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环保新生力量——REC污染场地修复决策支持系统

已有 1901 次阅读 2017-11-3 10:27 |个人分类:科学书摘|系统分类:科研笔记| 科学出版社, 科学, 土壤, 毒性, 骆永明

自20 世纪80 年代以来,随着高强度的人类活动和经济社会的快速发展,大量人为排放的重金属和有机污染物以不同类型、方式、途径进入土壤,造成土壤污染,危及土壤质量安全与生态系统及人体健康。土壤环境质量与安全健康保障令人担忧。


农田重金属污染触目惊心(图片来源于网络)


土壤污染是一个全球性环境问题,可以发生在农用地,也可以出现在建设用地,还可以存在于矿区和油田。早在20 世纪70 年代,世界上工业先进、农业发达的国家就开始调查研究工业场地和农业土壤的污染问题,寻找其解决的技术途径。在同一时期,我国进行了污灌区农田土壤污染与防治研究,开启了土壤环境保护工作。进入20 世纪80年代,我国在土壤有机氯农药和砷、铬等重金属污染及其控制研究上取得了明显进展;90 年代初基于第二次全国土壤调查数据确定了土壤环境背景值,揭示了其区域分异性,并于1995 年首次颁布了土壤环境质量标准,为全国土壤污染防治与环境保护奠定了新基础。至90 年代末,土壤重金属、农药、石油污染的微观机制和物化控制、微生物转化技术研究取得了新进展,重金属污染土壤的植物修复研究在我国起步。2000 年10 月在杭州召开了第一届“International Conference of Soil Remediation”,标志着我国土壤修复科学、技术、工程和管理研究与发展序幕的全方位拉开。迈入新世纪后,我国土壤污染与修复工作得到进一步重视。科技部、国家自然科学基金委员会、中国科学院等相继部署了土壤污染与控制修复科技研究项目;2001年污染土壤修复技术与大气、水环境控制技术同步纳入国家“863”计划。2006 年环保部和国土资源部首次联合开展了全国土壤污染调查与防治专项工作,2014 年两部委联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》明确指出,全国土壤环境状况总体不容乐观,部分地区土壤污染较重,耕地土壤环境质量堪忧,工矿业废弃地土壤环境问题突出。土壤污染防治与修复成为国家环境治理和生态文明建设的重大现实需求。土壤修复的基础研究、技术研发、监管支撑和产业发展已是新时期我国土壤环境保护的重要任务。


土壤污染物的生物毒性


污染土壤生态毒理诊断包括高等植物毒性试验、蚯蚓毒性试验、陆生无脊椎动物试验、土壤原生动物毒性试验、土壤微生物试验等。当生物体暴露于各种逆境时,其体内组织、细胞以及分子结构会产生特定的生物信号,可用于土壤生态系统中土壤污染的生态毒理学诊断,并能够为土壤污染的预防和修复提供依据。


植物


当土壤中的重金属和有机污染物超过一定的限值,会引起植物的吸收和代谢失调。污染物在植物体内的吸收、富集和转化,会影响植物的生长发育、破坏植物根系的正常吸收和代谢功能,甚至导致遗传突变。


微生物


土壤微生物是表征土壤环境质量变化的最敏感、最有潜力的指标。土壤中的重金属和有机污染物可以影响土壤微生物的区系、改变微生物群落、降低微生物量、抑制微生物生物活性等。


动物


土壤动物是土壤环境质量和健康质量的重要指示生物,特别是无脊椎动物蚯蚓等能够敏感地反映土壤中有毒物质,是陆生生态毒理研究中最重要的物种,在土壤生态毒理学评价中应用最为广泛(左海根等,2004)。土壤弹尾目昆虫作为土壤中的优势物种之一,是土壤环境的重要指示生物,在对污染环境的生态评估研究中得到越来越多的重视。


污染场地修复决策支持系统——REC 模型解析


REC 模型是欧盟国家开发的一种较为成熟污染场地修复决策支持系统(Okx et al.,1998),包括三个子模块:风险削减(R)、技术的环境效益(E)和修复费用(C),综合比较后得出最适用于污染场地的修复技术(图1)。 REC 模型将污染场地修复过程分为三个阶段:①修复准备阶段;②修复进行阶段;③修复结束后,分时段计算每种备选修复方案的风险降低水平、环境效益和修复费用。




图1 REC模型决策支持流程图


(一)风险削减(R)


降低污染场地的潜在风险是任何修复行为的最主要驱动力。风险水平的高低决定于污染水平、暴露途径和风险受体,采用不同的修复技术必然会有风险降低水平的差异。REC 模型内嵌的风险计算模式包括人体健康风险、生态风险和其他受体的风险。在进行风险计算时设置一定的暴露时限,对每一种备选修复技术,随着修复工作的进行,风险水平逐渐降低,最后计算整个暴露期限内的风险总和(图2)。



图2 REC模型风险降低水平计算示意图


对备选修复技术Ai,其风险降低水平R 可用下式计算:



(二)环境效益(E)


REC 模型的环境效益子模块用于分析各备选修复技术的环境友好程度。任何修复技术在改善场地环境条件的同时,也会造成环境负面影响。如采取修复措施可以提高场地土壤和地下水质量,改善区域景观;但同时修复行为也会产生占用土地、消耗水资源和常规能源、排放废水、废气,使用稀缺资源和排放废渣等负面环境效应。环境效益分析模块将上述9 个层面赋予权值w,则某一备选修复技术的环境效益可用下式表示:



式中,Ai为备选方案i;xij为方案Ai在环境效益层面J 的评分;N(xij)为标准化以后的Ai


(三)修复费用分析(C)


REC 模型中修复费用分析即修复成本的计算过程将各类费用分为初始成本、流通/运营成本、重置成本、一般管理成本和其他成本,根据假定的贴现率反算出各种备选方案的总投资额。



图3 REC概念模型


REC 模型的整体概念模型可用上图表示(图3)。通过REC 模型的支持可以快捷的判别各修复方案的可行性。然而,在采用REC 模型进行决策分析之前,要首先调查场地污染现状,如污染物种类、污染物浓度、污染面积等;了解场地背景信息,如土地利用方式、土壤类型、地下水位、植被覆盖度、人口密度、敏感生态受体等。在实际进行决策时,REC 模型结果只能作为辅助参考,最终决策还要依靠决策人员。






《土壤污染毒性、基准与风险管理》

作者:骆永明 等

责编:周丹,梅靓雅

北京:科学出版社,2016.12

ISBN:978-7-03-052185-9


《土壤污染毒性、基准与风险管理》是作者近20年来开展土壤中重金属和有机污染物的生态毒性、环境基准和风险管理等研究工作的全面总结。系统介绍了土壤污染的生物毒性、风险评估和诊断指标等研究方法,阐明了土壤中重金属、有机污染物及重金属-有机复合污染物的生物毒性效应与机制。并以电子废旧产品拆解区、冶炼区、化工区等为典型案例,介绍了工业场地及周边土壤污染的生态风险、健康风险和环境迁移风险的评估与临界值制定方法,设计了土壤环境信息系统,建立了土壤环境安全预警方法与指标体系。在此基础上,构建了基于风险削减—环境改善—成本降低(REC)模型的污染土壤修复决策支持系统,提出了土壤污染防治和土壤环境管理对策建议。这些研究成果对认清土壤污染风险、制定土壤环境标准和监管土壤环境质量具有重要的学术价值和实践指导意义。


(本期责编:李文超)



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