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        七大土壤修復技術發展趨勢

        2016-10-11 15:29:57  

                2016年5月28日,國務院印發了《土壤污染防治行動計劃》,江湖人稱“土十條”,千呼萬喚始出來的土十條沒有辜負市場的期望,它的頒布算是終于給醞釀已久的土壤修復行業注入一針強心劑和穩定劑。

          如今土十條頒布三月余,國家層面的立法給這片戰場撥云見日,帶來了極大的確定性,曾經的繁華與喧囂里也更多地加入了理性的聲音,資本與市場亦趨于回歸冷靜。但在這短暫的寧靜背后,土壤修復這片藍海必將再起波瀾,往后的發展和競爭也只會愈加激烈,只是這一次,各路豪杰拼得更多的將不再是膽識和門第,而是各自的奪命絕技-土壤修復技術!

          那么怎樣的絕技才能在未來問鼎中原?傳說中“得之可得天下”的修復技術發展路線真面目又究竟是怎樣?今天就讓我們在這樣一個時刻來梳理一下土壤修復行業的技術發展路線吧。

          眾所周知,土壤修復行業屬于技術密集型行業,在這樣一個行業,沒那個金剛鉆,就攬不了那個瓷器活兒。隨著土十條的頒布,潛在的巨大土壤修復市場將促使行業內現有企業不斷提升自己的核心競爭實力(即修復技術),并吸引更多實力雄厚的企業進入該行業。在這樣的大背景下,如何才能在應付市場爭奪的同時,不疲于應戰、不被被眼前景象一葉障目? 我們認為唯有認清技術發展趨勢,并提前進行積極部署,從而做到因勢而謀,應勢而動,順勢而為,最終才能成就一番大業!

          縱觀發達國家土壤修復行業近年走過的路線以及國家近年出臺的有關土壤修復行業的法律法規及指導性文件,我們基本可梳理出我國未來土壤修復行業的發展路徑和趨勢。

          1、趨勢一:水土共治

          污染場地是由土壤和地下水共同構成的有機統一體,雨水垂直入滲以及地下水流經污染過的土壤時,污染物將從土壤相以溶解和解吸等作用進入地下水相,而污染后的地下水在流經未污染或已修復的土壤時,其中的污染物亦會通過土壤的吸附作用從地下水相傳遞到土壤相上。這種土壤和地下水的相互作用,使得場地修復中,土壤和地下水聯合治理尤為重要,重土壤而忽視地下水必然會導致場地二次污染!
          事實上,業內專家人士就此早已達成共識。北京建工環境修復股份有限公司技術總監馬駿就曾多次指出我國修復技術研發存在的“重土輕水”現象:“未來污染場地的修復必須土水一體化統籌考慮,否則可能會事倍功半。”中科院土壤所宋昕研究員也指出,由于地下水的流動性,上游被污染地下水會對修復場地造成二次污染。

          以經歷了“拍賣-賠償-修復-再拍賣” 而著名的武漢赫山地塊為例,資料顯示,位于漢江之濱的赫山地塊前身為武漢農藥廠,平均污染深度在1.8米,局部最深達9米,而該地區地下水位平均埋深不到2米,這就意味著流經該地塊的地下水必然受到了污染,若治理時僅注重土壤修復,則二次污染將難以避免。

          而年初曝出的“常隆毒地”事件,因修復工程翻挖污染土壤,致其中揮發性污染物擴散,致使旁邊的常外學生身體不適,引發輿論關注。資料顯示這塊污染場地地下6米均為污染土壤,而場地內的地下水埋深不到1米!如若后期不開展地下水修復工作,常隆地塊下的污染物就有著隨地下水的流動擴散至周邊居民區的風險。

          然而,由于地下水污染難治理、周期長、隱蔽性強以及缺乏相應技術規范,實際污染場地調查和修復過程中,為了節省費用,往往只強調土壤污染,而對地下水的重視不足。以專利申請指標為例,當前地下水修復專利近10來總數僅為500項,遠低于土壤修復4000余項,受國家環保宏觀政策水十條和土十條影響,近年來每年申請專利雖逐步增加,2015年申請量為85,而同期土壤專利申請量卻達952項,竟不到土壤專利量的1/10。

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            通過上圖還可看出,土壤和地下水修復專利申請趨勢基本一致,這也側面反映了二者是一個有機整體,不能單獨人為分割之,從而進一步印證了我們關于土壤地下水聯合治理的大趨勢。而當前地下水專利仍遠低于土壤修復專利申請,表明了地下水修復市場的巨大空間,也為相關公司進行相應提前布局和搶占先機提供了機會!

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        圖: 土壤及地下水修復專利申請關鍵詞文字云比較

          甚至,土壤修復和地下水修復的專利關鍵詞中,都能看到二者密不可分的身影。

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        圖:美國超級基金場地歷年修復對象統計

          事實上,美國在場地修復之初,也曾走過同樣的路線。根據超級基金場地逐年修復對象統計,美國最早期也只注重土壤修復,隨著對場地修復的認識不斷加深而開始重視地下水修復乃至土壤和地下水聯合修復,到現在實現對場地進行系統的修復和管理。如今土壤和地下水聯合治理已成為先行國家的業界共識。以超級基金針對1982-2011年期間對1468塊污染場地所展開的修復而言,單獨針對土壤修復的僅占14%,而地下水修復以及地下水和土壤聯合修復則占到了59%。

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        圖:美國超級基金1468塊場地修復對象統計(1982-2011)

          考慮到我國國情,盡管短期內仍很難改變場地修復所主導的土壤修復市場,也難以改變場地修復中的重土輕水現象,但我們仍認為土壤地下水修復聯合修復將成為未來趨勢。

            據《全國土壤污染狀況調查公報》顯示,我國長三角、珠三角、東北老工業基地等區域土壤污染問題突出,西南、中南地區土壤重金屬超標問題也比較嚴重,由此可見南方地區土壤整體污染更加嚴重,未來將是我國主要的土壤修復市場。與此同時,南方地區地下水位又普遍埋深較淺,如圖示,南方地區地下水埋深較淺,埋深小于2米,北方地區總體自東向西埋深增加,多數地區在6米以上。因此北方區域的場地修復,有時只要把污染場地的土壤修復好就行,地下水可以不管。但對于地下水埋深很淺的南方而言,忽視地下水修復將導致二次污染。因此,隨著國家針對場地污染立法的實施,監管的嚴格,保障修復效果的持續性、強調一體化修復勢在必行。

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        圖: 黃淮海平原 2016 年 1 月初地下水埋深等值面圖

        (來源:水利部2016年《地下水動態月報》)

          說句題外話,年初水利部公開的2016年1月《地下水動態月報》顯示,全國地下水普遍“水質較差”,八成地下水不能飲用,一下子就挑起了大眾神經。雖然官方隨后辟謠稱不是水源地地下水,但這一觸目驚心的數據仍讓人咋舌。當然,從市場角度來看,這里面也蘊藏著無限商機!

          2、基于風控的修復策略成主流

          考慮到土壤及地下水修復是一個復雜和長期的過程,從實際來看(資金、時間或技術等層面),很多場地在短時間完全修復是很困難的。針對這種情況,上世紀九十年代國外逐漸把“制度控制”(institutional control)作為一種修復方法推行開來,即通過法律和行政的手段和方法制定和實施各項規章或制度(非工程),減少或阻止人群對場地污染物的暴露,從制度上杜絕和防范場地污染可能帶來的風險和危害,從而達到利用管理手段對污染場地的潛在風險進行控制的目的。常見的制度控制手段包括進入污染區限制、鉆井限制、土地用途限制等。

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        圖:風險控制理論圖示

          這種制度控制的背后,即是以風險管控為核心思想的防治策略。綜觀世界各國土壤污染防治歷程,發達國家最終均采用了該策略,并將其滲透到立法、標準制訂、技術措施選取等環節中,鮮有對受污染土壤開展大規模的治理與修復。以美國超級基金污染場地處理為例,制度控制出現的頻率越來越高,在2009-2011年度場地污染源處理案例中,76%的處理措施中均涉及制度控制。但需注意的是,這種“制度控制”一般不能單獨使用,通常需要結合其他主動修復方法(工程)使用。

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        圖:超級基金場地288個修復策略統計(2009-2011)

          簡而言之,基于風險控制的修復策略即是將傳統的污染源治理技術和工程控制與制度控制根據場地具體狀況有機地結合起來,從而系統地降低人類接觸場地有害污染物的風險。

            在我國城市開發建設過程中,由于受地產開發巨大利潤影響,污染地塊在后期房地產開發過程中,不可避免地會與人類緊密接觸,因而當前針對污染地塊仍以工程修復手段為主。這也造就了“土十條”出臺前,業內盛傳的土壤修復萬億市場神話,其結論的基本前提就是將全國污染場地全部采取工程修復手段治理。顯然,這是不符合中國國情的。土十條的頒布明確了國家對修復從基于污染物總量控制到基于污染風險評估的轉變。采取以風險管控為主的防治策略,依土定用、土盡其用才是符合我國現階段基本國情和經濟條件的有效做法。

          仍以常外事件為例,在輿論關注后,政府迅速將常隆地塊的房地產開發用途調整為了公共綠地,修復方案也隨之調整為黏土覆蓋。這個修復方案的核心就是一起典型的基于風險控制的修復策略,通過將常隆地塊改作綠地用途,實現了將污染風險降低到人類可接受水平的終極目的上,而不是嚴格的修干凈。

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        圖:超級基金各場地修復階段歷史進程(一條水平軸線代表一個場地)

          此外,由于地下環境的異質性和不確定性以及修復工藝的復雜性,污染場地修復周期一般較長(如上圖示,超級基金所修復的場地即使在修復工程施工完畢之后,隨后的修復運營時間也還將持續幾年,再經驗收合格方算修復完成),如何在漫長的修復過程中保障人員安全并實現全鏈條、全要素閉環管理,防治二次污染,基于風險控制的修復策略顯然將對場地污染物監測的實時性、完整性和嚴格性提出更高要求,這也就意味著修復市場監測細分領域未來潛在的增長空間。事實上,國內已有一些環境監測公司在開始籌劃布局場地修復市場,顯然,這些監測公司在結合了自己的監測技術優勢之后,未來也定能在修復領域分得一杯羹。

          3、從單項向綜合土壤修復技術發展

          我國污染場地中污染物種類眾多,場地水文地質條件各異,加之復合污染現象普遍,以及區域經濟發展不同,傳統單項修復技術往往很難達到修復目標。發展協同聯合的土壤綜合修復模式,為場地提供因地制宜、最為高效經濟的修復方案就必然成為行業趨勢。例如:傳統PRB修復方案聯合微生物處理、蒸氣抽提結合微生物修復、淋洗聯合固化穩定化技術等。英語中這種多種技術聯合修復被形象的稱之為修復列車,它可顯著減少待治理的污染土壤量、提高修復效率、防止污染土壤開挖過程中VOC的排放并能同時處理多種類型污染物。在美國超級基金1995年的統計中,已有32個場地采用這種聯合修復模式。

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        圖:超級基金場地修復列車(聯合修復)案例

          從這個層面,修復企業只有具備完善的土壤修復技術體系,才能勝任各種類型的污染場地,并提出最優的修復方案,從而于激烈的競爭中屹立不倒。從單一的修復技術發展到多技術聯合的修復技術、綜合集成的工程修復技術,從這個角度來看,在各項技術都進行布局的環境修復大公司將進一步搶占先機,在未來的場地修復市場進一步擴大市場份額?。ó斎?,具備獨家先進修復技術的小企業也能生存,但這種模式更多的是與巨無霸合作,并能夠長期保證自己技術的獨特性。)

        4、趨勢四:從異位到原位

          由于我國污染場地土地資源再開發的迫切性要求場地修復周期非常短,以及缺少原位修復技術的實施經驗,現階段我國場地修復廣泛采用異位修復技術:將污染土體挖出或將地下水泵出后再進行異地或原地異位處理,如水泥窯處置等。

          由于異位修復快速、高效,短期內我國土壤修復市場仍將持續這種趨勢,但異位修復天然存在以下缺點:①難實現場地的完全修復。由于地下水的流動性,上游被污染地下水會對修復場地造成二次污染;②挖掘、運輸、堆放和設備使用維護等方面費用較高,尤其對于場地規模較大和污染深度深的情況;③環境破壞大,作業風險高,如常外事件。相反,原位修復技術由于不需對污染物進行遠程運輸,更為經濟,對土壤破壞小,并可對深層土壤和地下水進行修復。據國外多年治理經驗,隨著修復技術的不斷成熟,經濟、環保的原位修復技術,如土壤氣相抽提、原位生物修復等技術未來將發展為主流。

          以美國超級基金污染場地修復為例,從1982到2005年期間的977個項目中,原位修復技術累計使用占比47%,其中2002-2005年期間,原位修復技術使用比例達到了60%。若逐年來看原位修復技術的使用比率,我們可更加清楚地看到原位修復技術使用比率趨勢,雖然受超級基金金額及場地類型等影響,使用比率有所波動,但使用比率逐年增加的趨勢則是明顯而確定的。

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            考慮我國國情,雖然短期內房地產行業引導追求短平快趨勢仍將持續,原位修復技術普遍較長的修復時間在我國廣泛推廣仍是需跨越的一條重要障礙,但未來隨著PPP模式的普及以及資金來源的進一步多元化,原位修復模式必然將成為長期趨勢。事實上,近日商務部、國家發改委、財政部在《鼓勵進口服務目錄》(2016年第47號)中,已經把“污染地塊土壤治理與修復(限定原位修復法)的咨詢和實施服務”納入名錄,這標志著從國家層面已經意識到了原位修復技術目前是國內急需,而國內服務提供商尚不能較好滿足的一項技術,它體現了國家戰略和政策導向,符合經濟社會發展趨勢和方向。

          與此同時,我國場地管理也在進行不斷優化,尤其是科學合理地設置修復時間期望值(包括政府人員、業主和工程咨詢公司),使污染場地修復從科學技術的角度上具有可操作性,不能急于求成。此外隨著技術的改進和基于設備化的快速場地修復技術發展,也將很大程度上緩和原位修復時間和房地產開發的矛盾,使得原位修復更具備可行性。

          5、基于設備化的快速場地污染修復技術

          土壤修復技術的應用在很大程度上依賴于修復設備和監測設備的支撐,設備化的修復技術是土壤修復走向市場化和產業化的基礎。植物修復后的植物資源化利用、微生物修復的菌劑制備、有機污染土壤的熱脫附或蒸氣浸提、重金屬污染土壤的淋洗或固化/穩定化、修復過程及修復后環境監測等等都需要設備。尤其是對于我國城市工業遺留的污染場地,因其特殊位置和土地再開發利用的要求,需要快速、高效的物化修復技術與設備。開發與應用基于設備化的場地污染土壤的快速修復技術是一種發展趨勢。一些新的物理和化學方法與技術在土壤環境修復領域的滲透與應用將會加快修復設備化的發展。

          6、趨勢六:主要企業揚長補短

          用一個非常俗套的詞:日新月異來形容土壤修復這一新興行業的發展狀況其實非常合適。在資金和人才快速進入,政策不斷推陳出新的背景下,行業格局還遠未穩定。換言之,這一行業的從業企業間正上演著你追我趕的大戲。在技術方面,修復企業也需要不斷進行研發和技術創新以適應復雜的修復項目需求和保持技術層面的競爭力。

          為分析修復行業最新的技術實力格局,將主要企業歷年所獲專利數進行了梳理。

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        圖:主要修復企業歷年新增土壤修復專利數

          注:本專利數據來源于專利搜索軟件,關鍵詞篩選條件為“公司名稱 and(土壤修復or地下水修復)”,法律狀態篩選條件為授權+審查。

            可以看出,領先企業間的技術大戰非常激烈,技術領頭羊建工環境修復努力將優勢保持——在2015年內以20個新增專利繼續領跑,二當家高能時代則同樣加大研發投入,以十多項新增專利努力追趕。在披露不久的2016年中報中,高能環境在修復領域的新加入了“原位電加熱處理有機污染土壤”、“設備集成砷污染土壤穩定化技術”、“地下水典型難降解有機污染物修復技術”三個研發重點。從襯墊技術起家的高能環境在技術創新方面的揚長補短之舉,無疑將有助于提升其獲得多類型項目訂單的能力。

          而在過去將環境修復當做兼營業務的永清環保、鐵漢生態以及博世科環保則也同樣明顯開始重視修復領域的技術儲備。

          從大氣治理起家,機緣于09年成立的永清藥劑以及湖南重金屬污染的區域優勢,開始接觸土壤修復,從14年開始借助藥劑正式拓展土壤修復領域;至15年打通修復領域前環節業務聯,并通過收購IST公司,迅速補足了修復技術短板,完成了產業鏈整合,并在16年將修復業務確定為公司核心業務??v觀其研發趨勢可見,公司從離子礦化穩定劑出發,先后通過自身研發以及向外收購(IST公司),迅速開拓局面,先后掌握了重金屬熱脫附技術、有機污染熱脫附技術以及化學原位修復技術等。此外,公司不安一隅,積極在長三角、珠三角、京津冀布局場地修復市場。此外還憑借著多年重金屬治理經驗優勢,考慮到全國污染耕地的體量,未來耕地修復將可能是一塊大蛋糕。

          雖也是半路出家,但近年表現搶眼的博世科從水處理起家,積極開拓重金屬污染治理、生態修復等領域。針對土壤修復,團隊集成了熱解吸、穩定/固定化、農田污染治理、無土復墾、土壤淋洗、重金屬污染生態修復等技術,并構建了包括場地調查與風險評估、技術咨詢與方案設計、工程實施與項目管理的全產業鏈服務模式,已在廣西、湖南等地重金屬污染治理及場地修復取得了良好的治理效果。針對有機污染土壤,研發土壤芬頓氧化技術,并與日本藤田公司合作,優化氧化工藝,可推廣應用于有機污染土壤修復領域。

          7、趨勢七: 外援合作

          除了依靠自己研發,近些年國內修復公司還通過直接收購國外成熟修復公司或建立合作關系來迅速提升自己技術。宇墨咨詢整理了幾家主要從業企業的對外合作情況,可以看出隨著修復行業進入比拼技術和經驗的階段,企業借助技術外援的力量實現技術補足也已成為一種趨勢。

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