德國氯堿生產污染場地修復經驗及啟示

溫源遠　李宏濤　杜　譞

(環(huán)境保護部環(huán)境保護對外合作中心，北京　100035)

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德國氯堿生產污染場地修復經驗及啟示

溫源遠李宏濤杜譞

(環(huán)境保護部環(huán)境保護對外合作中心，北京100035)

【摘要】氯堿工業(yè)是最基本的化學工業(yè)之一，產品包括燒堿、聚氯乙烯(PVC)、氯氣、氫氣等，可用于制造有機化學品、造紙、肥皂、玻璃、化纖、塑料等領域。近年來，我國氯堿工業(yè)發(fā)展迅速，其對環(huán)境產生的影響值得關注。發(fā)達國家氯堿生產及污染治理經驗可為我國提供重要借鑒。本文特選取了德國萊茵費爾登鎮(zhèn)的氯堿污染場地修復管理案例進行信息收集和編譯整理，供研究及決策參考。

【關鍵詞】氯堿工業(yè)；污染場地修復；案例研究；德國

氯堿工業(yè)是最基本的化學工業(yè)之一，主要產品包括燒堿、聚氯乙烯(PVC)、氯氣、氫氣等，可用于制造有機化學品、造紙、肥皂、玻璃、化纖、塑料等領域。近年來，我國氯堿工業(yè)發(fā)展迅速，呈現出規(guī)?；?，高技術化發(fā)展態(tài)勢，其對環(huán)境產生的影響值得關注。為此本文整理德國萊茵費爾登鎮(zhèn)的污染場地修復管理案例，供研究及決策參考。

1德國萊茵費爾登鎮(zhèn)案例簡介

德國等國的生產經驗證明，氯堿的生產過程可以產生大量的多氯代二苯并呋喃(PCDFs)、多氯化萘(PCNs)和其他有機和無機有害污染物。萊茵費爾登(Rheinfelden)是德國南部的一個小鎮(zhèn)，人口3.2萬，自1898年以來生產氯堿長達87年，另外，五氯苯酚和五氯酚鈉的生產設備也從1970年運轉到1986年。1989年，該市開始了針對包括市中心區(qū)域在內的幾個污染場地表層和深層土壤中的多氯代二苯并二噁英/呋喃(PCDD/PCDF)污染情況的調查。接下來幾年中，在州政府支持下，該市市議會聯合生產企業(yè)、兩所大學、多位有經驗的工程師和專業(yè)的污染修復公司的共同研究和努力，令污染場地得到了保護和修復。該案例體現了氯堿生產過程的污染過程和污染造成的后果以及針對其污染場地修復的策略組合。

2歷史回顧和污染情況的發(fā)現

2.1歷史回顧

1985年，伴隨著歐洲第一個水電站的建設，萊茵費爾登也開始了工業(yè)化進程和定居點建設，十年時間里，這里很多工業(yè)行業(yè)得到了很大發(fā)展。其中，格里斯海姆電子化學工廠(GriesheimElektron)在1898年就開始運行了第一套氯堿設備。雖然在第一年就發(fā)現生產過程可能會危害健康，而且從操作人員患上較嚴重的氯過敏癥狀得知可能存在有害殘留物，但接下來的87年間，氯堿生產過程產生的有毒廢棄物和其他工業(yè)廢棄物、建筑垃圾混合在一起被堆積在工廠附近的坑洞里，未做任何安全防護措施。在這期間，公司的所有權幾經更改，直到今天的德固薩有限公司(DegussaAG)。

2.2發(fā)現PCDD/PCDF污染

1989年，在一次大范圍的由五氯苯酚(PCP)生產造成的大氣沉積PCDD(主要是八氯代二惡英[20～8000ng/kg]；<40ngTEQ/kg。TEQ為國際毒性當量的英文縮寫[ToxicEquivalentQuantity])污染水平普查中，在該生產場地附近發(fā)現了特定的PCDF污染。然而，某些地方PCDF污染水平大大高于大氣中PCDD大氣沉積總量，此時還不清楚PCDF源自哪個工業(yè)過程。在以PCDF為主的樣本量化中，表層土壤和深層入土壤的峰值可達26000ngTEQ/kg和3800000ngTEQ/kg。在以上地區(qū)出現的巨大的PCDF值表明，一些受PCDD/PCDF嚴重影響地區(qū)需要被歸類為受污染場地。首先最重要的措施應是立即封鎖以上地區(qū)并給周圍人群設置警示和提供指導。

3污染場地的評估

根據德國法律，人員密集區(qū)域土壤修復限值為1000ngTEQ/kg，因此，萊茵費爾登的污染場地需要采取修復措施。由于污染程度不同對挖掘操作工作者的健康、對該地區(qū)居民和地下水的危害會有所不同，在修復前，有必要掌握受污染場地更深土壤層的詳細情況。為厘清這些問題，有必要進行以下調查和評估：①污染物成分和起源；②對由此產生的實際或潛在的健康和污染風險；③關于修復的必要性和可能性。

然而在早期階段，無論是污染源情況，還是是否有其他更大范圍的污染地區(qū)等情況都無從得知，因此，必須形成一套有效的調查策略，包括對整個生產過程的歷史調查和評估，以及利用技術和科學的調查手段發(fā)現可能的污染場地。

3.1歷史調查

從有關人口概況，歷史地圖及土地登記簿的相關評估中的信息匯總中可以看出，在1920年以前，一些生產過程中產生的殘留物被堆積擱置。這限定了三家公司的污染來源。以上這些公司被要求出示他們與生產相關的各種信息文件。這次調查著重關注了氯堿電解(氯及其應用技術總稱)工藝的相關內容，包括氯代有機物生產歷史、生產數量的文件，以及它們存放地的相關信息。

3.2技術和科學性調查以及來源的發(fā)現

在第一階段(前三個月)針對局部沉積物的評估技術調查過程中，先是通過303個核心取樣器在100個采樣位置得到500個樣本，然后取40個代表樣本進行混合用來分析土壤中PCDD/PCDF、重金屬、有機污染物的相關參數以及一般污染場地的具體代表性參數。PCDD/PCDF的相同屬性就像一個“指紋”，可以作為一個重要工具，用于識別工藝過程和特定產品或產品殘留物中的PCDD/PCDF來源。萊茵費爾登的污染模式與瑞典的氯堿生產企業(yè)的污染情況相類似。因此，重PCDF污染可能歸因于氯堿的生產過程。

3.3氯堿生產產生PCDD/PCDF及其他污染物的過程

高水平的PCDF和其他含氯有機化合物污染物的產生與煤或石墨電極的使用密切相關(電解槽中的污泥主要來源于瀝青做粘合劑的石墨陽極和氯化物的反應產生)。雖然從1980年通過電解法生產氯堿以來，這些電極在70年代開始得到部分替換，但是仍有一些企業(yè)至今還在使用這類電極。需要強調的是，這些氯堿工藝產生殘余物中還有其他環(huán)境污染物，包括多環(huán)芳烴(含量高達4345mg/kg)、重金屬鉛(高達1425mg/kg)、鋇(高達60g/kg)和汞(極大值為24.4mg/kgHg)。

3.4繪制整個城市的污染圖

基于前一階段的調查，確定了評估污染物的類型。在接下來第二個階段的評估中，發(fā)現在20世紀的城市發(fā)展進程中，一些含有有害殘留物(源頭是氯堿生產過程的含高濃度PCDD/PCDF的污泥)的石頭從采石場開采出來后被用作了個人房產的填充材料。這導致了城市內廣泛的區(qū)域都有潛在的PCDD/PCDF、重金屬和其他污染物危害。因此，萊茵費爾登的整個市中心區(qū)域(大約290公頃)都必須進行評估：共有1878塊土地，形成了來自1615個地塊的土壤樣本(大約3566個獨立取樣)。最后，以重金屬指標作為控制參數并以PCDD/PCDF分析作為確認，市議會與豪恩海姆大學(UniversityHohenheim)合作繪制完成了整個城市的土壤狀況圖(詳見下圖)。研究證明，PCDD/PCDF土壤濃度超過100ngTEQ/kg可以根據其光學特性被篩選出來，土壤的重金屬水平也可以根據其指標值被測繪出來。在這次調查中，有36塊地產的PCDD/PCDF含量超過了修復極限值(1000ngTEQ/kg)。

圖1　萊茵費爾登土壤狀況圖(巴登-符騰堡州環(huán)境部公布)

4修復行動

因為涉及到住宅區(qū)域，這給調查和修復污染場地帶來了特殊挑戰(zhàn)。首先，對諸如種植食物的自家庭院和供孩子們玩樂的區(qū)域土壤的污染物水平評價與決策非常微妙。另外，與私人土地業(yè)主(雖然不是污染的制造者但現在卻是污染物的擁有者)的合作更需要智慧。尤其是根據法律規(guī)定，對污染的繼承不夠明晰，特別是因為公司改變了所有權和前公司破產，造成了房地產的實際擁有者而不是污染者來負責修復的結果。為了避免資金糾紛，建立了覆蓋75%修復成本的公共治理基金，土地所有者承擔最多25%的治理成本。因為最大成本固定且小于修復帶來的收益，所以所有的土地業(yè)主都同意了場地修復。此外，場地修復帶來的可能的財務風險由補救基金化解。因此，“自愿補救”的原則可以應用與所有私人業(yè)主財產。私人財產的所有者的成本最終由合理的成本最小化管理控制到修復成本全部的10%以下。

4.1依據污染水平進行修復

受到嚴重污染的土壤(超過 1000ngTEQ/kg)均被移除、替換，或去除頂層受污染土壤，墊上織物后，重新用未受污染土壤覆蓋。PCDD/PCDF污染(在1000ngTEQ/kg到10000ngTEQ/kg之間)的所有36個“熱點區(qū)域”已被修復。其中，最大比例的污染土壤在諾貝爾火炸藥公司(今天的德固賽公司)的垃圾填埋場A區(qū)域存放，因為該區(qū)域土壤已被氯堿電解和生產工藝過程中的有毒殘留物嚴重污染。而土壤污染水平超過10000ngTEQ/kg的土壤主要通過在荷蘭(處理污染水平小于30000ngTEQ/kg的土壤)和德國(處理污染水平小于100000ngTEQ/kg)的危險廢物焚化爐處理。而所凈化處理后的土壤都在德國處置。一些極高污染水平(1000000ngTEQ/kg左右)的沉積物儲存在礦區(qū)。盡管土壤污染水平低于1000ngTEQ/kg的區(qū)域沒有得到修復，但PCDD/PCDF污染水平超過40ngTEQ/kg已禁止用于農業(yè)用地。

4.2完全修復的局限性

由于成本高昂，對PCDD/PCDF污染物破壞的場地(垃圾填埋場，生產裝置所在區(qū)域和低影響房產區(qū)域)進行完全的修復被認為是不可行的，又因為PCDD/PCDF對地下水造成污染的環(huán)境風險被排除掉了，所以完全修復被認為沒有必要。

為防止氯化烴類污染物污染地下水，還需要源源不斷的從生產區(qū)內抽水。針對垃圾填埋場，必須及時往外排水以保證安全區(qū)域的水位低于周邊區(qū)域的水位，以保障污染場地的水流梯度，不會造成地下水污染。廢水必須經過活性炭過濾清潔。垃圾場水位有對應的監(jiān)控系統(tǒng)，周圍水流的水文情況也會進行定期監(jiān)測分析。

此外，無論現在還是將來，任何建筑行為都會被進行評估。在這樣一個整體框架下，包括對垃圾填埋場、生產裝置區(qū)域實施的相關政策，對私人房產區(qū)域進行環(huán)境修復可以將環(huán)境污染降低到最小化，保護了萊茵費爾登地區(qū)的居民權益。

5經驗及啟示

萊茵菲爾德有機氯化合物中氯堿的電解和生產造成污染場地的調查和修復是全球范圍內的典型案例之一，本案例的一個重要結論是：由于被污染的土壤體積巨大且填埋場對填埋物的限制等，可根據污染程度進行修復，但完全修復污染場地仍是很困難且成本高昂的，現實中并不可行。通過對本案例得出以下結論：

(1) 以往生產過程中的設備相關詳細信息和生產過程中產生的污染廢渣的數量、類型和存放位置等信息的透明度是很重要的；垃圾填埋場和污染區(qū)域(基于歷史檔案材料中的詳細數據)需要被嚴格定位。

(2) 對垃圾填埋場和受污染區(qū)域的評估是非常有必要的，尤其是以下幾方面：污染程度；場地地質條件和地質結構；地下水實際污染程度和可能存在的污染風險；污染物的遷移情況。

(3) 針對污染場地的調查方案的設計原則是基于此方案可以做出詳細的風險評估和有效跟蹤污染物來源。

(4) 農藥/化工企業(yè)和國家/當地政府的密切合作是必需的，受影響的公眾群體和NGO之間的公開透明的交流很重要。

(5) 針對污染區(qū)域的場地修復的過程中應該積極咨詢在類似領域經驗豐富的工程公司，修復規(guī)劃對創(chuàng)造力的要求很高，因為場地修復的解決方案通常不是標準化的工程技術而可能是要求有針對性、獨特性。

(6) 所有的區(qū)域是否都可能得到修復，是否有必要進行修復都是需要進行事先評估。

(7) 及時的環(huán)境影響評估、修復和保護措施可使傷害和成本降到最低。

(8) 應對怎樣使用“污染者付費”原則和到哪種程度進行評估。

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作者簡介：溫源遠，高級工程師，北京師范大學環(huán)境學院博士生，研究方向為全球環(huán)境政策研究

通訊作者：李宏濤，高級工程師，主要研究方向為全球環(huán)境政策研

中圖分類號：X21

文獻標識碼：A

文章編號：1673-288X(2016)04-0051-03

Experience and Implications of the Chlor-alkali Industry ContaminatedSiteRemediationatRheinfeldenTowninGermany

WEN YuanyuanLI HongtaoDU Xuan

(Foreign Economic Cooperation Office，Ministry of Environmental Protection，Beijing 10035，China)

Abstract：Chlor-alkali industry is one of the most basic chemical industries. The products include caustic soda，polyvinyl chloride (PVC)，chlorine，hydrogen and so on. It can be used for manufacturing organic chemicals，paper，soap，glass，chemical fiber，plastics and other fields. In recent years，chlor-alkali industry is developing rapidly in China，and its impact on the environment is receiving more and more concerns. Experience of developed countries in chlor-alkali production and pollution control can provide important reference for our country. This paper specially selected a case of chlor-alkali contaminated site remediation from Rheinfelden town in Germany，as a reference for the study and decision making.

Keywords：chlor-alkali industry；contaminated site remediation；case study；Germany

引用文獻格式：溫源遠等.德國氯堿生產污染場地修復經驗及啟示[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2016，41(4)：51-53.