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“地下的土壤对于人们来说就像是一个‘黑箱’,要想清除其中的污染物,就必须摸清黑箱中的情况。”中国科学院地理科学与资源研究所副研究员、北京市工业场地污染与修复重点实验室副主任廖晓勇告诉记者。
利用钻探机,可以取得地表以下不同深度的土壤,通过对这些土壤进行分析和化验,就能掌握地下土壤中污染物的组成和含量等信息。利用三维建模技术,可对这些信息进行分析和模拟,将这块被污染土地中污染物的空间分布信息立体地呈现出来,然后再结合场地的水文地质特征等因素来制定相应的修复方案。而且根据污染物种类、污染程度、污染面积的差异,修复时采用的方法也不尽相同。有化学修复法、微生物修复法、植物修复法、淋洗法等多种方式。
化学修复攻坚战
化学修复法也叫化学氧化修复法,能够有效地去除焦化工业污染土壤中的多环芳烃和苯系物等污染物。
廖晓勇说,由于它们都属于有机污染物,利用有机物可以被氧化的化学原理,用专用的强氧化剂,按照污染程度和成分进行配比后,强氧化剂将注入到地下十几米左右的位置,药剂扩散到污染区域后会和土壤中的污染物起化学反应。经过一段时间的相互反应,二者全都变成了水和二氧化碳。
对于土壤中那些以气体形式存在,易于挥发的污染物,如苯系物,强氧化剂的作用就不那么具有优势了。对付它们就需要一种叫做“土壤气相抽提”的技术了。廖晓勇告诉记者,它的原理和真空泵非常相似,将埋藏于地下的有毒气体抽出,使其进入到一个专门的密闭容器中。这些抽提出来的气态污染物,如果浓度不高,就利用活性炭进行吸附处理,而如果浓度很高,则需要用催化燃烧的方法进行焚烧处理,直到达到安全的排放标准。
“人海战术”微生物修复
在自然界中广泛存在的微生物,也能在修复土地中大展拳脚。在土壤中,生活着成千上万的微生物,它们能够分解各式各样的有机物作为食物来源,因此污染物作为有机物,自然也在它们的“食谱”之内。经过微生物的消化吸收,一些有毒的物质就能代谢为无毒的物质,比如水和二氧化碳等。
但是土壤中污染物的浓度极高,如果一下子就让微生物接触高浓度的污染物,微生物也会出现“不适”,失去活性。所以为了提高微生物的耐受性、对环境的适应能力及其修复能力,找到这些微生物后,还要对它们进行“强化训练”。
廖晓勇表示,为了使微生物分解污染物的能力增强,在“训练”它们的过程中,要逐步增加污染物的剂量,使微生物的耐受能力逐步增强。经过这样的过程,普通的微生物,就能被逐渐训练成为专门对付污染物的“能手”。
“植物”特种兵
而植物修复毒地的能力也不容小觑。一场暴雨,冲垮了广西壮族自治区环江县的30余家选矿企业的尾矿库,废矿渣随洪水淹没两岸,上万亩农田遭遇砷、镉等重金属的严重污染。为了清除这些污染,中科院地理资源所研究员陈同斌率团队,在当地建立以蜈蚣草为主的植物修复技术示范工程。
蜈蚣草吸收土壤中砷的能力超过普通植物20万倍,一次种植可多年收成,且每年可收割三次,在吸附了大量重金属后,就地焚烧,整个处理过程经过严格的工艺化控制,不但在蜈蚣草焚烧过程中使砷的挥发得到有效控制,且降低了污染土壤重金属的扩散,阻隔重金属进入食物链,以免带来二次污染。
截至目前,环江县已成功修复1280亩重金属污染农田。这些原来的“光板地”上已种植了甘蔗、玉米、桑树等经济作物,收成率达到非污染农田的90%,产品亦合格达标。
全面进攻“淋洗法”
淋洗法最著名的案例就是伦敦奥运污染场地的修复。这是一块具200多年“悠久”工业污染历史的典型的“毒地”,包括石油、汽油、焦油、氰化物、砷、铅、低含量放射性物质和有毒工业溶剂已经渗透至土壤深处,导致该地区几近寸草不生,连周围的空气都满含刺激性臭味。而修复这块场地主要应用的方法主要就是淋洗法。
所谓“淋洗法”,就是将被污染的有毒的土壤挖起,先分拣出沙子、碎石和玻璃、橡胶、报废设备等垃圾,然后将其放入洗涤塔中并加入一些特别的洗涤剂,经过一轮洗涤之后,有机污染物便与土壤分离了。这种方法使污染物迁移,以减少表土中污染物的浓度,或者将含污染物的水排出土地外。此次伦敦奥运会的土壤修复工程中,80%以上的污染土壤都是靠洗涤的方式。
饮鸩止渴,成本高昂
污染土地修复存在一些难题,国外虽然投入了大量人力物力,但污染地块还是未能彻底修复,仍有大批问题存留。比如日本科学家提出的“客土法”,即置换土壤,把污染土埋到作物根系无法触及的地下。但这项投资浩大的工程,并未能彻底修复污土,因为随着时间的推移,污土逐步下渗,最终影响地下水安全。
还有目前污染土地涉及的焚烧法等。焚烧法的工艺流程相对简单,即用污染土替代粉煤灰,烧制水泥。经过水泥窑处理的污染土壤,少量污染会以气体的方式释放到大气中,另外绝大部分会通过化学物理反应消失,并最终消解到水泥中。但焚烧法属于异位处理的方式,包括挖掘、运输、焚烧处理等多个环节,耗资巨大,中国环境科学研究院土壤污染与控制研究室主任李发生说。
而且由于焚烧法是将污染土按1%~2%比例掺进水泥,如掺入过多污染土会烧制出大量劣质水泥,从经济成本看并不划算。因为需要一定的配比,这种处理方式远不能满足污染土方量大的处理需求。
同时这种异位处理方式只是将污土换地添埋,一些业内人士认为 “土壤是挖走了,先不说污染转移,给其他地方带来污染,原来地方的地下水是挖不走的,还是污染水。这是一种饮鸩止渴的方式,相当于把定时炸弹转移到别处。”
虽然植物修复效果彻底、绿色环保,成本相对较小,在一些地区也取得了很好的效果,但是植物法也面临一些瓶颈。植物修复所需时间与土壤污染的重金属浓度直接相关,重金属超标不高的土壤,3到5年可见效。如果超标严重,修复的时间则会翻番。
而在伦敦奥运会上,一举成名的淋洗法也并不是全无缺点。廖晓勇说,淋洗的特点在于修复时间较快,但这种修复手段工程量十分庞大,经济成本高。而且使用淋洗法需要建设水网管道和废水处理工程,而这些工程仅为一次性使用。其次淋洗法还有一个绕不过去的坎,就是耗水量大,大量的水最终变成废水,而废水处理不好,有二次污染的风险。
毒地修复亟待政策发力
廖晓勇告诉记者,但是技术总归是可以突破的,土地修复最大的难点并不在于技术,而是在于干这件事的态度。
比如对于污染土地,常常需要因地制宜地针对每一块土地的情况进行治理。这些手段中可能有已经成熟的技术,也有还需完善的技术。所以这就需要花时间进行研究。修复土壤是个系统的工程,更是一个系统的研究。就像北京空气治理的研究,已经进行了好多年,但是目前看,成效依然不乐观。而城市的土地由于价值很大、升值快,所以一些机构往往用技术不足作为托辞,来规避修复。
而且在政策方面,廖晓勇也认为我国应在此方面进行加强。“可以说我国对土地修复一系列的相关政策,以及技术规范都不完善。”
与现行环境法律中体系性较好的大气、水、海洋污染防治法律相比,目前为止,还没有一部针对污染土地重建的专门性政策或法规,更谈不上形成有效的土壤污染综合防治体系了。许多城市在土地一级开发阶段甚至没有环评环节。
虽然这个月,中国首个土壤污染治理的国家方案出台,国务院办公厅发布了《近期土壤环境保护和综合治理工作安排》,提出“建立土壤环境质量定期调查和例行监测制度,基本建成土壤环境质量监测网,对全国60%的耕地和服务人口50万以上的集中式饮用水水源地土壤环境开展例行监测。”
但是与国外相比,我们的相关法规还是急需完善。比如,美国有50多万块污染土地,在美国联邦环保署的网站上,都有详细的图纸,普通民众能清楚地了解很多细节,但在中国,这些数据无从查起。
所以有些人认为,毒地的危险不在于有多少面积的毒地,而在于面对毒地,我们没有统一明确的规范去处理。
利用钻探机,可以取得地表以下不同深度的土壤,通过对这些土壤进行分析和化验,就能掌握地下土壤中污染物的组成和含量等信息。利用三维建模技术,可对这些信息进行分析和模拟,将这块被污染土地中污染物的空间分布信息立体地呈现出来,然后再结合场地的水文地质特征等因素来制定相应的修复方案。而且根据污染物种类、污染程度、污染面积的差异,修复时采用的方法也不尽相同。有化学修复法、微生物修复法、植物修复法、淋洗法等多种方式。
化学修复攻坚战
化学修复法也叫化学氧化修复法,能够有效地去除焦化工业污染土壤中的多环芳烃和苯系物等污染物。
廖晓勇说,由于它们都属于有机污染物,利用有机物可以被氧化的化学原理,用专用的强氧化剂,按照污染程度和成分进行配比后,强氧化剂将注入到地下十几米左右的位置,药剂扩散到污染区域后会和土壤中的污染物起化学反应。经过一段时间的相互反应,二者全都变成了水和二氧化碳。
对于土壤中那些以气体形式存在,易于挥发的污染物,如苯系物,强氧化剂的作用就不那么具有优势了。对付它们就需要一种叫做“土壤气相抽提”的技术了。廖晓勇告诉记者,它的原理和真空泵非常相似,将埋藏于地下的有毒气体抽出,使其进入到一个专门的密闭容器中。这些抽提出来的气态污染物,如果浓度不高,就利用活性炭进行吸附处理,而如果浓度很高,则需要用催化燃烧的方法进行焚烧处理,直到达到安全的排放标准。
“人海战术”微生物修复
在自然界中广泛存在的微生物,也能在修复土地中大展拳脚。在土壤中,生活着成千上万的微生物,它们能够分解各式各样的有机物作为食物来源,因此污染物作为有机物,自然也在它们的“食谱”之内。经过微生物的消化吸收,一些有毒的物质就能代谢为无毒的物质,比如水和二氧化碳等。
但是土壤中污染物的浓度极高,如果一下子就让微生物接触高浓度的污染物,微生物也会出现“不适”,失去活性。所以为了提高微生物的耐受性、对环境的适应能力及其修复能力,找到这些微生物后,还要对它们进行“强化训练”。
廖晓勇表示,为了使微生物分解污染物的能力增强,在“训练”它们的过程中,要逐步增加污染物的剂量,使微生物的耐受能力逐步增强。经过这样的过程,普通的微生物,就能被逐渐训练成为专门对付污染物的“能手”。
“植物”特种兵
而植物修复毒地的能力也不容小觑。一场暴雨,冲垮了广西壮族自治区环江县的30余家选矿企业的尾矿库,废矿渣随洪水淹没两岸,上万亩农田遭遇砷、镉等重金属的严重污染。为了清除这些污染,中科院地理资源所研究员陈同斌率团队,在当地建立以蜈蚣草为主的植物修复技术示范工程。
蜈蚣草吸收土壤中砷的能力超过普通植物20万倍,一次种植可多年收成,且每年可收割三次,在吸附了大量重金属后,就地焚烧,整个处理过程经过严格的工艺化控制,不但在蜈蚣草焚烧过程中使砷的挥发得到有效控制,且降低了污染土壤重金属的扩散,阻隔重金属进入食物链,以免带来二次污染。
截至目前,环江县已成功修复1280亩重金属污染农田。这些原来的“光板地”上已种植了甘蔗、玉米、桑树等经济作物,收成率达到非污染农田的90%,产品亦合格达标。
全面进攻“淋洗法”
淋洗法最著名的案例就是伦敦奥运污染场地的修复。这是一块具200多年“悠久”工业污染历史的典型的“毒地”,包括石油、汽油、焦油、氰化物、砷、铅、低含量放射性物质和有毒工业溶剂已经渗透至土壤深处,导致该地区几近寸草不生,连周围的空气都满含刺激性臭味。而修复这块场地主要应用的方法主要就是淋洗法。
所谓“淋洗法”,就是将被污染的有毒的土壤挖起,先分拣出沙子、碎石和玻璃、橡胶、报废设备等垃圾,然后将其放入洗涤塔中并加入一些特别的洗涤剂,经过一轮洗涤之后,有机污染物便与土壤分离了。这种方法使污染物迁移,以减少表土中污染物的浓度,或者将含污染物的水排出土地外。此次伦敦奥运会的土壤修复工程中,80%以上的污染土壤都是靠洗涤的方式。
饮鸩止渴,成本高昂
污染土地修复存在一些难题,国外虽然投入了大量人力物力,但污染地块还是未能彻底修复,仍有大批问题存留。比如日本科学家提出的“客土法”,即置换土壤,把污染土埋到作物根系无法触及的地下。但这项投资浩大的工程,并未能彻底修复污土,因为随着时间的推移,污土逐步下渗,最终影响地下水安全。
还有目前污染土地涉及的焚烧法等。焚烧法的工艺流程相对简单,即用污染土替代粉煤灰,烧制水泥。经过水泥窑处理的污染土壤,少量污染会以气体的方式释放到大气中,另外绝大部分会通过化学物理反应消失,并最终消解到水泥中。但焚烧法属于异位处理的方式,包括挖掘、运输、焚烧处理等多个环节,耗资巨大,中国环境科学研究院土壤污染与控制研究室主任李发生说。
而且由于焚烧法是将污染土按1%~2%比例掺进水泥,如掺入过多污染土会烧制出大量劣质水泥,从经济成本看并不划算。因为需要一定的配比,这种处理方式远不能满足污染土方量大的处理需求。
同时这种异位处理方式只是将污土换地添埋,一些业内人士认为 “土壤是挖走了,先不说污染转移,给其他地方带来污染,原来地方的地下水是挖不走的,还是污染水。这是一种饮鸩止渴的方式,相当于把定时炸弹转移到别处。”
虽然植物修复效果彻底、绿色环保,成本相对较小,在一些地区也取得了很好的效果,但是植物法也面临一些瓶颈。植物修复所需时间与土壤污染的重金属浓度直接相关,重金属超标不高的土壤,3到5年可见效。如果超标严重,修复的时间则会翻番。
而在伦敦奥运会上,一举成名的淋洗法也并不是全无缺点。廖晓勇说,淋洗的特点在于修复时间较快,但这种修复手段工程量十分庞大,经济成本高。而且使用淋洗法需要建设水网管道和废水处理工程,而这些工程仅为一次性使用。其次淋洗法还有一个绕不过去的坎,就是耗水量大,大量的水最终变成废水,而废水处理不好,有二次污染的风险。
毒地修复亟待政策发力
廖晓勇告诉记者,但是技术总归是可以突破的,土地修复最大的难点并不在于技术,而是在于干这件事的态度。
比如对于污染土地,常常需要因地制宜地针对每一块土地的情况进行治理。这些手段中可能有已经成熟的技术,也有还需完善的技术。所以这就需要花时间进行研究。修复土壤是个系统的工程,更是一个系统的研究。就像北京空气治理的研究,已经进行了好多年,但是目前看,成效依然不乐观。而城市的土地由于价值很大、升值快,所以一些机构往往用技术不足作为托辞,来规避修复。
而且在政策方面,廖晓勇也认为我国应在此方面进行加强。“可以说我国对土地修复一系列的相关政策,以及技术规范都不完善。”
与现行环境法律中体系性较好的大气、水、海洋污染防治法律相比,目前为止,还没有一部针对污染土地重建的专门性政策或法规,更谈不上形成有效的土壤污染综合防治体系了。许多城市在土地一级开发阶段甚至没有环评环节。
虽然这个月,中国首个土壤污染治理的国家方案出台,国务院办公厅发布了《近期土壤环境保护和综合治理工作安排》,提出“建立土壤环境质量定期调查和例行监测制度,基本建成土壤环境质量监测网,对全国60%的耕地和服务人口50万以上的集中式饮用水水源地土壤环境开展例行监测。”
但是与国外相比,我们的相关法规还是急需完善。比如,美国有50多万块污染土地,在美国联邦环保署的网站上,都有详细的图纸,普通民众能清楚地了解很多细节,但在中国,这些数据无从查起。
所以有些人认为,毒地的危险不在于有多少面积的毒地,而在于面对毒地,我们没有统一明确的规范去处理。