恢复生态学第9章被污染土地复垦和处理

恢复生态学第九章被污染土地的复垦和处理第一页，共六十五页。被污染的土地定义被污染的土地定义为——“当土地中含有的有害物质达到一定数量或浓度时，可能对人类、环境或有时是对其它的目标产生直接或间接的伤害，这样的土地就是受到污染的土地（ContaminatedLand）。”第二页，共六十五页。在北美和欧洲，人们重视

被污染土地的主要原因（1）通过供水和食物→对人类的健康和安全有现实的和潜在的危险；（2）对自然环境有现实的和潜在的破坏；（3）限制了这些土地在诸如农业、居住地、公园或工业方面的使用。第三页，共六十五页。一、污染源广义的污染→可理解为存在于地面的有害物质的浓度→超过了正常的环境背景水平。需要考虑的物质包括：一些元素和它们的化合物→如Pb、As、Cd、Hg等；有机化学药品；第四页，共六十五页。需要考虑的污染物质油和焦油；有毒、爆炸和窒息性气体；易燃物质；放射性物质；生物活性物质；石棉和其它有害矿物；腐蚀性物质。第五页，共六十五页。需要考虑的污染物质的浓度这里所说的浓度——可以用每千克中含有几毫克的痕量元素（traceelement）来表示；也可以表示为堆积在地面上数以千计的装有不明化学药品的圆桶。第六页，共六十五页。地表污染的形式就地表本身而言，污染通常产生于处理废物——既有适当的、标示的填充→也有无控制的倾倒和堆积——不论采取什么形式→都会污染土地。对工业区内的土地→也存在土地污染问题。第七页，共六十五页。地表污染产生的具体过程污染→发生于工厂在原材料、产品和废物的生产、运输和贮存过程中以及因事故而产生的溢出和泄露。大范围的污染→由于污染物→通过空气和水体→扩散的结果。土地→因为超量使用被金属污染的下水道污泥和其它类似的有机废物→也会产生污染问题。第八页，共六十五页。工厂污染地段的特点被污染的地段→特别是源于工厂的那些地段→产生许多其它问题。地表被“填充”或“改造”→往往变得非常紧实。存在大量的地基、地下管道、储水池和其它一些建筑→而且可能已经被废弃→即没有安全性且被污染的建筑物依然存在→产生潜在的威胁。第九页，共六十五页。土地污染较为严重的工业部门任何工业用地都可能被污染→然而，一些工业行为具有更高的几率→产生被污染的土地。它们是：采矿和提炼产业；熔解和提纯（钢铁厂、铸造业等）；第十页，共六十五页。土地污染较为严重的工业部门二次金属回收（废金属厂等）；煤气、焦炭和焦油的制造；废物处理；木材保管；制革和相关贸易；石棉产品及使用；第十一页，共六十五页。土地污染较为严重的工业部门杀虫剂和除草剂的生产、使用；铁路运输；化学工业和与之相关的产品和生产；爆炸物和军火生产；金属处理和精加工；油漆生产；第十二页，共六十五页。土地污染较为严重的工业部门下水道污泥工厂和农场；油的储存；油的生产；码头区；酸/碱工厂；香料、化妆品、卫生间用品的生产；电厂。第十三页，共六十五页。二、污染的危害在某一地段上出现的污染是否成为一个问题→取决于许多与该地段有关的因素，也取决于它如何影响对“目标群体”的危险程度→即由存在的污染物所表现的危害程度所决定。第十四页，共六十五页。被污染区域受威胁的潜在目标1、从事调查、整治或建设行为的工作人员；2、最终的居住者（房屋）或使用者（学校、工厂、娱乐区等）→其中包含特殊的敏感人群→如幼儿、孕妇、老人和易感人群等；3、因地下含水层或地表水源污染，以及风吹污染→影响到更多的人群；第十五页，共六十五页。被污染区域受威胁的潜在目标4、动植物和水生生物等；5、建筑物的结构、服务和物质→如因侵蚀、火灾或爆炸而造成的破坏；6、向需要封锁或疏散地区的投资，或对建筑物有大的破坏，或基于上述任何一种情况的责任诉讼。第十六页，共六十五页。具体危害形式物理危害——1、爆炸和火；2、沉降；3、结构的腐蚀；4、对土壤机械特性的影响。第十七页，共六十五页。对人类的毒害1、吸入（1）粉尘；（2）有毒气体；（3）窒息性气体。2、吞食（1）通过手指等（特别是儿童）；（2）食物表面的污染。第十八页，共六十五页。对人类的毒害3、非直接食用（1）食用植物对有毒物质的吸收；（2）水体污染。4、接触（1）皮肤刺激；（2）皮肤吸收。第十九页，共六十五页。对人类的短期危害与长期危害短期危害——存在对工作人员产生危害的高浓度有毒或腐蚀性物质或可燃气体。长期危害——如存在于公园土壤里的致癌物、放射性金属，或一些元素如Cd→通过可食用植物的吸收→经过多年的食用→在人体内积累→达到一种不合需要的程度。第二十页，共六十五页。三、人类的城市环境在城市环境中——人们与土壤的接触主要通过以下途径：在公园和休闲娱乐区活动；园地的种植活动；自家种植产品的消费；植被和土地类型的观光活动。第二十一页，共六十五页。人类城市环境的基本需求从这个意义上讲——一个健康的城市生态系统→应该以人工建造为主，但也应该考虑保留适当比例的自然生态系统（如英国首都伦敦）。而且，在我们进行多种活动时→没有健康或安全方面的威胁。第二十二页，共六十五页。人类城市环境恢复的基本要求一个城市生态系统→需要包括所有的、确保现代社会存在和正常运转的的人工制造物→如居住、商业、工业和交通系统。一个健康的城市生态系统的恢复→应该包含被污染区域的再利用→选择同样的或不同的用途→对被污染土地的恢复→提出了更为严格的要求。第二十三页，共六十五页。决定人类城市环境污染程度的因素一般地，人类城市环境或多或少都会被污染，污染的程度主要取决于——工业化的程度；城市区域的年龄；一个国家或地区的经济发展水平；私有和国有交通系统之间的平衡。第二十四页，共六十五页。老城区的土地污染问题在较老的城区，土壤一般都被污染——特别是因为空气沉降、含铅汽油和油漆的分解、电镀、处理灰尘、煤灰和其它家庭垃圾→Pb、Cd和Zn等元素的污染。有时，其浓度之高→足以引起居民对健康问题的关注→也可能阻碍植物的生长。第二十五页，共六十五页。老城区空气污染的新问题因节能而导致的居室内较低的通风率与使用新的家居装饰材料的共同作用→引起公众对户内空气质量的关注和重视。关于空气污染问题→所有的工业化国家早就有所认识→积极采取措施→降低这方面的污染。第二十六页，共六十五页。老城区的土地污染问题然而，遗留的被污染的城市土壤始终存在→以至于不论什么时候去再开发，总能发现污染，即使是在历史上没有用作工业用地或倾倒垃圾的地方也是如此。第二十七页，共六十五页。老城区的土地污染问题面对这样的形势，尽管我们不可能将城市的土壤全部清理干净，但也没有理由不去做些工作→比如当进行一个在开发项目时。被污染的土壤可能会无限期地保留下来这样的一个事实告诉我们→需要我们筛选能在这些特定环境中生存的植物群落。第二十八页，共六十五页。四、整治措施对于一种确定了的污染问题——首先要采取的措施→对于即发性危害的暂时性缓解，而不是建立在长期基础上的环境污染控制。例如，限制大量的污染物被排放到水源之中→而不是完全阻止污染物离开污染区域。第二十九页，共六十五页。整治方法概述环境污染通常可被描述为→污染源、途径和目标。一旦风险被确定，可以采取的措施包括——消除污染源；移走目标；切断或限制污染传输途径。上述三种措施选择→既可以单独使用，也可以结合使用→用以处理被污染的土地。第三十页，共六十五页。图9.1污染源和污染途径第三十一页，共六十五页。图9.2污染消除或限制措施第三十二页，共六十五页。污染土地恢复与土地用途之关系土地的再利用目标→依土地用途而定。如果建植植被→Zn元素污染源→需要治理；如果这样的土地→被混凝土覆盖→停车场、工厂等→Zn元素污染问题→不成其为问题。这样的原则→可以在大尺度的土地规划或个别的开发项目中→灵活应用。第三十三页，共六十五页。移走污染源方法最直接和最明显的解决方式→移走污染源→从被污染区移走侵入的有害物质、沉积物或被污染的地面→其它地方进行处置。但这种方法并不是可以随意实施的→有时可能也是不需要的→有时也没有必要去考虑一种永久的解决方法。第三十四页，共六十五页。挖掘的难点涉及非常复杂的因素——污染没有明显的边界；污染物移动→离开了污染地；挖掘可能造成水文地质方面的问题→例如挖走覆盖层→地下水自动流出；挖掘可能需要支撑；第三十五页，共六十五页。挖掘的难点难以找到处理的场所；难以找到“干净”的填充物；环境问题—交通、噪音、空气和地表水污染及气味问题→可能需求的附加行为；相邻建筑物的基础加固；第三十六页，共六十五页。挖掘的难点收集和处理被污染的水；选择性地移走高污染区域；临时降低地下水位（疏干）；保护河流、小溪等；监测工作环境和相邻地区；需要化学家和工程技术人员在场。第三十七页，共六十五页。图9.3挖掘和使用洁净物填充第三十八页，共六十五页。图9.4过量挖掘与浅层替代第三十九页，共六十五页。图9.5挖掘的复杂性——污染物的运动第四十页，共六十五页。被污染物质在挖掘和运输过程中

所涉及的各种问题主要表现为其它的环境伤害——妨害交通→这样的措施也是昂贵的。有时不太可能找到合适的处理场所→需要考虑到毒害性、污染物的数量和距离。而且，再一次的倾倒→污染向其它地区转移→一段时间后，又会被人们发现。第四十一页，共六十五页。被污染物质在挖掘和运输过程中

所涉及的各种问题通过运输→将污染物转移并采用焚烧或化学的方法进行处理→产生相似的问题。另外，也有来自社会的反对→人们反对接纳别人的废物。因此，在处理被污染的土地时，需要综合考虑环境、经济和社会因素。第四十二页，共六十五页。一般的土木建筑工程方面的考虑大多数的措施→包含或依赖于工程的形式→一般性的土木建筑工程上的考虑很重要，包括——（1）在结构上使用的材料和组分的性质→会随时间而退化——即结构的寿命→有限的和可以预见的；第四十三页，共六十五页。一般性的土木建筑工程上的考虑（2）基于此→需要监视它们的表现→实施保护→保证持续的、在可接受的标准内发挥其作用；（3）设计时要考虑到自然和人为的灾变性因素的干扰→比如，百年一遇的洪水。第四十四页，共六十五页。CCMS定义的三种主要的措施CCMS（CommitteeontheChallengesofModernSociety）StudyGroup定义了三种主要的措施：（1）On-Sitetreatment（定点处理）；（2）In-sitetreatment（就地处理）；（3）Macroencapsulation（包囊法）。第四十五页，共六十五页。（1）On-Sitetreatment

（定点处理）指通过挖掘、脱毒、中和、稳定或固定等措施→对污染土地上大量的污染物去除污染或降低环境影响的一大类方法。通常需要场所→再放置。第四十六页，共六十五页。（2）In-sitetreatment

（就地处理）直接在被污染区内进行——不采用挖掘的方法→就地将污染物毁坏或固定的一大类措施。第四十七页，共六十五页。（3）Macroencapsulation

（包囊法）将污染地包囊在一个“箱子”中→该箱子通常包含一个覆盖层、外围的障碍物和一个基底。显然，安装这样的基底→非常困难。除非那里已经存在一个自然的、低渗透性的层次。第四十八页，共六十五页。定点处理及其适用性定点处理的概念——基于具有适当的运输条件的思想→当需要量增加时，可以保证从一地到另一地的运输。然而，在荷兰的具体实践说明→这种定点处理在欧洲不太适合→主要是因为经济和环境因素。第四十九页，共六十五页。定点处理及其适用性总结荷兰的经验后又显示→集中提供土壤处理设施是可行的。在北美，经济因素与欧洲不同→但较大的问题是运输的距离要远一些→当然，这两个地区所面临的环境和行政上的问题是相似的。第五十页，共六十五页。五、整治措施的选择污染地——在大小、性质和范围上等方面→不尽相同→可能有几百公顷，甚至是区域性的。但典型的城市被污染的土地→通常仅有几公顷。第五十一页，共六十五页。USEPA’sHandbookonRemedialActionUSEPA（U.S.EnvironmentalProtectionAgency）HandbookonRemedialAction提出应该从以下几个方面综合考虑并选择合适的整治措施——第五十二页，共六十五页。USEPA’sHandbookonRemedialAction表观（有效性和应用寿命）；可靠性；可操作性（implementability）；安全性；关注制度和公众健康；关注环境；费用。第五十三页，共六十五页。整治措施选择需考虑的具体因素1、现实的和预期的地形→污染地段的水平面与周围区域、道路和服务设施等的关系；2、邻近的地段→如最接近的建筑物；3、地表排水、邻近的水源、地下水位流动以及地下含水层；第五十四页，共六十五页。整治措施选择需考虑的具体因素4、污染地段遭遇洪水等灾害的倾向；5、已有公共设施的位置；6、公共设施或地基需要的最大挖掘深度（一些大型的公共设施→特别是下水道→通常需要安装在相当深的地下→不可避免地要挖到污染物的里面）；第五十五页，共六十五页。整治措施选择需考虑的具体因素7、任一覆盖面内处理的结果以及来自于覆盖层和建筑物载荷对地面的处理结果；8、实施污染地处理时作业人员和邻近地区人员的安全性；9、污染地处理的环境影响；第五十六页，共六十五页。整治措施选择需考虑的具体因素10、处理地段未来污染事件的重要性；11、建筑工程（如地基和公共设施）与已经完成的恢复工程之间的相互作用；12、未来工程的重要性→如建筑物扩建、公共设施维护、土地利用类型的改变或再开发。第五十七页，共六十五页。六、整治措施的长期有效性如果污染物就地被毁掉或运走→假设这样的工作得到了正常的实施→达到一种永久的、完全有效的解决。然而，如果污染物并没有移走或毁掉→任何一种整治体系的采纳→都要致力于阻止污染物到达受威胁的目标。第五十八页，共六十五页。措施有效性的限制如果所采取的措施→永久有效→必须按照相应的要求去设计。当然，做这样的事情是非常困难的→因为受到了现有知识和经验的限制。第五十九页，共六十五页。CCMSStudyGroup的总结“在实践中，除了毁掉污染物或无害化处理的相关技术外，其它所有的技术只能在一个有限的或不能确定的时段内解决污染的问题，除非利用其它机制如微生物去降解污染。”第六十页，共六十五页。认识有效性需要注意的若干问题首先，有效性在处理措施实施过程中有不同的含义——它可以应用于一个处理系统的某一组分→如切断墙（cut-offwall）；也