污染场地绿色可持续修复理念工程实践及对我国的启示

污染场地绿色可持续修复理念工程实践及对我国的启示经过近30年的污染场地修复实践，越来越多的人意识到传统的修复理念存在很多不足。在可持续发展的社会背景下，欧美各国积极倡导绿色可持续修复理念，全面考查污染场地的修复行为对环境&社会和经济造成的所有影响，从而使修复行为的效益最大化。本文介绍了绿色可持续修复的概念与发展情况、评估指标和方法!并分析了一个从多方面贯彻绿色可持续修复原则的工程实践案例。最后，从加强行业和公众的教育培训、构建基于国情的绿色可持续修复评估框架、强化场地前期调查、提高社会利益相关方的参预性等几方面，对我国推进绿色可持续修复的发展提出建议。1、绿色可持续修复的背景与涵义虽然污染场地的修复是为了使土壤和地下水免除污染，但修复过程本身时常也消耗大量能源和水资源、使用化学品、排放废弃物、干扰周边居民等等，这些行为都是修复过程自有的环境足迹，从而形成新的环境影响。如果修复技术的选择、设计和执行过程中没有考虑到可持续性，修复过程导致的污染可能更甚于需要治理的污染,。在美国，经过近30年污染场地修复实践，污染场地的管理者和科学工作者认识到必须对修复行为加以控制，污染场地修复需要更新的风险评估标准、监测方法和框架，场地修复已经从20世纪70年代中期的仅关注成本，到20世纪80年代中期的需要进行技术可行性研究，再到20世纪90年代的基于风险的决策方式，进入到现在的全社会关注的绿色可持续修复年代,。虽然在20世纪80年代就有人提出可持续性发展，但在工业和社会生产活动决策中可持续性仍是一个较新的理念。绿色可持续性修复最早是由美国发起的。考虑到传统的修复理念存在很多不足，2006年，美国一群修复从业人员聚集在一起对修复产业进行反思后，成立了可持续修复论坛(SURF)。他们致力于在保障人体健康和环境安全的同时，将绿色可持续性理念贯穿修复活动全过程，并获得公众和政府机构的认同。绿色可持续性的一个核心概念就是三重底线的方法，即只有环境、社会和经济影响得到平衡的修复，才是可持续修复。2008年美国EPA将绿色修复定义为全面考虑修复行为造成的各种环境影响，从而减少修复的环境足迹，使环境效益最大化的修复行为，包括6个核心要素:修复系统的能源消耗、废气排放、需水量和对水资源的影响、对土地和生态系统的影响、修复中的材料消耗和产生的废物、长期的管理行为。EPA一直积极倡导“绿色修复”理念，制定了降低污染场地修复环境影响的绿色修复计划，并于2010年提出了超级基金绿色修复战略，设定了绿色修复战略目标和主要任务，包括研发技术导则和制定相关政策法规，制定污染场地风险管理全过程绿色化转变策略，开展绿色修复技术示范工程和评估技术研究等。美国材料与实验协会(ASTM)2013年发布了绿色修复标准指南“。这份标准指南描述了一个在修复工程中减少环境足迹的评估和实施流程，这个流程同时遵守相关的规章制度和法律规定。指南中提出使用最佳管理办法(BMP)来综合定量评估修复工程，减少其环境足迹，并描述了识别、评估和体现BMP的步骤，以及什么情况下BMP被认为是适用的。此外，美国洲际技术与管理委员会定义绿色可持续修复(GSR)为针对场地条件，使用特定的产品、方法、技术和规程，在平衡社会目标、经济影响和纯环境效应的同时减轻受体的环境风险，认为GRS是用于优化场地修复从现场调查到项目竣工各环节的一种有效方法。目前，ITRC已为绿色可持续修复提供了多种指导性文件,。2007年，英国可持续性修复论坛(Surf-UK)在污染土地实际环境应用组织(CL:AIRE)的倡导下成立。与美国可持续性修复论坛中的定义不同，Surf-UK将可持续性修复定义为:实施修复技术带来的效果一定要大于修复工程的环境影响，最佳的修复方案应通过环境、社会和经济均衡决策的方式获得，该组织第一次设置了环境、社会和经济指标，并提出如何基于利益相关者和管理机构双赢的原则进行评估。在以上组织的倡导下，美国和英国已开展了相当数量的绿色可持续修复实践行动，其他发达国家如加拿大、荷兰等也正在研究采用相似的措施。表1列举了不同机构和研究者提出的绿色可持续修复的原则。虽然表述不同，可以看出这些绿色可持续修复原则都不再像传统的修复理念只考虑修复工程自身的时间与经济成本，而是开始考虑到修复行为对环境、社会和经济的综合影响。绿色可持续修复并非一种新兴的技术，而是一种近年来逐渐发展的修复理念。Hou等通过调查研究认为，可持续性修复理念的崛起代表了修复领域将要发生一个转折性的变革，不久可能会产生这个领域从业者需要遵守的新规范和新标准。但目前在中国还鲜有绿色可持续修复方面的举措。2、绿色可持续修复技术评估指标和方法随着国际上逐渐重视绿色可持续修复对资源和能源的意义，一些机构开始制订一些评价可持续性的指标来评估场地修复技术、修复实施过程和修复最终目标。发达国家开展绿色可持续修复评估研究和实践的主要方法有修复技术筛选矩阵、多标准分析评价法(MCA)、成本效益分析法(CBA)、环境效益净值分析法(NEBA)、生命周期评估法(LCA)，以及开发一些定量和半定量评估软件或系统以在场地修复过程中融入可持续性理念。虽然大多数人认为绿色可持续修复评价指标应包括环境、社会和经济三方面，但目前还没有国际公认的指标体系。SURF制订了一个涵盖环境、社会、经济的可持续修复评估框架，其中包含46个指标(表2)。要求每个修复工程都能实现这46个指标是不现实的，这个框架的意义在于提供了一套可持续修复参考的行动方向和最终目标。这个框架具有以下作用：(1)在进行修复的可行性研究时，提供了对修复技术进行比选的依据，可以对照框架系统逐一比对。(2)指明了一个修复工程实现可持续性的努力方向。(3)对已有修复工程进行回顾评价时，评估其可持续性。(4)作为土地购买者用以评估正在修复的一些工程是否是可持续性的工具。这个框架系统也可以采用赋分的方法，改编成各种决策分析工具。3绿色可持续修复的工程实践近年来绿色可持续修复得到了广泛的接受，美国EPA提供了30余个绿色可持续修复的案例，其中使用的技术包括被动取样器，太阳能发电，基于有机废物的生物反应器，人工湿地，植物修复，风能驱动的土壤气体抽提等等。为了给绿色可持续修复提供全面的实践指导，SURF和Surf-UK目前正在搜集更多和更具体的绿色可持续修复案例。本文主要介绍一个从多方面贯彻绿色可持续修复原则的修复案例。本案例涉及的污染场地位于美国中西部，场地大小为81,000m2，曾经是一个危险废物填埋场地。场地调查结果显示约30,000m3的土壤超标，超标的污染物有39种，主要为挥发性有机物和半挥发性有机物。在该场地的修复过程中，绿色可持续修复的原则被贯彻到各个环节，从场地调研，到修复方案的设计，再到修复方案的执行。下文对每一个环节进行逐一介绍。3.1场地调查在场地调查阶段贯彻绿色可持续修复的原则相对容易。主要原因是一系列的和场地调查相关的最佳管理办法(BMP)已经被使用多年，而这些BMP被认为是符合绿色可持续修复精神的。在本案例中，场地调查阶段遵循的绿色可持续修复原则包括：(1)在场地调查的准备过程中，咨询污染场主和州政府，确保最佳的取样方案和数据质量等。(2)在取样过程中使用光电离探测器等实时监测的工具来进行初步筛选，使用电子实验报告来进行实时决策，预先建立决策程序，从而在总体上节省费用和时间。(3)使用直接贯入的方法采集土样，减少了取样过程中废料的产生量。使用当地的钻探公司，减少了搬运钻探设备所产生的空气污染。3.2修复方案的选择在修复方案的初步遴选过程中，有三个方案被认定为可能的方案，它们都能够达到最基本的修复要求。这三个方案是：1)挖掘填埋。挖掘污染的土壤，运输到填埋场填埋，并从场外输入清洁土壤回填(RA-1);2)原地异位热解吸。挖掘污染的土壤，在现场利用一个可移动的热解吸装置处理，处理后达标的土壤回填(RA-2);3)原位电阻加热处理。对污染最严重的区域进行挖掘和场外填埋，对其他区域采用原位电阻加热处理(RA-3)。为了贯彻绿色可持续修复的原则，该项目在修复方案的具体筛选阶段不仅采用了传统的筛选准则，而且引入了一个全新的绿色修复准则，该准则包括下列的指标：(1)减少对资源和材料的消耗(2)减少二氧化碳排放(3)减少废物的产生和增加废物再利用(4)对社区有利(5)公司形象和公司的可持续性发展三个方案都就这些指标一一进行了评价。在每一个指标里，表现最优的方案得分为1，表现最差的方案得分为3。以二氧化碳的排放为例，根据美国环保部和能源部分别颁布的汽柴油-二氧化碳与电力-二氧化碳换算标准，RA-1(挖掘填埋)的二氧化碳排放是500吨，RA-2(原地异位热解吸)的二氧化碳排放是6300吨，而RA-3(原位电阻加热处理)的二氧化碳排放是5850吨。因此就二氧化碳这一指标而言，RA-1得分是1，RA-2得分是3，RA-3得分是2。在对每一个指标进行评价之后，最后再把五个指标的得分加权平均，得分最低的被认为是最符合绿色可持续修复原则的。因为全球气候变化被认为是一个非常重要的指标，二氧化碳的排放有加权三倍的系数，其他四个指标的加权系数都为一。加权平均的结果是，RA-1和RA-2平分秋色，都比RA-3更符合绿色可持续修复的原则。在比较RA-1和RA-2的过程中，两个传统的评价准则起了关键性的作用。首先，RA-1相对RA-2可以提前四个月完成修复工程;其次，RA-1相对RA-2可以节省20%的成本。最终，基于绿色可持续修复原则和一系列其他准则的评价结果，RA-1被选取为最可执行的方案。3.3修复方案的设计和执行不管哪种修复方案被选取，在方案的设计和执行中都会有很大的空间贯彻绿色可持续修复的原则。在本案例里，一系列的绿色可持续修复的BMP被整合到最终的修复方案设计和执行中。这些绿色可持续修复的BMP简要描述如下：(1)项目所使用的施工设备和卡车在项目执行过程中使用了超低含硫柴油。(2)项目规定施工设备的待机时间不得超过2分钟，减少了大气污染物的排放。(3)项目采用一个距离该场地特别近的清洁土壤提供场所，从而大大减少了相关的运输费用和环境影响。(4)项目为员工提供了一处集中供暖的区域，供施工人员早餐、午餐和休息之用，从而避免了施工人员分散使用汽车和设备的空调，减少对能源使用和大气污染。(5)项目和当地的交通部门合作，选取了最优化的卡车运输路线，从而最大程度的避免了对当地交通的负面影响。(6)项目给当地居民每个月发送一份报表，汇报项目的决策和进度，并且在项目开始之前在地方报纸上发文提供相关信息。3.4经验总结本案例项目在贯彻绿色可持续修复原则的过程中，获得了一系列的经验和教训。首先，绿色可持续修复的很多原则和现行的决策支撑系统有一定的重复性。在使用绿色可持续修复原则来评价项目的时候，需要避免重复计入同一指标。此外，在做评价的时候，加权系数对评估结果会有非常大的影响，可是在实际操作中很难确定合理的加权系数。本案例项目使用职业判断得出一个加权系数，可是这种职业判断带有一定的主观性。在本案例具体的工程实施当中，贯彻绿色可持续修复也遇到了一些挑战。最主要的挑战有两条：一是在已有的合同中添加绿色可持续修复相关的条款比较困难;二是施工人员倾向于使用他们熟悉的工作方法，不了解绿色可持续修复及其价值，从而增加了实施绿色可持续修复的难度。总的来说，本案例证明了绿色可持续修复的可行性，这个可行性不仅仅体现在技术本身，更体现在决策过程、设计过程和施工过程中。4、绿色可持续修复理念对中国的启示我国当前由于城市土地快速开发的需求，业主及土地开发商通常希望修复过程在尽量短的时间内完成，因而更偏向于短期快速的修复方式。这些追逐快速化修复场地的方式可能对环境和社会带来极大的负面影响，比如，修复工程能耗高、资源消耗量大、产生二次污染、土壤资源功能丧失且具有较高环境风险隐患。总之，目前以开发商需求为导向的污染场地修复，导致我国在修复技术的选用上比较受限，仅开展了一些关于修复技术选择方法学上的研究，目前尚没有关于绿色可持续修复的相关实践。虽然一些环境友好的修复技术在中国的研发正在开展，但