【专家视角】清华大学侯德义Nature Reviews Earth & Environment：污染场地土壤地下水可持续修复
导读
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。工业场地修复可以净化污染环境，提升城市生态系统服务价值，推动可持续发展与工业城市复兴。近日，清华大学环境学院侯德义教授以第一作者兼通讯作者在NatureReviewsEarth&Environment（NREE）发表题为“Sustainableremediationandredevelopmentofbrownfieldsites”的综述论文。论文系统总结了工业污染场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指明了方向。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教授等多名国内外合作者。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、国家自然科学基金杰青项目等的支持。
01主要研究成果
1.污染场地修复的环境、经济、社会影响
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，首次开展了全球潜在污染场地总数与分布估算，发现全球“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，另一方面也造成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。
图1全球棕地分布
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成本高昂、能耗和资源消耗强度大、环境与碳足迹高。此外，管理不善的修复工程有可能带来严重的二次污染，对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。环境影响针对场地污染自身、修复过程、修复后场地再利用三个层面，可分为一次、二次、三次影响。对修复全生命周期的环境足迹分析，需综合上述原生与次生的影响。本研究同时构建了多指标融合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。
2.土壤和地下水绿色可持续修复技术
研究系统分析了4类可持续的污染土壤地下水修复技术，包括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、和基于高选择性填料的可渗透反应墙风险管控技术。通过利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。
3.耦合修复与再开发的高韧性棕地治理模式
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基础。采用基于自然的解决方案（Nature-basedSolution），耦合生物质、太阳能、风能等新能源生产与利用，构建高韧性的棕地修复再开发协同模式，是提升污染场地治理环境、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需要适应社会发展带来的修复标准严格化需求，并能稳健应对全球环境变化造成的场地污染长期迁移扩散挑战（图4），为城市可持续发展注入新的动力。
全文链接：
https://www.nature.com/articles/s43017-023-00404-1
02作者简介
侯德义，清华大学环境学院长聘教授，博士生导师，土壤与地下水教研所所长；国家杰出青年科学基金获得者，联合国国际土壤污染合作组织（INSOP）副主席，SCI期刊《SoilUseandManagement》主编。主要从事土壤与地下水污染防治的科学研究和实践应用，包括有机污染物及重金属在土壤包气带和地下水多孔介质中的迁移与归趋、基于生物炭和缓释材料等的长效绿色修复技术、污染场地修复过程的全生命周期建模及环境修复的可持续性评价。担任英国土壤学会理事、中国环境科学学会土壤与地下水环境专委会副主任、中国生态学会污染生态专业委员会副主任等。2021-2022年连续入选科睿唯安“全球高被引科学家”。