基于綠色可持續(xù)理念的污染場地修復(fù)碳足跡研究進(jìn)展①

肖 萌，劉 鵬,2，孟 豪,，張紅振，董璟琦，李香蘭*

基于綠色可持續(xù)理念的污染場地修復(fù)碳足跡研究進(jìn)展①

肖 萌1，劉 鵬1,2，孟 豪1,3，張紅振3，董璟琦3，李香蘭1*

(1 北京師范大學(xué)全球變化與地球系統(tǒng)科學(xué)研究院，北京 100875；2 北京建工環(huán)境修復(fù)股份有限公司，北京 100015；3 生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院，北京 100012)

污染場地修復(fù)工程，以其短期、在較小空間尺度內(nèi)產(chǎn)生高強(qiáng)度的能源消耗和碳排放而受到廣泛關(guān)注。在全球環(huán)境變化及“雙碳”政策背景下，污染場地的綠色可持續(xù)修復(fù)成為必然趨勢(shì)。降低污染場地修復(fù)工程的碳排放水平，可以為減緩氣候變化、實(shí)現(xiàn)修復(fù)行業(yè)的綠色發(fā)展提供重要支撐。然而，目前我國污染場地修復(fù)行業(yè)仍存在碳足跡評(píng)估技術(shù)研究不充分、綠色可持續(xù)修復(fù)理念貫徹不深入等問題。本文梳理了污染場地綠色可持續(xù)修復(fù)的發(fā)展歷程和存在問題，以修復(fù)行為的碳足跡核算為著力點(diǎn)，綜述了基于綠色可持續(xù)修復(fù)理念的碳足跡核算研究進(jìn)展與案例分析，從場地、區(qū)域和宏觀的不同尺度層面探究了污染場地修復(fù)評(píng)估方法體系中碳核算相關(guān)工作。在氣候變化的全球背景下和“雙碳”政策的國家背景下，污染場地碳足跡核算將為我國修復(fù)行業(yè)實(shí)現(xiàn)減污降碳、推進(jìn)綠色低碳管理提供參考。

碳中和；生命周期評(píng)價(jià)；綠色修復(fù)技術(shù)；環(huán)境足跡

污染場地在世界范圍內(nèi)普遍存在，對(duì)全球生態(tài)環(huán)境和人類健康產(chǎn)生嚴(yán)重影響。據(jù)歐洲環(huán)保署估測(cè)，歐洲經(jīng)濟(jì)區(qū)成員國存在潛在污染場地約250萬個(gè)[1]；美國則大約有294 000個(gè)污染場地亟待清理和修復(fù)[2]?！度珖寥牢廴緺顩r調(diào)查公報(bào)》顯示，我國約有16% 的土地采樣點(diǎn)位受到不同程度的污染[3]。加強(qiáng)我國污染場地的修復(fù)手段與治理技術(shù)研究，是踐行“美麗中國”和“綠水青山就是金山銀山”的重要保障。隨著污染場地修復(fù)行業(yè)的不斷發(fā)展，各類修復(fù)技術(shù)在不斷進(jìn)步。我國污染場地修復(fù)技術(shù)以化學(xué)氧化/還原、熱脫附、固化/穩(wěn)定化、抽出處理等技術(shù)為主，并向原位修復(fù)和異位修復(fù)相結(jié)合的方向轉(zhuǎn)變[4]。無論采取何種修復(fù)技術(shù)，污染場地修復(fù)必然會(huì)帶來一定的二次環(huán)境影響以及資源、能源消耗。為解決這一問題，同時(shí)避免過度修復(fù)的情況發(fā)生，綠色可持續(xù)修復(fù)成為修復(fù)行業(yè)未來發(fā)展的重點(diǎn)和必然趨勢(shì)。綠色可持續(xù)修復(fù)強(qiáng)調(diào)綜合考慮全生命周期的環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的凈影響，著力于減少修復(fù)過程中的二次環(huán)境污染以及能源、材料的消耗。近20年，綠色可持續(xù)修復(fù)理念在專業(yè)修復(fù)技術(shù)規(guī)范、政府指導(dǎo)性政策制定以及學(xué)術(shù)研究等方面不斷滲透[5]。綠色可持續(xù)修復(fù)的興起是一個(gè)重要里程碑，修復(fù)行業(yè)將會(huì)重塑，建立新的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范供從業(yè)者遵循[6]。相較于歐美國家，我國綠色可持續(xù)修復(fù)發(fā)展起步晚，缺乏有效評(píng)估和監(jiān)管，亟待充分借鑒國際經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合自身特色進(jìn)行因地制宜地完善和發(fā)展。

結(jié)合氣候變化的全球背景以及“雙碳”政策的國家背景，切實(shí)將綠色可持續(xù)理念貫穿于場地修復(fù)中具有重要意義。場地修復(fù)碳足跡核算是科學(xué)評(píng)價(jià)污染場地修復(fù)環(huán)境影響和可持續(xù)程度的重要手段之一，也是實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)修復(fù)的核心著力點(diǎn)之一。在我國現(xiàn)有實(shí)踐和政策基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)修復(fù)有必要加快從場地、區(qū)域和宏觀3個(gè)尺度完善修復(fù)行業(yè)碳足跡評(píng)估體系，全面實(shí)現(xiàn)污染場地修復(fù)減污降碳和綠色可持續(xù)發(fā)展。本文通過對(duì)污染場地綠色可持續(xù)修復(fù)發(fā)展、存在問題和污染場地修復(fù)碳足跡計(jì)算方法及案例的梳理，為推動(dòng)我國修復(fù)行業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展中的低碳化轉(zhuǎn)變提供借鑒和參考。

1 污染場地修復(fù)碳足跡核算

碳足跡是環(huán)境足跡中的一種，一般用于表征產(chǎn)品或服務(wù)在其生命周期內(nèi)直接和間接的溫室氣體排放[7]，單位是二氧化碳當(dāng)量(CO2-eq)。根據(jù)尺度分類標(biāo)準(zhǔn)，碳足跡可以分為個(gè)人碳足跡、產(chǎn)品碳足跡、家庭碳足跡、城市碳足跡以及國家碳足跡；根據(jù)產(chǎn)業(yè)或部門分類標(biāo)準(zhǔn)，碳足跡則可以分為工業(yè)碳足跡、交通碳足跡、建筑碳足跡、供水系統(tǒng)碳足跡、醫(yī)療衛(wèi)生碳足跡等[8]。碳足跡的計(jì)算方法主要可以分為IPCC (聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì))清單法、自下而上的過程分析法(基于生命周期評(píng)價(jià))和自上而下的投入產(chǎn)出法[8-9]。IPCC清單法實(shí)用性較強(qiáng)但會(huì)產(chǎn)生遺漏項(xiàng)，不確定性較大；生命周期評(píng)價(jià)法詳細(xì)、全面，適用于微觀層面的碳核算，但其較為復(fù)雜，邊界的確定過程中會(huì)產(chǎn)生截?cái)嗾`差，且缺乏影響評(píng)價(jià)過程中本地化的特征因子；投入產(chǎn)出法能夠綜合反映直接和間接碳排放，適用于宏觀層面的碳核算，但對(duì)數(shù)據(jù)量的要求較高，且存在一定的滯后性。

污染場地修復(fù)工程的碳排放水平核算可以作為環(huán)境可持續(xù)性的定量參考，將切實(shí)推進(jìn)污染場地修復(fù)綠色、低碳、可持續(xù)實(shí)踐，推動(dòng)綠色可持續(xù)修復(fù)的完善和發(fā)展。從場地、區(qū)域和宏觀3個(gè)不同維度對(duì)修復(fù)活動(dòng)的可持續(xù)性進(jìn)行科學(xué)度量和定量評(píng)估，可為低碳修復(fù)技術(shù)優(yōu)化創(chuàng)新、區(qū)域碳減排策略協(xié)調(diào)以及修復(fù)行業(yè)宏觀政策制定提供重要科學(xué)依據(jù)(圖1)。

1.1 場地尺度碳核算

通過對(duì)污染場地修復(fù)進(jìn)行碳核算，一方面可以了解各子過程的碳排放水平，有針對(duì)性地采取措施以減少修復(fù)行為碳足跡；另一方面可以對(duì)修復(fù)的備選方案進(jìn)行碳足跡數(shù)據(jù)綜合比對(duì)，從而選擇環(huán)境效益更優(yōu)的修復(fù)方案。場地尺度碳核算的常用方法包括美國環(huán)保局(EPA)提出的環(huán)境足跡評(píng)估電子表格SEFA、美國可持續(xù)修復(fù)論壇提出的生命周期評(píng)估(LCA)方法以及由不同國家或機(jī)構(gòu)開發(fā)的碳足跡計(jì)算器，如美國空軍工程與環(huán)境中心開發(fā)的土壤修復(fù)工具(SRT)、美國海軍和美國陸軍工程兵團(tuán)開發(fā)的Site Wise工具以及Tauw二氧化碳計(jì)算器等。一些學(xué)者在LCA的基礎(chǔ)上，引入混合LCA、基于投入產(chǎn)出的LCA(IO-LCA)等方法進(jìn)行污染場地修復(fù)碳足跡核算和環(huán)境影響評(píng)價(jià)[10-11]，為碳足跡核算提供了更加準(zhǔn)確和多樣的方法。

環(huán)境足跡分析在北美場地修復(fù)綠色可持續(xù)評(píng)價(jià)中應(yīng)用較為廣泛，是美國環(huán)保局綠色修復(fù)評(píng)價(jià)的重要環(huán)節(jié)之一，并發(fā)布了SEFA工具來幫助決策者分析修復(fù)項(xiàng)目的環(huán)境足跡。納入SEFA工具的指標(biāo)與美國環(huán)保局提出的綠色修復(fù)核心要素保持一致，包括能源使用、溫室氣體排放、NO、SO和PM10排放、水資源利用等。Huang等[12]采用SEFA工具對(duì)比不同情景下總石油烴(TPH)污染場地修復(fù)的環(huán)境足跡，結(jié)果表明，采取化學(xué)氧化修復(fù)所排放的溫室氣體遠(yuǎn)大于生物修復(fù)(分別為118.414 t和15.64 t)；結(jié)合田間規(guī)模種植測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過生物修復(fù)的污染土壤更肥沃，更具生物活性，是更加綠色、低碳、可持續(xù)的修復(fù)方法。Ali Khan等[13]采用SEFA 工具量化巴基斯坦某污染場地3種不同修復(fù)情景下的環(huán)境足跡(即完全不使用任何可再生能源的修復(fù)；使用少量可再生能源的修復(fù)；大量使用可再生能源的修復(fù))，根據(jù)核算及對(duì)比結(jié)果，指出將可再生資源應(yīng)用在場地修復(fù)中能夠有效減少超過68% 的環(huán)境足跡。

圖1 場地、區(qū)域和宏觀3個(gè)不同尺度污染場地修復(fù)碳足跡核算方法

在場地尺度，基于綠色可持續(xù)修復(fù)的碳核算案例以LCA法的應(yīng)用最為廣泛。Favara等[14]認(rèn)為LCA法是對(duì)當(dāng)前產(chǎn)品或項(xiàng)目整個(gè)生命周期——從原材料獲取到生產(chǎn)、使用、報(bào)廢、回收和最終處置(“搖籃”到“墳?zāi)埂?中的潛在環(huán)境影響進(jìn)行評(píng)估。LCA法共包括4個(gè)步驟：目的與范圍確定、清單分析、影響評(píng)估和解釋說明。

LCA法廣泛應(yīng)用于場地尺度建設(shè)用地修復(fù)工程和農(nóng)用地修復(fù)工程的碳核算。Harbottle等[15]通過LCA法比較了建設(shè)用地污染土壤分別采用原位固化/穩(wěn)定化技術(shù)與挖掘填埋的碳排放水平，并對(duì)不同修復(fù)方法的子過程進(jìn)行了碳足跡核算，結(jié)果表明，與挖掘和填埋處置相比，固化/穩(wěn)定化技術(shù)在廢物產(chǎn)生、運(yùn)輸和原材料的使用等階段的碳排放水平較低，是更加低碳的修復(fù)方案。Sparrevik等[16]通過LCA法比較了工業(yè)污染沉積物中主動(dòng)和被動(dòng)薄層封蓋備選方案與自然恢復(fù)的環(huán)境足跡，確定了修復(fù)方案的優(yōu)先級(jí)和優(yōu)化方案，實(shí)現(xiàn)了沉積物可持續(xù)管理。Ferdos和Rosén[17]采用LCA法對(duì)比分析了瑞典2個(gè)工業(yè)污染場地21個(gè)修復(fù)場景的碳足跡，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，長途運(yùn)輸殘?jiān)男迯?fù)技術(shù)產(chǎn)生顯著碳足跡，船舶的殘余運(yùn)輸將導(dǎo)致更高的溫室氣體排放。Hou等[18]采用LCA法比較了中國南方汞污染農(nóng)田土壤修復(fù)場地中熱解吸和土壤固化/穩(wěn)定化處理的碳足跡，結(jié)果表明，高溫解吸法處理每噸受污染土壤將排放357 kg CO2-eq的溫室氣體，而使用煤基粉末活性炭固化/穩(wěn)定化處理則排放365 kg CO2-eq的溫室氣體。分析各個(gè)修復(fù)方案關(guān)鍵環(huán)節(jié)的碳足跡排放，將為進(jìn)一步制定綠色可持續(xù)修復(fù)方案及改善環(huán)境效益提供重要理論支撐。

LCA法應(yīng)用于場地尺度綠色可持續(xù)修復(fù)碳核算的主要目的是優(yōu)化修復(fù)技術(shù)，降低污染場地修復(fù)碳排放水平和能源消耗量，實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展。在相關(guān)研究中，一般考慮的是同種技術(shù)的不同配置情況。Vigil等[19]對(duì)所使用的兩種不同生物量管理的植物修復(fù)配置進(jìn)行碳排放水平的比較，發(fā)現(xiàn)具有生物質(zhì)價(jià)值的植物修復(fù)方案更具可持續(xù)性。Hou等[20]對(duì)比了固化/穩(wěn)定化技術(shù)(是否使用生物質(zhì)炭)和兩種熱解吸技術(shù)(高溫和低溫)不同配置下的碳排放水平，分析得出，使用基于生物質(zhì)炭的粉末活性炭的固化穩(wěn)定化技術(shù)(從365 kg CO2-eq減少至105 kg CO2-eq)以及在低溫下進(jìn)行的熱解吸(從357 kg CO2-eq減少至264 kg CO2-eq)的碳排放量最小。因此，可以根據(jù)這些配置開展技術(shù)優(yōu)化，以盡可能降低環(huán)境影響。Martins等[21]通過LCA法對(duì)兩種合成零價(jià)鐵納米粒子的方法(使用硼氫化鈉的傳統(tǒng)方法和使用天然產(chǎn)物提取物的綠色方法)進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)估，得出以選擇更具更加低碳的合成方法，可降低應(yīng)用納米鐵的修復(fù)活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響。

由于不同修復(fù)措施的選擇很大程度上取決于特定的LCA法和對(duì)清單數(shù)據(jù)所做的假設(shè)，因此若使用方法不恰當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致從業(yè)人員和決策者在選擇修復(fù)方案時(shí)做出錯(cuò)誤決策[22-24]。LCA法是一項(xiàng)數(shù)據(jù)密集型評(píng)估方法，數(shù)據(jù)質(zhì)量對(duì)于評(píng)估結(jié)果至關(guān)重要。為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，Amponsah等[25]學(xué)者認(rèn)為應(yīng)當(dāng)列出明確的數(shù)據(jù)來源說明，對(duì)假設(shè)進(jìn)行深思熟慮并明確定義系統(tǒng)邊界，從而更加有效地將LCA法應(yīng)用于場地修復(fù)，減少其不確定性，增加協(xié)調(diào)性和提高成果的透明度。針對(duì)LCA法存在的一系列問題，F(xiàn)avara等[14]提出了一個(gè)9步流程，具體包括確定研究目標(biāo)和范圍、定義功能單元、建立系統(tǒng)邊界、建立項(xiàng)目指標(biāo)、編制項(xiàng)目清單(即輸入和輸出)、評(píng)估影響、分析影響評(píng)估結(jié)果的敏感性和不確定性、解釋清單分析和影響評(píng)估結(jié)果、報(bào)告研究結(jié)果。該流程提供了一致、透明、可重復(fù)的方法來進(jìn)行修復(fù)項(xiàng)目的足跡分析和生命周期評(píng)估，在一定程度上解決了LCA法的局限性。碳足跡計(jì)算器是修復(fù)領(lǐng)域場地尺度碳核算的重要工具之一。碳足跡計(jì)算器種類多樣、操作簡單，通常利用簡單的排放因子公式將電、油、氣和煤等消耗量轉(zhuǎn)化為二氧化碳的排放量，或者根據(jù)運(yùn)輸工具的類型和運(yùn)輸距離來計(jì)算相應(yīng)的二氧化碳排放量[26]。由于不同碳足跡計(jì)算器的復(fù)雜程度和包含的計(jì)算項(xiàng)目不同，結(jié)果往往差別很大甚至相互矛盾[27]。在污染場地修復(fù)領(lǐng)域，SRT、Site Wise、Tauw二氧化碳計(jì)算器是常用的碳足跡計(jì)算工具。SRT一般用于現(xiàn)有修復(fù)技術(shù)系統(tǒng)的優(yōu)化或基于可持續(xù)性指標(biāo)比較修復(fù)方案。其納入的修復(fù)技術(shù)包括挖掘、土壤氣相抽提、抽出處理、原位生物降解、熱處理、原位化學(xué)氧化、滲透反應(yīng)屏障、長期監(jiān)測(cè)等；依據(jù)的可持續(xù)性指標(biāo)涉及環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)3個(gè)維度，如CO2、NO、SO2和 PM10的排放量，能源消耗總量，資源服務(wù)的變化，技術(shù)成本，事故風(fēng)險(xiǎn)等。Site Wise用于計(jì)算修復(fù)技術(shù)的基礎(chǔ)環(huán)境足跡，目前可以提供包括溫室氣體、能源使用、標(biāo)準(zhǔn)空氣污染物(包括 SO、NO和顆粒物)、用水量、資源消耗和事故風(fēng)險(xiǎn)等可量化指標(biāo)的詳細(xì)評(píng)估。Tauw開發(fā)的二氧化碳計(jì)算器主要目的是量化不同土壤修復(fù)方案對(duì)環(huán)境的影響，包括3個(gè)帶有轉(zhuǎn)換系數(shù)的數(shù)據(jù)庫，土壤修復(fù)方案的各個(gè)環(huán)節(jié)(如運(yùn)輸、廢物產(chǎn)生等)對(duì)環(huán)境的影響以二氧化碳當(dāng)量表示。

碳足跡計(jì)算器僅對(duì)修復(fù)核心過程的碳足跡進(jìn)行核算，并未考慮工廠制造等供應(yīng)鏈的排放。為推動(dòng)碳足跡計(jì)算器在修復(fù)領(lǐng)域場地碳核算中的應(yīng)用，Sampson等[28]創(chuàng)建了針對(duì)場地修復(fù)的數(shù)據(jù)收集和分析工具，用于進(jìn)行包括供應(yīng)鏈排放在內(nèi)的全生命周期的碳核算，從而可以對(duì)修復(fù)過程中的真實(shí)碳足跡進(jìn)行量化。該工具應(yīng)用于格拉斯哥2014年英聯(lián)邦運(yùn)動(dòng)會(huì)運(yùn)動(dòng)員村整治項(xiàng)目，對(duì)挖掘和填埋處置、土壤淋洗兩種修復(fù)方案進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)實(shí)際使用的土壤淋洗方案比挖掘和填埋處理方案的全生命周期碳足跡低14%，是更低碳、可持續(xù)的修復(fù)方案；同時(shí)也使用該工具對(duì)比各個(gè)修復(fù)環(huán)節(jié)不同情景碳足跡，發(fā)現(xiàn)如本地采購材料、在工廠制造中使用回收材料、提高運(yùn)輸或土方工程的燃料效率等都會(huì)一定程度降低碳足跡。優(yōu)化后的碳足跡計(jì)算器對(duì)場地碳核算具有重要意義，可適用于以下場景：①修復(fù)前，通過該工具預(yù)測(cè)一系列修復(fù)方案的碳排放，為修復(fù)方案選擇提供依據(jù)；②修復(fù)過程中，在工作期間收集修復(fù)項(xiàng)目的特定數(shù)據(jù)，用于指示減排環(huán)節(jié)和目標(biāo)；③修復(fù)后，采用該工具從財(cái)政或監(jiān)管角度開展全面的二氧化碳核算，為此后的項(xiàng)目排放估算和碳排放管理提供支撐。

投入產(chǎn)出模型于1936年由 Leontief[29]首次提出，用于研究經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)不同部門之間的相互依存關(guān)系。后投入產(chǎn)出分析逐漸應(yīng)用于環(huán)境領(lǐng)域，形成以LCA法為基礎(chǔ)的IO-LCA法，該方法能夠從宏觀層面，通過各部門的經(jīng)濟(jì)關(guān)聯(lián)性來追溯隱性物質(zhì)消耗和能源消耗，從而量化碳排放和環(huán)境影響情況[30]。相比傳統(tǒng)的LCA方法，IO-LCA法不需要大量且復(fù)雜的數(shù)據(jù)，節(jié)省了時(shí)間和成本且具有更加廣泛的邊界。在場地領(lǐng)域，Chen等[10]使用IO-LCA法對(duì)比了3種土壤修復(fù)技術(shù)包括原位封存技術(shù)(ISE)、異位熱解吸技術(shù)(ESTD)和原位熱解吸技術(shù)(ISTD)所形成的4個(gè)修復(fù)方案的碳排放及其他污染物排放量，并結(jié)合社會(huì)、經(jīng)濟(jì)因素篩選了綜合可持續(xù)性最佳的方案。IO-LCA法應(yīng)用于場地碳核算的相關(guān)研究較為有限，其特點(diǎn)更加適用于進(jìn)行宏觀層面的研究，對(duì)于區(qū)域尺度碳足跡核算具有重要意義。

1.2 區(qū)域尺度碳核算

通過區(qū)域尺度碳核算可以從中宏觀的角度對(duì)區(qū)域溫室氣體減排和環(huán)境管理提供指標(biāo)度量，一方面可以為區(qū)域協(xié)調(diào)碳減排策略、開展區(qū)域產(chǎn)業(yè)規(guī)劃等提供科學(xué)依據(jù)，另一方面也可以從數(shù)據(jù)中挖掘不同區(qū)域碳排放規(guī)律和特點(diǎn)，有針對(duì)性地制定相關(guān)策略。在修復(fù)領(lǐng)域，碳核算的相關(guān)研究主要集中在場地尺度，區(qū)域尺度相關(guān)研究較少。從區(qū)域視角對(duì)修復(fù)領(lǐng)域進(jìn)行碳核算，可以從更加宏觀的層面對(duì)土壤修復(fù)碳排放進(jìn)行把握，是推動(dòng)“雙碳”政策實(shí)施的重要環(huán)節(jié)，需要進(jìn)一步引起重視。

區(qū)域?qū)用娴奈廴緢龅靥己怂阍趪鴥?nèi)外有初步的應(yīng)用。通過對(duì)區(qū)域內(nèi)各個(gè)污染場地的修復(fù)活動(dòng)進(jìn)行碳核算，可以充分了解該區(qū)域修復(fù)碳排放強(qiáng)度特點(diǎn)，為制定區(qū)域碳減排策略提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。從區(qū)域尺度上進(jìn)行碳核算一般采取將LCA法與其他工具或方法結(jié)合的方式進(jìn)行。Hou等[31]認(rèn)為對(duì)于區(qū)域或城市級(jí)別的碳足跡評(píng)估，使用IO-LCA法更加適合同時(shí)評(píng)估一定數(shù)量的場地碳足跡；其在研究美國舊金山市棕地再開發(fā)對(duì)氣候變化的緩解潛力時(shí)，將棕地再開發(fā)所進(jìn)行的修復(fù)活動(dòng)的碳足跡作為次要影響；在計(jì)算次要影響時(shí)由于城市層面的核算涉及大量站點(diǎn)，采用了IO-LCA法對(duì)舊金山市各個(gè)污染站點(diǎn)修復(fù)活動(dòng)的碳足跡進(jìn)行了核算，結(jié)果表明，棕地重新開發(fā)利用相比綠色可持續(xù)理念的修復(fù)管控，可以使溫室氣體凈排放量在70年間減少519 t CO2-eq，相當(dāng)于2010年舊金山市碳排放水平的14%。該研究明確了城市尺度的棕地再開發(fā)相比綠地開發(fā)具有更低的碳足跡、更高的環(huán)境效益，成為推動(dòng)區(qū)域綠色可持續(xù)發(fā)展的重要策略。

在我國，修復(fù)領(lǐng)域區(qū)域尺度的碳核算案例較少，主要以北京和天津?yàn)橹?。北京市?006—2020年統(tǒng)計(jì)的成規(guī)模修復(fù)工程項(xiàng)目有48個(gè)，包括北京染料廠、北京焦化廠、化工二廠及首鋼等重點(diǎn)行業(yè)污染地塊。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，北京市污染場地原位修復(fù)技術(shù)主要采用了原位阻隔、原位化學(xué)氧化(ISCO)、原位氣相抽提(SVE)和原位熱脫附(ISTD)等4種技術(shù)；異位修復(fù)技術(shù)主要采用了水泥窯協(xié)同處置、直接安全填埋、常溫解吸、異位熱脫附、固化穩(wěn)定化等5種技術(shù)。修復(fù)后土壤的最終去向總體分為3類：原位回填、安全填埋和資源化利用。

區(qū)域尺度下的污染場地修復(fù)碳足跡核算具有重要意義和廣闊前景。如應(yīng)用于城市碳足跡的城市碳地圖(CCM)[32]、城市碳網(wǎng)絡(luò)(CCN)[33]等概念也同樣適用于區(qū)域污染場地修復(fù)碳排放管理。污染場地修復(fù)是點(diǎn)狀的、具有消費(fèi)行為的環(huán)境治理活動(dòng)；污染場地和處置終端(水泥窯、填埋場)之間會(huì)有污染土的流動(dòng)，污染場地和水處理廠之間可能有污水的流動(dòng)，修復(fù)工程產(chǎn)生的危廢固廢也有向處置終端的流動(dòng)?？梢?，污染場地修復(fù)適于建立區(qū)域碳地圖、碳網(wǎng)絡(luò)，以更加直觀、簡潔的形式體現(xiàn)區(qū)域尺度污染場地修復(fù)碳足跡，對(duì)于未來區(qū)域碳排放管理具有積極意義。探究區(qū)域污染場地修復(fù)技術(shù)適宜性是另一重要方向，也是區(qū)域尺度污染場地碳足跡核算的重要應(yīng)用。同一個(gè)區(qū)域尺度下的污染場地特點(diǎn)具有一致性和相似性，從社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境3個(gè)角度探究區(qū)域最佳污染場地修復(fù)方法，可以有效實(shí)現(xiàn)區(qū)域污染場地綠色可持續(xù)發(fā)展。如對(duì)于尼日利亞三角洲大片受到原油污染的場地，Zabbey等[34]回顧了尼日爾三角洲地區(qū)受污染土地的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)影響以及全球最先進(jìn)的修復(fù)方法，并使用沿海環(huán)境清理案例研究來證明生物修復(fù)因其較低的環(huán)境足跡、經(jīng)濟(jì)成本，成為尼日利亞三角洲區(qū)域修復(fù)的首選方案。但該研究僅通過實(shí)例驗(yàn)證的方式對(duì)最佳修復(fù)方法進(jìn)行了選擇，缺乏碳足跡核算結(jié)果、可持續(xù)性評(píng)估結(jié)果的數(shù)據(jù)支撐。

總體來看，目前區(qū)域尺度下的污染場地修復(fù)碳核算相關(guān)研究較少，還沒有建立統(tǒng)一的方法和模型，需要進(jìn)一步地探索和發(fā)展。結(jié)合場地尺度污染場地修復(fù)碳足跡核算和其他行業(yè)碳足跡核算的相關(guān)研究，本研究認(rèn)為區(qū)域尺度污染場地修復(fù)碳足跡核算可以采用LCA法核算各修復(fù)技術(shù)的一般碳足跡，得出統(tǒng)計(jì)意義的碳排放水平；在區(qū)域乃至更大尺度上，建立區(qū)域場地清單，從而能夠根據(jù)清單內(nèi)地塊的污染特征信息預(yù)設(shè)修復(fù)技術(shù)路線；最終根據(jù)技術(shù)路線，對(duì)涉及的污染土類別、修復(fù)技術(shù)、修復(fù)方量賦值碳排放量并加權(quán)合計(jì)，實(shí)現(xiàn)該區(qū)域修復(fù)工程碳排放核算。該方法具有一定科學(xué)性和可行性，可以成為我國建立區(qū)域尺度污染場地碳足跡核算方法的新嘗試，具有一定的參考意義。

1.3 宏觀尺度碳核算

在全球環(huán)境變化和“雙碳”政策的背景下，以現(xiàn)有制度和實(shí)踐為基礎(chǔ)，我國修復(fù)領(lǐng)域亟待借鑒相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)從宏觀視角對(duì)修復(fù)行業(yè)碳足跡進(jìn)行評(píng)估和分析。其不僅對(duì)污染場地綠色可持續(xù)修復(fù)政策制定以及碳中和、碳達(dá)峰的實(shí)現(xiàn)具有重要意義，同時(shí)也可以為未來土壤修復(fù)和環(huán)境管理的減排特點(diǎn)和路徑選擇提供方向指引和數(shù)據(jù)支撐。然而，目前國內(nèi)外學(xué)者還沒有在宏觀尺度上進(jìn)行土壤修復(fù)碳足跡評(píng)估的相關(guān)研究，但有相關(guān)研究涉及從宏觀視角進(jìn)行全球尺度、國家尺度碳足跡評(píng)估，其使用的技術(shù)、方法以及評(píng)估思路可以為土壤修復(fù)領(lǐng)域宏觀尺度碳足跡評(píng)估提供一定的參考和借鑒。

Hertwich和Peters[35]量化了與全球73個(gè)國家和14個(gè)地區(qū)的商品和服務(wù)最終消費(fèi)相關(guān)的溫室氣體排放，并分析了8個(gè)類別的貢獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)在全球范圍內(nèi)，72% 的溫室氣體排放與家庭消費(fèi)有關(guān)，10% 與政府消費(fèi)有關(guān)，18% 與投資有關(guān)。在澳大利亞，為引入排放交易計(jì)劃并合理地制定溫室氣體排放政策，Wood 和Dey[36]采用投入產(chǎn)出分析的方法計(jì)算該國碳足跡，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，2005年國內(nèi)總碳排放量為5.819億t，同時(shí)分析了各行業(yè)類別溫室氣體排放量隨時(shí)間的變化趨勢(shì)。在英國，Wiedmann等[37]采取了國際多區(qū)域投入–產(chǎn)出(MRIO)模型計(jì)算了英國從1992—2004年的國家碳足跡，根據(jù)計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)溫室氣體隨著時(shí)間的推移，消費(fèi)者排放量顯著增加，生產(chǎn)者和消費(fèi)者排放量之間的差距不斷擴(kuò)大。Ivanova等[38]基于EXIOBASE 2.3多區(qū)域投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)庫中的消費(fèi)者支出調(diào)查以及環(huán)境和貿(mào)易細(xì)節(jié)，發(fā)現(xiàn)不同區(qū)域國家的隱含溫室氣體排放量存在空間異質(zhì)性，在0.6 ～ 6.5 t CO2-eq之間變化很大，就總排放量和人均排放量而言，區(qū)域貢獻(xiàn)的顯著差異表明氣候變化責(zé)任存在巨大的空間不平等。在我國，Yang等[39]使用詳細(xì)的排放清單以高空間分辨率(10 km×10 km)繪制了2012年全球消費(fèi)驅(qū)動(dòng)的中國二氧化碳排放圖，結(jié)果表明，國外地區(qū)在中國的碳足跡集中在重要的制造業(yè)中心，包括長三角、珠三角和華北平原，中國約1% 的土地面積擁有全球75% 的碳足跡。了解我國碳足跡熱點(diǎn)有利于我國推動(dòng)下游產(chǎn)業(yè)協(xié)同減排，對(duì)我國碳足跡熱點(diǎn)有更加清晰、準(zhǔn)確的認(rèn)知。

以上宏觀尺度的碳核算技術(shù)與方法未來可以有選擇地應(yīng)用在修復(fù)領(lǐng)域，為宏觀視角下的修復(fù)領(lǐng)域碳核算提供技術(shù)支撐。在積極推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，堅(jiān)持走綠色發(fā)展道路的新形勢(shì)下，如何將污染場地防治與綠色發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展相銜接，形成一套符合生態(tài)文明思想、支撐綠色發(fā)展理念、促進(jìn)土壤資源永續(xù)利用的污染地塊綠色可持續(xù)修復(fù)評(píng)估技術(shù)和管理體系，是推動(dòng)我國環(huán)境管理與可持續(xù)發(fā)展的艱巨任務(wù)。在修復(fù)領(lǐng)域，從宏觀尺度上進(jìn)行碳足跡評(píng)估一方面有利于從宏觀視角把握土壤修復(fù)碳足跡變化趨勢(shì)和特點(diǎn)，從而有針對(duì)性地進(jìn)行宏觀調(diào)節(jié)和控制，為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和奠定基礎(chǔ)；另一方面也將推動(dòng)構(gòu)建綜合考慮場地修復(fù)社會(huì)總投入和生態(tài)環(huán)境總損失的宏觀框架指標(biāo)，為實(shí)現(xiàn)場地修復(fù)環(huán)境管理和社會(huì)治理現(xiàn)代化水平提供支撐保障[40]。

2 面臨挑戰(zhàn)與未來展望

2.1 問題與挑戰(zhàn)

許多學(xué)者在進(jìn)行綠色可持續(xù)修復(fù)實(shí)證研究的過程中，發(fā)現(xiàn)其依然存在諸多的問題和挑戰(zhàn)(表1)。也有學(xué)者試圖探討解決該問題的途徑和方法，并對(duì)可持續(xù)性修復(fù)的未來發(fā)展進(jìn)行了展望。本文在綜述綠色可持續(xù)修復(fù)存在問題的同時(shí)，分析其問題內(nèi)核與碳足跡核算的關(guān)聯(lián)，可以促進(jìn)碳足跡核算與綠色可持續(xù)修復(fù)協(xié)同發(fā)展。

從綠色可持續(xù)修復(fù)的概念來看，可持續(xù)性是一個(gè)偏原則性、多形態(tài)的概念，它可以靈活地適應(yīng)各種需求，但不易轉(zhuǎn)化為可實(shí)施的行動(dòng)[6]。Hou等[20]和Prior[20, 52]提出應(yīng)當(dāng)更深入地了解可持續(xù)性的真正含義，更多地關(guān)注和理解如何將可持續(xù)規(guī)范、規(guī)則和價(jià)值觀納入修復(fù)和更多研究以提高其實(shí)用性。綠色可持續(xù)修復(fù)缺乏系統(tǒng)的、明確的監(jiān)管要求，應(yīng)在當(dāng)前監(jiān)管框架內(nèi)整合可持續(xù)修復(fù)指標(biāo)的具體、明確和共識(shí)指南[41-42]。綠色可持續(xù)修復(fù)過程評(píng)估缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，需要盡快建立明確的可持續(xù)性評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)和指南，以用于可持續(xù)性評(píng)估或修復(fù)過程[53]。綠色可持續(xù)性修復(fù)設(shè)計(jì)的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)3個(gè)維度之間存在沖突，如何一致且平衡地評(píng)估3個(gè)維度存在困難。為了更好地識(shí)別和權(quán)衡，可持續(xù)性評(píng)估方法和工具應(yīng)更具綜合性，可持續(xù)性目標(biāo)必須一致并相互兼容，避免3重維度之間的沖突[45-47]。

從綠色可持續(xù)修復(fù)推進(jìn)的外部條件來看，也存在諸多挑戰(zhàn)。①缺少鼓勵(lì)研究、創(chuàng)新和綠色可持續(xù)修復(fù)實(shí)踐發(fā)展的財(cái)政激勵(lì)措施，進(jìn)行可持續(xù)修復(fù)的可用資金較為缺乏。一方面需要政府和有關(guān)部門加大對(duì)可持續(xù)修復(fù)的資金支持力度，另一方面需要更多的研究探究更具經(jīng)濟(jì)效益的可持續(xù)性修復(fù)方法和技術(shù)[41, 48]。②環(huán)境修復(fù)從業(yè)人員以及整個(gè)社會(huì)對(duì)綠色可持續(xù)修復(fù)原則的了解不足，對(duì)有效地融入修復(fù)過程從而對(duì)可持續(xù)修復(fù)的推廣和實(shí)施產(chǎn)生了阻礙[43]。為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，需要加強(qiáng)業(yè)內(nèi)人士乃至整個(gè)社會(huì)對(duì)綠色可持續(xù)修復(fù)的深入理解，了解綠色可持續(xù)修復(fù)的優(yōu)勢(shì)所在。③環(huán)境修復(fù)涉及的利益相關(guān)者眾多，對(duì)綠色可持續(xù)修復(fù)的理解程度各不相同，難以保證不同的利益相關(guān)者對(duì)綠色可持續(xù)修復(fù)的期望和從業(yè)者的行為進(jìn)行完全的支持[41, 49]。應(yīng)對(duì)這一問題，可以進(jìn)一步開發(fā)評(píng)估框架和工具，引入多標(biāo)準(zhǔn)決策分析協(xié)調(diào)各方利益，減少?zèng)_突和矛盾[54]。④難以充分滿足客戶(例如場地所有者)的需求。場地所有者是修復(fù)行業(yè)的關(guān)鍵參與者，其為修復(fù)行為負(fù)責(zé)并通常做出最終決定。場地所有者往往希望以較低的成本迅速清理空置的受污染土地，以便將其投入生產(chǎn)使用，其需要在修復(fù)速度與修復(fù)成本之間進(jìn)行權(quán)衡[50]。

表1 “雙碳”政策背景下綠色可持續(xù)修復(fù)面臨的挑戰(zhàn)

與歐美國家相比，其他國家在綠色可持續(xù)修復(fù)發(fā)展方面還存在著特殊的挑戰(zhàn)。首先，由于綠色可持續(xù)修復(fù)技術(shù)需要因地制宜，而大多數(shù)方法是由歐美國家的實(shí)體開發(fā)的，在許多方面并不代表其他國家的實(shí)際情況，這也為其綠色可持續(xù)修復(fù)發(fā)展帶來了一定的阻礙[20]。其次，其他國家還面臨著高成本、缺乏監(jiān)管和對(duì)專業(yè)知識(shí)的需求等額外挑戰(zhàn)。Huang等[51]針對(duì)其他國家在可持續(xù)修復(fù)監(jiān)管方面的問題重新構(gòu)建了行政組織體系，以促進(jìn)綠色可持續(xù)修復(fù)的發(fā)展和實(shí)施。再次，其他國家由于修復(fù)的重點(diǎn)是高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的土地，從而導(dǎo)致較貧窮的省市可能無法清理受污染的場地，進(jìn)而出現(xiàn)社會(huì)不公平的現(xiàn)象[50]。除以上相較于歐美國家其他國家普遍存在的問題之外，我國學(xué)者針對(duì)我國目前的發(fā)展情況，有針對(duì)性地指出我國綠色可持續(xù)修復(fù)發(fā)展面臨著可持續(xù)管理體系與決策機(jī)制不健全、技術(shù)力量不足、融資渠道不暢、各方權(quán)責(zé)不清等問題[55]。

2.2 結(jié)論與建議

雖然綠色可持續(xù)修復(fù)目前存在著諸多問題和挑戰(zhàn)，但不可否認(rèn)其強(qiáng)勁的總體發(fā)展趨勢(shì)。在全球氣候變化的背景下，從綠色可持續(xù)修復(fù)的外部發(fā)展來看，彈性修復(fù)和風(fēng)險(xiǎn)管控將成為適應(yīng)氣候變化的重要實(shí)踐方向，協(xié)同綠色可持續(xù)修復(fù)可為場地修復(fù)減緩和適應(yīng)氣候變化做出貢獻(xiàn)；從綠色可持續(xù)修復(fù)的內(nèi)部發(fā)展來看，在場地、區(qū)域和宏觀3個(gè)尺度完善污染場地修復(fù)碳核算體系，通過碳核算準(zhǔn)確評(píng)估和優(yōu)化修復(fù)活動(dòng)的碳排放，是切實(shí)實(shí)現(xiàn)污染場地綠色可持續(xù)修復(fù)的重要途徑，其將對(duì)于應(yīng)對(duì)氣候變化、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展起重要作用，也是綠色可持續(xù)修復(fù)未來完善發(fā)展的方向之一。

目前各國業(yè)界已經(jīng)對(duì)綠色可持續(xù)修復(fù)進(jìn)行了較為豐富的理論研究和實(shí)踐研究，綠色可持續(xù)修復(fù)雖然發(fā)展迅猛，但其依舊面臨著內(nèi)部、外部的諸多挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步應(yīng)對(duì)。同時(shí)，綠色可持續(xù)修復(fù)需要不斷地實(shí)踐和落實(shí)，污染場地碳核算作為實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)修復(fù)的重要抓手，亟待加強(qiáng)從場地、區(qū)域和宏觀3個(gè)尺度完善其方法體系，從不同維度推動(dòng)修復(fù)領(lǐng)域綠色、低碳、可持續(xù)發(fā)展。

結(jié)合國內(nèi)外綠色可持續(xù)修復(fù)的發(fā)展以及碳核算領(lǐng)域的研究進(jìn)展，為推動(dòng)我國修復(fù)領(lǐng)域綠色可持續(xù)發(fā)展，提出以下建議：

1) 在場地尺度，結(jié)合碳足跡核算結(jié)果的對(duì)比評(píng)估和綠色修復(fù)材料、監(jiān)測(cè)自然衰減等技術(shù)發(fā)展，通過修復(fù)方法的選擇和優(yōu)化，推動(dòng)污染場地零碳修復(fù)與低碳修復(fù)。

2) 在區(qū)域尺度，評(píng)估區(qū)域綠色可持續(xù)修復(fù)強(qiáng)度，制定區(qū)域尺度可持續(xù)修復(fù)與風(fēng)險(xiǎn)管控區(qū)劃規(guī)劃，積極開展區(qū)域可持續(xù)度評(píng)估；建立區(qū)域污染場地碳足跡動(dòng)態(tài)評(píng)估機(jī)制，為實(shí)現(xiàn)污染場地修復(fù)綠色可持續(xù)發(fā)展提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)；強(qiáng)化碳足跡核算結(jié)果的指導(dǎo)作用，推動(dòng)開展區(qū)域土壤和地下水修復(fù)管控碳達(dá)峰與碳中和策略，探索污染場地修復(fù)協(xié)同減排路徑。

3) 在宏觀尺度，盡快建立修復(fù)行業(yè)碳排放相關(guān)管理標(biāo)準(zhǔn)與核算導(dǎo)則，加強(qiáng)政策引領(lǐng)，完善碳核算方法體系，促進(jìn)碳減排監(jiān)測(cè)管理，推動(dòng)綠色可持續(xù)修復(fù)的落實(shí)和發(fā)展。

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Carbon Footprint on Remediation of Contaminated Sites Based on Concept of Green and Sustainability: A Review

XIAO Meng1, LIU Peng1,2, MENG Hao1,3, ZHANG Hongzhen3, DONG Jingqi3, LI Xianglan1*

(1 College of Global Change and Earth System Science, Beijing Normal University, Beijing 100875, China; 2 Beijing Construction Engineering Environmental Remediation Co., Ltd., Beijing 100015, China; 3 Chinese Academy of Environmental Planning, Beijing 100012, China)

Remediation projects on contaminated site have received extensive attention for their high-intensity energy consumption and carbon emissions at small spatial scales in short time. Under the background of global environmental changes and carbon peak and neutrality policy, the green and sustainable remediation of polluted sites has become an inevitable trend. Reducing carbon emission level from remediation projects of contaminated sites, it can provide important support for mitigating climate change and realizing the green development of the remediation industry. However, there are still problems such as insufficient research on assessment technologies of carbon footprint and in-depth implementation of the concept of green and sustainable restoration in Chinese polluted site remediation industry. This paper sorts out the development history and existing problems of green and sustainable remediation of polluted sites, focuses on carbon footprint accounting of remediation behaviour, summarizes the research progress and cases of carbon footprint accounting based on the concept of green and sustainable remediation, and explores the related work of carbon accounting in the assessment method system of contaminated site remediation from site, region and macro scales. In the global context of climate change and the national context of carbon peak and carbon neutrality policy, it provides a reference for Chinese remediation industry to reduce pollution and carbon, and promote green and low-carbon management.

Carbon neutral; Life cycle assessment; Green remediation technology; Environmental footprints

X53

A

10.13758/j.cnki.tr.2023.04.003

肖萌, 劉鵬, 孟豪, 等. 基于綠色可持續(xù)理念的污染場地修復(fù)碳足跡研究進(jìn)展. 土壤, 2023, 55(4): 708–717.

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2022YFC3703304和2022YFC3703301)資助。

(xlli@bnu.edu.cn)

肖萌(1999—)，女(滿族)，河北承德人，碩士研究生，主要從事污染場地綠色可持續(xù)修復(fù)研究。E-mail: 202121490024@mail.bnu. edu.cn