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城市重度污染场地修复与改造的景观策略——以美国超级基金项目为例(上)

2017-03-17 09:26

摘要:城市重度污染场地由于具有毒性大、位置深、易于扩散等特征,对其进行修复与改造是目前实践中的一大难题。目前我国尚无针对城市重度污染场地修复改造的专门机制,因此在借鉴美国城市重度污染场地治理项目“超级基金”相关实践基础上,首先解析了城市重度污染场地的判定方法以及修复改造中的挑战,其次从绿化种植、工程技术和设计维护三方面探讨了修复改造的景观策略,最后从目标建构、策略生成和方案比选三个方面对修复改造三大发展方向展开讨论。

关键词:棕地,修复,超级基金,工程技术,设计,景观

随着世界范围内环境问题的加剧以及对城市可持续发展的重视,城市污染场地的修复与改造利用成为当前热点。其中,城市重度污染场地由于长期受到污染侵害,通常具有污染物毒性大、成分复杂、沉积位置深、深层地下水已受污染等特点。由于该类场地污染严重,随着污染物的缓释扩散、地下水的流动和雨水的冲刷溶释,除了增加地块本身暴露风险外,其自身还很可能成为新的污染源,对周边土地以及水系造成进一步污染,给人类健康与环境安全带来极大威胁。要彻底治理或移除场地内部所有污染物,通常难度较大,并需付出极高的人力、物力和财力成本,这也使其成为当前各国污染场地修复与改造实践中的一大难题。鉴于此,本文从风景园林专业范畴,在借鉴国外相关经验基础上,专门针对情况较复杂的城市重度污染场地修复与改造途径进行探讨,以期为我国相关实践的顺利开展提供借鉴。

1  城市重度污染场地判定

在我国,城市污染场地的修复与改造尚属起步阶段,仍未建立起专门针对城市重度污染场地修复治理的机制。但在美国,已于1980年代开始专门针对城市重度污染场地的判定、修复与改造利用进行探索和实践。其触发点是1970年代末出现的“纽约拉夫运河(Love Canal)污染事件”导致大量新生儿畸形以及癌症死亡病例的产生,由此催生联邦政府颁布了《超级基金法案》(全称《综合环境应对、赔偿和责任法案(Comprehensive Environmental ResponseCompensationand Liability Act))用以专门应对全国城市重度污染场地的修复治理。与普通棕地不同,被视为全国重度污染的场地将由美国联邦环境保护署(US Environmental Protection Agency,简称美国环保署)直接负责治理,并能获得联邦政府“危险物质超级应对信托基金(Hazardous Substance Superfund Response Trust Fund)”支持,因此该类场地又被称为“超级基金场地(Superfund Site)[1]

超级基金制度中设置了一套量化的“危害排名系统”(Hazardous Ranking System),通过废弃物特征评分和传播路径评估两个步骤来判定场地的危害程度。其中,废弃物特性评分主要选取废物成分净含量、废水量、废物源总量、废物源面积四个评估项中的一项或多项(取决于能获取的有效数据类型),进行三个级别的评分赋值(1)。取最高赋值带入到地下水、地表水、土壤和空气共四条传播路径中进行叠加计算得出废物危害评分,例如用地下水路径计算时主要将废物特性赋值与该废物通过地下水传播可能性以及地下水使用目标群体规模两个评分值带入计算最终危害评分。当危害评分值超过美国环保署规定的阀值时,该场地将被视为重度污染场地,并被推荐列入到“国家优先治理名录”(National Priorities ListNPL)成为超级基金场地[23](1)

1  超级基金制度中的废物特性评分表

四大评分项

废物源类型

废物特性赋值

低赋值

中赋值

高赋值

废物净含量(单位:磅)

100

100-10000

10000

废水量(单位:万磅)

50

50-5000

5000

废物源总量

垃圾填埋场(单位:万立方码)

25

25-2500

2500

地表附着物含残留水填土砂掩埋物等(单位万立方码)

0.025

0.025-2.5

2.5

桶状容器(单位:万桶)

0.1

0.1-10

10

贮水池和非桶状容器(单位:万加仑)

5

5-500

500

污染土壤(单位:万立方码)

25

25-2500

2500

堆场(单位:万立方码)

0.025

0.025-2.5

2.5

其他(单位:万立方码)

0.025

0.025-2.5

2.5

废物源面积

(单位:英亩)

垃圾填埋场

7.8

7.8-780

780

地表附着物,含:残留水、回填土砂、掩埋物等

0.029

0.029-2.9

2.9

污染土地

7.8

7.8-780

780

堆场

0.029

0.029-2.9

2.9

处理过的土地

0.62

0.62-62

62

注:1(pound)=0.45 kg1立方码(cubic yard)=0.76 m31加仑(US gallon)=3.79 L1(drum)=50加仑=189.25 L1英亩=0.40 hm2

资料来源:参考文献[2]

 

1  超级基金制度中的城市重度污染场地判定流程示意

图片来源:根据参考文献[2]整理绘制

2  城市重度污染场地修复与改造中的景观策略

2.1  通过景观绿化种植控制场地污染程度

通过景观绿化种植控制场地污染程度主要有两种途径:一种途径是通过绿化植物来降解或吸附固化污染物。例如上海黄浦江湿地中的典型植物藨草能够通过自身降解机制,提高污染物质芘的去除率,也有部分植物虽然不能降解污染物,但能对场地中的重金属等污染物进行吸附和浓积,并在未来能够通过化工技术对植物体内的污染物进行提炼和回收利用;另一种途径则是应用绿化种植和地形设计来过滤净化和涵养地表雨水,降低场地污染物随地表径流扩散的风险。

在美国超级基金项目治理过程中,对景观绿化种植的应用非常普遍,并通常具有操作简单、成本低、收效广的特点。其中,很多项目的景观绿化种植都是融入到场地绿色基础设施的规划建设中来发挥作用的。以纽约市Gowanus运河超级基金场地为例,暴雨时段周边地块的雨污合流排水渠溢流(combined sewer overflowsCSO)频发,持续将原有工厂在周边地块土壤中残留的非水相液体(Non-Aqueous Phase Liquid)以及重金属等污染物带入到运河河床[5],对运河造成严重的再次污染。为有效缓解和控制CSO,当地政府协同美国环保署针对该地区制定出一整套绿色基础设施规划。

其中一个重要试点项目就是海绵公园系统(sponge park system)的规划建设。该系统在改造和整合运河地区原有公园绿地的基础上,对现有滨水开放空间和道路沿线空间进行绿化添加和改良,形成由绿地、绿道和湿地构成的公园系统。该系统既可长期通过生物修复原理降解周边土壤中的有机污染物残留,同时也能如海绵一样在暴雨时期对溢流污水进行吸纳、过滤和净化。它的运行原理是通过滨河带将运河地区的湿地、公园和游憩场地串联一体,同时注重滨河绿带与垂直相交的城市道路绿化衔接。平时的雨水主要通过道路沿线水渠来进行疏导(2),而在暴雨季节雨水和污水则会溢出水渠流入道路沿线绿化带进行初步过滤和净化,并由道路绿化带导向滨河地段绿地和湿地所形成的台地,通过多级台地的逐级吸纳、过滤和净化后流入集中蓄水池做进一步处理,然后排入运河[4](3)

2  Gowanus运河滨河地区绿化与地形设计

图片来源:参考文献[4]

3  Gowanus运河滨河地区绿化与地形设计

图片来源:参考文献[4]

2.2  通过景观工程技术降低场地暴露风险

污染深度、修复成本和修复时间等现实因素导致城市重度污染场地很难彻底移除所有污染物。从美国超级基金项目实践发展来看,早期的超级基金项目倾向于采用“永久性治理模式(permanent cleanup)”,即彻底移除有害物质或设法将有害物质浓度降至对人体健康无害的程度。但由于其高额的修复成本和较长的修复时间很难被修复责任方和政府所承受,其结果常常导致修复工作停滞不前,地块长时间搁置和荒废。1990年代后,为增强项目的可操作性,联邦环保署开始在超级基金项目实践中探讨“容许污染物存留治理模式(site contaminants allowable solution)”,即设法通过隔离、疏导或长期治理等途径来管控场地上难以清除的污染物及其产生的渗滤液和有害气体,以确保人群活动的安全[6]

如果场地在修复后的使用过程中存在污染物残留,将其暴露风险最小化将成为设计和使用的关键。目前的主要途径是通过设置工程围护系统(包含覆盖隔离设施、地下水收集处理设施、导流设施、可渗透反应屏障、填埋气体收集设施、渗滤液收集设施等[7])对残留污染物进行覆盖、隔离和定向疏导。由于污染场地治理既需对场地环境进行修复,也要兼顾项目的可操作性和成本控制,如何在众多的工程治理方案中进行合理化优选,成为项目成功实施的关键。

为此,超级基金项目发展出一套基于多种修复工程技术方案的比选机制。它的基本原理是根据项目的未来土地使用和修复目标列出多个可能的工程技术方案选项,在此基础上,依据美国“国家应急计划(National Contingency Plan)”中的九大评估项(包含对环境与人健康的总体保护、修复适宜性、长期效果与持续性、污染减轻程度、短期效果、可操作性、治理成本、州政府认可度、社区认可度)来对各类工程技术方案选项分别进行优劣评估(2)。最后综合权衡评估结果选出首选工程技术方案,并将其列入到项目实施的纲领性文件“决议记录(Record of Decision)”当中进行公示和实施[8]

2  美国麻省Industri-Plex超级基金项目部分污染治理的技术方案比选

污染媒介

工程技术方案选项

对环境与人健康总体保护度

修复适宜性

长期效果与持续性

污染减轻程度

短期效果

可操作性

修复与维护成本(美元)

地表土壤

1.不作为

0

2.制度管控

600,000

3.透水覆盖层与制度管控结合

5,992,000

4.挖掘场外处理

47,172,000

5.挖掘、处理与场地内再利用

22,993,000

地下土壤

1.不作为

0

2.制度管控

1,276,000

3.透水覆盖层与制度管控结合

8,070,000

地下水

1.不作为

0

2.池塘拦阻,辅以监控与制度管控

3,918,000

3.通过地下水抽取处理及排放来拦阻污染羽流,同时进行监控与制度管控

19,137,000

4.通过在场地内部处理地下水来拦阻污染羽流,同时进行监控与制度管控

17,792,000

池塘沉积物

1.不作为

0

2.监控

1,201,000

3.水下铺设隔离层

5,291,000

4.雨水绕行疏导局部渣淤为动物提供备选栖息地

9,187,000

5.彻底移除,场地外处理

3,810,000

注:●—符合程度较高,◎—符合程度一般,○—符合程度较低,  —综合平衡后的首选方案。另外,“州政府认可度”与“社区认可度”两项指标需在方案公示回收公共参与和评价意见后才能完成

资料来源:参考文献[9]


 

作者: 东南大学建筑学院 周聪惠 成玉宁  来源: 《城市发展研究》2015年第9期

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