地下水污染治理长期策略

美国国家研究委员会的一份报告表示，尽管在过去的30年里，美国投入了数十亿美元来修复因有毒有害化学物质排放到环境中的许多场地造成的土壤和地下水污染，但至少有126,000个受污染的场地需要继续管理。修复这些场地的费用估计超过1100亿至1270亿美元(以2012年的美元计算)。这些场地的规模不等，从石油地下储罐的少量化学物质释放到国防部和能源部被金属、放射性核素和有机化合物广泛污染的场地。该报告侧重于更复杂场地的未来管理，这些场地的特点是面积大，存在难降解的污染物，以及复杂的水文地质条件，如裂隙岩石。尽管这些场地只占总数的10%，但预计它们将占剩余场地修复费用的70%左右。美国国家研究委员会的报告称，由于尚未发现的污染场地和会计方法未能反映出修复的真实成本，剩余污染场地的数量和修复成本都被低估了。

背景

将受污染的地下水恢复到允许无限使用和无限制接触的状态(UU/UE)，通常定义为达到饮用水标准或更好，当地下水是实际或潜在的饮用水来源时，地下水修复仍然是一项重大的技术和制度挑战。虽然许多有害废物场地已实现某种形式的关闭(即，不论有无制度控制，例如契据限制，都不再需要采取进一步行动)，但许多较大、较复杂的场地尽管经过多年的积极修复，仍然还是污染的。例如，在美国环保局国家优先名单(所谓的“超级基金”)上的1700多个场地中，截至2012年10月，只有363个场地被从名单上移除，而报告达到饮用水标准的场地就更少了。事实上，美国国家研究委员会的一项分析发现，在已经从国家优先清单中移除的80个地下水场地中，有一半以上仍然存在超过UU/UE水平的污染，需要继续管理。

80个移除超级基金场地的类型

作为责任方，国防部在全国范围内留下了大量的污染场地。在陆军、海军和空军运营的数千个场地中，多达80%已经达到了国防部的“修复到位”或“响应完成”的修复里程碑，尽管这些里程碑并不一定意味着恢复到UU/UE水平。对于安装恢复计划中剩余的4300个场地，国防部已经设定了非常积极的目标，即在未来几年内达到“响应完成”，这一目标可能在最复杂的场地几乎不可能实现。事实上，修复专业人员普遍认为，由于固有的地质复杂性和地下有害化学品的不确定归宿，在50到100年内修复大量场地或许是不可能实现的。就哪些场地应列入这一“复杂”类别以及应如何处理这些场地，达成一致已证明是困难的。这导致美国陆军在2010年就复杂场地出现的技术和管理问题向国家研究委员会征求意见。

国家研究委员会处理的主要问题包括:

1. 问题有多大?

2. 目前去除地下水污染的技术能力如何?

3. 去除污染物与特定场地对人类健康和环境的风险之间是否存在关联?

4. 地下修复新处理技术的前景如何?

5. 有了30多年的地下水修复经验，能否加快决策?

以下是国家研究委员会报告的简要摘要。

问题的大小

为了确定问题的严重程度，委员会统计了环保局超级基金、资源保护和恢复法案和地下储罐计划下的场地；由国防部、能源部和其他联邦机构管理的场地；以及由州超级基金或其它的州自愿修复计划管理的场地。表1列出了委员会对目前已知尚未关闭的场地总数的粗略估计，以及在这些场地完成修复的估计费用。请注意，关闭的定义因项目而异，不能等同于受影响的地下水达到饮用水标准(定义为达到UU/UE水平)。（注：不是国内厂矿关闭的关闭。）

虽然表1中的一些类别之间有重叠，但委员会认为，这不足以推翻126,000是一个可能低估的数的结论。虽然总数量肯定大于126,000，但没有关于可能含有超过UU/UE水平的残留污染的场地总数(在修复或未在修复场地)的信息。委员会估计，从水文地质和污染物的角度来看，10%的场地应被归类为“复杂”，这代表了剩余的国防部、超级基金、资源保护和恢复法案和能源部场地的总和，基于这些项目中许多较简单的场地已经得到解决的假设。

大约10%的超级基金场地影响公共供水系统，但其他项目计划管理的场地的类似信息基本上无法获得。全国地下水质量调查报告说，0.34%至1%的饮用水(包括公共供应和私人水井)原水样本中挥发性有机化学物质的平均浓度高于饮用水标准，尽管没有数据将这些超标与特定的有害废物场地联系起来。在靠近污染场地的地区，城市而非农村地区，以及在浅层非受压沙质含水层中，含有低挥发性有机物浓度样本的饮用水井的百分比更高。

公共供水井中最常检测到的15种挥发性有机化合物

由于联邦机构之间、州和联邦政府之间以及私营机构对场地修复阶段的命名不一致，公众和其他利益相关者可能并且已经混淆了关闭与实现场地UU/UE目标的概念，比如不需要进一步的监测或监督。委员会发现，大量被认为是“关闭的”和被认为是“成功的”的场地将需要监督和长期管理的资金，以便在很长一段时间内保持保护，包括一些从超级基金名单上移除的场地。

清除或控制污染的当前能力

国家研究委员会报告报告简要回顾和更新了以前的总结，主要修复技术可以应用于复杂的有害废物场地，包括热处理、表面活性剂、共溶剂冲洗、原位化学氧化、抽出处理来水力控制、物理阻隔、原位生物修复、渗透性反应墙、监测自然衰减。委员会的结论是，重大的技术限制仍然存在，这将阻碍在50至100年的时间框架内在大多数复杂的地下水场地实现整个含水层的饮用水标准，这也是许多其他地下水修复专家得出的结论。此外，这些技术的未来改进很可能是渐进式的，因此，在许多地下水污染的复杂场地进行长期监测和管理应该是预期的。

委员会只发现了有限的数据，可作为对修复技术性能进行科学上可支持的比较的基础。即使是最近经过审查的技术，如国家研究委员会报告的原位化学氧化和热处理，相对较少的场地有足够的数据来准确评估技术性能。例如，在对热技术的综合评估中发现，182个场地中只有14个具有足以评估技术性能的处理后地下水监测数据。国家研究委员会报告呼吁对污染源区域技术进行额外的独立审查，特别是原位生物修复，以总结其在广泛的场地和化学污染物特征下的性能

修复目标和修复措施的选择

在复杂的有害废物场地造成紧张局势的一个主要原因往往涉及要求达到饮用水标准的修复措施的长期目标，然而，在许多受影响的含水层中，几十年内不可能达到这种标准。该报告强调了环保局现行修复指导中的灵活性，允许选择修复目标和修复措施，并沿着若干路径进行，尽管这种灵活性存在法律和实践限制。特别值得一提的是，超级基金程序在以下方面是灵活的：

(a)确定地下水的有益用途；

(b)决定监管要求是否适用或相关和适当的要求，例如，使用技术上的不可行性豁免；

(c)使用特定场地的风险评估来帮助选择修复措施；

(d)确定达到修复目标的合理时限；

(e)选择监测用的合规点；

(f)利用替代的浓度限制等。

虽然这些替代传统修复目标的办法可以使具有持久性污染的场地更迅速地通过修复阶段，同时仍然达到保护人类健康和生态环境的降低风险目标，但很少有采用这些办法。委员会建议各州和联邦监管机构更充分地探讨这些灵活的办法，并呼吁环保局确保在适当情况下使用现有的指导方针。

地下水污染复杂场地的关键决策

监管机构和潜在责任方越来越多地在选择和修改修复措施时考虑可持续性因素。然而，报告发现，在没有法律变更的情况下，私有超级基金场地的修复措施选择不能考虑社会因素，也可能不包括可持续性定义下的其他经济因素。环保局和国防部需要新的指导，详细说明如何在现有法律支持的范围内考虑修复过程中的可持续性。

残留污染的风险
残留在场地的污染会给潜在责任方以及当前和未来的受影响方带来各种技术、法律和经济风险。技术风险包括水力控制或物理阻隔系统的失效，以及制度控制的失效，从而导致未来的污染接触。由于新的毒性信息，修复标准可能会改变，或者以前不受管制的污染物可能会受到管制。此外，最初没有考虑到的接触途径，如蒸气侵入途径，后来可以发现是重要的。最后，在地下水中留下污染可能会使土地所有者、财产管理者或原始处理者面临在没有污染的情况下不会存在的复杂问题，例如自然资源损害索赔、非法进入和土地价值变化。在做出关键的修复决策时，需要将这些与残留污染相关的风险与将污染修复到UU/UE水平所涉及的时间、成本和可行性进行比较。

蒸气侵入路径

特别是，在过去20年中，制度控制的使用有所增加，但有关其执行和可执行性的问题仍然存在，其长期效力尚未明确确定。国家研究委员会报告呼吁监管机构和联邦责任方在制度控制的长期监督中让当地居民发挥更重要的作用，包括建立一个全国性的、可搜索的、地理参考的制度控制数据库，其中包括尽可能多的监管项目。

十多年来，挥发性化学物质的蒸气侵入一直被认为是一种潜在的接触途径，然而，随着时间的推移，对这种接触途径的风险的全面了解以及刻画这些风险的适当方法仍在不断发展。因此，报告建议，作为一项预防措施，可以在已知挥发性有机物地下水污染羽上或附近的所有新建筑中安装蒸气减轻装置。蒸气减轻系统需要长期监测，以确保其正常运行

未来的研究需要支持复杂场地的长期管理

考虑到许多地下水受到污染的复杂场地需要长期管理，这可能会持续几十年或更长时间，国家研究委员会报告讨论了未来的研究需求，这些研究需求可以为向长期管理的过渡提供信息。首先，对复杂场地的长期管理需要对地质复杂性和污染物在水、蒸气、吸附和NAPL阶段的潜在分布有适当详细的了解，以及与污染源区和下游污染羽相关的独特生物地球化学动力学。最近对地下生物地球化学过程的理解有所提高，但并没有能够完全区分这些不同污染物隔间的具有成本效益的场地表征方法。特别是，需要进一步的研究和开发，以确定、测试和展示切实可行的工具和范例，以评估蒸气侵入的重要性，特别是对于多建筑物场地，最好是通过短期诊断试验。蒸气侵入可能是一个令人关注的接触途径的场地有成千上万，许多场地尚未被发现，或者最初没有考虑到这一途径。

显示污染源区域和溶解羽的概念模型。下半部分显示了14个隔间模型，隔间之间有常见的污染物通量(实线箭头为可逆通量，虚线箭头为不可逆通量)

其次，考虑到在具有持久性污染的场地对监测自然衰减的依赖可能增加，现有的方案(例如，评估监测自然衰减和其他适当的修复技术)应该扩大，将先进的诊断工具，如特定化合物同位素分析、分子生物学工具和土壤矿物学特性与更传统的生物地球化学表征和地下水测龄方法相结合。

最后，鉴于目前可用和已证实的修复技术在复杂污染地下水场地达到饮用水标准方面的局限性，需要研究促进新兴和新型修复技术的发展，包括创新技术组合。国家研究委员会不清楚相关的联邦机构是否有能力为基础研究和开发提供资金和其他支持，这将是应对复杂场地面临的长期管理挑战所必需的。委员会报告建议在联邦层面对未来的研究需求进行全面的评估，以便研究经费能够以有效和有针对性的方式分配。

复杂地下水污染场地长期管理中的优化决策

美国国家研究委员会的报告指出，现有的修复计划并没有充分反映这样一个事实，即在50到100年内，大量复杂的地下水场地的饮用水标准将无法达到。因此，它提出了一个进程，以加速场地向三种可能的最终状态之一的过渡：

1.   已达到UU/UE水平的清洁关闭场地；

2.   长期被动管理(例如，使用监测自然衰减、物理阻隔、渗透反应墙和/或制度控制)

3.   长期主动管理(例如，使用抽出处理来无限期水力控制)。

加速向这三种最终状态之一过渡的前提是采用充分保护人类健康和生态环境的修复措施，同时更迅速地接受清洁关闭以外的其他最终状态。

拟议的方法与目前所有超级基金场地所遵循的程序完全兼容(见环保局修复受污染地下水的路线图)和其他联邦或州项目技术(资源保护和恢复法案或州超级基金)监管的许多复杂场地，但它为不太可能恢复的场地提供了更详细的指导。这种替代方法与现状不同，它需要一个明确的随时间变化的风险降低图表(例如，污染物浓度降低)。具体来说，如果数据表明某一场地的污染物浓度接近渐近线，导致修复措施的单位成本呈指数级增长，则继续使用修复措施的效益有限。

对于已经发生渐近情况的场地，委员会报告建议进行“过渡评估”。与重点可行性研究类似，建议的过渡评估将涉及基于法定和监管修复选择标准的相关替代方案(修复措施修改或替代、被动长期管理或主动长期管理)的评估。过渡评估可以利用在超级基金项目中使用的五年审查过程中收集的数据和信息。它将包括一个扩展的风险分析，以解决残留污染和可能的生命周期成本分析。过渡评估的结果将使一个场地永久地进入三个最终状态之一，尽管长期管理的场地最终可能在较长的时间框架内过渡到实现UU/UE。

过渡评估将需要与社区咨询小组(例如，环保局社区咨询小组和国防部恢复咨询委员会)进行持续和透明的沟通。根据国家研究委员会的经验，如果以透明的方式进行讨论，公众可以理解修复措施的技术局限性。此外，委员会注意到，受影响社区的成员不支持将资源无限期地用于不能减少风险的活动。

经济损失的格式化图表

美国国家研究委员会的报告最后强调，尽管如果更多的复杂场地加速过渡到主动或被动的长期管理，其生命周期成本可能会降低，但在监测和数据分析、维护阻隔系统和实施制度控制等活动中，仍将有大量的长期资金义务。因此，建议的决策办法不应被解释为一种避免修复费用的方法，而应被解释为一种更有效地使用有限资源同时仍然保护人类健康和生态环境的机制。如果复杂场地的长期管理没有足够的资金，这可能会导致公众因意外接触场地污染物而面临不可接受的风险。