国际金属冶炼厂绿色生态修复项目介绍

环境污染修复工作起源于20世纪70年代末期，至今已有40余年的历史。随着修复技术的发展及修复工作经验教训的总结，欧美国家在完善环境修复策略及模式、优化环境污染修复技术、健全法律法规等方面逐步取得了进展。例如，20世纪80年代和90年代初期盛行的异位土壤热脱附和地下水抽出处理技术；再到90年代中期的基于风险的修复模式(Risk Based Remediation)，不再强调污染场地的全修复要求；与此同时，原位修复技术也开始兴起而逐渐取代异位修复。而最近二十年间，国际修复界最重大的进展之一是绿色可持续修复理念的兴起。

我国环境修复工作的进展大致上也依循着相同的轨迹，而且脚步走得更快。目前原位修复技术及风险管控模式已在国内多处场地开展，可见未来绿色可持续修复理念也将在国内推广。有鉴于此，介绍斯克诚博士过去所曾参与的绿色生态修复项目供各位参考，期待发挥公司内各部门的专长，进行优势整合，掌握下一阶段的环境修复市场。

项目背景

本项目地点位为美国宾州蓝山(Blue Mountain)北侧的一处废弃锌矿冶炼厂，该厂共有两个锌冶炼厂区（东厂区及西厂区），该厂从19世纪的1898年开始营运，直到1980年停止营运，运营时间接近一百年。在这将近一个世纪的炼锌工业运作中，共产生3千万吨的熔渣，这些废熔渣在蓝山北侧堆成一座长达4千米、最高50米的大型堆体，废熔渣堆占地约100公顷。

这3千万吨的熔渣造成蓝山山区广达800公顷的区域吋草不生，同时土壤中伴随著高浓度的砷、镉、铜、铅、及锌污染。

图一 厂区及废熔渣位置

图二 锌冶炼厂旧照

图三 蓝山上寸草不生

而厂区周遭数千公顷的土地也受到不同程度的污染。除此之外，由于废熔渣长年受风吹影响，造成尘土飞扬，严重影响邻近居民区域的空气品质，既使是室内空气中都含有过量的重金属粉尘。

厂区上游有数条水系，分别是阿卡溪、巴克溪，并在厂区南侧汇流入理海河，然后沿著西厂区西侧向西北方向流动，如图四所示。这些水系的表面水体、底泥也都呈现不同程度的重金属污染。

图四 厂区周边水系

污染状况

在这些重金属污染因子中，砷污染最为严重，最高浓度在东厂区南边，浓度高达582 mg/kg，最大超标倍数150倍，如图五所示，在蓝山上的采样点一半以上都超过了土壤迁移至地下水的标准。

而镉最高浓度为1070 mg/kg，最大超标倍数28，如图六所示，在蓝山上的采样点大部分都超过了土壤迁移至地下水的标准。

表一 相关标准值(mg/kg)

图五 土壤砷污染分布

图六 土壤镉污染分布

在当地共有5口饮用水抽水井，供给当地5500人的饮用水。主要供水层在地表下埋深50–100 m处，经调查显示尚未受到重金属污染。浅层地下水会补助下游的阿卡溪，如图七所示，这也是造成地表水系水质污染的原因之一。

浅层地下水中镉浓度范围在0.0286 ~ 0.54 mg/L，呈现点状零星分布，最大超标倍数110倍。但由于镉在地下水中的迁移性不高，因此对下游阿卡溪的影响不高。浅层地下水中锌浓度范围在100 ~ 400 mg/L，主要集中在东厂区内，由图八显示，浅层地下水中锌会影响到下游阿卡溪，污染物迁移方向大致与水流方向一致。

图七 浅层地下水流向

图八 浅层地下水中锌浓度分布(mg/L)

污染修复方案

由于本场地的主要污染源是堆存于场地东南侧的大量废熔渣，同时造成南山成为光秃秃的秃山，进一步造成尘土飞扬，加剧了污染物的扩散。因此欲进行修复工作就需要针对这些废熔渣进行处置，对南山进行修复。

美国环保署及宾州环保厅於1987年即开始讨论修复方案，原先方案是考虑采取全面修复的模式，也就是移除30cm厚的表面污染土壤、移除全部的熔渣。但是调研结果显示，全修复工程共需四十一亿美金（约280亿人民币），这在90年代美国经济独强的时代，也无法承担这么大笔的修复费用。除此之外，这么大量的修复工程约需10年才能完成全部的废渣及土壤移除、最终处置填埋工作，在时间上也不具备优势。

因此在90年代中期，开始检讨采用人体健康及生态风险评估方法，有针对性的消减污染风险，最终将修复方案调整为：基于动态的人体健康及生态风险评估，实施原地绿色生态修复。

调整后的废熔渣及蓝山修复方案是：

· 在废熔渣上包覆不透水材料。部分区域覆土、播散土壤肥料，进行植披

· 建设人工湿地，处理熔渣堆的渗流水、蓝山上的地表径流，如图九所示

· 同时也在蓝山上施肥，种植草本及木本植物

· 利用植生稳定土壤中的重金属污染物

· 执行长期性的监测维护

如此可达成的效果包括：

· 复原原先吋草不生的土地，降低土壤扬尘

· 稳定土壤中的重金属，减少经由雨水冲刷流入地表水中的重金属

· 减少土壤重金属向下入渗浅层地下水的机率

图九 地表径流收集及人工湿地处理

而废弃冶炼厂於1980年代关厂废弃后，其中西厂区有50公顷土地仍为工业用地，且有一条铁路经过，邻近高速公路。因此经过场地关系人及居民同意，西厂区重新规划为商业/工业用地。

西厂区的修复措施采用风险管控模式，阻断污染物暴露途径，包括：

· 阻断直接接触：透过新建筑、地表铺面、工程覆土等手段，避免人体直接接触污染土壤。

· 阻断污染气体入侵室内空气：透过新建筑的格局分布及设计，降低污染气体入侵建筑物的风险，达到可接受的程度。

· 阻断污染物向外迁移：设置地表径流水收集系统，避免污染物经由径流水向外迁移。

· 长期执行地下水监控及严格执行制度性控制。

东厂区部分，由于紧邻废熔渣，经评估其风险仍高，因此采取长期风险管控，仅作为封闭式绿地，短期内不考虑积极性的土地利用。

如此虽然污染物并未由场地内移除，但是在有限的风险管控经费下，仍可达到保护人体健康及生态环境的目标，又可进行部分土地的再开发利用，这也是棕地修复及再开发利用(Brownfield Remediation and Redevelopment)的先驱项目之一。

修复过程及成果

在蓝山的修复方式，是采用植物稳定化。原本的目标是使其森林化，恢复原本森林面貌。但是从1996年开始实施后遭遇到种种困难，例如每株树木根部周遭1平方米需先除草，增加工作量；种植前，需先进行接种，会增加修复时间及工作量；同时当地的小动物啃食木本植物根部，使得植物无法存活。修复成本也比较高，每公顷需美金15,000元。

因此从2000年起改采草原化，种植本土草本植物，包括：柳枝稷(Switchgrass)、须芒草(Big bluestem)、鸟脚三叶草(Birdsfoot trefoils)，播种密度为每公顷15 ~ 30 kg。并且采用混合式肥料，包括当地的污水厂污泥、电力厂飞灰及底灰、石灰等，最大程度做到废物资源化再利用的目标。

播种及施肥方式也是在不断优化中，一开始采用车载式播种及施肥，因此需建立环山道路。但发现这样反而造成大面积的土壤裸露，不利于水土保持，因此隨後改採牽引機播种施肥。而在陡坡上，则使用小飞机播种施肥。

总结采用草原化模式，修复成本降至每公顷美金3,000元，是原先直接种植木本植物的五分之一。

至2006年为止，已经有蓝山区域520公顷、锌熔渣堆88公顷完成绿化，如图十所示。

图十 蓝山及废熔渣修复过程面貌

到2012年止，已完成90%以上地区的绿化。2012年开始种植木本植物，包括美国栗树(American chestnut)、北方红栎(Northern red)、美国稠李树(chokecherry)等，种植密度为每亩520株。

在地表水质部分，阿卡溪在东厂区的上游部分一直是低浓度状态，到了中下游水质即明显升高，且在1993年到2000年间水质都是居高不下。但到2003年开始，污染浓度呈现下降趋势，显示废熔渣及蓝山的草原化修复工作获得了消减污染物扩散的成果，如图十一所示。

图十一 阿卡溪在东厂区上中下游的水质变化(mg/L)

在西厂区方面，严格依据修复方案所制订的风险管控规定，有序进行土地再利用及建筑建设，已于2010年前大致完成，如图十二所示。

图十二 西厂区土地再利用现况

动态风险评估

在修复过程中，也需定期进行动态的人体健康及生态风险评估。在人体健康风险评估方面，污染受体及暴露途径分别如表二所示。风险目标则为：致癌风险是十万分之一；非致癌商数是1。

表二 人体健康风险评估的污染物受体及暴露途径

场地内不同区域会有不同的污染受体及暴露途径，因此需针对个别区域分别进行风险计算，截至2012年为止，大部分区域的土壤、浅层地下水、湿地内土壤都已经降至风险目标以下，部分成果如表三所示。

表三 动态的人体健康风险评估结果

在生态风险评估方面，则需针对当地多种不同生物进行多样性及类群丰度评估，以及危害商数计算。所评估的生物物种包括：底栖无脊椎动物、鱼类、陆生植物、草食哺乳动物、肉食哺乳动物、食虫性鸟类、食鱼鸟类、食肉鸟类、两栖类、湿地植物。截至2012年为止，部分危害商数的评估结果如表四所示。

由表中可看出，场地内残留的污染物对于当地生态仍有相当程度的风险影响，且不同生物的影响也不同，其中美洲知更鸟所受的风险最高，可能是与其觅食习惯有关。

表四 不同生物在各栖地的危害商数

美洲知更鸟

结论

经由本项目的实践，证明综合性的绿色生态修复及棕地再利用方案，藉由减少入侵性的修复技术、进行有针对性及个别性的修复工作，其优势如下：

绿色生态修复模式的优势：

· 在合理时间内降低污染风险

· 绿色生态修复结合风险管控的成本可低于全修复成本的十分之一

· 避免传统污染修复技术对于自然资源的再度伤害

· 符合各方关系人对于土地再利用及资源保育的目的

· 促进土地再利用，活络当地区域的经济发展

绿色生态修复模式随著国内对于环境可持续性发展的要求强度越来越高，未来对国内的矿山修复、低密度开发的污染场地都具有潜力，值得加强推广。

文| 斯克