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土壤修复蓝海波澜再起 七大技术渐成发展趋势

  随着土十条的颁布,潜在的巨大土壤修复市场将促使行业内现有企业不断提升自己的核心竞争实力(即修复技术),并吸引更多实力雄厚的企业进入该行业,关于我国未来土壤修复行业的发展路径和趋势,详细信息请看下文。

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  土壤修复蓝海波澜再起 七大技术渐成发展趋势

  2016年5月28日,国务院印发了《土壤污染防治行动打算》,江湖人称“土十条”,千呼万唤始出来的土十条没有辜负市场的但愿,它的颁布算是终于给酝酿已久的土壤修复行业注入一针强心剂和稳定剂。

  如今土十条颁布三月余,国家层面的立法给这片战场拨云见日,带来了极大的确定性,曾经的繁华与喧嚣里也更多地到场了理性的声音,资本与市场亦趋于回归沉着。但在这短暂的安好背后,土壤修复这片蓝海必将再起波澜,往后的发展和竞争也只会愈加激烈,只是这一次,各路俊杰拼得更多的将不再是胆识和门第,而是各自的夺命绝技-土壤修复技术!

  那么怎样的绝技才能在未来问鼎中原?传说中“得之可得天下”的修复技术发展路线真面目又究竟是怎样?今天就让我们在这样一个时刻来梳理一下土壤修复行业的技术发展路线吧。

  众所周知,土壤修复行业属于技术密集型行业,在这样一个行业,没那个金刚钻,就揽不了那个瓷器活儿。随着土十条的颁布,潜在的巨大土壤修复市场将促使行业内现有企业不断提升自己的核心竞争实力(即修复技术),并吸引更多实力雄厚的企业进入该行业。在这样的大背景下,如捍油分廖才能在应付市场争夺的同时,不疲于应战、不被被眼前景象一叶障目?我们认为唯有认清技术发展趋势,并提前进行积极部署,从而做到因势而谋,应势而动,顺势而为,最终才能成就一番大业!

  纵观发达国家土壤修复行业近年走过的路线以及国家近年出台的有关土壤修复行业的法律法规及引导性文件,我们基本可梳理出我国未来土壤修复行业的发展路径和趋势。

  1、趋势一:水土共治

  污染场地是由土壤和地下水共同构成的有机统一体,雨水垂直入渗以及地下水流经污染过的土壤时,污染物将从土壤相以溶解和解吸等作用进入地下水相,而污染后的地下水在流经未污染或已修复的土壤时,此中的污染物亦会通过土壤的吸附作用从地下水相传递到土壤相上。这种土壤和地下水的相互作用,使得场地修复中,土壤和地下水联合治理尤为重要,重土壤而忽视地下水必然会导致场地二次污染!

  事实上,业内专家人士就此早已达成共识。北京建工环境修复股份有限企业技术总监马骏就曾多次指出我国修复技术研发存在的“重土轻水”现象:“未来污染场地的修复必须土水一体化统筹考虑,否则可能会事倍功半。”中科院土壤所宋昕研究员也指出,由于地下水的流动性,上游被污染地下水会对修复场地造成二次污染。

  以经历了“拍卖-赔偿-修复-再拍卖”而著名的武汉赫山地块为例,资料显示,位于汉江之滨的赫山地块前身为武汉农药厂,平均污染深度在1.8米,局部最深达9米,而该地区地下水位平均埋深不到2米,这就意味着流经该地块的地下水必然受到了污染,若治理时仅注重土壤修复,则二次污染将难以避免。

  而年初曝出的“常隆毒地”事件,因修复工程翻挖污染土壤,致此中挥发性污染物扩散,致使旁边的常外学生身体不适,引发舆论存眷。资料显示这块污染场地地下6米均为污染土壤,而场地内的地下水埋深不到1米!如若后期不开展地下水修复工作,常隆地块下的污染物就有着随地下水的流动扩散至周边居民区的风险。

  然而,由于地下水污染难治理、周期长、隐蔽性强以及缺乏相应技术规范,实际污染场地调查和修复过程中,为了节省费用,往往只强调土壤污染,而对地下水的重视不足。以专利申请指标为例,当前地下水修复专利近10来总数仅为500项,远低于土壤修复4000余项,受国家环保宏观政策水十条和土十条影响,近年来每年申请专利虽逐步增加,2015年申请量为85,而同期土壤专利申请量却达952项,竟不到土壤专利量的1/10。

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  通过上图还可看出,土壤和地下水修复专利申请趋势基本一致,这也侧面反映了二者是一个有机整体,不能单独人为分割之,从而进一步印证了我们关于土壤地下水联合治理的大趋势。而当前地下水专利仍远低于土壤修复专利申请,表明了地下水修复市场的巨大空间,也为相关企业进行相应提前布局和抢占先机提供了机会!

  图:土壤及地下水修复专利申请关键词文字云比较

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  甚至,土壤修复和地下水修复的专利关键词中,都能看到二者密不可分的身影。

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  图:美国超级基金场地历年修复对象统计

  事实上,美国在场地修复之初,也曾走过同样的路线。按照超级基金场地逐年修复对象统计,美国最早期也只注重土壤修复,随着对场地修复的认识不断加深而开始重视地下水修复乃至土壤和地下水联合修复,到此刻实现对场地进行系统的修复和打点。如今土壤和地下水联合治理已成为先行国家的业界共识。以超级基金针对1982-2011年期间对1468块污染场地所展开的修复而言,单独针对土壤修复的仅占14%,而地下水修复以及地下水和土壤联合修复则占到了59%。

  图:美国超级基金1468块场地修复对象统计(1982-2011)

  考虑到我国国情,尽管短期内仍很难改变场地修复所主导的土壤修复市场,也难以改变场地修复中的重土轻水现象,但我们仍认为土壤地下水修复联合修复将成为未来趋势。

  据《全国土壤污染状况调查公报》显示,我国长三角、珠三角、东北老工业基地等区域土壤污染问题突出,西南、中南地区土壤重金属超标问题也比较严重,由此可见南方地区土壤整体污染更加严重,未来将是我国主要的土壤修复市场。与此同时,南方地区地下水位又普遍埋深较浅,如图示,南方地区地下水埋深较浅,埋深小于2米,北方地区总体自东向西埋深增加,大都地区在6米以上。因此北方区域的场地修复,有时只要把污染场地的土壤修复好就行,地下水可以不管。但对于地下水埋深很浅的南方而言,忽视地下水修复将导致二次污染。因此,随着国家针对场地污染立法的实施,监管的严格,保障修复效果的持续性、强调一体化修复势在必行。

  图:黄淮海平原2016年1月初地下水埋深等值面图

  (来源:水利部2016年《地下水动态月报》)

  说句题外话,年初水利部公开的2016年1月《地下水动态月报》显示,全国地下水普遍“水质较差”,八成地下水不能饮用,一下子就挑起了大众神经。虽然随后辟谣称不是水源地地下水,但这一触目惊心的数据仍让人咋舌。当然,从市场角度来看,这里面也蕴藏着无限商机!

  2、基于风控的修复策略成主流

  考虑到土壤及地下水修复是一个复杂和长期的过程,从实际来看(资金、时间或技术等层面),很多场地在短时间完全修复是很困难的。针对这种情况,上世纪九十年代国外逐渐把“制度控制”(institutionalcontrol)作为一种修复方法推行开来,即通过法律和行政的手段和方法制定和实施各项规章或制度(非工程),减少或阻止人群对场地污染物的暴露,从制度上杜绝和防范场地污染可能带来的风险和危害,从而达到利用打点手段对污染场地的潜在风险进行控制的目的。常见的制度控制手段包括进入污染区限制、钻井限制、土地用途限制等。

  图:风险控制理论图示

  这种制度控制的背后,即是以风险管控为核心思想的防执油分廖策略。综观世界各国土壤污染防治历程,发达国家最终均采用了该策略,并将其渗透到立法、标准制订、技术措施选取等环节中,鲜有对受污染土壤开展大规模的治理与修复。以美国超级基金污染场地处理为例,制度控制出现的频率越来越高,在2009-2011年度场地污染源处理案例中,76%的处理措施中均涉及制度控制。但需注意的是,这种“制度控制”一般不能单独使用,通常需要结合其他主动修复方法(工程)使用。

  图:超级基金场地288个修复策略统计(2009-2011)

  简而言之,基于风险控制的修复策略即是将传统的污染源治理技术和工程控制与制度控制按照场地具体状况有机地结合起来,从而系统地降低人类接触场地有害污染物的风险。

  在我国城市开发建设过程中,由于受地产开发巨大利润影响,污染地块在后期房地产开发过程中,不可避免地会与人类紧密接触,因而当前针对污染地块仍以工程修复手段为主。这也造就了“土十条”出台前,业内盛传的土壤修复万亿市场神话,其结论的基本前提就是将全国污染场地全部采取工程修复手段治理。显然,这是不符合中国国情的。土十条的颁布明确了国家对修复从基于污染物总量控制到基于污染风险评估的转变。采取以风险管控为主的防执油分廖策略,依土定用、土尽其用才是符合我国现阶段基本国情和经济条件的有效做法。

  仍以常外事件为例,在舆论存眷后,当局迅速将常隆地块的房地产开发用途调整为了公共绿地,修复方案也随之调整为黏土覆盖。这个修复方案的核心就是一起典型的基于风险控制的修复策略,通过将常隆地块改作绿地用途,实现了将污染风险降低到人类可接受水平的终极目的上,而不是严格的修干净。

  图:超级基金各场地修复阶段历史进程(一条水平轴线代表一个场地)

  此外,由于地下环境的异质性和不确定性以及修复工艺的复杂性,污染场地修复周期一般较长(如上图示,超级基金所修复的场地即使在修复工程施工完毕之后,随后的修复运营时间也还将持续几年,再经验收合格方算修复完成),如安在漫长的修复过程中保障人员安全并实现全链条、全要素闭环打点,防治二次污染,基于风险控制的修复策略显然将对场地污染物监测的实时性、完整性和严格性提出更高要求,这也就意味着修复市场监测细分领域未来潜在的增长空间。事实上,国内已有一些环境监测企业在开始筹划布局场地修复市场,显然,这些监测企业在结合了自己的监测技术优势之后,未来也定能在修复领域分得一杯羹。

  3、从单项向综合土壤修复技术发展

  我国污染场地中污染物种类众多,场地水文地质条件各异,加之复合污染现象普遍,以及区域经济发展不同,传统单项修复技术往往很难达到修复目标。发展协同联合的土壤综合修复模式,为场地提供因地制宜、最为高效经济的修复方案就必然成为行业趋势。例如:传统PRB修复方案联合微生物处理、蒸气抽提结合微生物修复、淋洗联合固化稳定化技术等。英语中这种多种技术联合修复被形象的称之为修复列车,它可显著减少待治理的污染土壤量、提高修复效率、防止污染土壤开挖过程中VOC的排放并能同时处理多种类型污染物。在美国超级基金1995年的统计中,已有32个场地采用这种联合修复模式。

  图:超级基金场地修复列车(联合修复)案例

  从这个层面,修复企业只有具备完善的土壤修复技术体系,才能胜任各种类型的污染场地,并提出最优的修复方案,从而于激烈的竞争中屹立不倒。从单一的修复技术发展到多技术联合的修复技术、综合集成的工程修复技术,从这个角度来看,在各项技术都进行布局的环境修复大企业将进一步抢占先机,在未来的场地修复市场进一步扩大市场份额!(当然,具备独家先进修复技术的小企业也能生存,但这种模式更多的是与巨无霸合作,并能够长期保证自己技术的独特性。)

  4、趋势四:从异位到原位

  由于我国污染场地土地资源再开发的迫切性要求场地修复周期非常短,以及缺少原位修复技术的实施经验,现阶段我国场地修复广泛采用异位修复技术:将污染土体挖出或将地下水泵出后再进行异地或原地异位处理,如水泥窑措置等。

  由于异位修复快速、高效,短期内我国土壤修复市场仍将持续这种趋势,但异位修复天然存在以下错误谬误:①难实现场地的完全修复。由于地下水的流动性,上游被污染地下水会对修复场地造成二次污染;②挖掘、运输、堆放和设备使用维护等方面费用较高,尤其对于场地规模较大和污染深度深的情况;③环境破坏大,作业风险高,如常外事件。相反,原位修复技术由于不需对污染物进行远程运输,更为经济,对土壤破坏小,并可对深层土壤和地下水进行修复。据国外多年治理经验,随着修复技术的不断成熟,经济、环保的原位修复技术,如土壤气相抽提、原位生物修复等技术未来将发展为主流。

  以美国超级基金污染场地修复为例,从1982到2005年期间的977个项目中,原位修复技术累计使用占比47%,此中2002-2005年期间,原位修复技术使用比例达到了60%。若逐年来看原位修复技术的使用比率,我们可更加清楚地看到原位修复技术使用比率趋势,虽然受超级基金金额及场地类型等影响,使用比率有所波动,但使用比率逐年增加的趋势则是明显而确定的。

  考虑我国国情,虽然短期内房地产行业引导追求短平快趋势仍将持续,原位修复技术普遍较长的修复时间在我国广泛推广仍是需跨越的一条重要障碍,但未来随着PPP模式的普及以及资金来源的进一步多元化,原位修复模式必然将成为长期趋势。事实上,近日商务部、国家发改委、财政部在《鼓励进口服务目录》(2016年第47号)中,已经把“污染地块土壤治理与修复(限定原位修复法)的咨询和实施服务”纳入名录,这标志着从国家层面已经意识到了原位修复技术目前是国内急需,而国内服务提供商尚不能较好满足的一项技术,它体现了国家战略和政策导向,符合经济社会发展趋势和方向。

  与此同时,我国场地打点也在进行不断优化,尤其是科学合理地设置修复时间但愿值(包括当局人员、业主和工程咨询企业),使污染场地修复从科学技术的角度上具有可操作性,不能急于求成。此外随着技术的改进和基于设备化的快速场地修复技术发展,也将很大程度上缓和原位修复时间和房地产开发的矛盾,使得原位修复更具备可行性。

  5、基于设备化的快速场地污染修复技术

  土壤修复技术的应用在很大程度上依赖于修复设备和监测设备的支撑,设备化的修复技术是土壤修复走向市场化和产业化的基础。植物修复后的植物资源化利用、微生物修复的菌剂制备、有机污染土壤的热脱附或蒸气浸提、重金属污染土壤的淋洗或固化/稳定化、修复过程及修复后环境监测等等都需要设备。尤其是对于我国城市工业遗留的污染场地,因其特殊位置和土地再开发利用的要求,需要快速、高效的物化修复技术与设备。开发与应用基于设备化的场地污染土壤的快速修复技术是一种发展趋势。一些新的物理和化学方法与技术在土壤环境修复领域的渗透与应用将会加快修复设备化的发展。

  6、趋势六:主要企业扬长补短

  用一个非常俗套的词:日新月异来形容土壤修复这一新兴行业的发展状况其实非常合适。在资金和人才快速进入,政策不断推陈出新的背景下,行业格局还远未稳定。换言之,这一行业的从业企业间正上演着你追我赶的大戏。在技术方面,修复企业也需要不断进行研发和技术创新以适应复杂的修复项目需求和保持技术层面的竞争力。

  为阐发修复行业最新的技术实力格局,将主要企业历年所获专利数进行了梳理。

  图:主要修复企业历年新增土壤修复专利数

  注:本专利数据来源于专利搜索App,关键词筛选条件为“企业名称and(土壤修复or地下水修复)”,法律状态筛选条件为授权 审查。

  可以看出,领先企业间的技术大战非常激烈,技术领头羊建工环境修复努力将优势保持——在2015年内以20个新增专利继续领跑,二当家高能时代则同样加大研发投入,以十多项新增专利努力追赶。在披露不久的2016年中报中,高能环境在修复领域的新到场了“原位电加热处理有机污染土壤”、“设备集成砷污染土壤稳定化技术”、“地下水典型难降解有机污染物修复技术”三个研发重点。从衬垫技术起家的高能环境在技术创新方面的扬长补短之举,无疑将有助于提升其获得多类型项目订单的能力。

  而在过去将环境修复当做兼营业务的永清环保、铁汉生态以及博世科环保则也同样明显开始重视修复领域的技术储备。

  从大气治理起家,机缘于09年成立的永清药剂以及湖南重金属污染的区域优势,开始接触土壤修复,从14年开始借助药剂正式拓展土壤修复领域;至15年打通修复领域前环节业务联,并通过收购IST企业,迅速补足了修复技术短板,完成了产业链整合,并在16年将修复业务确定为企业核心业务。纵观其研发趋势可见,企业从离子矿化稳定剂出发,先后通过自身研发以及向外收购(IST企业),迅速开拓局面,先后掌握了重金属热脱附技术、有机污染热脱附技术以及化学原位修复技术等。此外,企业不安一隅,积极在长三角、珠三角、京津冀布局场地修复市场。此外还凭借着多年重金属治理经验优势,考虑到全国污染耕地的体量,未来耕地修复将可能是一块大蛋糕。

  虽也是半路出家,但近年表现抢眼的博世科从水处理起家,积极开拓重金属污染治理、生态修复等领域。针对土壤修复,团队集成了热解吸、稳定/固定化、农田污染治理、无土复垦、土壤淋洗、重金属污染生态修复等技术,并构建了包括场地调查与风险评估、技术咨询与方案设计、工程实施与项目打点的全产业链服务模式,已在广西、湖南等地重金属污染治理及场地修复取得了良好的治理效果。针对有机污染土壤,研发土壤芬顿氧化技术,并与日本藤田企业合作,优化氧化工艺,可推广应用于有机污染土壤修复领域。

  7、趋势七:外援合作

  除了依靠自己研发,近些年国内修复企业还通过直接收购国外成熟修复企业或创立合作关系来迅速提升自己技术。宇墨咨询整理了几家主要从业企业的对外合作情况,可以看出随着修复行业进入比拼技术和经验的阶段,企业借助技术外援的力量实现技术补足也已成为一种趋势。