地下污染物:污染源区评估与修复

本书共7章，重点介绍了氯化溶剂DNAPLs（重质非水相液体）和化学炸药污染源，系统描述了地下污染源的定义、各种水文地质环境条件下的污染迁移特征、污染源区调查与表征、在美国法律标准监管框架下的治理目标与指标的制定与衡量、修复技术的案例分析与选择、治理决策议定书要素与执行污染源治理的六步骤，强调了污染源区的动态反复调查表征与概念模型的不断完善、治理目标的细化描述、目标与技术方案的对应可行性以及确保实现治理目标。
本书专业性、参考性较强，可供从事地下水污染治理和土壤修复的工程技术人员、科研人员和管理人员参考，也可供高等学校环境科学与工程、生态工程及相关专业师生参阅。

李静，山东碧泉环境工程技术有限公司，工程师。从事污染土壤与地下水修复工作已经10年。除了在地下水修复技术研发与地下水污染模拟方面积累了丰富经验外，在污染地下水化学氧化、原位热处理技术、抽出-处理等方面也具有丰富的工程设计及实施经验。

1.专业性，本书对污染场地污染源区原位修复技术比选与案例研究进行了系统的总结，对污染源原位修复之前对水文地质环境的调查与分类、污染调查问题与调查技术、修复目标的确定与项目管理流程等进行了详细的论述。 2.丰富性，本书理论结合实践，重点章节设有若干“工具箱”，对重点内容进行拓展深入介绍，书后附有场地污染物列表、缩略语中英对照表等，便于读者参考查阅。 3.参考性，土壤和地下水污染是我国目前亟待解决的突出环境问题之一，本书所介绍的污染场地污染源区原位修复技术与案例对该领域的专业人士具有较强的参考价值。

译者的话
污染场地修复在我国如火如荼地开展了十几年的时间，行业经过前期在修复项目国家层面的管理、修复技术与设备研发、修复项目管理流程以及修复项目的资金来源等多方面的大量探索，今天的污染场地修复行业在上述多个方面都有了质的飞跃，进入了一个新的阶段。尤其是在修复模式与修复技术方面，在逐步由异位修复模式转变到以原位修复为主的模式：原位热脱附技术，例如GTR、ERH以及TCH技术，原位氧化技术，原位空气曝气与原位多相抽提技术等的组合技术都得到了大量的工程推广，行业发展由过去的粗放工程施工阶段发展到了技术细分领域的快速发展阶段。
根据《土壤污染防治行动计划》《地下水污染防治实施方案》等文件，土壤和地下水污染是目前亟待解决的突出环境问题之一，其修复未来市场潜力巨大。尤其是发展到今天，行业已经逐步由“重土轻水”的修复思路转移到“水土共治”的修复思路上。污染土壤与污染地下水的同步修复对污染场地污染源区域的原位修复技术提出了更多、更高的需求。而目前，国内严重缺乏污染源区域原位修复技术方面的相关参考资料，尤其是污染源区域的原位修复技术的设计需要有水文、地质、化学、生物、环境以及材料等诸多领域的交叉经验，由于污染场地修复行业在国内依然是环保领域的一个新兴分支，国内的污染场地修复行业依然需要在污染源区域原位修复的污染调查、修复目标确定、修复技术比选以及项目管理等方面向本行业发展经验较为丰富的欧美等国家借鉴经验。
在此背景下，译者翻译了本书，与行业同仁共享。本书对美国在污染场地污染源区原位修复技术比选与案例研究等方面做了系统的总结，并对污染源原位修复之前对水文地质的调查与分类、污染调查问题与调查技术、修复目标确定与项目管理流程等多个方面进行了详细论述。需要提醒的是，美国污染场地的治理目标是广义的目标，包括绝对目标与功能目标，目标之下还应选择制定适当的衡量指标，这与我国的情况是不太相同的，我国污染场地治理目标主要指污染修复的污染物去除浓度修复目标值或风险管控目标值。
本书中文版由李静完成了全书的翻译工作，谭勇壁在此基础上对照英文原文进行了翻译修订与校对工作，以保障本书的翻译质量。在此，对参与本书翻译与出版的同仁表示衷心的感谢!
如果本书对污染场地修复的业内同仁或有志于从事修复事业的读者有所帮助，译者将感到莫大的欣慰。由于英文版专业性表达强、美国技术政策背景性强、翻译难度较大，同时限于译者水平和翻译时间，文中难免存在不妥与疏漏之处，恳请读者批评指正。

译者
2022年6月



前言
在过去二十年中，污染场地地下水的修复一直是数以千计的实验研究（实验室实验）、中试以及全面的实地治理项目的主题，耗资数十亿美元。然而，上述工作的成效在很大程度上还是不确定的。1994年国家研究委员会（NRC）开展了一项具有里程碑意义的研究——“地下水污染清理的备选方案”，委员会回顾了到当时为止可以获得的修复工程的绩效数据，并表示“这些研究的结果表明，不同的利益群体均对地下水污染表示关注……而国家可能将大量资金浪费在无效的修复工作上”。
NRC和政府机构针对最近的研究得出结论：尽管在一定条件下不同技术已被证明可以有效消除污染物质，但是这些技术展现出的消除性能均是针对特殊的场地，因此难以得到有意义的一般性结论。对于复杂的污染场地的修复，特别是在一个污染源区（高度污染区域，在第1章中将对其进行定义）可以得到如下结论，即很难在一个合理的时间段内（例如100年）使其恢复到饮用水标准。因此，目前很难确定污染源区是否合适与何时该进行修复。
陆军部队和其他军事机构分支、许多私人企业一样，也拥有大量的复杂污染场地，并且有理由预计其中存在污染源区。鉴于修复这些污染场地需要极高的成本（仅陆军剩余需要负责的场地修复费用估算就近40亿美元），那么我们需要解决的关键问题是判定什么样的污染源区修复可行以及哪些修复技术适用。
本书是应陆军要求开展的一项研究的成果，它开发了针对特定场地的污染源区修复可行性的评估逻辑基础方法。它将技术选择与可能的修复效果性能等技术问题置于场地特征、修复目标和修复指标要求的背景下。这种框架方法反映了一个事实，即修复项目是否“可行、有效”取决于项目目标、所选技术和场地特征。
本书也讨论了如何将不同的利益相关方、监管关注点、场地水文地质情况、修复技术选择以及修复效果性能监测等各个方面纳入决策过程，从而可以指导陆军、其他军事机构、政府机构和私营企业的决策者们在面对重质非水相液体（DNAPLs）和化学炸药污染场地时有哪些潜在的治理技术选项。正如早期研究所强调的，使用正式的决策过程的必要性来自特定场地参数对修复效果性能的影响、公众对激进修复的渴望、修复的高成本以及在大多数情况下污染场地不太可能完全恢复的现实。
在编写本书期间，地下污染源清除委员会（作者）受惠于陆军联络员和修复项目管理者（RPM）的帮助，他们不但针对陆军场地修复工作提供了很有价值的信息，而且还协助委员会（作者）收集相关数据和信息。特别是，我们要感谢Laurie Haines（陆军环境中心），他为委员会做了两场报告、帮助分发和整理了陆军RPM调查报告，并于过去两年中为委员会收集了大量的信息。委员会幸运地收到了Susan Abston（来自美国陆军）， Joe Petrasek和Terry Delapaz，Corinne Shia【来自科学应用国际公司（SAIC）】，Greg Daloisio（来自Weston），Ken Goldstein（来自Malcolm Pirnie），Doug Rubingh 和 Tom Zondlo（来自Shaw E&I），John Blandamer【来自联合军（RSA）】，Wes Smith 和Kira Lynch（来自陆军工程兵），Ira May（来自陆军环境中心），Hans Stroo（来自Retec集团），Erica Becvar（来自空军卓越环保中心），Robert Siegrist（来自科罗拉多矿业大学），James Spain（来自美国空军）， Hans Meinardus（来自INTERA），Charles Newell（来自地下水服务公司），Suresh Rao（来自普渡大学），Lawrence Lemke（来自密歇根大学）和Tissa Illangasekare（来自科罗拉多矿业大学）的报告。在第二次委员会议期间，空军房地产局的Doug Karas组织委员赶往凯利空军基地进行实地考察。水科学和技术委员会的员工，包括研究董事劳拉·埃勒斯、斯蒂芬妮·约翰逊、项目助理Jon Sanders和Anita Hall，也为委员会提供了大量的服务。
依据NRC报告审查委员会的审核程序，具有不同观点和技术特长的学者都审查了本书。而这一独立审查的目的就是为了提出坦率公正的、批评性的意见，以帮助作者以及NRC使本书尽可能可靠，并确保本书符合委员会关于客观性、证据性和研究责任响应性的标准要求。为了维护审核过程的完整性，复审稿和原稿件均保持为秘密级别。我们感谢下列参与了本书审核的人员：科学国际公司的伊丽莎白·安德森，洛斯阿拉莫斯国家实验室的约翰·霍普金斯，Malcolm Pirnie公司的迈克尔·卡瓦纳夫，加州大学戴维斯分校的道格拉斯·麦凯，SERDP/ESTCP项目办公室的Jeffrey Marquesee，魁北克大学的理查德·马特尔，普渡大学的苏雷什·饶，汉密尔顿辣椒律师事务所的威廉沃·尔什和伊利诺伊大学的Charles Werth。尽管以上审阅者提供了许多建设性意见和建议，但是他们并没有被要求认可结论或建议，也没有看到发布前的终稿。本书的审查由Randall Charbeneau监督。他由NRC任命，负责确保按照规定程序对本书进行独立审查，并且仔细地考虑了所有的审查意见。本书的最终内容完全由编写委员会负责。

主席，John Fountain

0绪论1
0.1污染源2
0.2污染源区表征3
0.3污染源修复的目标5
0.4污染源修复技术的选择6
0.5污染源修复决策议定书要素9

1引言12
1.1美国地下污染治理状况13
1.2军方地下污染场地的治理挑战15
1.3DNAPLs和化学炸药的表征和分布18
1.4污染源区的定义19
1.5报告路线图21
参考文献24

2污染源区26
2.1水文地质环境26
2.1.1Ⅰ类——具有低异质性和中度到高度渗透性的颗粒介质29
2.1.2Ⅱ类——具有低异质性和低渗透性的颗粒介质30
2.1.3Ⅲ类——具有中度至高度异质性的颗粒介质30
2.1.4Ⅳ类——具有低岩石基质孔隙度的裂隙介质31
2.1.5Ⅴ类——具有高岩石基质孔隙度的裂隙介质32
2.1.6水文地质环境与特定场地的相关性34
2.2DNAPLs的迁移特征35
2.2.1污染物释放35
2.2.2污染物羽流47
2.3化学炸药的迁移特征49
2.3.1释放出的爆炸性物质50
2.3.2化学炸药在地下的转化54
2.3.3爆炸性物质在污染源区场地范围内的分布55
2.4本章总结55
参考文献56

3污染源区表征61
3.1污染源区调查表征的关键参数及用于评价参数的工具62
3.1.1污染源的存在形式与性质66
3.1.2水文地质表征69
3.1.3污染源区描述70
3.1.4污染场地的生物地球化学环境73
3.1.5水文地质复杂场地的污染源表征73
3.1.6表征工具总结74
3.2污染源区表征方法76
3.2.1污染源区表征应反映治理决策76
3.2.2污染源区与羽流间的尺度关系问题76
3.2.3认识和管理的不确定性77
3.3污染源区表征不足的影响84
3.4结论与建议87
参考文献88

4污染源治理的目标96
4.1治理目标的制订97
4.1.1治理目标的种类97
4.1.2治理目标的量化99
4.2常用目标99
4.2.1物理目标100
4.2.2与人类健康和环境风险相关的目标107
4.2.3经济目标109
4.2.4进度目标118
4.2.5其他目标119
4.2.6与利益相关者关于目标的沟通119
4.3现有管理框架、其目标以及相关指标120
4.3.1法律标准下的监管框架121
4.3.2人类健康和环境风险评估框架125
4.4结论和建议130
参考文献131

5污染源修复技术的选择136
5.1常规技术137
5.1.1挖掘137
5.1.2阻隔139
5.1.3水力控制阻隔技术141
5.2提取技术143
5.2.1多相抽提143
5.2.2表面活性剂/助溶剂冲洗系统147
5.3化学转化技术156
5.3.1原位化学氧化156
5.3.2化学还原164
5.4土壤加热技术168
5.4.1蒸汽驱169
5.4.2传导加热176
5.4.3电阻加热179
5.5生物技术184
5.5.1空气喷射184
5.5.2强化生物修复188
5.6组合技术197
5.7技术比较200
5.8炸药去除技术207
5.9技术成本考量209
5.10结论和建议210
参考文献213

6污染源治理决策议定书要素226
6.1审查现有的场地数据及初步的场地概念模型229
6.2确定绝对目标230
6.3确定功能目标和性能指标234
6.4确定潜在的技术235
6.5技术选择和筛选指标238
6.6设计和实施选择的技术241
6.7结论和建议242
参考文献244

附录A军队和其他场地污染物列表245

附录B缩略语254

附录C国家研究委员会成员和员工简介258