1技術(shù)名稱

技術(shù)名稱：地下水監(jiān)控自然衰減，英文名稱：Groundwater Monitored Natural Attenuation(MNA)

2技術(shù)適用性

2.1適用的介質(zhì)：污染地下水

2.2可處理的污染物類型：碳?xì)浠衔?如BTEX(苯、甲苯、乙苯、二甲苯)、石油烴、多環(huán)芳烴、MTBE(甲基叔丁基醚))、氯代烴、硝基芳香烴、重金屬類、非金屬類(砷、砸)、含氧陰離子(如硝酸鹽、過(guò)氯酸)等。

2.3應(yīng)用限制條件：在證明具備適當(dāng)環(huán)境條件時(shí)才能使用，不適用于對(duì)場(chǎng)地修復(fù)時(shí)間要求較短的情況，對(duì)自然衰減過(guò)程中的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)、管理要求高。

3技術(shù)介紹

3.1原理：通過(guò)實(shí)施有計(jì)劃的監(jiān)控策略，依據(jù)場(chǎng)地自然發(fā)生的物理、化學(xué)及生物作用，包含生物降解、擴(kuò)散、吸附、稀釋、揮發(fā)、放射性衰減以及化學(xué)性或生物性穩(wěn)定等，使得地下水和土壤中污染物的數(shù)量、毒性、移動(dòng)性降低到風(fēng)險(xiǎn)可接受水平。

3.2系統(tǒng)構(gòu)成和主要設(shè)備：由監(jiān)測(cè)井網(wǎng)系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)計(jì)劃、自然衰減性能評(píng)估系統(tǒng)和緊急備用方案四部分組成。

1) 監(jiān)測(cè)井網(wǎng)系統(tǒng)：能夠確定地下水中污染物在縱向和垂向的分布范圍，確定污染羽是否呈現(xiàn)穩(wěn)定、縮小或擴(kuò)大狀態(tài)，確定自然衰減速率是否為常數(shù)，對(duì)于敏感的受體所造成的影響有預(yù)警作用。監(jiān)測(cè)井設(shè)置密度(位置與數(shù)量)需根據(jù)場(chǎng)地地質(zhì)條件、水文條件、污染羽范圍、污染羽在空間與時(shí)間上的分布而定，且能夠滿足統(tǒng)計(jì)分析上可信度要求所需要的數(shù)量。建立監(jiān)測(cè)井網(wǎng)系統(tǒng)所需設(shè)備包括建井鉆機(jī)、水井井管等。

2) 監(jiān)測(cè)計(jì)劃：主要監(jiān)測(cè)分析項(xiàng)目需集中在污染物及其降解產(chǎn)物上。在監(jiān)測(cè)初期，所有監(jiān)測(cè)區(qū)域均需要分析污染物、污染物的降解產(chǎn)物及完整的地球化學(xué)參數(shù)，以充分了解整個(gè)場(chǎng)地的水文地質(zhì)特性與污染分布。后續(xù)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，則可以依據(jù)不同的監(jiān)測(cè)區(qū)域與目的，做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。地下水監(jiān)測(cè)頻率在開(kāi)始的前兩年至少每季度監(jiān)測(cè)一次，以確認(rèn)污染物隨著季節(jié)性變化的情形，但有些場(chǎng)地可能監(jiān)測(cè)時(shí)間需要更長(zhǎng)(大于2年)以建立起長(zhǎng)期性的變化趨勢(shì);對(duì)于地下水文條件變化差異性大，或是易隨著季節(jié)有明顯變化的地區(qū)，則需要更密集的監(jiān)測(cè)頻率，以掌握長(zhǎng)期性變化趨勢(shì);而在監(jiān)測(cè)2年之后，監(jiān)測(cè)的頻率可以依據(jù)污染物移動(dòng)時(shí)間以及場(chǎng)地其它特性做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。主要包括取樣設(shè)備和監(jiān)測(cè)設(shè)備等。

3) 監(jiān)控自然衰減性能評(píng)估：評(píng)估監(jiān)測(cè)分析數(shù)據(jù)結(jié)果，判定MNA程序是否如預(yù)期方向進(jìn)行，并評(píng)估MNA對(duì)污染改善的成效。MNA性能評(píng)估依據(jù)主要來(lái)源于監(jiān)測(cè)過(guò)程中所得到的檢測(cè)分析結(jié)果，主要根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與前一次(或歷史資料)的分析結(jié)果做比對(duì)。主要包括：

a. 自然衰減是否如預(yù)期的正在發(fā)生;

b. 是否能監(jiān)測(cè)到任何降低自然衰減效果的環(huán)境狀況改變，包括水文地質(zhì)、地球化學(xué)、微生物族群或其它的改變;

c. 能判定潛在或具有毒性或移動(dòng)性的降解產(chǎn)物;

d. 能夠證實(shí)污染羽正持續(xù)衰減;

e. 能證實(shí)對(duì)于下游潛在受體不會(huì)有無(wú)法接受的影響;

f. 能夠監(jiān)測(cè)出新的污染物釋放到環(huán)境中，且可能會(huì)影響到MNA修復(fù)的效果;

g. 能夠證實(shí)可以達(dá)到修復(fù)目標(biāo)。

4) 緊急備用方案：緊急備用方案是在MNA修復(fù)法無(wú)法達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，或是當(dāng)場(chǎng)地內(nèi)污染有惡化情形，污染羽有持續(xù)擴(kuò)散的趨勢(shì)時(shí)，采用其它土壤或地下水污染修復(fù)工程，而不是僅以原有的自然衰減機(jī)制來(lái)進(jìn)行場(chǎng)地的修復(fù)工作。當(dāng)?shù)叵滤谐霈F(xiàn)下列情況時(shí)，需啟動(dòng)緊急備案。(1)地下水中污染物濃度大幅度增加或監(jiān)測(cè)井中出現(xiàn)新的污染物;(2)污染源附近采樣結(jié)果顯示污染物濃度有大幅增加情形，表示可能有新的污染源釋放出來(lái);(3)在原來(lái)污染羽邊界以外的監(jiān)測(cè)井發(fā)現(xiàn)污染物;(4)影響到下游地區(qū)潛在的受體;(5)污染物濃度下降速率不足以達(dá)到修復(fù)目標(biāo);(6)地球化學(xué)參數(shù)的濃度改變，導(dǎo)致生物降解能力下降;(7)因土地或地下水使用改變，造成污染暴露途徑。

4 關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)或指標(biāo)

場(chǎng)地特征污染物。自然衰減的機(jī)制有生物性和非生物性作用，需要根據(jù)污染物的特性評(píng)估自然衰減是否存在;不同污染物的自然衰減機(jī)制和評(píng)估所需參數(shù)，包括地質(zhì)與含水層特性、污染物化學(xué)性質(zhì)、原生污染物濃度、總有機(jī)碳、氧化還原反應(yīng)條件、pH值與有效性鐵氫氧化物濃度、場(chǎng)地特征參數(shù)(如微生物特征、緩沖容量等)

污染源及受體的暴露位置：開(kāi)展監(jiān)控自然衰減修復(fù)技術(shù)時(shí)，需確認(rèn)場(chǎng)地內(nèi)的污染源、高污染核心區(qū)域、污染羽范圍及鄰近可能的受體所在位置，包含平行及垂直地下水流向上任何可能的受體暴露點(diǎn)，并確認(rèn)這些潛在受體與污染羽之間的距離。

地下水水流及溶質(zhì)運(yùn)移參數(shù)：在確認(rèn)場(chǎng)地有足夠的條件發(fā)生自然衰減后，須利用水力坡度、滲透系數(shù)、土壤質(zhì)地和孔隙率等參數(shù)，模擬地下水的水流及溶質(zhì)運(yùn)移模型，估計(jì)污染羽的變化與移動(dòng)趨勢(shì)。

污染物衰減速率：多數(shù)常見(jiàn)的污染物的生物衰減是依據(jù)一階反應(yīng)進(jìn)行，在此條件下最佳的方式是沿著污染羽中心線(沿著平行地下水流方向)，在距離污染源不同的點(diǎn)位進(jìn)行采樣分析，以獲取不同時(shí)間及不同距離的污染物濃度來(lái)計(jì)算一階反應(yīng)常數(shù)。重金屬類污染物可以通過(guò)同位素分析方法獲取自然衰減速率，對(duì)同一點(diǎn)位的不同時(shí)間進(jìn)行多次采樣分析，并由此判斷自然衰減是否足以有效控制污染帶擴(kuò)散。通過(guò)重金屬的存在形態(tài)，判定自然衰減的發(fā)生和主要過(guò)程。若無(wú)法獲取當(dāng)前數(shù)據(jù)也可以參考文獻(xiàn)報(bào)告數(shù)據(jù)獲取污染物衰減速率。13.4技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)和前期準(zhǔn)備

在利用MNA進(jìn)行場(chǎng)地修復(fù)前，應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的場(chǎng)地特征詳細(xì)調(diào)查，以評(píng)估該技術(shù)是否適用，并為監(jiān)測(cè)井網(wǎng)設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)參數(shù)。場(chǎng)地特征詳細(xì)調(diào)查主要確認(rèn)信息包括污染物特性、水文地質(zhì)條件及暴露途徑和潛在受體。調(diào)查結(jié)果必須能夠提供完整的場(chǎng)地特征描述，包括污染物分布情況與場(chǎng)地的水文地質(zhì)條件，以及其它進(jìn)行MNA可行性評(píng)估所需要的信息。取得相關(guān)的地質(zhì)、生物、地球化學(xué)、水文學(xué)、氣候?qū)W與污染分析數(shù)據(jù)后，可以利用二維或三維可視化模型展示場(chǎng)地內(nèi)污染物分布情形、高污染源區(qū)附近地下環(huán)境、下游未受污染地區(qū)的狀態(tài)、地下水流場(chǎng)以及污染傳輸系統(tǒng)等，即建立場(chǎng)地特征概念模型。

取得場(chǎng)地?cái)?shù)據(jù)后，利用污染傳輸模式或是自然衰減模式進(jìn)行模擬，并與實(shí)際場(chǎng)地特征調(diào)查結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，修正先前所建立的場(chǎng)地概念模型;如果場(chǎng)地差異性較大時(shí)，可以適當(dāng)修正模型所有的相關(guān)參數(shù)，并重新進(jìn)行模擬。在后續(xù)執(zhí)行MNA過(guò)程中，如取得最新的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)資料，也應(yīng)隨時(shí)修正場(chǎng)地概念模型，以便精確評(píng)估及預(yù)測(cè)MNA修復(fù)效果。

在完成初步評(píng)估、污染遷移與歸趨模擬之后，需要進(jìn)行可能受體暴露途徑分析，界定出可能潛在的人體與生物受體或是其它自然資源，結(jié)合現(xiàn)有與未來(lái)的土地和地下水使用功能，分析其可能產(chǎn)生的危害風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)對(duì)場(chǎng)地的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，明確健康風(fēng)險(xiǎn)。如果暴露途徑的分析結(jié)果表明，對(duì)于人體健康及自然環(huán)境并不會(huì)有危害的風(fēng)險(xiǎn)，且能夠在合理的時(shí)間內(nèi)達(dá)到修復(fù)目的，則開(kāi)始設(shè)計(jì)長(zhǎng)期性的監(jiān)測(cè)方案，完成MNA可行性評(píng)估，開(kāi)展監(jiān)控自然衰減修復(fù)技術(shù)的具體實(shí)施。

5主要實(shí)施過(guò)程

(1)初步評(píng)價(jià)監(jiān)控自然衰減的可行性;(2)構(gòu)建地下水監(jiān)測(cè)系統(tǒng);(3)制定監(jiān)測(cè)計(jì)劃;

(4)詳細(xì)評(píng)價(jià)監(jiān)控自然衰減的效果;提供進(jìn)一步的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確認(rèn)是否監(jiān)控自然衰減可能是有效的。完成效果評(píng)估后，需要審查監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、污染物的化學(xué)和物理參數(shù)及現(xiàn)場(chǎng)條件，確定場(chǎng)地組成特征;

(5)制定應(yīng)急方案。在監(jiān)控過(guò)程中，在合理時(shí)間框架下，若發(fā)現(xiàn)MNA無(wú)效時(shí)，則需要執(zhí)行應(yīng)急方案。

6運(yùn)行維護(hù)和監(jiān)測(cè)

場(chǎng)地特征調(diào)查所需的時(shí)間較長(zhǎng)。由于存在經(jīng)自然衰減后產(chǎn)生毒性或移動(dòng)性更大的物質(zhì)的可能，需要對(duì)修復(fù)過(guò)程采取嚴(yán)密的監(jiān)測(cè)和管制措施;密切觀測(cè)污染物的遷移、轉(zhuǎn)化過(guò)程，適時(shí)評(píng)估動(dòng)態(tài)結(jié)果，及時(shí)調(diào)整監(jiān)測(cè)和管制策略。

7修復(fù)周期及參考成本

相較于其它修復(fù)技術(shù)，監(jiān)控自然衰減技術(shù)所需時(shí)間較長(zhǎng)，需要數(shù)年或更長(zhǎng)時(shí)間。

主要成本為場(chǎng)地監(jiān)測(cè)井群建立、環(huán)境監(jiān)測(cè)和場(chǎng)地管理費(fèi)用。根據(jù)國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，若場(chǎng)地預(yù)期監(jiān)測(cè)期程長(zhǎng)，監(jiān)測(cè)計(jì)劃規(guī)模大，過(guò)程中無(wú)法避免采取應(yīng)變措施，甚至因?yàn)楸O(jiān)控自然衰減法失敗，造成污染物擴(kuò)散，需重新采取積極性的修復(fù)措施等，種種因素均可能造成總整治經(jīng)費(fèi)變化很大。

根據(jù)美國(guó)實(shí)施的20個(gè)案例統(tǒng)計(jì)，單個(gè)項(xiàng)目費(fèi)用為14-44萬(wàn)美元。目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)工程應(yīng)用，沒(méi)有成本參考。

8國(guó)外應(yīng)用情況

美國(guó)超級(jí)基金場(chǎng)地地下水修復(fù)技術(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，從1986年，監(jiān)控自然衰減技術(shù)逐年增加。在2005-2008年實(shí)施修復(fù)的164個(gè)場(chǎng)地中，應(yīng)用監(jiān)控自然衰減技術(shù)的比例高達(dá)56%，其中單獨(dú)使用的場(chǎng)地有21%。主動(dòng)修復(fù)和被動(dòng)修復(fù)自然衰減技術(shù)配套使用已成為地下水污染修復(fù)的發(fā)展趨勢(shì)，配套監(jiān)控自然衰減的技術(shù)路線有抽出處理(場(chǎng)地占10%)原位處理(場(chǎng)地占17%)，原位處理、抽出處理(場(chǎng)地占8%)。

9國(guó)內(nèi)應(yīng)用分析

監(jiān)控自然衰減技術(shù)在我國(guó)地下水環(huán)境的治理中還處于萌芽階段，尚無(wú)工程應(yīng)用案例。