德国氯碱生产污染场地修复经验及启示

温源远　李宏涛　杜　譞

(环境保护部环境保护对外合作中心，北京　100035)



德国氯碱生产污染场地修复经验及启示

温源远李宏涛杜譞

(环境保护部环境保护对外合作中心，北京100035)

【摘要】氯碱工业是最基本的化学工业之一，产品包括烧碱、聚氯乙烯(PVC)、氯气、氢气等，可用于制造有机化学品、造纸、肥皂、玻璃、化纤、塑料等领域。近年来，我国氯碱工业发展迅速，其对环境产生的影响值得关注。发达国家氯碱生产及污染治理经验可为我国提供重要借鉴。本文特选取了德国莱茵费尔登镇的氯碱污染场地修复管理案例进行信息收集和编译整理，供研究及决策参考。

【关键词】氯碱工业；污染场地修复；案例研究；德国

氯碱工业是最基本的化学工业之一，主要产品包括烧碱、聚氯乙烯(PVC)、氯气、氢气等，可用于制造有机化学品、造纸、肥皂、玻璃、化纤、塑料等领域。近年来，我国氯碱工业发展迅速，呈现出规模化，高技术化发展态势，其对环境产生的影响值得关注。为此本文整理德国莱茵费尔登镇的污染场地修复管理案例，供研究及决策参考。

1德国莱茵费尔登镇案例简介

德国等国的生产经验证明，氯碱的生产过程可以产生大量的多氯代二苯并呋喃(PCDFs)、多氯化萘(PCNs)和其他有机和无机有害污染物。莱茵费尔登(Rheinfelden)是德国南部的一个小镇，人口3.2万，自1898年以来生产氯碱长达87年，另外，五氯苯酚和五氯酚钠的生产设备也从1970年运转到1986年。1989年，该市开始了针对包括市中心区域在内的几个污染场地表层和深层土壤中的多氯代二苯并二噁英/呋喃(PCDD/PCDF)污染情况的调查。接下来几年中，在州政府支持下，该市市议会联合生产企业、两所大学、多位有经验的工程师和专业的污染修复公司的共同研究和努力，令污染场地得到了保护和修复。该案例体现了氯碱生产过程的污染过程和污染造成的后果以及针对其污染场地修复的策略组合。

2历史回顾和污染情况的发现

2.1历史回顾

1985年，伴随着欧洲第一个水电站的建设，莱茵费尔登也开始了工业化进程和定居点建设，十年时间里，这里很多工业行业得到了很大发展。其中，格里斯海姆电子化学工厂(GriesheimElektron)在1898年就开始运行了第一套氯碱设备。虽然在第一年就发现生产过程可能会危害健康，而且从操作人员患上较严重的氯过敏症状得知可能存在有害残留物，但接下来的87年间，氯碱生产过程产生的有毒废弃物和其他工业废弃物、建筑垃圾混合在一起被堆积在工厂附近的坑洞里，未做任何安全防护措施。在这期间，公司的所有权几经更改，直到今天的德固萨有限公司(DegussaAG)。

2.2发现PCDD/PCDF污染

1989年，在一次大范围的由五氯苯酚(PCP)生产造成的大气沉积PCDD(主要是八氯代二恶英[20～8000ng/kg]；<40ngTEQ/kg。TEQ为国际毒性当量的英文缩写[ToxicEquivalentQuantity])污染水平普查中，在该生产场地附近发现了特定的PCDF污染。然而，某些地方PCDF污染水平大大高于大气中PCDD大气沉积总量，此时还不清楚PCDF源自哪个工业过程。在以PCDF为主的样本量化中，表层土壤和深层入土壤的峰值可达26000ngTEQ/kg和3800000ngTEQ/kg。在以上地区出现的巨大的PCDF值表明，一些受PCDD/PCDF严重影响地区需要被归类为受污染场地。首先最重要的措施应是立即封锁以上地区并给周围人群设置警示和提供指导。

3污染场地的评估

根据德国法律，人员密集区域土壤修复限值为1000ngTEQ/kg，因此，莱茵费尔登的污染场地需要采取修复措施。由于污染程度不同对挖掘操作工作者的健康、对该地区居民和地下水的危害会有所不同，在修复前，有必要掌握受污染场地更深土壤层的详细情况。为厘清这些问题，有必要进行以下调查和评估：①污染物成分和起源；②对由此产生的实际或潜在的健康和污染风险；③关于修复的必要性和可能性。

然而在早期阶段，无论是污染源情况，还是是否有其他更大范围的污染地区等情况都无从得知，因此，必须形成一套有效的调查策略，包括对整个生产过程的历史调查和评估，以及利用技术和科学的调查手段发现可能的污染场地。

3.1历史调查

从有关人口概况，历史地图及土地登记簿的相关评估中的信息汇总中可以看出，在1920年以前，一些生产过程中产生的残留物被堆积搁置。这限定了三家公司的污染来源。以上这些公司被要求出示他们与生产相关的各种信息文件。这次调查着重关注了氯碱电解(氯及其应用技术总称)工艺的相关内容，包括氯代有机物生产历史、生产数量的文件，以及它们存放地的相关信息。

3.2技术和科学性调查以及来源的发现

在第一阶段(前三个月)针对局部沉积物的评估技术调查过程中，先是通过303个核心取样器在100个采样位置得到500个样本，然后取40个代表样本进行混合用来分析土壤中PCDD/PCDF、重金属、有机污染物的相关参数以及一般污染场地的具体代表性参数。PCDD/PCDF的相同属性就像一个“指纹”，可以作为一个重要工具，用于识别工艺过程和特定产品或产品残留物中的PCDD/PCDF来源。莱茵费尔登的污染模式与瑞典的氯碱生产企业的污染情况相类似。因此，重PCDF污染可能归因于氯碱的生产过程。

3.3氯碱生产产生PCDD/PCDF及其他污染物的过程

高水平的PCDF和其他含氯有机化合物污染物的产生与煤或石墨电极的使用密切相关(电解槽中的污泥主要来源于沥青做粘合剂的石墨阳极和氯化物的反应产生)。虽然从1980年通过电解法生产氯碱以来，这些电极在70年代开始得到部分替换，但是仍有一些企业至今还在使用这类电极。需要强调的是，这些氯碱工艺产生残余物中还有其他环境污染物，包括多环芳烃(含量高达4345mg/kg)、重金属铅(高达1425mg/kg)、钡(高达60g/kg)和汞(极大值为24.4mg/kgHg)。

3.4绘制整个城市的污染图

基于前一阶段的调查，确定了评估污染物的类型。在接下来第二个阶段的评估中，发现在20世纪的城市发展进程中，一些含有有害残留物(源头是氯碱生产过程的含高浓度PCDD/PCDF的污泥)的石头从采石场开采出来后被用作了个人房产的填充材料。这导致了城市内广泛的区域都有潜在的PCDD/PCDF、重金属和其他污染物危害。因此，莱茵费尔登的整个市中心区域(大约290公顷)都必须进行评估：共有1878块土地，形成了来自1615个地块的土壤样本(大约3566个独立取样)。最后，以重金属指标作为控制参数并以PCDD/PCDF分析作为确认，市议会与豪恩海姆大学(UniversityHohenheim)合作绘制完成了整个城市的土壤状况图(详见下图)。研究证明，PCDD/PCDF土壤浓度超过100ngTEQ/kg可以根据其光学特性被筛选出来，土壤的重金属水平也可以根据其指标值被测绘出来。在这次调查中，有36块地产的PCDD/PCDF含量超过了修复极限值(1000ngTEQ/kg)。

图1　莱茵费尔登土壤状况图(巴登-符腾堡州环境部公布)

4修复行动

因为涉及到住宅区域，这给调查和修复污染场地带来了特殊挑战。首先，对诸如种植食物的自家庭院和供孩子们玩乐的区域土壤的污染物水平评价与决策非常微妙。另外，与私人土地业主(虽然不是污染的制造者但现在却是污染物的拥有者)的合作更需要智慧。尤其是根据法律规定，对污染的继承不够明晰，特别是因为公司改变了所有权和前公司破产，造成了房地产的实际拥有者而不是污染者来负责修复的结果。为了避免资金纠纷，建立了覆盖75%修复成本的公共治理基金，土地所有者承担最多25%的治理成本。因为最大成本固定且小于修复带来的收益，所以所有的土地业主都同意了场地修复。此外，场地修复带来的可能的财务风险由补救基金化解。因此，“自愿补救”的原则可以应用与所有私人业主财产。私人财产的所有者的成本最终由合理的成本最小化管理控制到修复成本全部的10%以下。

4.1依据污染水平进行修复

受到严重污染的土壤(超过 1000ngTEQ/kg)均被移除、替换，或去除顶层受污染土壤，垫上织物后，重新用未受污染土壤覆盖。PCDD/PCDF污染(在1000ngTEQ/kg到10000ngTEQ/kg之间)的所有36个“热点区域”已被修复。其中，最大比例的污染土壤在诺贝尔火炸药公司(今天的德固赛公司)的垃圾填埋场A区域存放，因为该区域土壤已被氯碱电解和生产工艺过程中的有毒残留物严重污染。而土壤污染水平超过10000ngTEQ/kg的土壤主要通过在荷兰(处理污染水平小于30000ngTEQ/kg的土壤)和德国(处理污染水平小于100000ngTEQ/kg)的危险废物焚化炉处理。而所净化处理后的土壤都在德国处置。一些极高污染水平(1000000ngTEQ/kg左右)的沉积物储存在矿区。尽管土壤污染水平低于1000ngTEQ/kg的区域没有得到修复，但PCDD/PCDF污染水平超过40ngTEQ/kg已禁止用于农业用地。

4.2完全修复的局限性

由于成本高昂，对PCDD/PCDF污染物破坏的场地(垃圾填埋场，生产装置所在区域和低影响房产区域)进行完全的修复被认为是不可行的，又因为PCDD/PCDF对地下水造成污染的环境风险被排除掉了，所以完全修复被认为没有必要。

为防止氯化烃类污染物污染地下水，还需要源源不断的从生产区内抽水。针对垃圾填埋场，必须及时往外排水以保证安全区域的水位低于周边区域的水位，以保障污染场地的水流梯度，不会造成地下水污染。废水必须经过活性炭过滤清洁。垃圾场水位有对应的监控系统，周围水流的水文情况也会进行定期监测分析。

此外，无论现在还是将来，任何建筑行为都会被进行评估。在这样一个整体框架下，包括对垃圾填埋场、生产装置区域实施的相关政策，对私人房产区域进行环境修复可以将环境污染降低到最小化，保护了莱茵费尔登地区的居民权益。

5经验及启示

莱茵菲尔德有机氯化合物中氯碱的电解和生产造成污染场地的调查和修复是全球范围内的典型案例之一，本案例的一个重要结论是：由于被污染的土壤体积巨大且填埋场对填埋物的限制等，可根据污染程度进行修复，但完全修复污染场地仍是很困难且成本高昂的，现实中并不可行。通过对本案例得出以下结论：

(1) 以往生产过程中的设备相关详细信息和生产过程中产生的污染废渣的数量、类型和存放位置等信息的透明度是很重要的；垃圾填埋场和污染区域(基于历史档案材料中的详细数据)需要被严格定位。

(2) 对垃圾填埋场和受污染区域的评估是非常有必要的，尤其是以下几方面：污染程度；场地地质条件和地质结构；地下水实际污染程度和可能存在的污染风险；污染物的迁移情况。

(3) 针对污染场地的调查方案的设计原则是基于此方案可以做出详细的风险评估和有效跟踪污染物来源。

(4) 农药/化工企业和国家/当地政府的密切合作是必需的，受影响的公众群体和NGO之间的公开透明的交流很重要。

(5) 针对污染区域的场地修复的过程中应该积极咨询在类似领域经验丰富的工程公司，修复规划对创造力的要求很高，因为场地修复的解决方案通常不是标准化的工程技术而可能是要求有针对性、独特性。

(6) 所有的区域是否都可能得到修复，是否有必要进行修复都是需要进行事先评估。

(7) 及时的环境影响评估、修复和保护措施可使伤害和成本降到最低。

(8) 应对怎样使用“污染者付费”原则和到哪种程度进行评估。

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作者简介：温源远，高级工程师，北京师范大学环境学院博士生，研究方向为全球环境政策研究

通讯作者：李宏涛，高级工程师，主要研究方向为全球环境政策研

中图分类号：X21

文献标识码：A

文章编号：1673-288X(2016)04-0051-03

Experience and Implications of the Chlor-alkali Industry ContaminatedSiteRemediationatRheinfeldenTowninGermany

WEN YuanyuanLI HongtaoDU Xuan

(Foreign Economic Cooperation Office，Ministry of Environmental Protection，Beijing 10035，China)

Abstract：Chlor-alkali industry is one of the most basic chemical industries. The products include caustic soda，polyvinyl chloride (PVC)，chlorine，hydrogen and so on. It can be used for manufacturing organic chemicals，paper，soap，glass，chemical fiber，plastics and other fields. In recent years，chlor-alkali industry is developing rapidly in China，and its impact on the environment is receiving more and more concerns. Experience of developed countries in chlor-alkali production and pollution control can provide important reference for our country. This paper specially selected a case of chlor-alkali contaminated site remediation from Rheinfelden town in Germany，as a reference for the study and decision making.

Keywords：chlor-alkali industry；contaminated site remediation；case study；Germany

引用文献格式：温源远等.德国氯碱生产污染场地修复经验及启示[J].环境与可持续发展，2016，41(4)：51-53.