第1章绪论
土壤作为陆地生态系统重要组成部分，是人类居住和动植物生存的重要环境介质，也是食品安全与人体健康的基本保障。我国城市化进程的持续加快促进了区域经济的平稳快速发展，但也导致了城市环境污染、用地紧张、交通拥堵等系列问题（刘松玉等，2016；Xieetal.，2010）。随着我国产业布局调整及“退二进三”政策的实施，原来处在主城区的大批污染企业被迫搬迁、改造或关闭停产，导致城市及其周边地区出现大量遗留、遗弃的“棕地”（污染场地）。2014年发布的《全国土壤污染状况调查公报》明确指出，从污染分布来看，长江三角洲、珠江三角洲、东北老工业基地等部分区域土壤污染问题较为突出。上述区域原有化工厂、钢铁厂、金属冶炼厂、电镀厂、蓄电池厂等企业历史生产时期存在不同程度的环境安全管理模式粗放、工业废水排放无序、泄漏，以及废渣违规堆放等问题，导致大量有毒有害重金属、有机污染物侵入厂区及周边区域土壤和地下水，致使企业原址场地成为具有复合污染（铅、锌、铜、镉等共存）、浓度高（超过土壤质量标准数百倍）、污染深度大（深度可达数十米）等特点的高风险重金属污染场地，已对食品及饮用水安全、区域生态环境、人居环境健康、经济社会可持续发展甚至社会稳定构成了严重威胁与挑战，带来的环境及社会问题已成为推进环境友好型城市可持续发展的巨大障碍。我国城市化过程不断加快导致城市用地紧缺，大多数污染场地面临用地功能转换和二次开发的问题，主要以新兴产业、新城建设与环境风光带建设为主（陈云敏等，2012）。美国“超级基金”关于地块二次开发类型的相关统计同样表明，1982—2005年，美国“超级基金”工业污染场地进行二次开发的460项案例中，修复后的场地多作为商业、工业、游憩、生态及居住用地等用途。综上所述，采取适当措施修复此类污染场地，并使其达到再次开发利用的功能，是污染场地安全再利用的根本途径（谢剑和李发生，2012）。
1.1工业污染场地现状及其危害
目前，我国尚未对污染场地做出明确的法律定义。在2016年12月环境保护部发布的《污染地块土壤环境管理办法（试行）》中，对疑似污染地块的定义为“从事过有色金属冶炼、石油加工、化工、焦化、电镀、制革等行业生产经营活动，以及从事过危险废物贮存、利用、处置活动的用地”。根据该办法，污染地块是指依据国家技术规范确认超过相关土壤环境标准的疑似污染地块。污染场地环境不仅涉及场地内部的土壤和地下水，还包括车间墙体、设备及各种废弃物，甚至影响到场地周边的土壤、地表水、地下水、空气、生物群体及居民生活区域。因此，在修复治理、搬迁和监管这些遗留污染场地时，必须兼顾系统性和整体性。
过去二十年来，我国土壤环境问题日益严峻。据行业调查报告不完全统计，我国每年因城市工业场地污染造成的用地缺口约500万亩（1亩=1/15hm2）。2005年4月～2013年12月，环境保护部与国土资源部联合开展了*次全国土壤污染状况调查。调查结果显示，全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，尤其是耕地土壤环境质量堪忧，工矿业废弃地土壤环境问题尤为突出。2014年4月17日发布的《全国土壤污染状况调查公报》指出，全国土壤总的超标率为16.1%，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为11.2%、2.3%、1.5%和1.1%。污染类型以无机型为主，有机型次之，复合型污染比重较小，无机污染物超标点位数占全部超标点位的82.8%。在重污染企业用地、工业废弃地、工业园区、固体废物集中处理处置场地、采矿区等工业相关典型地块，污染超标点位占比分别为36.3%、34.9%、29.4%、21.3%和33.4%。其中重金属污染尤为突出，镉、汞、砷①、铜、铅、铬、锌、镍8种无机污染物点位超标率分别为7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%。我国工业园区、工业废弃地中的超标点位为三分之一左右，重污染企业用地的土壤点位超标率更是高达36.3%。这些地块主要涉及黑色金属、有色金属、金属制品、矿物制品、石油煤炭、化工医药、化纤橡塑、皮革制品、造纸、电力等工业生产活动，污染物种类繁多。从区域分布上看，我国工业发达地区如长江三角洲、珠江三角洲，以及东北老工业基地等是土壤污染的重灾区，而西南和中南地区土壤重金属超标范围也较大。整体而言，全国土壤环境状况不容乐观，工矿业企业用地土壤环境问题尤为突出。人为生产活动是造成土壤污染或超标的主要原因。
随着“退二进三”“退城进园”及“产业转移”等城镇发展策略的实施，一些大中城市中的工业企业逐渐完成搬迁工作，为城市扩容和发展提供了大量土地资源，缓解了城市建设用地紧缺的局面。然而，正如《全国土壤污染状况调查公报》所示，搬迁遗留场地存在不同程度的有机物和无机物污染，被称为城市建设的“定时炸弹”。工业污染场地中的重金属浓度高且难以被土壤中的微生物降解，若不及时处理，将导致土壤环境质量退化（范拴喜，2011）。重金属通过沉淀/溶解、氧化/还原、络合作用、胶体形成、吸附/解吸附等物理、化学及生物过程进行运移转化，参与并干扰环境生物活动、地球化学过程与物质循环，并长期滞留在土-水-生物圈中，造成持续危害（魏明俐，2017；陈蕾，2010）。
据报道，我国每年受重金属污染的粮食高达1200万t，造成直接经济损失超过200亿元，这些粮食本可以养活超过4000万人。在全国140万hm2的污水灌溉区中，64.8%的土地受到重金属污染，导致“汞鱼”“重金属蔬菜”“镉米”等问题频发。这种污染不仅影响饲料和食物，还渗透至化妆品、儿童用具、家具和食具等日常生活必需品，覆盖了人们生活的方方面面。在湘江下游沿岸，土壤样品和蔬菜样品的重金属分析表明，土壤中多种重金属元素含量超标2.7%～68.7%，呈现出多种重金属复合污染的状况，蔬菜中重金属元素含量超标率为10.4%～95.8%（郭朝晖等，2008）。深圳市典型工业区受金
注：①砷为非金属，在环境污染和毒性上与重金属类似，在环境领域视为重金属。2
属加工、电镀等行业生产活动影响，土壤中铜、铅、铬、锌、镍等重金属富集含量远超当地背景值（冯乙晴等，2017）。
重金属污染不仅带来环境危害，还影响土体的工程力学特征。研究表明，工业污染场地中的重金属污染物进入周围土层后，会改变地基土的力学性能，降低承载力，导致地基土工程特性劣化甚至破坏失稳（Saeedetal.，2015；Duetal.，2014a；查甫生等，2012）。例如，化工部南京勘察公司老厂房地基土受废液侵蚀（陈先华等，2003），广西柳州某镀锌公司地基土受ZnSO4渗漏污染（蓝俊康，1995），均导致地基大幅度沉降和建筑物结构破坏。此外，污染土的压缩性、凝聚力、摩擦角数值均出现大幅度改变（董祎挈等，2015；查甫生等，2012）。
工业场地重金属污染很大一部分是历史遗留问题，来源于工业化进程与城市化进程在发展上的高度耦合。《全国土壤污染状况调查公报》显示，重污染企业用地及工业废弃地的土壤超标率分别为36.3%、34.9%，土壤环境问题突出。据不完全统计，全国需要搬迁或关闭的企业有10万余家（廖晓勇等，2011）。仅珠三角地区，已经和即将要搬迁的企业就高达2000家以上。根据《中国环境年鉴》（2002—2009），2001—2008年，我国关停并搬迁的企业数量由6611家快速增长到22488家，增速为每年1984家（图1.1）（廖晓勇等，2011）。表1.1简要示意了我国几个主要城市及地区的企业搬迁情况。企业搬迁后产生了大量污染场地（罗启仕，2015）。这些企业大部分为从事电镀、印染、化肥、农药等高污染型企业，由于企业设备陈旧、工业“三废”排放及长期以来环保意识的薄弱，大量的有毒有害物质进入土壤和地下水，企业原址土壤和地下水成为高污染区和高风险区。虽然企业已搬迁或关停，但这些企业对原址的环境污染并未完全消除。企业原址土壤和地下水中积累的污染物质在短期内难以自然降解，尤其是重金属污染物。如果不及时对企业原址进行治理修复，污染物将会通过地下水、空气等途径进入人体，势必威胁人体健康，制约城市土地资源的安全再利用，阻碍城市建设和发展。因此，对我国城市工业污染遗留场地进行修复，确保人居环境安全迫在眉睫。
与有机污染物相比，重金属性质稳定，不能通过降解的形式去除，因此更容易通过食物链和环境暴露在人体中聚集，危害更为严重。《重金属污染综合防治“十二五”规划》明确规定我国需建立起比较完善的重金属污染防治体系、事故应急体系和环境与健康风险评估体系，以更好地应对重金属污染。在我国现阶段已明确的污染场地中，重金属污染占了较高的比例，主要重金属污染物包括镉、铬、汞、砷、铅、铜、锌、镍等，许多污染场地为单*的重金属污染或者重金属与有机物导致的复合污染。
早在20世纪70年代，欧美国家便开始着手治理污染场地，通过制定政策法规、编制行业标准、设立修复基金及鼓励技术创新，逐步形成了一套行之有效的环境评估、治理和监管体系。相比之下，我国对污染场地问题的关注起步较晚。2004年，北京宋家庄地铁站中毒事件暴发，引发了公众和政府对污染场地治理与开发的广泛关注。同年，国家环境保护总局发布了《关于切实做好企业搬迁过程中环境污染防治工作的通知》（环办〔2004〕47号），明确要求搬迁后的污染场地必须经过监测、评估和修复后方可再利用。这一事件被视为我国污染场地修复行业的起点，标志着污染场地修复与再开发开始受到环保部门和公众的重视。
随着重金属污染事件在我国不断增多，污染形势愈发严峻。我国在土壤重金属污染方面的环保政策和立法工作正在逐步完善，“绿水青山就是金山银山”的理念深入人心，相关科研工作也取得了快速进展。据中关村众信土壤修复产业技术创新联盟（简称土盟）数据库和《2015中国土壤修复发展白皮书》的不完全统计，从2007年到2015年，全国土壤修复合同签约额从2.05亿元增加到21.28亿元，资金累计总量约为99亿元。在“十二五”期间，土壤修复资金累计约80亿元。其中，湖南、广西、广东、江苏、浙江、北京等地在项目数量上较为领先，表明长三角、珠三角及京津冀等经济发达地区对污染土
壤修复和再开发的力度较大。
2016年，《土壤污染防治行动计划》（简称“土十条”）的发布标志着我国在土壤污染防治方面迈出了重要一步。随后的2017—2018年，《污染地块土壤环境管理办法（试行）》《农用地土壤环境管理办法（试行）》及《工矿用地土壤环境管理办法（试行）》（生态环境部令第3号）陆续施行，进一步完善了相关管理框架。2019年，《中华人民共和国土壤污染防治法》正式生效，标志着我国土壤污染防治法律法规体系的初步建立。在这些政策的推动下，土壤修复行业迅速发展，并随着相关标准体系的完善，逐步走向专业化、标准化和规范化。经过多年的努力，北京、重庆、广东、上海、江苏、浙江等地已成功完成数十个污染场地的调查与修复，总投资接近百亿元。
尽管如此，我国工业场地污染治理行业仍处于起步阶段，专业技术人员和设备尚不成熟，污染修复技术的研发和应用仍在试验阶段。目前，我国土壤污染治理产业的产值仅占环保产业总产值的1%，而发达国家的土壤治理产业产值占其环保产业总产值的比例已超过30%。
综上所述，工业重金属污染场地及工业废弃物的高效修复和资源化利用符合我国《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》中“综合治污与废弃物循环利用”的主题，也是国际环境岩土工程界研究的热点、重点和难点课题之一。2016年5月，国务院颁布《土壤污染防治行动计划》（简称“土十条”），进一步明确了土壤污染修复的紧迫任务。其中第四条明确规定，工业搬迁场地在开发前必须进行评估与修复。因此，本书针对我国场地土壤重金属污染现状与行动计划需求，综述相关修复技术，重点介绍场地重金属污染土壤资源化利用处置技术，以期为我国重金属污染场地修复产业发展和场地安全再利用提供支撑。
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