn
污染场地环境风险管理框架模式
1980 - 1990 1991 - 2004 2005 – 现在
污染场地环境风险管理框架模式
污染场地通用概念模型 – Generic Conceptual Site Model
土壤与地下水污染问题
人体健康:Human Health 水环境:Water Environment
经口摄入 吸入室外污 和皮肤接触 物蒸气和土 吸入室内 表层土壤 壤颗粒物 污染物蒸气 饮用地下水 表层土壤污染源 生态环境 蒸气入侵 下层土壤污染源
壤污染状况调查公报” 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
场地污染现状分析
污染企业搬迁掀起“热潮”
北京：根据《北京奥运行动计
Slowly migrating off-site
Hidden, longevity
Site Histories
27
Composite Contaminants Difficult to treat
wk.baidu.com
废弃矿山环境污染过程演化
河流
雨水渗透
石灰岩渗漏
a
黄铁矿氧化区
开采时排水
河流
b
Ar/Cd/Cr/Fe/Al/ Low pH and high SO4
氟、“三氮”、氯化物、砷、汞、铬(VI) 苯、苯并[a]芘、三氯乙烷、二氯乙烷 “三氮”、锰、氟、铁 二氯乙烷、二氯甲烷、氯苯、六六六、农药 锰、硝酸盐、氨氮、铁 邻苯二甲酸酯、多环芳烃、卤代烃 氟、亚硝酸盐 苯
淮河流域平原 长江三角洲 （10-20m） 珠江三角洲
二氯乙烷、二氯甲烷 、环氧化七氯、七氯
• Aldrin, dieldrin • Chlordane • DDT, DDE, DDD • BHC (HCH) • PCBs
持久性有机污染物 有机溶剂
Solvents
Highly Recalcitrant Organics (POPs)
VERY difficult to treat!
Challenging to treat
完全清除
污染场地风险 管理框架体系
可持续管理 框架体系
将所有物质 都恢复到自 然背景值
污染物
风险
受体
容忍性
社会
环境
可持续性
可行性
平衡性
暴露途径
1. 技术上难以达到 2. 无需清除彻底 3. 成本高
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
经济
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
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
重庆：2010年， 主城区112
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 农药厂受污染土壤 mg/kg。《巴塞尔公约》推荐标准为50mg/kg。
无机类污染场地：金属渣堆存场地
可持续修复
常用模型
需要的场地特征数据增多, 修复成本却降低
污染场地环境风险管理框架模式
Official Chinese Guidelines Published in Feb 2014, effective from July 1st 2014, but need improvement
1. 场地环境调查技术导则 （HJ 25.1-2014) 2. 场地环境监测技术导则 （HJ 25.2-2014） 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 （HJ 25.4-2014）
河北邢台渗坑风险-水文地质概念模式
100
渗坑废水
室 外 地下水饮用 室内 农田灌溉
100
50
50
0
0
-50
粉质粘土 蒸气扩散
细砂 地下水饮用
粘土
粗砂
潜水面 地表水水面
地下水流向 淋溶液渗漏
-50
地下水抽水井
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 to Surface Water 河流释放 （生态风险）
出台一系列场地环境管理办法
环发[2014]66号《关于加强工业企业关停、搬迁及原址场地再开发利用过程
中污 染防治工作的通知》
污染场地概念模型
Pollutant Linkage Relationship of Contaminant-Exposure Pathway-Receptors
污染物
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）
健康: HERA, RBCA, CLEA 水环境: HERA, RBCA, RTM
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）
MODFLOW, RT3D MT3DMS, PTH3D
我国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
污染场地环境风险管理框架模式
自污染场地风险管理框架体系实施以来，昂贵的抽提技术持续减少，而以风险管理为基 础的制度控制持续上升，自然衰减监测技术、生物与物化修复技术已逐步占主导地位
完全清除 1980 to 1990
社会制度控制 抽提技术
加油站
矿区
场地污染现状分析
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
调查地区
主要污染物类型 浅层地下水
铁、锰、砷、硫酸盐、硝酸盐 氟
承压水
华北平原
苯并[a]芘、滴滴涕、六六六、四氯化碳、三 氯甲烷
我国地下水污染的空间分布
主要污染物
COD 氰化物 Hg Pb Cr As 挥发酚 石油烃 硝酸盐 亚硝酸盐 氨氮
场地污染现状分析
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
场地污染现状分析
存在的问题
污染场地环境管理框架体系有待健全
原 场
植物吸收 吸入室内蒸气 吸入室内颗粒物 吸入室外颗粒物 经口摄入 皮肤接触 吸入室外蒸气 饮用地下水 吸入室外颗粒物 吸入室外蒸气
离 场
饮用地下水 吸入室内蒸气
污染场地概念模型
4个第四纪含水层单元。第一与第二个为 “浅层含水层区” ，第三
与第四个为 “深层含水层区”。 地下水储存潜势高，山麓地区为重要的补给源。
污染场地概念模型
Yangtze Delta Region Hydrogeological Conceptualization
Weak Aquifer
Widespread Complicated
Clay dominated geology Weak aquifer (high WT)
风险
受体
暴露途径
污染暴露链：污染物—暴露途径—受体 水文地质概念模型：Understanding geology/hydrogeology, natural attenuation processes is critical for risk assessment
污染场地概念模型
Conceptual Exposure Model（暴露概念模型）
污染场地环境风险管控与原位地下水修复技术
陈梦舫 研究员
主要内容
污染场地现状分析
污染场地环境风险管理框架模式
污染场地概念模型 土壤与地下水风险评估技术方法学 原位地下水修复技术 总结
场地污染现状分析
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
湖南
甘肃
露天堆放，大片土地严重污染
场地污染现状分析
特定场地的地下水污染状况
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
化工厂废水排放
垃圾堆放
废弃矿内巷道
河流
Hyporheic Zone (潜流交换带)
c
重金属元素沉淀 Metal Precipitation and Co-Precipitation 酸性矿坑水与岩石相互作用 Neutralisation, dilution, sorption and biochemical reactions
毒性评估
Toxicity Assessment
风险表征
Risk Characterisation
项目资金投入越来越多
定性风险评估 第一阶段 (TIER 1)
源 - 途径- 受体联合体
定量风险评估
第二阶段 （TIER 2）
基于保守条件 推导土壤与地下水 成因场地评估基准 （筛选值）
健康: HERA, RBCA, CLEA 水环境: HERA, RBCA, RTM
有机类污染场地
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 农药生产车间土壤污染 药企业历史遗留场地。 北京原某农药厂：表层土壤六六六浓度在 1440 mg/kg ，DDTs 浓度在 5-966 mg/kg ，农药生
各类技术指南、规范偏重于土壤 （土壤、地下水定义模糊）
场地调查与风评工作重视程度低（污染边界，特征，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）
12
污染场地环境风险管理框架模式
城市污染场地（棕地）关注污染物
• Acetone • Benzene • Toluene • Xylene • Napthalene
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。
土壤污染 物淋溶 地下水 水平迁移
鱼
鱼苗
贝壳
地下水迁移
污染场地环境风险管理框架模式
传统的方法
场地调查
基于风险的方法
场地调查 风险评估
通用标准 修复选择 实施
特定场地标准
修复选择
实施
污染场地环境风险管理框架模式
多层次风险评估体系
问题识别
Problem Formulation
暴露评估
Exposure Assessment
家污染企业“环保搬迁”
广州：2007年，147家大型工业企业关
闭、停产、搬迁
场地污染现状分析
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
工业污染场地种类多、范围广、危害大
W
NCP Aquifer System
E
污染场地概念模型
2013年5月，华北六省市地下水污染专项检查结果显示：120家企业利用渗坑、渗井偷排工业废水
North China Plain (NCP)
污染场地概念模型
(a) shallow aquifer
(b) deep aquifer
污染场地概念模型
风险管理框架 1990 to 2004
可持续管理框架 2005 to present
抽提技术 自然衰减监测 原位修复
美国超级基金地下水修复1986-2011年数据
污染场地环境风险管理框架模式
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
1) 风险评估技术导则 2) 健康与环境评估模型
土壤与地下水修复工程技术的实施