長江經濟帶工業區污染場地特征及修復技術選擇分析

蔣林惠，汪子陽，沈酊宇，潘 月，劉翠翠，靳 楠，蔡天明，臧常娟，王 水*

1. 江蘇省環境科學研究院，江蘇省環境工程重點實驗室，江蘇 南京 210036

2. 江蘇省土壤與地下水污染防控工程研究中心，江蘇 南京 210036

3. 南京農業大學資源與環境科學學院，江蘇 南京 210095

4. 江蘇大地益源環境修復有限公司，江蘇 南京 210012

隨著城市化進程加快，工業企業搬遷遺留下大批退役場地. 2014 年《全國土壤污染狀況調查公報》顯示，690 家高污染企業和146 個工業園區中，有1/3 的場地受到污染[1]，退役污染場地嚴重阻礙了城市建設和地方的經濟發展. 為切實加強土壤污染防治、逐步改善土壤環境質量，國務院于2016 年發布《土壤污染防治行動計劃》(簡稱“《土十條》”)，成為較長時期內我國土壤污染防治工作的行動綱領. 2019 年施行《中華人民共和國土壤污染防治法》(簡稱“《土壤法》”)，填補了我國土壤污染防治專項法律的空白. 隨后頒布的系列土壤污染風險管控和修復技術標準，形成了我國較為完善的土壤環境保護制度. 2022 年《中國生態環境狀況公報》顯示，全國土壤環境風險得到基本管控，土壤污染加重趨勢得到初步遏制，重點建設用地安全利用得到有效保障，但仍需扎實推進關閉搬遷企業地塊土壤污染管控，保障“住得安心”[2].

場地修復是工業場地土壤風險管控的重要環節，但是修復技術選擇的不確定性會影響污染場地土壤污染防治及再開發安全利用[3]. 研究[4-5]表明，修復技術篩選的影響因素包括場地條件、污染特征、技術指標、修復周期、經濟指標和環境指標等. 美國環境保護局數據顯示，美國污染場地修復技術在選擇過程中綜合考慮場地條件、污染特征、環境指標等多種要素，早在2014 年就實現了以原位修復技術為主(占54%)，包括氣相抽提、原位化學及生物修復等多種技術[6].而我國因城市建設中土地再開發周期緊迫，修復方式以周期較短的異位修復為主，選擇多樣性較低，多選擇阻隔/填埋、異位固化/穩定化、化學氧化等技術[7-9]，且這些技術在實施過程中極易引起二次污染[10-11]. 因此，識別工業場地污染特征及修復技術篩選主控因素，對于污染場地修復方案的比選制定、修復技術的產業化發展以及為政府提供科學有效的決策依據等具有重要意義.

長江經濟帶因其獨特的地理優勢，聚集了大量生產和運輸高度依賴水資源的工業企業，環境風險點眾多. “退二進三”“退城進園”及“沿江化工企業關改搬轉”等一系列相關政策的出臺，促使長江經濟帶各省市大量工業企業關停或搬離了城市區域，形成眾多退役場地. 由于生產年限較長，同時沿江地區地下水存在較強的水力交互作用，退役場地極有可能對周邊土壤和地下水造成嚴重污染[12-13]，對人體健康和生態安全構成嚴重威脅[14]. 隨著長江大保護戰略的實施，深入打好污染防治攻堅戰成為長江經濟帶發展的首要任務，遺留工業場地的修復治理及再開發安全利用迫在眉睫[15-16]. 工業污染場地具有污染多源、多介質、空間變異性大、修復難度高、場地環境風險水平高等特點[14,17-18]，掌握場地地質條件、污染特征、污染來源、污染物遷移性等特征是污染場地修復與風險管控的基礎，也是高效治理場地污染和保障再開發安全利用的重要前提.

因此，本文通過多源渠道收集到621 個長江經濟帶工業區污染場地修復案例，研究長江經濟帶工業區土壤污染空間分布特征，探討修復技術選取的主導因素，以期為長江經濟帶工業場地土壤污染防治和環境質量管理提供科學依據和數據支撐.

1 材料與方法

1.1 數據來源

本文以“長江經濟帶工業區場地的污染特征及修復技術的應用情況”為研究目標開展相關場地的信息收集工作. 通過公共網站檢索以及相關單位企業項目信息收集等途徑，匯總整理了長江經濟帶9 省2 市2010-2022 年招標進行污染修復的621 個工業地塊場地信息(見圖1). 其中公共網站獲取途徑包括中國招標投標公共服務平臺(https://bulletin.cebpubser vice.com)、全國公共資源交易平臺(http://deal.ggzy.gov.cn/ds/deal/dealList.jsp?HEADER_DEAL_TYPE=02)、各省市公共資源交易中心網站、劍魚標訊(公眾號)、CSER 土壤修復平臺(公眾號)和百度搜索等；相關單位企業項目信息獲取途徑包括江蘇大地益源環境修復有限公司、生態環境部南京環境科學研究所和重慶市生態環境科學研究院所涉及的相關項目. 場地信息包括各污染場地所在行政區域、行業類別、土壤污染因子及深度、水文地質條件、用地規劃、場地選用修復技術等.

圖1 長江經濟帶工業區污染場地修復案例空間分布Fig.1 Spatial distribution of remediation cases in the Yangtze River Economic Belt

1.2 數據分析方法

本文將長江經濟帶劃分為3 個區域，其中，上游包括貴州省、四川省、云南省和重慶市，中游包括湖南省、湖北省和江西省，下游包括安徽省、江蘇省、浙江省和上海市. 污染物類型和污染物種類由統計土壤污染狀況調查和風險評估確定的目標污染物得出；污染物類型按照2014 年《全國土壤污染狀況調查公報》分為無機型、有機型和復合型污染；行業類別根據場地工業生產活動中主要涉及的生產工藝及產品，參照中國《國民經濟行業分類》(GB/T 4754-2017)確定；場地再開發利用類型根據《土地利用現狀分類》(GB/T 21010-2017)、《城市用地分類與規劃建設用地標準》(GB 50137-2011)及《土壤環境質量 建設用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB 36600-2018)土地類型的劃分方法來確定一類用地或二類用地.

使用Microsoft Excel 2016 軟件對收集到的場地信息數據進行處理，對621 個案例從多維度(污染類型、污染因子種類、污染深度、行業類別、選用修復技術、用地規劃等) 進行統計分析. 利用Microsoft Excel 2016 軟件繪制柱狀圖，采用基于R 語言的Hiplot Pro 在線云工具(https://hiplot.com.cn/home/index.html)繪制熱圖、金字塔圖以及相關性分析圖，對長江經濟帶工業區區域性土壤污染特征、不同行業類別土壤污染特征、修復技術選擇情況等進行可視化分析.

2 結果與討論

2.1 長江經濟帶工業區場地土壤的污染特征

長江經濟帶工業區污染場地的土壤污染類型呈現一定的區域特性，由圖2(a)可知，中上游地區以無機型污染為主，下游地區以復合型污染為主. 以往研究表明，長江經濟帶中上游地區呈現類似的污染特征，而下游地區尤其是長三角區域因有較為發達的工業企業，污染程度較為嚴重[12-13]，這可能與各區域行業類型、水文地質、氣候條件等密切相關[19-21]. 利用聚類樹對土壤污染類型進一步分析，如圖2(b)所示，下游省市和上游的重慶市以復合型污染為主、中上游省市均以無機型污染為主，這可能與各省市行業類型有關. 重慶市作為中國六大老工業基地之一，市內高風險場地涉及的行業類型廣泛，有化工、冶煉、醫藥、鋼鐵、設備制造等多種典型行業企業. 研究結果顯示，與其他上游地區不同，重慶市復合型污染占比高達62.8%，考慮到多種行業類型涉及復雜的生產工藝和多樣化的產品，易導致多種污染物在場地土壤累積，可能是造成復合型污染的主要原因[18].

圖2 長江經濟帶各區域工業區土壤污染類型Fig.2 Types of soil contamination in industrial areas of the Yangtze River Economic Belt

分析顯示，長江經濟帶各省市場地目標污染物種類主要包括砷、鎳、汞、鉛、鉻、鋅、鎘、苯、1,2-二氯乙烷、氯仿、苯并[a]芘和石油烴，這與以往研究結果[22-23]類似. 由圖3(a)(b)可知，下游地區污染物種類多于中上游地區，污染物種類數量由低到高順序為上游地區(56 種)、中游地區(67 種)、下游地區(130 種).下游地區污染物以有機物為主(如多環芳烴、苯系物、氯代烴和農藥)，而中上游地區以重(類)金屬為主，這一差異與產業分布密切相關. 下游多有化工企業，中上游有色金屬礦采及冶煉企業較多，石化等企業主要分布在中下游[24-26]；中上游有色金屬礦采企業較多可能是該地區重(類)金屬污染為主的主要原因[13,27]；下游地區化工、石化企業長期生產需要使用大量有機原料，導致該地區以有機物污染為主. 同時化工企業生產過程中使用催化劑多為重(類)金屬，且排放煙塵沉降也會導致重(類)金屬積累[28-31]. 值得關注的是，盡管下游地區是農藥生產中心，但農藥產業正在逐漸向上游地區轉移，中上游地區也存在一定比例的農藥類污染物[32-33].

圖3 長江經濟帶各區域工業區土壤污染物種類、頻次占比、土層結構和土壤污染深度Fig.3 Soil pollutants types, frequency percentage, layer structure and pollution depth of in industrial areas of the Yangtze River Economic Belt

對收集到的長江經濟帶上游31 個、中游22 個、下游103 個案例的土層結構和最大污染深度信息進行分析〔見圖3(c)〕：從場地尺度上來看，長江上、中、下游不同省份的土層結構存在較大差異. 從區域尺度上來看，上、中游土層結構較為簡單，大多呈現“填土-粉質黏土/黏土-卵石/泥巖-基巖”的土層分布，含有粉土層的場地僅有3 處，占比為5.7%；下游土層結構中往往含有粉土層，呈現“填土-粉土/粉質黏土-黏土/卵石”的土層分布，出現粉土層的場地有18 處，占比為17.5%. 案例中土壤污染深度范圍為0.7～25 m，上、中、下游最大污染深度分別為11、13 和25 m，平均值分別為5.43、5.37 和6.16 m，下游污染深度較大. 考慮到下游土層結構中存在粉土層，通常粉土比粉質黏土或黏土的滲透系數大[34]，污染物容易垂直遷移. 除了土層結構以外，污染深度還與企業生產年限和污染物性質有關[23]. 長江經濟帶下游地區工業起步較早，企業長期生產運行增加污染垂向遷移的風險. 另外，下游地區污染場地中氯代烴和苯系物污染物較多，通常大多數氯代烴的辛醇-水分配系數較小[35]，在含水層中受吸附影響小，遷移速率快，同時密度通常比水大，在重力和淋洗作用下易向深層土壤遷移；而苯系物易揮發、易遷移，淋溶過程通常存在吸附-解吸的共同作用，進入土壤后苯系物會與土壤組分發生吸附結合，但是在水分淋溶作用下會被解吸下來，從而向下遷移至土壤深層，甚至進入地下水中[36-37].

2.2 主要行業的場地污染特征

從調研的621 個修復案例中選取污染場地數量排前13 位的行業進行分析，包括化學原料和化學制品制造業(化學工業)，有色金屬冶煉和壓延加工業(有色冶煉)，黑色金屬冶煉和壓延加工業(黑色冶煉)，金屬制品業(金屬制品)，石油、煤炭及其他燃料加工業(石油加工)，醫藥制造業(醫藥制造)，電氣機械和器材制造業(電器制造)，通用設備制造業(通用制造)，皮革、毛皮、羽毛及其制品和制鞋業(皮毛制造)，非金屬礦物制品業(非金屬制品)，紡織業(紡織)，橡膠和塑料制品業(橡膠塑料)，以及專用設備制造業(專用制造). 污染場地數量最多的行業是化學工業(共有233 個，占37.5%)，其次是有色冶煉、黑色冶煉、金屬制品和石油加工. 我國早期的產業結構主要以制造業和重工業為導向，重點發展化工制造、金屬冶煉、鋼鐵生產等行業[38-39]. 近年來，隨著我國城市化進程中“退二進三”和“產業轉移”政策落實步伐的加快，自2015 年長江經濟帶工業區產業結構由“二三一”向“三二一”轉變，并不斷鞏固、優化[40]. 同時，在“生態優先、綠色發展”指引下，大批高污染物排放量的化學工業、金屬冶煉、金屬制品等行業企業關閉或搬遷，導致城市遺留了大量的相關行業污染場地，對場地的土壤環境造成了較大的影響.

由圖4(a) 可知，各行業污染場地的土壤污染類型有較大差異，化學工業的三種污染類型占比較為平均，無機型污染、復合型污染和有機型污染占比分別為26.4%、37.3%和36.3%；有色冶煉、電器制造、金屬制品和皮毛制造行業主要表現為無機型污染，占比分別為90.8%、78.9%、58.8%和53.8%；黑色冶煉、專用制造、非金屬制品和通用制造行業主要表現為復合型污染，占比分別為85.0%、77.8%、63.6%和52.9%；石油加工和醫藥制造行業主要表現為有機型污染，占比分別為62.5%和44.4%.

圖4 長江經濟帶工業區主要行業土壤污染類型和污染種類Fig.4 Types of soil contamination and pollutants in main industries in industrial zone of Yangtze River Economic Belt

如圖4(b) 所示，調研的621 個污染場地共涉及136 種污染物，分布在13 個不同行業的企業中. 與已有研究結果[41-42]一致，化學工業污染場地的污染物種類最多，共有116 種. 這主要是因為化工行業涉及多種化學品制造，產品種類多、工藝復雜、污染物排放量高[43]，其中以苯系物和氯代烴為主要污染物，占比分別為25.0% 和28.4%. 由圖5 可知，有色冶煉和金屬制品行業污染物種類以重(類)金屬為主，其中有色冶煉主要涉及砷、鉛、鎘污染，而金屬制品污染物種類以鎳和鉻為主，這些行業存在涉重金屬原料使用量大、生產過程粗放和固廢處置過程不當[18,44]等問題. 由于黑色冶煉和石油加工行業在生產過程中使用到金屬礦物和焦炭等，導致重(類)金屬和多環芳烴類污染物產生. 醫藥制造行業中氯代烴污染物種類也占據了較大比例. 值得關注的是，重(類)金屬、多環芳烴和石油烴在各行業均存在較普遍污染，可能是由于生產過程中重(類)金屬催化劑和石油類產品的廣泛使用，同時重(類)金屬的存在可能導致沉積物對石油烴的吸附[45].

圖5 不同行業污染場地主要污染物統計分析Fig.5 Statistics of characteristic pollutants of contaminated sites in different industries

2.3 污染場地修復技術選擇情況

調研污染場地修復技術應用情況如圖6(a)所示，長江經濟帶工業區污染場地修復技術多選擇異位修復，該結論與相關研究結果[9]一致. 調研的621 個修復場地中，異位固化/穩定化(22.2%)、水泥窯協同處置(18.0%)、異位化學氧化(14.7%) 成為長江經濟帶工業區污染場地中應用最廣泛的修復技術，阻隔風險管控(8.0%)、異位熱脫附(7.9%)、原位化學氧化(4.6%)、原位固化/穩定化(3.8%)、異位化學淋洗(3.5%)也是主要應用的修復技術. 相比之下，原位熱脫附(1.5%)、微生物修復(0.6%)和植物修復技術(0.3%)在長江經濟帶工業區污染場地的應用占比較低.

圖6 長江經濟帶工業區主流修復技術應用占比及其在2018 年前后的占比變化Fig.6 The proportion of main remediation technology application of Yangtze River Economic Belt and their changes in proportion before and after 2018

如圖6(b) 所示，長江經濟帶工業區污染場地的主流修復技術選擇在2018 年后發生較大變化，原位化學氧化和固化/穩定化技術由于效果評估周期延長，2018 年之后其使用比例較2018 年之前分別下降了8.2%和9.4%；而水泥窯協同處置、阻隔風險管控、異位熱脫附、化學淋洗和生態恢復的使用比例分別增加了9.1%、1.2%、3.6%、2.0% 和1.6%. 近年來，《土十條》《土壤法》等一系列管理政策及技術導則的出臺，推動了污染場地修復治理過程. 同時，土壤污染防治相關環境問題逐漸步入公眾視野，促進污染場地治理方法和修復技術能力不斷創新，擴大了修復技術的可選范圍. 于靖靖等[42]發現，我國修復/管控的污染場地數量在2016 年增勢凸顯，在2018 年達到了頂峰，利好環境法規政策和技術標準在污染場地修復治理過程中發揮了極其重要的作用.

與原位修復技術相比，異位修復過程中通常會涉及污染土壤的清挖及運輸，除了成本相對較高以外，也會容易造成二次污染[46]. 借鑒歐美等發達國家的場地修復/管控技術發展經驗，原位修復技術或許會成為未來發展的趨勢[6,9,47]. 然而筆者調研發現，2018 年之后，長江經濟帶工業區污染場地主流修復技術中異位修復的選擇占比增加了4.5%、原位修復的選擇占比降低了5.5%，這可能與我國污染場地土地資源的需求與配置等密切相關[7-8].

2.4 修復技術選擇分析

不同污染類型及用地規劃的污染場地，其污染物的暴露途徑均有所不同，對人體健康及生態環境風險也有較大的差異[48]. 為明確長江經濟帶工業區污染場地修復技術選擇的主控因素，本文對各類型污染場地和各類用地規劃污染場地的修復技術選擇種類進行了分析，主要技術選用占比結果如表1 和表2 所示.根據表1，長江經濟帶上、中、下游無機型污染場地使用頻次最多的技術均為異位固化/穩定化技術(占比分別為30.77%、40.40%和37.84%)；有機型污染場地使用頻次最多的技術是化學氧化和水泥窯協同處置技術；復合型污染場地中，上游多選擇水泥窯協同處置技術(占比為34.27%)，中下游多選擇異位固化/穩定化和異位化學氧化技術. 與上游地區污染防治技術種類(14 種)相比，中下游地區所選擇的污染防治技術更加多元化(中下游均為20 種). 對各類型污染場地修復技術選擇結構進行相關性分析，如圖7 所示，相同污染類型的場地所選用技術結構類似，表明污染場地的污染類型對修復技術的選擇具有較大影響. 從不同區域來看，長江經濟帶中上游地區場地修復技術采用最多的是異位固化/穩定化技術，下游地區是異位化學氧化技術，這與中上游無機型污染突出、下游有機型污染突出的特征相匹配.

表1 各類型污染場地主流修復技術應用占比Table 1 The proportion of main remediation technology application in each type of soil contaminated site

表2 各類用地規劃主流修復技術應用占比Table 2 The proportion of main remediation technology application in each type of land use

圖7 各類型污染場地修復技術選擇結構相關性分析Fig.7 Correlation analysis of remediation technology application for various types of contaminated sites

考慮到人體健康風險大小在較大程度上取決于場地的再利用途徑，根據表2 所示結果，長江經濟帶尺度上用地規劃為一類的污染場地，上游多選擇水泥窯協同處置技術(占比為31.82%)，中游多選擇異位固化/穩定化技術(占比為31.73%)，下游多選擇異位化學氧化(占比為21.95%) 和水泥窯協同處置技術(占比為17.38%)，這可能與各地區場地主要的污染類型相關. 對各類用地規劃的污染場地修復技術選擇結構進行相關性分析，如圖8 所示，上、中、下游每個區域的一類和二類用地，其技術選擇結構均與該區域一類用地相似，可能受污染場地修復目標值、修復工期等多種因素影響. 由于一類用地和二類用地在風險評估計算過程中考慮的暴露途徑、暴露時間等參數存在差異，通常一類用地計算出的風險控制值更低，也意味著執行更嚴格的修復目標值. 對于一類和二類用地污染場地，施工單位往往基于保守原則，全部按照一類用地確定修復技術，因此技術選擇結構與一類用地相似. 此外，一類用地大多是居住用地、中小學用地等，這類涉及民生工程的修復項目通常對修復工期要求較高，往往選取周期較短能夠確保工期要求的異位修復技術.

圖8 各類用地規劃污染場地修復技術選擇結構相關性分析Fig.8 Correlation analysis of remediation technology application for various types of land use type

3 結論與展望

a) 長江經濟帶工業區污染場地的土壤污染類型呈現一定的區域特性，中、上游地區以無機型污染為主，最大污染深度平均值分別為5.43 和5.37 m；下游地區以復合型污染為主(占比為47.74%)，污染物種類較多(分別是上游和中游的1.94 倍和2.32 倍)，且最大污染深度平均值較深，為6.16 m.下游地區污染類型和污染物種類更加復雜、污染深度更大，該地區將是長江大保護中土壤污染防治工作的重點之一.

b) 長江經濟帶工業區污染場地中數量最多的行業是化學工業(占比為37.5%)，其次是有色冶煉、黑色冶煉、金屬制品和石油加工，這些行業多涉及重(類)金屬、多環芳烴、苯系物、氯代烴及總石油烴等污染物，主導了經濟帶尺度場地污染類型的空間分布特征. 在未來場地土壤污染防治工作中，應加強對化工、有色冶煉、黑色冶煉、金屬制品和石油加工行業生產的全過程監管，并對重(類)金屬和多環芳烴污類土壤染防治予以充分關注.

c) 長江經濟帶工業區污染場地修復技術中異位修復技術占比為76.15%，其中異位固化/穩定化、水泥窯協同處置和異位化學氧化應用最廣泛，但受新政策法規推出、污染防治技術創新、公眾關注度提高等因素影響. 結合協同減污降碳工作要求，未來應加強引導土壤污染風險管控和修復技術向綠色低碳發展.