棕地调查和修复方法的研究

棕地调查和修复方法的研究1棕地概述及分类棕地普遍意义上指工业企业生产活动后遗留下的土地，这些棕地都或多或少被污染，不适宜生活或改作他用。近年来，由于国内生产和生活的扩张，经常出现企业和单位的迁移，伴随着这些迁移，棕地的产生有加速的趋势，棕地的修复迫在眉睫。棕地的分类标准较多，关联于修复方法，按污染源分类，棕地可分为[1]：（1）物理性棕地：埋藏于地下的物质所表现出来的毒害性多为物理性质，例如铅汞等重金属物质和医疗垃圾的遗留。（2）化学性棕地：有害物质所表现的多为化学性质方面的毒性，需要经过多方面的综合作用下经过食物链或者自然反应，经历较长时间后显现。（3）生物性棕地：遗弃的场地埋藏了大量的垃圾，其中动植物尸体在自然分解中产生各种气体，影响到环境，例如垃圾填埋场的遗址。对于目前棕地的现状，以前两种居多，也较难治理，主要研究前两种情况。2棕地调查的研究2.1调查方案棕地上以前的生产单位遗弃泄露堆积而造成的大量的有害废水、废渣进入土壤，形成不同程度的污染。要进行修复，必须先了解污染的程度，就需要对土壤的污染和危害进行调查。调查的一般流程如下[2]：（1）现场踏勘，编写、审定调查方案。（2）通过现场调查、采样，对获得的样品进行加工分析，得出数据进行整理。（3）收集相关资料，对污染数据进行危害评述和趋势分析。（4）对相应等级的危害进行模拟污染实验，提出污治措施。（5）编写、审定报告。2.2调查方法2.2.1收集资料对要进行调查的棕地，首先收集原生产活动的相关资料[3]以及周围环境资料，例如原有的生产工艺、生产所用原辅材料，产品的性质，生产时的生产装置与辅助设置的位置，还有发生事故的历史记录。如果有地下水，须标示地下水井的位置以及地下水与地表水体的关系，棕地附近居民分布及敏感目标。2.2.2污染来源与评价因子棕地的治理首先要了解原污染的成因、来源，进而筛选合适的评价因子进行分析。对于污染的来源，调查范围在所调查地块的原有生产所用材料、产品和生产废弃物，生产流程系统、贮存运藏系统、相关公用和辅助系统等。源项的分析重点在于生产中有毒有害物质的释放和泄露途径和污染方式。在上面的调查所得资料中，首先甄别出原辅材料、产品和生产废弃物的毒性。对于有毒物质，说明其物理化学性质和毒理学性质，毒性等级，生产量、运输量和存放量，按照毒性和危险性以及原有地块上的产量、存量，综合分析排队，筛选出监测因子。评价因子一般为有机物和无机物，无机物的重点是重金属。3棕地取样方法研究按照一般程序，棕地必须进行采样。采样的点位布设和采样方法要进行探讨。3.1点位布设首先，应充分利用场地环境调查前期的成果，对场地的使用历史沿革、功能分区、可能的污染源及土壤污染特征进行系统分析。对于占地面积较大、各区块使用功能清晰且土壤污染原始状况保存完好的场地,应尽可能优先采用分区布点法进行监测点位的布设[4]。在分区时应重点考虑：①各场地实际使用过程中涉及的污染物种类及其对土壤造成污染的方式和途径在区块中分布的均匀性；②尽可能以场地使用时自然形成的分界作为监测分区的边界，且区块形状基本规则；③一个区块内同样深度层的土壤应属于同一种分类；④当一个拟划分的区块面积过大时，应认真推敲是否有拆分成小区块的必要。而对于占地面积较大、无法按使用功能划分区块或拆迁后造成场地内土壤迁移、原始状况遭破坏的场地，应根据调查的不同阶段分别采用系统随机布点法、系统布点法布设监测采样的点位。在设置系统网格布局时应重点考虑：①根据场地面积、土壤污染分布可能的均匀程度、监测样品控制数量等因素设置网格密度；②尽可能将网格设置成方形、长方形或三角形等规则形状；③场地面积过大时，可根据前期调查的结果经分析后设置分区域不同密度和形状的网格，几种典型的监测布点方法如下图。图1从左至右：随机布点、系统布点、分区布点如果有地下水，必须布设地下水监测井。土孔或地下水监测井布设根据拟查地块原生产及辅助装置平面布置及其周边环境概况确定，在可能发生环境影响的区域布点。布点原则为一般布10个点，生产区周边3个，原辅材料贮存、污水及固废处理等辅助设施区3个，厂区边界4个。根据场地地下水流向,至少将其中3个孔安装成地下水监测井。地下水监测井深度为静态水位下2m。3.2钻孔采样在钻每个土孔前,所有钻探设备及采样工具均需清洗，以防止交叉污染。在取样过程中，工作人员每采一个土样都要换新的乳胶手套。可用机钻或手用螺旋钻钻孔，安装临时井套，确保采样前井壁不坍塌。记录土层结构和土壤颜色、气味等污染迹象。在钻孔过程中记录初见水位。孔深一般在静止水位下2m。有机物采样要求在每个土孔钻井过程中，每隔一定深度取出土壤供采样，土样同时装入两个密封塑料袋中，一个供PID（光离子化检测器）检测挥发性有机物，另一个留作瓶装选样。一般情况下，具有最高PID测值或目视或嗅觉发现有污染迹象的土样选为实验室分析样品。总石油烃、重金属等采样要求在每个土孔钻井过程中，每隔一定深度取一个样。地下水监测井从取土孔发展而来。每个土孔安装一根PVC管，长度取决于钻孔的深度。该PVC管由一段滤水管和一段无缝管组成。滤水管的长度取决于地下水位的深度，每个孔内滤水管从井底一直延伸到高于静态水位以上约10cm。监测井滤管周围用大于0.25mm的干净石英砂回填作为滤水层,并填至滤管以上20cm。填砂过程中缓慢地将不锈钢套管拔出以防管壁坍塌。石英砂与地面以下的空间不填入任何东西。在采集完水样后，所有的PVC井管都被拔出，然后井孔用原土回填。为了清除地下水中的混浊物,并确保采集到有代表性的水样需洗井。洗井所抽出的水量相当于井中容量的5倍，直至抽出的水不混浊和没有细颗粒，pH和电导率读数稳定为至。所有井在采样前均让其稳定相当一段时间。通过对钻孔过程详细观察，弄清场地的地质和地下水文特点。根据钻孔记录，使用统一的土壤分类系统和光离子化检测器，对场地轮廓进行描述。根据对各钻孔地下水位的测量,确定场地地下水水位和流向,绘制示意图。4棕地污染评价研究4.1土壤污染评价标准采用不同的评价标准是因为对土壤污染定义的理解不同所致。以《土壤环境质量标准》作为评价标准。无机类项目和有机类项目的评价标准值如下[5]。表1土壤环境质量评价标准值（无机类项目）序号评价项目标准值（mg/kg）参考值来源耕地、草地、未利用地林地pH6.5pH6.5～7.5pH7.51镉0.300.300.601.02汞0.300.501.01.53砷旱地水田403030252520404铅8080801005铬旱地水田1502502003002503504006铜501001004007锌2002503005008镍4050602009锰*1500澳大利亚保护土壤及地下水调研值10钴*40加拿大土壤环境质量标准农用地标准值11硒*1.0加拿大土壤环境质量标准农用地标准值12钒*130加拿大土壤环境质量标准农用地标准值注：①注*的项目，表中所列为评价参考值。②重金属和砷均按元素量计，适用于阳离子交换量5cmol(+)/kg的土壤；阳离子交换量≤5cmol(+)/kg的土壤，评价标准值为表内数值的半数。③草地、未利用地，评价砷时执行旱地标准。表2土壤环境质量评价标准值（有机类项目）评价项目标准值（mg/kg）参考值来源有机氯六六六总量0.10滴滴涕总量0.10多环芳烃类苯并(a)芘*0.10加拿大土壤环境质量标准农用地标准值多氯联苯类（总量）*0.10《土壤环境质量标准》（修订草案）农业用地标准值石油烃类（总量）*500《土壤环境质量标准》（修订草案）农业用地标准值注：①注*的项目，表中所列为评价参考值。②耕地、林地、草地和未利用地均适用本表所列评价标准。③六六六总量：α-六六六、β-六六六、γ-六六六、δ-六六六四种异构体总和。④滴滴涕总量：p，p´—DDE、o，p´—DDT、p，p，p´—DDD、p，p´—DDT四种衍生物总和。⑤对土壤中多环芳烃类物质进行环境质量评价时，以苯并（a）芘(BaP)为参照，其当量毒性因子（TEFs）为1.0，其余15种多环芳烃的当量毒性因子见附表。将各PAHs物质以实测浓度与其TEFs相乘得到以BaP为参照物的等效质量浓度BaPeq，再用BaPeq与BaP标准参考值相比较进行评价。4.2土壤污染的评价方法及分级标准目前土壤污染评价多采用指数评价法中的单项因子污染指数法和综合污染指数法[6]。4.2.1单项因子污染指数法其计算公式为：Pi=Ci/C标式中：Pi——土壤中i污染物的污染指数；Ci——土壤中i污染物实测含量；C标——污染物的评价标准量值。4.2.2综合污染指数法对于综合污染指数法，多采用内梅罗综合污染指数法为全面反映各污染物对土壤的不同作用，突出高浓度污染物对环境质量的影响，采用内梅罗综合污染指数法。其计算公式为：1222111,max2niPPiPin式中：P为土壤污染综合指数；Pi为土壤中i污染物的污染指数；n为土壤中参与评价的污染物种类数；Pi,max为土壤中各污染物污染指数最大值。4.3土壤分级标准根据Pi及P值大小进行分级，当P1为未污染；P1为已污染，P值越大，土壤污染越重。分级标准污染程度分级Pi≤1清洁1＜Pi≤2轻度污染2＜Pi≤3中度污染Pi＞3严重污染5棕地修复方法研究在调查采样评价后，需进行数据分析、确定土壤污染范围，提出经过模拟试验验证可行的污染土壤修复方法。下面对近年来的各种修复方法进行简介。（1）挖掘污染土壤挖掘污染土壤进行修复分为异地异位修复和原位异地修复，用机械、人工等手段，使土壤离开原污染位置。一般包括挖掘过程和挖掘土壤的后处理、处置和再利用过程。在场地修复的各个阶段和多种修复技术实施过程中都可能采用挖掘技术，如稳定/固化、化学淋洗、热处理、生物堆修复等。（2）表面覆盖和封闭将受污染土壤与外环境受体隔开，阻断污染物对外环境受体的暴露途径。隔离雨水淋漓土壤造成污染随沉降雨水迁移污染物，将污染土壤封闭在地下。或者按照需要建造用房的设计将上层部分污染土壤挖出异位治理，将下层污染土壤进行隔离封存。隔离方法有建筑物封闭、表层混凝土隔离、高密度聚乙烯覆层等。（3）稳定/固化通过固态形式在物理上阻隔污染物或将污染物转化成化学性质不活泼的形态，降低污染物的危害，可分为原位和异位稳定/固化修复技术。该技术中化学处理是用固定剂处理土壤中的污染物，用污染物与固定剂之间的吸附、离子交换以及沉淀以锁定土壤污染物。常用水泥、石灰及粘土矿物、炭质材料等。（4）气提技术（原位或异位）利用物理方法通过降低土壤孔隙的蒸汽压，把土壤中的污染物转化为蒸汽形式而加以去除的技术，可分为原位土壤气体技术、异位土壤气体技术和多相浸提技术。气提技术适合地下含水层以上的包气带；多相浸提技术适用于包气带和地下含水层。原位土壤气提技术适用于处理亨利系数大于0.01或蒸汽压大于66.66Pa的挥发性有机物，也可用于去除油类、重金属、多环芳烃或二噁英等污染物；异位土壤气提技术适用于修复含挥发性有机卤代物和非卤代物的污染土壤；多相浸提技术适用于处理中、低渗透型地层中的挥发性有机物。（5）生物修复（原位或异位）生物修复指利用微生物、植物和动物将土壤、地下水中的危险污染物降解、吸收或富集的生物工程系统。按处置地点分为原位和异位生物修复。生物修复技术适用于烃类及衍生物，如汽油、燃油、乙醇、酮、乙醚等，不适合处理持久性有机污染物。生物通风技术BV（原位修复技术）生物通风是利用土壤中的微生物对不饱和区中的有机物进行生物降解的原位修复技术，而在毛细管区和保护区的土壤不受影响。可采用向不饱和区注入空气、添加营养物（氮和磷酸盐）和接种特异工程菌等措施来提高生物通风过程中微生物的降解能力，空气的注入可以采用注射井或抽提井，采用抽提井生物通风技术。所有好氧生物降解的有机物都可以用BV去除。但如果污染物初始浓度过高会引起微生物中毒，且该技术也不适用处理低渗透、高含水、高粘度土壤。生物堆制法（异位）土壤生物堆制法是将受污染土壤从污染地区挖掘出来，运送到一个指定地点（布置了防止渗漏衬底，通风管道等