污染场地土壤与地下水风险管理与修复技术.ppt

1、污染场地风险管控与原位地下水修复技术,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；2

2、009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1-440 mg/kg，D

3、DTs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、

4、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,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

5、、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 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

6、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

7、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: WINTRA

8、N, 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,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

9、,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 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,Provided by Carlos Pachon of USEPA Washingto

10、n 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）,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 F

11、ormulation,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、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

12、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-Exposure 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

13、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=Exp

14、osure 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

15、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 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

16、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：稀土金属冶选尾矿库渗漏对

17、地下水的生态风险评估与控制研究,污染场地概念模型,污染场地概念模型,干净地下水,地下水污染过程：有次序的氧化还原过程示意图,污染场地概念模型,污染场地概念模型,石油污染物地下水污染物自然衰减过程 BTEX Oxidation,氯代烃类污染物地下水污染物自然衰减过程 Reductive Dechlorination （还原去氯）,污染场地概念模型,三氯乙烯 - TCE,二氯乙烯 - DCE,氯乙烯 VC,乙烯,三氯乙烷,二氯乙烷,污染场地地下水原位修复技术,生物/生物化学/生物吸收,物理化学,化学,微生物及铁 去除As,矿物质,原位PRB修复技术 原位注射技术（铁基材料）,地下水原位修复技术,零

18、价铁 生物碳 碳铁,1. 化学-生物修复技术,2. 地下水渗透反应墙 （PRB技术）,在地下水注射多类生物、化学及其复合材料降解，包括： ZVI/nZVI (零价铁：颗粒与纳米级) Molasses （糖浆） Bio-Magnetite (生物磁铁矿) Fe3O4 （磁性氧化铁） Biochar （生物炭） Graphene (石墨烯）,地下水污染羽,处理过的地下水,地下水位,隔水层,在地下水流场中设置化学-生物障碍墙，使污染羽流经障碍墙，污染物还原无害化,地下水原位修复技术,处理多类关注污染物：氯代烃，石油污染物，重金属,基于零价铁的地下水重金属修复技术,零价铁可以发生以下反应,修复重金属,

19、铁与As反应,还原Cr6+和Hg2+,地下水原位修复技术,优点 无深度、污染介质、空间限制 已验证过的氧化还原过程 快速清理，无毒性的中间产物 容易注射，随地下水流动,纳米零价铁技术应用前景,国际纳米零价铁修复技术应用推广 美国自2000年开始研发，已在44多个场地进行了中试 近期欧盟NANOREM项目将在瑞士、捷克、以色列、葡萄牙及德国等6个场地进行中试 在我国还未得到应用，有待研究和推广,应用场地分布情况,地下水原位修复技术,处理多种关注污染物：氯代烃、农药、多氯联苯、重金属、硝酸盐,纳米零价铁还原含氯有机物过程机理,地下水原位修复技术,Carbo-Iron （EHC）注射,EHC药剂 注

20、射装置,对相关重金属 去除情况,地下水原位修复技术,EHC 中试示范 某化工场地下水氯代烃修复,场地特征 住宅用地再开发 地下水关注污染物：1,2-DCA, VC and Chloroform，浓度超过1000 mg/L EHC 注射 注射深度： 9-18m 面积：10m x 10m 使用GeoProbe 在9个注射井 注射了7200 Kg EHC泥浆,地下水原位修复技术,1,2-DCA, 1,1-DCA and chloroform 除去率分别为 99.9 %, 86.7 % 和98.8 %,EHC 中试示范 某化工场地下水氯代烃修复,地下水原位修复技术,生物技术-注射糖浆（Molasses）,Molasses,Microcosm tests ISBP,influence of concentration molasses,地下水原位修复技术,Bio-Magnetite应用潜力,生物磁铁矿材料对Hg 和Cr的吸附作用及机理,Cr6+去除80% (300h),Qmax=416mg/g,快,地下水原位修复技术,纳米零价铁,地下水原位修复技术,纳米零价铁/生物炭,纳米零价铁/生物炭修复地下水中含氯有机物技术,生物炭：中温裂解稻壳,零价铁： 液相还原,纳米零价铁/