學(xué)術(shù)前沿 | 工業(yè)場(chǎng)地重金屬污染土壤治理現(xiàn)狀與展望
【谷騰環(huán)保網(wǎng)訊】【摘要】我國(guó)工業(yè)場(chǎng)地土壤重金屬尤其是多金屬?gòu)?fù)合污染形勢(shì)嚴(yán)峻。其治理目前仍存在場(chǎng)地污染環(huán)境調(diào)查精度不足、標(biāo)準(zhǔn)體系有待完善、概念模型準(zhǔn)確性較差、修復(fù)和風(fēng)險(xiǎn)管控技術(shù)的長(zhǎng)效性較差、部分修復(fù)技術(shù)引起污染擴(kuò)散等一系列問(wèn)題。基于以上問(wèn)題分析，本文提出了以下解決思路，主要包括：明晰地下水系統(tǒng)污染物生物地球化學(xué)過(guò)程，從土水協(xié)同的整體視角看待場(chǎng)地修復(fù)與風(fēng)險(xiǎn)管控；針對(duì)實(shí)際場(chǎng)地陰陽(yáng)離子復(fù)合、多陽(yáng)離子復(fù)合等復(fù)雜的多金屬污染特征，根據(jù)場(chǎng)地特征精準(zhǔn)開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工具；研發(fā)適合復(fù)雜污染體系的新型多金屬穩(wěn)定化材料；完善評(píng)價(jià)其長(zhǎng)效性的人工加速老化方法并開(kāi)展長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，構(gòu)建長(zhǎng)效穩(wěn)定性評(píng)估指標(biāo)體系；強(qiáng)化“調(diào)查評(píng)估—修復(fù)/風(fēng)險(xiǎn)管控—安全回用后期監(jiān)管”的全流程管理體系，加快完善相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或指南。
【關(guān)鍵詞】工業(yè)場(chǎng)地；場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；修復(fù)；風(fēng)險(xiǎn)管控；長(zhǎng)效性
我國(guó)工業(yè)場(chǎng)地土壤污染嚴(yán)重。2014年發(fā)布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，在重污染企業(yè)及周邊用地、工業(yè)廢棄地、工業(yè)園區(qū)、固體廢物集中處理處置場(chǎng)地、采礦區(qū)等工業(yè)相關(guān)典型地塊和周邊土壤，污染超標(biāo)點(diǎn)位占比分別為36.3%、34.9%、29.4%、21.3%和33.4%，其中重金屬污染尤為突出，涉及的主要重金屬類(lèi)型包括鎘、鉛、銅、砷、鋅、汞、鉻等[1]。工業(yè)場(chǎng)地重金屬污染很大一部分為歷史遺留問(wèn)題，來(lái)源于工業(yè)化進(jìn)程與城市化進(jìn)程在發(fā)展上的高度耦合。近年來(lái)，隨著國(guó)家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和環(huán)保政策的多輪優(yōu)化，工廠企業(yè)“退城入園”和工業(yè)企業(yè)搬遷場(chǎng)地的修復(fù)、開(kāi)發(fā)、再利用已成為潮流。目前，我國(guó)工業(yè)場(chǎng)地存在地塊多、安全管理缺乏、修復(fù)工作起步慢、技術(shù)體系與管理框架不成熟等問(wèn)題[2]，這導(dǎo)致早年間露天堆放、隨意排污等現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮[3-4]，嚴(yán)重威脅工業(yè)場(chǎng)地周邊生態(tài)環(huán)境和人居環(huán)境。本文梳理對(duì)比了現(xiàn)有主流工業(yè)場(chǎng)地修復(fù)與風(fēng)險(xiǎn)管控技術(shù)的優(yōu)劣，分析水泥窯協(xié)同處置、固化工業(yè)場(chǎng)地穩(wěn)定化等熱點(diǎn)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與存在的問(wèn)題，并從我國(guó)現(xiàn)階段重金屬污染場(chǎng)地治理的可能短板出發(fā)，探討未來(lái)發(fā)展機(jī)遇。
調(diào)查與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估：?jiǎn)栴}與挑戰(zhàn)
場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查
開(kāi)展場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查是進(jìn)行土壤和地下水污染修復(fù)的基礎(chǔ)。“十三五”以來(lái)，我國(guó)逐步形成了土壤污染調(diào)查方法和技術(shù)體系，但仍存在調(diào)查精度不足、標(biāo)準(zhǔn)不完善等問(wèn)題，難以滿(mǎn)足精準(zhǔn)修復(fù)的需求。
在場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查方面，很多場(chǎng)地由于污染歷史復(fù)雜、難以溯源，調(diào)查針對(duì)性不足。我國(guó)很多工業(yè)場(chǎng)地的生產(chǎn)歷史比較悠久，過(guò)去的粗放式管理導(dǎo)致場(chǎng)地土壤多金屬污染，存在污染責(zé)任難劃分、調(diào)查針對(duì)性不足等問(wèn)題。通常認(rèn)為土壤中重金屬（除六價(jià)鉻等含氧酸根陰離子外）遷移性較差，因此污染多集中在表層，但很多場(chǎng)地重金屬污染深度卻能夠達(dá)到10m以上[5]，對(duì)于此類(lèi)污染難以制定針對(duì)性的調(diào)查方案。此外，監(jiān)管部門(mén)、場(chǎng)地業(yè)主、從業(yè)人員對(duì)場(chǎng)地生產(chǎn)歷史和污染物的關(guān)聯(lián)性認(rèn)識(shí)不足。
調(diào)查精度的欠缺以及對(duì)于土壤污染空間異質(zhì)性缺乏深入的認(rèn)識(shí)等導(dǎo)致調(diào)查結(jié)果不足以支撐后續(xù)修復(fù)工作。土壤污染具有很強(qiáng)的空間異質(zhì)性。目前場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查通常按照《建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控和修復(fù)監(jiān)測(cè)技術(shù)導(dǎo)則》（HJ 25.2—2019）所規(guī)定的一般不大于40m×40m的網(wǎng)格密度進(jìn)行采樣，但在一些場(chǎng)地的實(shí)際調(diào)查工作中發(fā)現(xiàn)，即使是采用這個(gè)密度，樣品代表性也可能難以保障[6]。基于有限土壤點(diǎn)位調(diào)查結(jié)果形成的空間差值無(wú)法準(zhǔn)確刻畫(huà)污染邊界，增加了后續(xù)修復(fù)的工作量和修復(fù)效果的不確定性。和有機(jī)污染物相比，重金屬（除六價(jià)鉻外）在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化更加緩慢，該問(wèn)題更為突出。
重金屬總量與浸出標(biāo)準(zhǔn)存在差異，導(dǎo)致場(chǎng)地概念模型不夠準(zhǔn)確。《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 36600—2018）規(guī)定的土壤中重金屬總量限值是場(chǎng)地調(diào)查的重要參考依據(jù)。然而，土壤中重金屬的有效態(tài)含量在調(diào)查過(guò)程中常常被忽略，導(dǎo)致場(chǎng)地概念模型構(gòu)建不準(zhǔn)確，無(wú)法很好的為重金屬污染修復(fù)和管控技術(shù)的選擇提供支撐。
場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估
場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是連接地塊環(huán)境調(diào)查與修復(fù)/風(fēng)險(xiǎn)管控之間的橋梁。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果直接影響后期的修復(fù)治理決策。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論主要發(fā)源于國(guó)外的修復(fù)治理實(shí)踐，將其應(yīng)用于中國(guó)的治理實(shí)踐，尚存在不少問(wèn)題[7]。首先，我國(guó)和西方的風(fēng)險(xiǎn)暴露途徑和方式存在差異，不能照搬歐美國(guó)家的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型和參數(shù)。比如在居住用地中, 歐美的住所以別墅為主，而中國(guó)以高層建筑為主，這導(dǎo)致居民活動(dòng)的土壤污染風(fēng)險(xiǎn)暴露途徑存在很大差異。獨(dú)戶(hù)住宅的前后院是典型的土壤暴露途徑，而對(duì)于高層居住來(lái)說(shuō)，城市公共游憩空間是主要的暴露途徑[9]。因此，需要進(jìn)一步構(gòu)建本土化的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃屯扑]值，以實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。此外，我國(guó)存在一些特殊地質(zhì)條件（如巖溶環(huán)境），地下水污染物遷移轉(zhuǎn)化及其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估具有很大的不確定性。巖溶地區(qū)占我國(guó)國(guó)土面積的1/3左右，同時(shí)也是我國(guó)礦產(chǎn)資源豐富的地區(qū)[10]。長(zhǎng)期的礦山開(kāi)采活動(dòng)對(duì)巖溶地區(qū)的土壤和地下水造成嚴(yán)重的污染問(wèn)題。相關(guān)研究表明，集中補(bǔ)水和含水層的非均質(zhì)性是地下水污染的主要驅(qū)動(dòng)因素[11]，能夠?qū)⑽廴疚飩鬏數(shù)教妓猁}巖含水層[12]。巖溶地區(qū)地下水水流及溶質(zhì)運(yùn)移模擬不確定性是影響評(píng)估結(jié)果的一大因素[13]。總體來(lái)說(shuō)，目前國(guó)內(nèi)專(zhuān)門(mén)針對(duì)巖溶地區(qū)地下水污染的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型與方法仍十分缺乏。
主流修復(fù)與風(fēng)險(xiǎn)管控技術(shù)分析
主流修復(fù)技術(shù)
土壤淋洗修復(fù)技術(shù)是指向污染土層區(qū)域施加能促進(jìn)污染物溶解或遷移的淋洗液，通過(guò)水力壓頭推進(jìn)淋洗液穿過(guò)污染土壤，利用多相分配原理將土壤中的污染物轉(zhuǎn)移或置換到淋洗液中，再對(duì)淋洗液中的污染物進(jìn)行回收處理[14]。采用淋洗技術(shù)需要選取恰當(dāng)?shù)牧芟磩，目前常用的淋洗劑有水、無(wú)機(jī)淋洗劑、螯合劑、表面活性劑等[15]。土壤淋洗修復(fù)技術(shù)具有修復(fù)效率高、周期短、工藝簡(jiǎn)單方便、可操作性強(qiáng)、能夠與其他修復(fù)技術(shù)聯(lián)用等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在一定的局限性。其局限性主要體現(xiàn)在，土壤淋洗技術(shù)對(duì)黏土等低滲透性的土壤修復(fù)效果不佳，應(yīng)用難度較大[16]；土壤中淋洗劑殘留可能造成土壤和地下水的次生環(huán)境污染；淋洗劑價(jià)格通常比較昂貴[17]。因此該技術(shù)主要適用于大粒徑污染土壤。
化學(xué)還原技術(shù)主要是通過(guò)向污染場(chǎng)地中加入還原性物質(zhì)，通過(guò)還原、吸附、沉淀等過(guò)程將毒性高的重金屬污染物轉(zhuǎn)化為低毒性的價(jià)態(tài)形式。該技術(shù)修復(fù)效果好，處理效率高，修復(fù)成本相對(duì)較低[18-19]，但實(shí)際場(chǎng)地污染狀況、水文地質(zhì)條件等因素可能會(huì)顯著影響該技術(shù)的修復(fù)效果。以六價(jià)鉻污染為例，化學(xué)還原修復(fù)技術(shù)將場(chǎng)地中毒性高、溶解性強(qiáng)的六價(jià)鉻還原成毒性低、溶解性小的三價(jià)鉻，進(jìn)而達(dá)到去除或降低場(chǎng)地中六價(jià)鉻毒害性的目的。由于六價(jià)鉻氧化還原體系電動(dòng)勢(shì)隨著pH升高而顯著降低，堿性環(huán)境下六價(jià)鉻難以被還原[20-21]。因此篩選還原劑和調(diào)查污染場(chǎng)地情況是化學(xué)還原修復(fù)技術(shù)應(yīng)用前的必要準(zhǔn)備。
水泥窯協(xié)同處置技術(shù)是指利用水泥燒成系統(tǒng)的熱工環(huán)境和廢氣處理設(shè)備，在生產(chǎn)水泥熟料的同時(shí)對(duì)污染土壤進(jìn)行焚燒固化[22]。水泥窯協(xié)同處置是修復(fù)污染土壤的重要技術(shù)之一，有助于實(shí)現(xiàn)廢棄資源的合理化利用。水泥窯協(xié)同處置具有技術(shù)成熟、適用范圍廣、處置量大、資源化利用程度高等優(yōu)點(diǎn)[23]。但值得注意的是，污染土壤摻量與污染物類(lèi)型應(yīng)受到嚴(yán)格控制，在水泥窯的焚燒過(guò)程中必須保證煙塵和水泥的質(zhì)量符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[24]。另外，考慮到水泥窯并不能真正降解重金屬污染物，使用水泥窯技術(shù)處置重金屬污染土壤實(shí)質(zhì)上是對(duì)高濃度的污染土壤進(jìn)行稀釋?zhuān)源嬖谖廴緮U(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)。
主流風(fēng)險(xiǎn)管控技術(shù)
固化/穩(wěn)定化（Solidification/Stabilization, S/S）技術(shù)是通過(guò)添加固化或穩(wěn)定化材料降低危險(xiǎn)廢物或土壤中有害物質(zhì)的釋放，進(jìn)而抑制有害物質(zhì)遷移，降低其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)管控技術(shù)。傳統(tǒng)的固化/穩(wěn)定化技術(shù)強(qiáng)調(diào)短時(shí)間內(nèi)的高修復(fù)效果和實(shí)用性（包括成本低、工藝簡(jiǎn)單、對(duì)各種污染物適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)），但忽略了土壤修復(fù)的長(zhǎng)期有效性和實(shí)用性。最常見(jiàn)的固化材料為硅酸鹽水泥（Portland Cement, PC），其固化作用主要是通過(guò)水泥水化反應(yīng)形成不溶凝膠固體來(lái)包裹重金屬[25]。與此同時(shí)，水泥能夠提高土壤pH，進(jìn)而通過(guò)形成沉淀來(lái)抑制重金屬的遷移。然而，固化后水泥在土壤干濕沉降、酸雨、凍融等作用下存在水化產(chǎn)物分解、產(chǎn)生毛細(xì)多孔結(jié)構(gòu)，造成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降等問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致固化后土壤重金屬離子的解吸和釋放，最終降低固化后土壤重金屬的長(zhǎng)效穩(wěn)定性[25-26]。此外，水泥的生產(chǎn)使用過(guò)程產(chǎn)生了大量的二氧化碳，加重了全球變暖趨勢(shì)。針對(duì)固化技術(shù)，亟需開(kāi)發(fā)兼具高效能與長(zhǎng)效性、低成本、可持續(xù)的綠色修復(fù)材料。除此之外，盡管固化技術(shù)存在操作簡(jiǎn)單、周期短、固化效率高等優(yōu)點(diǎn)，但固化后土壤難以用于農(nóng)林種植，且固化技術(shù)存在修復(fù)后土壤重金屬長(zhǎng)效穩(wěn)定性差、占用體積大、對(duì)含有機(jī)污染物的復(fù)雜重金屬污染工業(yè)場(chǎng)地修復(fù)效率差等缺點(diǎn)。這使得固化技術(shù)的應(yīng)用率逐年下降，取而代之，穩(wěn)定化逐漸衍生為近年來(lái)研究與應(yīng)用最為廣泛采用的風(fēng)險(xiǎn)管控技術(shù)。
穩(wěn)定化技術(shù)通過(guò)加入化學(xué)穩(wěn)定劑誘導(dǎo)重金屬的化學(xué)反應(yīng)（沉淀、表面沉淀、共沉淀、離子交換、表面吸附等），進(jìn)而抑制其遷移性。在穩(wěn)定化過(guò)程中，僅關(guān)注重金屬可遷移性的變化，而不考慮作用后土體的力學(xué)性能。常見(jiàn)穩(wěn)定化材料有石灰、磷酸鹽、黏土礦物、多孔炭等[27]。穩(wěn)定化材料的低劑量投加不會(huì)顯著影響土壤的物理結(jié)構(gòu)，因此穩(wěn)定化作用的土壤尤其適合回用作以綠化用地為主要目的的工業(yè)場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)管控。與固化作用相似的是，穩(wěn)定化技術(shù)并沒(méi)有將重金屬?gòu)耐寥乐幸瞥，因此?duì)穩(wěn)定化作用后的土壤開(kāi)展長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)、合理評(píng)判重金屬的長(zhǎng)期遷移淋溶風(fēng)險(xiǎn)是必要的。
除了化學(xué)穩(wěn)定化作用外，植物穩(wěn)定化（phytostabilization）在科學(xué)研究領(lǐng)域也逐漸受到了人們的關(guān)注。通過(guò)植物根系誘導(dǎo)的沉淀、絡(luò)合等作用，實(shí)現(xiàn)重金屬在根際圈的固定[28]。該技術(shù)目前尚停留在理論研究和小規(guī)模實(shí)驗(yàn)層面，未得到大規(guī)模工程應(yīng)用。
現(xiàn)有技術(shù)路線(xiàn)：?jiǎn)栴}與思考
水泥窯協(xié)同處置
水泥窯協(xié)同處置技術(shù)起源于20世紀(jì)70年代，相關(guān)技術(shù)工藝較為成熟，目前已在許多國(guó)家得到了推廣和應(yīng)用[29]。盡管我國(guó)水泥窯協(xié)同處置技術(shù)起步較晚，但從產(chǎn)能和規(guī)模來(lái)看，均呈現(xiàn)出高速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，尤其在重金屬土壤污染治理方面。由于重金屬污染的持久性和不可逆性，水泥窯協(xié)同處置技術(shù)已逐漸成為近幾年主流的修復(fù)技術(shù)之一[30]，這與我國(guó)行業(yè)缺口較大密切相關(guān)。許多地區(qū)處置容量不足，處理成本有限，而水泥窯協(xié)同處置技術(shù)依托現(xiàn)有水泥廠設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)無(wú)害化處置[31]，解決了很多地區(qū)環(huán)境管理部門(mén)的“燃眉之急”。此外，隨著近年來(lái)我國(guó)對(duì)于循環(huán)經(jīng)濟(jì)的倡導(dǎo)和發(fā)展，大力推動(dòng)城市廢棄物的協(xié)同處置，并陸續(xù)出臺(tái)了許多政策、標(biāo)準(zhǔn)來(lái)支持鼓勵(lì)水泥窯協(xié)同處置技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的水泥行業(yè)企業(yè)開(kāi)始從基礎(chǔ)原材料產(chǎn)業(yè)向環(huán)保多功能產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，直接導(dǎo)致了水泥窯協(xié)同處置產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能的增長(zhǎng)。這些市場(chǎng)需求的增加及利好政策的釋放，有效推動(dòng)了水泥窯行業(yè)的擴(kuò)張與發(fā)展。
誠(chéng)然，水泥窯協(xié)同處置技術(shù)可以解決很多我們目前所面臨的“短痛”，但其在土壤重金屬污染治理方面的長(zhǎng)期有效性仍值得我們進(jìn)一步思考和探究。不同于有機(jī)固廢的協(xié)同處置，污染土壤中的重金屬經(jīng)水泥窯協(xié)同處置后通常僅被固定，其濃度由于其他原料的投加而降低，但總量不變，并隨產(chǎn)品運(yùn)送至不同地區(qū)，其本質(zhì)為一個(gè)重金屬稀釋排放的過(guò)程。加之部分地區(qū)對(duì)于入窯重金屬缺乏有效監(jiān)管，多數(shù)企業(yè)的粗放式管理使得其難以有效監(jiān)控熟料中的重金屬濃度，容易造成污染擴(kuò)散。這樣的協(xié)同處置過(guò)程不僅僅造成了污染的轉(zhuǎn)移和延伸，更對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了更大的危害。此外，這些含有重金屬的水泥產(chǎn)品在較長(zhǎng)時(shí)間尺度內(nèi)的穩(wěn)定性仍待考量和驗(yàn)證。如何在確保當(dāng)代人居環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)可控的情況下保障代際公平，解決“短痛”的同時(shí)避免“長(zhǎng)痛”，可能是未來(lái)重金屬污染土壤治理過(guò)程中值得關(guān)注的問(wèn)題。
固化與穩(wěn)定化對(duì)比
如前文所述，盡管人們經(jīng)常將固化作用與穩(wěn)定化作用混為一談，但二者使用材料不同、作用機(jī)理存在差異，針對(duì)工業(yè)場(chǎng)地重金屬的風(fēng)險(xiǎn)管控也各有利弊。值得注意的一個(gè)現(xiàn)象是：國(guó)外修復(fù)市場(chǎng)更為常用的是以傳統(tǒng)水泥基材料為主的固化技術(shù)，而國(guó)內(nèi)修復(fù)市場(chǎng)正大力推動(dòng)穩(wěn)定化技術(shù)[32]。對(duì)于固化技術(shù)，其最大的優(yōu)勢(shì)在于水泥基材料亦或堿激發(fā)火山灰類(lèi)材料，通過(guò)物理包埋、化學(xué)沉淀等機(jī)理實(shí)現(xiàn)土壤污染物的長(zhǎng)期穩(wěn)定包封。國(guó)外長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的固化現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，傳統(tǒng)的水泥基材料盡管會(huì)發(fā)生一定程度的開(kāi)裂，導(dǎo)致水分、空氣進(jìn)入固化體內(nèi)部破壞無(wú)機(jī)高分子長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)，但仍能夠在較長(zhǎng)時(shí)間尺度內(nèi)實(shí)現(xiàn)多金屬的協(xié)同鈍化，保證重金屬浸出濃度維持在可接受范圍內(nèi)[33]。穩(wěn)定化技術(shù)一般情況下不會(huì)顯著改變土壤理化結(jié)構(gòu)，這使其特別適用于污染農(nóng)田土壤的風(fēng)險(xiǎn)管控。對(duì)于工業(yè)場(chǎng)地的風(fēng)險(xiǎn)管控，化學(xué)穩(wěn)定化材料往往通過(guò)沉淀、絡(luò)合、離子交換等作用實(shí)現(xiàn)污染物的鈍化，但這些穩(wěn)定化作用的長(zhǎng)效性仍值得商榷。相比于密實(shí)的固化體，松散的穩(wěn)定化結(jié)構(gòu)更容易暴露在環(huán)境中，受多種要素的作用。紫外光照、降雨淋溶、生物分解等老化過(guò)程會(huì)使穩(wěn)定化材料關(guān)鍵作用基團(tuán)溶出，導(dǎo)致重金屬重新活化[34]。一些現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，石灰類(lèi)、生物炭類(lèi)、磷灰石類(lèi)穩(wěn)定化材料的作用年限往往局限于幾年[35-36]，穩(wěn)定化作用是否能維持較長(zhǎng)時(shí)間尺度的可靠性仍待驗(yàn)證。除此之外，固化或穩(wěn)定化技術(shù)的選取需要綜合考量回用用途。固化土壤具有優(yōu)良的力學(xué)強(qiáng)度，穩(wěn)定化土壤具有良好的“土壤健康”（soil health）狀態(tài)。因此，固化技術(shù)更適用于路基、建筑用地回填等回用用途，而穩(wěn)定化技術(shù)更適用于回用作綠化用地等用途。
未來(lái)發(fā)展機(jī)遇
從土水協(xié)同的整體視角看待場(chǎng)地修復(fù)與風(fēng)險(xiǎn)管控
針對(duì)工業(yè)場(chǎng)地開(kāi)展修復(fù)與風(fēng)險(xiǎn)管控，需要認(rèn)識(shí)到土壤與地下水的連通性。最典型的情形就是在降雨浸瀝作用下，表層土壤中的重金屬?gòu)墓滔噙w移至土壤液相，隨即在包氣帶遷移，并最終進(jìn)入潛水[37-38]，F(xiàn)有的場(chǎng)地修復(fù)過(guò)程往往將土壤與地下水的修復(fù)割裂開(kāi)來(lái)，這種修復(fù)模式忽略了重金屬的跨界輸移過(guò)程，不利于較長(zhǎng)時(shí)間尺度內(nèi)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的降低。未來(lái)場(chǎng)地重金屬修復(fù)的一個(gè)新思路是：從“地下水系統(tǒng)”尺度出發(fā)，深入理解場(chǎng)地地層主控礦物作用下重金屬的固—液分配行為，明晰污染物在表層土—包氣帶—潛水之間的遷移過(guò)程，結(jié)合污染場(chǎng)地特異性條件、構(gòu)建有針對(duì)性的土壤—地下水污染風(fēng)險(xiǎn)協(xié)同管控與長(zhǎng)效修復(fù)方案。隨著儀器分析技術(shù)的進(jìn)步，借助穩(wěn)定同位素技術(shù)和同步輻射等先進(jìn)表征技術(shù)探究場(chǎng)地修復(fù)過(guò)程中污染物的平衡/非平衡分餾過(guò)程、污染物的絡(luò)合—解絡(luò)合反應(yīng)機(jī)理等系列生物地球化學(xué)過(guò)程，為重金屬污染物的土水協(xié)同防治提供全新思路。
針對(duì)性進(jìn)行復(fù)合污染及生物有效性的精準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估
風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是污染場(chǎng)地再利用的重要環(huán)節(jié)。實(shí)際的城市污染場(chǎng)地往往存在陰陽(yáng)離子復(fù)合、多陽(yáng)離子復(fù)合等復(fù)雜的多金屬污染特征，如電鍍與金屬加工制造場(chǎng)地存在的六價(jià)鉻-鉛鎘銅等陰陽(yáng)離子復(fù)合污染，鋼鐵冶煉場(chǎng)地存在的鉛鎳鋅鎘等多陽(yáng)離子復(fù)合污染，有色金屬采選冶煉場(chǎng)地存在的砷為主伴隨鎘汞鉛等多陽(yáng)離子復(fù)合污染等，F(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的重金屬生物有效性評(píng)價(jià)方法體系，如DTPA、CaCl2等化學(xué)提取法，梯度擴(kuò)散薄膜等原位擴(kuò)散法，生物檢驗(yàn)法等鑒定機(jī)理、適用對(duì)象與影響因素存在較大差異[39]。生物有效性的概念本身也存在模糊性，部分研究將人體有效性、植物有效性與重金屬浸出濃度混為一談。這些傳統(tǒng)方法針對(duì)特定場(chǎng)地土壤條件、不同多金屬污染類(lèi)型的適用性亟待驗(yàn)證。除此之外，需要結(jié)合特定場(chǎng)地中污染物的實(shí)際遷移過(guò)程與暴露途徑，充分認(rèn)識(shí)到風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的場(chǎng)地特異性，從而避免將現(xiàn)有風(fēng)險(xiǎn)分析工具生搬硬套。
研發(fā)新型多金屬穩(wěn)定化材料
近年來(lái)，針對(duì)新型重金屬穩(wěn)定化材料的研究快速增長(zhǎng)，但是大多數(shù)已有研究專(zhuān)注于單金屬或陽(yáng)離子型雙金屬。由于重金屬之間的離子半徑、水合能各不相同，部分重金屬離子往往優(yōu)先占據(jù)了穩(wěn)定化材料表面的有效固定點(diǎn)位，使得剩余重金屬離子的鈍化效率顯著降低。如何在新型材料的穩(wěn)定化過(guò)程中克服多金屬離子之間的交互作用，從而實(shí)現(xiàn)多金屬離子協(xié)同高效鈍化是一個(gè)重要技術(shù)難點(diǎn)。此外，金屬陰陽(yáng)離子的固定機(jī)理存在差異，鉻砷等陰離子通常需要通過(guò)氧化還原、表面絡(luò)合、晶格包裹實(shí)現(xiàn)鈍化[40]，而鉛鎘等陽(yáng)離子通常最有效的鈍化方式是沉淀作用[41]。因此，如何提高穩(wěn)定化材料同步鈍化金屬陰陽(yáng)離子的效率，是多金屬穩(wěn)定化材料研究的主要方向之一。在場(chǎng)地環(huán)境中，受到降雨沖刷、干濕循環(huán)、微生物作用、紫外光照射等自然因素的影響，穩(wěn)定化材料表面電荷、官能團(tuán)、孔隙發(fā)育、晶體結(jié)構(gòu)等理化性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化（老化）。多金屬元素由于沉淀溶解、氧化還原、解絡(luò)合、靜電排斥等作用，重新活化并造成潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。長(zhǎng)效穩(wěn)定化材料的研發(fā)可以從如下四個(gè)層面入手（圖1）。
晶格穩(wěn)定性。典型陰陽(yáng)離子復(fù)合污染土壤中，砷、鉻等含氧酸根陰離子由于與土壤膠體電性相同而產(chǎn)生靜電互斥，具有高遷移性。傳統(tǒng)修復(fù)材料往往通過(guò)提升土壤pH實(shí)現(xiàn)陽(yáng)離子鈍化，但卻增強(qiáng)了土壤與陰離子的靜電斥力，導(dǎo)致砷、鉻遷移性增加。因此，設(shè)計(jì)強(qiáng)化砷、鉻等陰離子固定、協(xié)同金屬陽(yáng)離子有效鈍化的新型材料，不能單純通過(guò)提升pH、促進(jìn)表面沉淀與靜電吸附等發(fā)生在材料表面的化學(xué)行為實(shí)現(xiàn)鈍化，而是需要針對(duì)不同重金屬離子靶向設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的活性作用基團(tuán)，將陰、陽(yáng)離子通過(guò)氧化還原、吸附沉淀等作用有效包封在材料內(nèi)部晶格中，從而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)效穩(wěn)定化。
抗侵蝕性能。在酸性侵蝕地區(qū)，酸性降水導(dǎo)致土壤陽(yáng)離子重金屬活化、穩(wěn)定化材料關(guān)鍵基團(tuán)溶解，從而導(dǎo)致穩(wěn)定化失效。在這種情形下，通過(guò)利用酸性條件穩(wěn)定的含鐵硫酸鹽礦物、具有高pH緩沖能力的2∶1黏土礦物等材料實(shí)現(xiàn)多金屬的協(xié)同穩(wěn)定化。
抗裂隙能力。土壤的干濕、凍融過(guò)程會(huì)造成土壤宏觀結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂，同時(shí)也不可避免地導(dǎo)致土壤團(tuán)聚體的破壞（微裂隙）。應(yīng)對(duì)這種情形造成的穩(wěn)定化失效，可以借鑒新型抗裂隙水泥的作用機(jī)理，以具有延展性能力的物質(zhì)（如高吸水樹(shù)脂等）作為基體合成功能化材料。
長(zhǎng)效緩釋性能。針對(duì)城市綠化用地自然長(zhǎng)期風(fēng)雨暴露、重金屬持續(xù)零散溶出、基質(zhì)匱乏、材料老化失效、及時(shí)治理難的問(wèn)題，需要研發(fā)能夠?qū)㈥P(guān)鍵作用基團(tuán)緩慢釋放的功能化材料，利用微生物的長(zhǎng)期作用實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)效修復(fù)。
進(jìn)行長(zhǎng)效穩(wěn)定性預(yù)測(cè)與評(píng)估技術(shù)開(kāi)發(fā)
目前，對(duì)于工業(yè)場(chǎng)地的重金屬污染土壤治理，往往只考慮短時(shí)間內(nèi)的污染修復(fù)或風(fēng)險(xiǎn)管控效果，而對(duì)長(zhǎng)效穩(wěn)定性缺乏精準(zhǔn)預(yù)測(cè)和系統(tǒng)評(píng)估，其最終表現(xiàn)為近年來(lái)頻發(fā)的修復(fù)場(chǎng)地后的次生環(huán)境污染事件。如何保障治理手段的長(zhǎng)期有效性，提升修復(fù)或風(fēng)險(xiǎn)管控過(guò)程的凈環(huán)境效益已成為國(guó)內(nèi)外污染場(chǎng)地治理關(guān)注的重點(diǎn)和研究趨勢(shì)。基于此，未來(lái)對(duì)于長(zhǎng)效穩(wěn)定性的預(yù)測(cè)和評(píng)估工作可以考慮從以下幾個(gè)角度入手。一是完善人工加速老化方法，開(kāi)展多要素耦合協(xié)同研究，研發(fā)基于物理—化學(xué)微氣候調(diào)節(jié)、亦或生物—化學(xué)微生態(tài)調(diào)控的定量加速老化方法（見(jiàn)圖2）。受場(chǎng)地回用等諸多客觀因素的限制，我國(guó)前期大量治理后尤其是修復(fù)后的工業(yè)場(chǎng)地未能開(kāi)展幾十年的長(zhǎng)期監(jiān)控，重金屬在場(chǎng)地條件下老化的原始數(shù)據(jù)缺失，因而利用人工加速老化方法來(lái)模擬評(píng)估場(chǎng)地的長(zhǎng)效穩(wěn)定性在目前研究中尤為普遍。而現(xiàn)有加速老化研究往往僅關(guān)注溫度變化、凍融循環(huán)、降雨干濕循環(huán)、化學(xué)氧化等單一過(guò)程的作用，忽視多因素協(xié)同老化作用。此外，模擬評(píng)估通常以定性老化方法為主，缺乏定量老化手段，對(duì)不同場(chǎng)地的指導(dǎo)意義相對(duì)有限。二是開(kāi)展長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，特別是針對(duì)修復(fù)或管控方案存在制度控制或工程控制的工業(yè)場(chǎng)地，應(yīng)對(duì)其土壤、地下水等定期取樣檢測(cè)；對(duì)于采取風(fēng)險(xiǎn)管控的地塊，應(yīng)定期對(duì)其工程措施的完整性進(jìn)行檢查；監(jiān)測(cè)周期的選擇應(yīng)與回用途徑密切相關(guān)，必要時(shí)可以延長(zhǎng)整個(gè)項(xiàng)目的壽命周期，杜絕“毒地開(kāi)發(fā)”等事件的發(fā)生。三是加速構(gòu)建長(zhǎng)效穩(wěn)定性評(píng)估指標(biāo)體系。對(duì)于實(shí)際的工業(yè)污染場(chǎng)地，其長(zhǎng)期穩(wěn)定性受到環(huán)境因素、場(chǎng)地特征等多方面因素的影響。鑒于此，應(yīng)充分挖掘耦合人工加速老化和實(shí)際長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)結(jié)果，篩選關(guān)鍵影響因子，探究不同因子間關(guān)聯(lián)效應(yīng)（見(jiàn)圖2），并選取典型重金屬污染場(chǎng)地（如電鍍、鋼鐵冶煉等），進(jìn)而構(gòu)建可復(fù)制推廣的長(zhǎng)效穩(wěn)定性評(píng)估體系。
構(gòu)建全流程管理體系
對(duì)于我國(guó)工業(yè)場(chǎng)地重金屬污染土壤的管理，應(yīng)強(qiáng)化“調(diào)查評(píng)估—修復(fù)/風(fēng)險(xiǎn)管控—安全回用后期監(jiān)管”的全流程管理體系，加快完善出臺(tái)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或指南。如對(duì)安全回用后場(chǎng)地的長(zhǎng)期監(jiān)管體系，我國(guó)尚無(wú)明確的指南標(biāo)準(zhǔn)，這使得部分監(jiān)管處在空白階段，難以對(duì)具體工作展開(kāi)指導(dǎo)。而對(duì)于已經(jīng)出臺(tái)的相關(guān)技術(shù)指南或標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)及時(shí)更新完善。針對(duì)不同污染類(lèi)型、不同治理技術(shù)的系列標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)增強(qiáng)具體內(nèi)容的針對(duì)性和精細(xì)化程度，提高相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或指南的有效性。對(duì)于全流程管理體系中的各個(gè)監(jiān)管部門(mén)，應(yīng)充分加強(qiáng)部門(mén)間的協(xié)調(diào)與合作，建立科學(xué)的管理審批和信息共享流程，提高監(jiān)管和工作效率。此外，當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境部門(mén)應(yīng)及時(shí)對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行公開(kāi)公示，適時(shí)開(kāi)展相關(guān)科普交流活動(dòng)，幫助普通民眾樹(shù)立正確認(rèn)知，降低周邊民眾的心理隔閡，減少或避免“鄰避效應(yīng)”的產(chǎn)生，保障生態(tài)環(huán)境與和諧社會(huì)建設(shè)的相輔相成。
*基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“汞砷鎘復(fù)合污染農(nóng)田土壤生物地球化學(xué)過(guò)程及風(fēng)險(xiǎn)阻抗機(jī)理研究(42077118)”；科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“場(chǎng)地土壤多金屬污染長(zhǎng)效穩(wěn)定修復(fù)功能材料制備(2020YFC1808000)”
【作者簡(jiǎn)介】
侯德義：清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院長(zhǎng)聘副教授，本文通訊作者；
張凱凱：清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院博士后；
胡 瑩：清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院博士后；
王劉瑋：清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院博士研究生；
宋易南：清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院博士研究生；
金遠(yuǎn)亮：清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院博士研究生；
宗汶靜：清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院碩士研究生
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