建设用地重金属污染土壤固化稳定化效果评估方法与标准(环保公益性行业科研专项经费项目系列丛书)

近年来，有关环境的负面报道和百姓的关注度日益增多，我国也即将出台《土污染防治法》和“土十条”等举措。我国的耕地和建设用地，尤其是一些废旧厂房工业用地在城市发展过程中成为建设用地的使用过程中往往面临土污染评估和土工处置的棘手问题。如何实现生态环境与经济发展的协同发展，在保护生态的过程中寻找新的增长点，实现习近平总书记强调的“绿水青山就是金山银山”是亟需解决的问题。人们通常比较关注大气污染、地表水体的污染，对土污染和地下水污染的危害认识程度不高。主要原因可能是前者更直观更显性。土壤污染往往伴随地下水污染，危及人体健康和生态环境安全，具有隐蔽性、滞后性、积累性和不可逆转性等特征，其修复治理难度大、费用多、历时长。本书主要为专业人员提供可实践的参考；通过介绍国际先进经验让更多人采取积极行动；介绍国际上的土污染防治法律法规提供经验值等目的。

本书是在国家环保公益性行业科研专项“重金属污染土壤固化稳定化修复后评估方法研究”（Ｎｏ．２０１５０９０３５）资助下，项目组多年研究成果的系统总结本书在充分调研了我国重金属污染土壤固化稳定化修复技术发展情况与典型工程案例的基础上，参考了国外发达国家对固化稳定化效果评估的一些方法与标准，从固化稳定化修复后土壤再利用途径、土壤重金属的形态分析、土壤重金属生物有效性评估、土壤重金属的环境胁迫模拟方法、土壤重金属的浸出方法、土壤重金属的健康及环境风险评估六方面，并结合我国国情提出了固化稳定化效果评估方法与标准体系。

杨洁，博士，上海市环境科学研究院 固体废物与土壤环境研究所 所长。黄沈发，教授级高级工程师，现任上海市环境科学研究院副院长，国家环境保护城市土壤污染控制与修复工程技术中心主任。

第一章建设用地土壤重金属污染与固化稳定化技术概述 /1  
第一节固化稳定化修复技术概况 ……………………………………………………… ４ 
一、 总体应用情况 ……………………………………………………………… ４ 
二、 固化稳定化材料 …………………………………………………………… ５ 
三、 技术装备与工艺水平 ……………………………………………………… ６ 
第二节 固化稳定化典型工程案例调研 ………………………………………………… ７
第三节 重点关注的土壤重金属种类 ………………………………………………… １０
一、 标准中重金属指标分析 …………………………………………………… １３ 
二、 重点关注重金属污染物 …………………………………………………… １３ 

第二章 固化稳定化修复后的再利用 /17
第一节 固化稳定化修复后土壤再利用途径 ………………………………………… １９ 
第二节 固化稳定化修复后土壤再利用标准 ………………………………………… １９
一、 荷兰建筑材料指令 ………………………………………………………… ２０ 
二、 瑞典的路基材料环境影响评价方法 ……………………………………… ２０ 
三、 美国土壤再利用综合风险评价指标体系的构建 ………………………… ２１ 
第三节 固化稳定化修复后土壤资源化利用技术要求 …………………………………… ２１ 
一、 用作公路路基材料 ………………………………………………………… ２１ 
二、 用作河道堤坝 ……………………………………………………………… ２５ 
三、 用作建筑物墙体 …………………………………………………………… ２５ 
四、 入填埋场填埋 ……………………………………………………………… ２６ 
第四节 典型再利用场景和环境胁迫类型 …………………………………………… ２６ 
一、 典型再利用场景分析 ……………………………………………………… ２６ 
二、 典型再利用场景环境胁迫类型分析 ……………………………………… ２７ 

第三章 固化稳定化修复后土壤重金属形态分析 /31
第一节 固化稳定化修复后土壤重金属形态分析 …………………………………… ３３
一、 重金属的形态分析方法 …………………………………………………… ３３ 
二、 实验案例 …………………………………………………………………… ３４ 
第二节 固化稳定化修复后土壤重金属有效态分析 ………………………………… ３７ 
一、 化学提取法简介 …………………………………………………………… ３８ 
二、 化学提取法实验案例 ……………………………………………………… ３９ 
三、 梯度扩散薄膜技术简介 …………………………………………………… ４３ 
四、 梯度扩散薄膜技术实验案例 ……………………………………………… ４４ 

第四章 固化稳定化修复后土壤重金属的生物有效性评估 / 47
第一节 重金属对植物的有效性评价 ………………………………………………… ４９ 
一、 植物有效性评价简介 ……………………………………………………… ４９ 
二、 实验案例 …………………………………………………………………… ５０ 
第二节 重金属对微生物的有效性评估 ……………………………………………… ５２ 
一、 微生物有效性简介 ………………………………………………………… ５２ 
二、 实验案例 …………………………………………………………………… ５４ 
第三节 重金属对土壤动物的有效性评估 …………………………………………… ５６ 
一、 生物累积 …………………………………………………………………… ５８ 
二、 生物反应 …………………………………………………………………… ５９ 
三、 实验案例 …………………………………………………………………… ５９ 
第四节 重金属有效性的in vitro模拟评价方法 …………………………………６８ 
一、in vitro生物吸收模拟简介 ………………………………………………… ６８ 
二、 实验案例 …………………………………………………………………… ６９ 

第五章 固化稳定化修复后土壤重金属的环境胁迫模拟方法 /73
第一节 反复冻融 ……………………………………………………………………… ７５ 
一、 方法调研情况 ……………………………………………………………… ７５ 
二、 方法研究 …………………………………………………………………… ７５ 
三、 反复冻融处理对固化稳定化土壤性能的影响 …………………………… ７９ 
第二节 干湿交替 ……………………………………………………………………… ８５ 
一、 方法调研情况 ……………………………………………………………… ８５ 
二、 方法研究 …………………………………………………………………… ８６ 
三、 干湿交替处理对固化稳定化土壤性能的影响 …………………………… ８６ 
第三节 高温老化 ……………………………………………………………………… ９７ 
一、 方法调研情况 ……………………………………………………………… ９７
二、 方法研究 …………………………………………………………………… ９８ 
三、 高温老化处理对固化稳定化土壤性能的影响 …………………………… ９８ 
第四节 加速碳化 ……………………………………………………………………… １０５ 
一、 方法调研情况 …………………………………………………………… １０５ 
二、 方法研究 ………………………………………………………………… １０６ 
三、 加速碳化处理对固化稳定化土壤性能的影响 …………………………… １０６ 
第五节 模拟环境胁迫方法总结 ……………………………………………………１１２ 

第六章 固化稳定化修复后土壤重金属的浸出方法 /115
第一节 国内外土壤重金属常用浸出测试方法 ……………………………………… １１７ 
一、 我国浸出毒性评估方法 ………………………………………………… １１７ 
二、 美国浸出毒性评估方法 ………………………………………………… １１８ 
三、 欧盟浸出毒性评估方法 ………………………………………………… １２２ 
四、 荷兰浸出毒性评估方法 ………………………………………………… １２２ 
第二节 固化稳定化土壤长效浸出测试创新方法 …………………………………… １２４ 
一、 稳定化处理土壤的长效浸出测试 ………………………………………… １２４ 
二、 固化处理土壤的长效浸出测试 …………………………………………… １３９ 
第三节 固化稳定化土壤长期稳定性数值模拟评价 ………………………………１４５ 

第七章 固化稳定化修复后土壤重金属的健康及环境风险评估 /155
第一节 污染场地健康风险评估方法 ………………………………………………… １５７ 
一、 健康风险评估基础理论 ………………………………………………… １５７ 
二、 健康风险评估程序和内容 ……………………………………………… １５８ 
三、 国外健康风险评估相关技术导则 ………………………………………… １５９ 
四、 我国健康风险评估方法 ………………………………………………… １６０ 
五、 典型再利用场景概念模型 ……………………………………………… １６２ 
第二节 土壤重金属迁移数值模拟研究 ……………………………………………… １７０ 
一、 稀释衰减模型 …………………………………………………………… １７０ 
二、 稀释衰减影响因素 ……………………………………………………… １７３ 
三、 稀释衰减系数取值 ……………………………………………………… １７３ 
第三节 基于健康风险的土壤重金属浸出限值 ……………………………………… １７５ 
一、 目标限值制定思路 ……………………………………………………… １７５ 
二、 确定重金属污染物种类 ………………………………………………… １７５ 
三、 重金属毒性评估 ………………………………………………………… １７６
四、 暴露评估 ………………………………………………………………… １８２ 
五、 计算基于目标健康风险的重金属浸出限值 ……………………………… １９２ 
六、 基于健康风险的重金属浸出限值汇总 …………………………………… １９７ 
第四节 基于环境安全的土壤重金属浸出限值 ……………………………………… １９８ 
一、 国外水体环境标准中重金属含量限值 …………………………………… １９８ 
二、 我国水体环境标准中重金属含量限值 …………………………………… ２０２ 
三、 水体环境标准对重金属含量限值情况汇总与分析 ……………………… ２０６ 
四、 不同再利用场景基于环境安全的浸出限值研究 ………………………… ２１１ 
五、 基于环境安全的重金属浸出限值汇总 …………………………………… ２１７ 
第五节 基于健康风险及环境安全的土壤重金属浸出限值 ………………………… ２１７ 
一、 环境健康安全的土壤重金属浸出液目标限值 …………………………… ２１７ 
二、 典型再利用场景土壤重金属浸出限值汇总 ……………………………… ２２０ 
第六节 重金属浸出限值合理性分析 ………………………………………………… ２２１ 
一、 浸出限值与现行水体标准的比较 ………………………………………… ２２１ 
二、 浸出限值的调整 ………………………………………………………… ２２６ 
第七节 浸出限值合理性案例 ………………………………………………………… ２３１ 
一、 某中学校区场地砷污染土壤稳定化修复工程案例 ……………………… ２３１ 
二、 某镀锌厂场地镉污染土壤稳定化修复工程案例 ………………………… ２３５ 
三、 某铅污染场地土壤稳定化修复工程案例 ………………………………… ２３７ 
四、 污染土壤稳定化修复工程案例验证结论 ………………………………… ２４２

第八章 固化稳定化效果评估方法与标准体系构建 /243
第一节 专用术语及其定义 …………………………………………………………… ２４５ 
第二节 工作流程及工作内容 ………………………………………………………… ２４５ 
一、 工作流程 ………………………………………………………………… ２４５ 
二、 工作内容 ………………………………………………………………… ２４６ 
三、 修复效果评估 …………………………………………………………… ２４７ 
四、 编制总结报告 …………………………………………………………… ２４７ 
第三节 取样方法及要求 ……………………………………………………………… ２４７ 
第四节 修复效果评估 ………………………………………………………………… ２４８ 
第五节 土壤再利用建议 ……………………………………………………………… ２４９ 
第六节 再利用区域的长期监测 ……………………………………………………… ２５０ 
第七节 后评估报告编制要求 ………………………………………………………… ２５０ 

参考文献 /252

    土壤圈作为连接生态圈和水圈、大气圈、岩石圈的纽带，是人类生产活动不可或缺的基础。随着我国城市化进程及工业化建设的不断发展，我国的土壤环境质量退化态势日趋严峻，土壤环境保护的需求更加迫切。污染土壤固化稳定化技术由于其修复速度快、费用较低、实施方便等特点，在过去的２０年已成为我国重金属污染土壤修复的主要技术。据不完全统计，截至２０１７年，国内实施土壤固化稳定化修复的工程案例已上千例。２００５年至今，仅 在上海市范围内实施的固化稳定化修复工程已有２５项，累计处理的重金属污染土壤约１２０万ｔ。上海世博会场地、迪士尼场地及多个大型居住区建设场地和搬迁工业企业遗留场地的土壤修复工程均采用了这种技术。固化稳定化已成为目前我国的重金属污染土壤修复的主 要技术方法，但是关于土壤固化稳定化修复后评估的技术方法和标准还极不完善，极大地限 制了该技术在我国的规范化发展，也不利于对污染土壤固化稳定化修复尤其是处理后土壤 再利用进行监管。 

    在“十二五”末，由上海市环境科学研究院主持，华东理工大学、上海交通大学和中国科 学院南京土壤研究所共同承担了国家环保公益性行业科研专项经费项目“重金属污染土壤 固化稳定化修复后评估方法研究”（Ｎｏ．２０１５０９０３５）。本书是项目组对建设用地重金属污染土壤固化稳定化效果评估方法与标准体系多年研究工作的总结，围绕建设用地重金属污染土壤固化稳定化后土壤再利用途径 生物有效性 环境胁迫 健康及环境风险等关键科学与技术问题，提出了结合我国国情的建设用地重金属污染土壤固化稳定化效果评估方法与标准体系。

    全书共分八章：第一章为我国重金属污染土壤固化稳定化修复技术发展情况与典型工程案例调研，重点介绍了我国固化稳定化修复技术的总体应用情况、固化稳定化材料、技术装备和工艺水平，以及典型工程案例修复和修复后的环境管理状况；第二章为固化稳定化修复后的土壤再利用研究，主要包括固化稳定化修复后的土壤再利用途径、再利用标准、土壤资源化利用技术要求和典型再利用场景分析；第三章为固化稳定化修复后的土壤重金属形态分析，主要包括土壤重金属赋存形态和有效态分析，以及相应的实验案例介绍；第四章为固化稳定化修复后的土壤重金属的生物有效性评估体系，主要包括土壤重金属对植物、动物、微生物和人体体外模拟的有效性评估，以及相应的实验案例介绍；第五章为固化稳定化修复后的土壤重金属的环境胁迫模拟方法体系，主要包括土壤重金属在反复冻融、干湿交替、高温老化和加速碳化等环境胁迫条件下的长效稳定性，以及相应的实验案例介绍；第六章为固化稳定化修复后的土壤重金属的浸出方法体系，主要包括土壤重金属的一些国内外常用的浸出方法、长效浸出测试创新方法体系及相应实验案例介绍；第七章为固化稳定化修复后土壤重金属的健康及环境风险评估体系，主要包括健康风险评估方法、土壤重金属迁移数值模拟、基于健康风险的土壤重金属浸出限值、基于环境安全的土壤重金属浸出限值、基于健康风险和环境安全的土壤重金属浸出限值的合理性分析，以及浸出限值合理性的案例研究；第八章为固化稳定化效果评估方法与标准体系构建，主要包括为固化稳定化效果评估的工作流程及内容、取样方法及要求、修复效果和再利用建议、再利用区域的长期监测，以及后评估报告的编制要求。 

    本书是上述环保公益性行业科研专项经费项目研究团队的集体成果。本书在出版过程中得到了生态环境部土壤生态环境司相关领导的关心和指导，得到了上海市生态环境局、上海市环境科学研究院领导的指导和固体废物与土壤环境研究所同仁的帮助，在此一并表示诚挚的谢意！ 由于笔者水平有限，书中难免存在疏漏之处，敬请各位同仁批评指正。

作 者 
２０１９年１０月