科研进展

土壤与地下水污染防治是当前生态环境保护面临的国家重大需求。近日，清华大学环境学院侯德义教授团队在多年研究的基础上，系统总结了工业污染场地（“棕地”）土壤与地下水修复治理与再开发面临的挑战，构建了系统分析修复全生命周期环境、经济、社会复杂影响的评估框架，提出了四种可持续修复技术和两种修复与再开发耦合策略的优化路径，为绿色可持续修复研究的未来发展提供了方案。

全球范围内工业场地造成的土壤与地下水污染问题日益凸显，严重威胁粮食安全、饮水安全和人居安全。该研究基于近40个国家和地区的污染地块信息，构建了潜在污染地块与经济规模、人口密度等的定量关系模型，首次估算了全球“棕地”数量超500万块（图1）。工业场地污染一方面加剧了土壤与地下水等环境污染，另一方面也伴随着地块闲置或不良使用带来的犯罪、失业、社区不公平等问题，从而严重限制了城市的发展潜力。

工业场地修复可以净化污染土壤和地下水，提升城市生态系统服务价值，促进可持续发展与工业城市复兴。但是，传统的修复模式往往存在成本高昂、能耗和资源消耗强度大、环境与碳足迹高等问题。此外，管理不善的修复工程有可能带来严重的二次污染，给周边居民和社区带来负面影响。修复的高成本和可能失败的不确定性导致很多“棕地”成为城市发展的“毒瘤”。本研究指出，工业场地修复与再开发需要考虑环境、社会、经济要素的协同影响。环境影响可分为一次、二次与三次影响，其分别对应场地污染物自身、修复过程、修复后场地再利用造成的环境影响。对修复全生命周期的环境足迹分析，需综合这些原生与次生的影响。本研究同时构建了融合多指标的“棕地”治理社会与经济可持续性二维分析框架（图2）。分析表明，城市“棕地”可造成一系列人体健康与社会影响，对其进行可持续的治理修复与再开发利用，能够有效化解多重社会经济压力，并将其转化为城市发展的新机遇。

本研究系统分析了4类可持续的污染土壤地下水修复技术：基于绿色低碳材料的固化/稳定化修复技术、基于植物-微生物作用的原位生物修复技术、基于绿色高效药剂的原位化学氧化还原技术、基于高选择性填料的可渗透反应墙风险管控技术。通过采用低碳或负碳功能材料，耦合物理-化学-生物过程实现高效传质与长效修复，避免采用高扰动的异位修复手段，可持续修复技术可实现50%~80%温室气体减排（图3），同时提升土壤健康，恢复其生态系统功能。

研究指出，将修复过程与再开发利用有效结合，是在数十年的长时间尺度上实现场地可持续治理的前提。采用基于自然的解决方案（Nature-based Solution），耦合生物质、太阳能、风能等新能源生产与利用，构筑高韧性的棕地修复再开发的方式，是提升环境、社会与经济可持续性的关键。在全球变化的背景下，高韧性的工业场地修复既需要足以适应社会发展造成的修复标准严格化需求，又需要足以应对全球变化造成的场地污染长期扩散迁移的问题（图4）。

3月28日，该项研究成果以《可持续的棕地修复与再开发利用》（Sustainable remediation and redevelopment of brownfield sites）为题发表于国际学术期刊《自然综述：地球与环境》（Nature Reviews Earth & Environment），环境学院侯德义教授为论文第一与通讯作者，论文共同作者包括剑桥大学Al-Tabbaa教授、南方科技大学胡清教授、中国科学院城市环境研究所朱永官院士、哈佛大学Kirkwood教授等。该研究得到了国家重点研发计划“场地土壤污染成因与治理技术”重点专项、国家杰出青年科学基金项目等的支持。

原文链接 ↓ 

https://www.nature.com/articles/s43017-023-00404-1

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