在役石油石化場(chǎng)地土壤污染識(shí)別進(jìn)展研究

孫建成

(中國石油化工集團(tuán)有限公司健康安全環(huán)保管理部,北京 100728)

0 前言

土壤地下水污染相比大氣和地表水污染具有隱蔽性、污染物易隨地下水長(zhǎng)距離遷移的特點(diǎn),風(fēng)險(xiǎn)控制難度大。“十三五”期間,國家對(duì)土壤地下水污染的關(guān)注主要集中于農(nóng)田礦山領(lǐng)域,石油石化行業(yè)由于其本身能源安全的特殊性,公開發(fā)表的研究較少。石油石化企業(yè)在生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)過程中,原輔材料的揮發(fā)、裝卸運(yùn)載的灑落以及緊急事故泄漏等都會(huì)使污染物進(jìn)入地下。目前,在役石油石化企業(yè)發(fā)生污染后,無法做到停工修復(fù),因此需邊生產(chǎn)邊管控。場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)管控的前提是對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行準(zhǔn)確且全方面的污染識(shí)別,包括但不限于污染現(xiàn)狀(污染物種類、污染物分布狀態(tài))和未來污染趨勢(shì)(遷移規(guī)律)。

目前,具體石油石化場(chǎng)地的污染物單項(xiàng)識(shí)別研究較多,全面識(shí)別研究較少,對(duì)于不同工藝、開發(fā)過程的在役企業(yè)污染識(shí)別方法與結(jié)果特異性總結(jié)較少。本文根據(jù)文獻(xiàn)公開內(nèi)容,提煉了在役油田、煉化企業(yè)、油庫/加油站在特征污染物、污染分布、污染發(fā)展趨勢(shì)3個(gè)重點(diǎn)識(shí)別方面的進(jìn)展及特點(diǎn),為同類型場(chǎng)地的污染識(shí)別與管控提供參考。

1 特征污染物識(shí)別方法及分布特征

特征污染物是指污染風(fēng)險(xiǎn)較大、需優(yōu)先管控或具有明顯場(chǎng)地特征的污染物,是識(shí)別場(chǎng)地污染的前提。特征污染物清單能否最大程度包含場(chǎng)地污染信息,并體現(xiàn)場(chǎng)地最大污染風(fēng)險(xiǎn)是識(shí)別的關(guān)鍵。目前,美國主要采用定量評(píng)分法,對(duì)檢出率-超標(biāo)程度-毒性-暴露情況等進(jìn)行賦分,再進(jìn)行綜合評(píng)分,但該方法主要側(cè)重于健康毒性,未考慮生態(tài)毒性,且參數(shù)取值十分關(guān)鍵[1];歐盟主要采用半定量評(píng)分,由專家評(píng)價(jià)進(jìn)行污染物選擇[2]。國內(nèi)主要參考美國經(jīng)驗(yàn),采用賦分法居多,且不同類型企業(yè)的識(shí)別側(cè)重點(diǎn)不同。

油田污染主要來源于鉆井巖屑、鉆井廢水和底泥,所處位置遠(yuǎn)離城市居住區(qū)、水源地等敏感受體,因此污染物的遷移性能在賦分體系中所占比重較輕,而鉆井巖屑的浸出毒性是除檢出率外,特征污染物篩選的重要指標(biāo)。

煉化企業(yè)的裝置罐組眾多,污染物組成復(fù)雜,特征污染物篩選過程需細(xì)化到具體裝置或產(chǎn)排污環(huán)節(jié),污染物毒性、遷移性能降解性能、以及影響污水生化裝置的污泥活性程度等均為主要賦分因素,最終形成的特征污染物清單較為復(fù)雜。

油庫/加油站無復(fù)雜工藝,污染物種類單一,特征污染物清單篩選多采用綜合評(píng)價(jià)法,根據(jù)加油站的運(yùn)營時(shí)間進(jìn)行分類。

表1 在役油田、煉化企業(yè)優(yōu)控/特征污染物識(shí)別方法及結(jié)果[3-13]

根據(jù)公開文獻(xiàn)報(bào)道[3-28],在役油田的特征污染物主要為石油烴、重金屬、多環(huán)芳烴(PAHs)、烷烴類、苯系物(BTEX)及COD等。約62.3%的油田污染場(chǎng)地特征污染物中有石油烴,26.3%的有重金屬。煉化企業(yè)特征污染物主要包括BTEX、石油烴、重金屬、PAHs、硫化物等,其中BTEX由于高檢出率和低標(biāo)準(zhǔn)限值,被66.7%的煉化污染場(chǎng)地列為優(yōu)控/特征污染物(圖1)。油庫/加油站的特征污染物較為單一,主要為甲基叔丁基醚(MTBE)、苯、甲苯、乙苯、二甲苯和萘,具體由運(yùn)儲(chǔ)的油品種類決定。圖中特定污染物占比定義為:特征污染物的場(chǎng)地?cái)?shù)/該類型場(chǎng)地總數(shù)×100%。

圖1 在役石油石化企業(yè)特征污染物識(shí)別情況

2 污染分布識(shí)別方法及分布特征

明確場(chǎng)地污染分布是識(shí)別場(chǎng)地污染的重要環(huán)節(jié)。目前針對(duì)石油石化類場(chǎng)地污染分布的研究方法主要集中于水平/垂向污染分布對(duì)比、小區(qū)域不同探測(cè)方法的測(cè)定等。

油田開發(fā)涉及大型工程實(shí)施,對(duì)地下擾動(dòng)較大,已有研究大多從井站及周圍區(qū)域的污染水平分布、垂直剖面分布、不同時(shí)期開發(fā)油井周邊的污染分布差異、不同污染物分布區(qū)別等維度進(jìn)行對(duì)比分析。且由于油田開發(fā)需要建立配套的生活區(qū),因此針對(duì)生活區(qū)、鉆井區(qū)等不同功能分區(qū)的污染分布分析也是一大研究熱點(diǎn)。

煉化企業(yè)和油庫/加油站由于水平分布與裝置、罐組的相對(duì)位置有直接關(guān)系和占地面積小,研究主要側(cè)重于垂向分布,以及耦合微擾動(dòng)探測(cè)方法的適用性。

公開文獻(xiàn)表明,與油田污染分布相關(guān)的研究較多(表2),污染主要集中于表層和油井附近,老井場(chǎng)的重金屬含量更高。煉化企業(yè)污染主要集中于裝置和罐區(qū)附近,油庫/加油站則集中于加油機(jī)和管線,污染范圍與地下巖性有直接關(guān)系,污染物極易在巖溶裂縫中聚集。

表2 油田污染分布[14-24]

3 污染發(fā)展趨勢(shì)識(shí)別方法及分布特征

明確場(chǎng)地污染現(xiàn)狀后,通過場(chǎng)地污染物遷移規(guī)律研究,預(yù)測(cè)評(píng)估污染態(tài)勢(shì),判斷修復(fù)管控措施種類。目前,污染物遷移規(guī)律的研究無明顯的上中下游場(chǎng)地特征。早期研究主要針對(duì)多孔介質(zhì)中污染物不飽和流動(dòng)的數(shù)值模型以及污染物遷移機(jī)制等方面,目前則側(cè)重特殊環(huán)境,如凍土區(qū)、水位波動(dòng)區(qū)、黃土高原區(qū)等的污染物轉(zhuǎn)化規(guī)律。研究方法以實(shí)驗(yàn)室尺度的砂槽或土柱實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬為主,大尺度場(chǎng)地研究較少,污染物主要為常見的混合油品,研究?jī)?nèi)容包括吸附、不同相態(tài)分布、生物作用的自然衰減等。如表3所示。

表3 特殊環(huán)境石油類污染物遷移規(guī)律研究[25-38]

4 討論及展望

4.1 特征污染物清單可用于簡(jiǎn)化在役企業(yè)日常檢測(cè)項(xiàng)目

國家土壤地下水污染調(diào)查規(guī)范中要求的檢測(cè)項(xiàng)目眾多,適用于有一定時(shí)間間隔的土壤地下水污染全面檢測(cè),但若盲目應(yīng)用于企業(yè)日常土壤污染管理,所有指標(biāo)的無差別檢測(cè)易給企業(yè)造成較大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。以檢測(cè)項(xiàng)目相對(duì)較少的油庫/加油站為例,根據(jù)《加油站地下水污染防治技術(shù)指南》需檢測(cè)至少13個(gè)污染物指標(biāo),而根據(jù)公開文獻(xiàn)顯示,油庫/加油站的優(yōu)控/特征污染物主要為苯、甲苯、乙苯等6種,結(jié)合檢出率、生物降解性、毒性等特征,針對(duì)這6種污染物的風(fēng)險(xiǎn)管控已可滿足企業(yè)日常污染管理需要。并且不同在役石油石化企業(yè)的優(yōu)控/特征污染物清單也具有明顯差異,因此結(jié)合企業(yè)場(chǎng)地污染風(fēng)險(xiǎn)管控要求,根據(jù)企業(yè)類型制定日常檢測(cè)項(xiàng)目,避免無側(cè)重點(diǎn)的大規(guī)模檢測(cè),可縮減檢測(cè)費(fèi)用,也能夠有效提高企業(yè)環(huán)保管理水平。

4.2 場(chǎng)地尺度的復(fù)合污染物遷移規(guī)律研究更符合污染管控要求

目前污染物的遷移規(guī)律研究多集中于實(shí)驗(yàn)室內(nèi),與實(shí)際場(chǎng)地關(guān)聯(lián)較少,并且大多側(cè)重于凍融區(qū)等特殊條件下的規(guī)律研究。但污染物遷移規(guī)律研究結(jié)果與研究尺度有直接關(guān)系,且實(shí)際場(chǎng)地的非均質(zhì)性以及環(huán)境條件的復(fù)雜性使得實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)際場(chǎng)地較為困難,因此仍需場(chǎng)地尺度的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室規(guī)律的多重驗(yàn)證,保證實(shí)驗(yàn)室理論與場(chǎng)地實(shí)踐的結(jié)合。

常見的計(jì)算機(jī)模擬手段大多集中于單一污染物的預(yù)測(cè)模擬,但石油石化企業(yè)多為成分復(fù)雜的復(fù)合污染,模擬中關(guān)鍵參數(shù)的選擇(如吸附速率、降解速率等)均應(yīng)考慮復(fù)合污染狀態(tài)下情況,才能保證模擬預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性,更符合在役石油石化企業(yè)的實(shí)際情況。

4.3 形成上中下游企業(yè)典型特征的場(chǎng)地污染識(shí)別管控技術(shù)

污染的識(shí)別是對(duì)污染現(xiàn)狀評(píng)估以及后續(xù)風(fēng)險(xiǎn)管控的前提,上中下游在役企業(yè)的污染識(shí)別方法與結(jié)果具有明顯特異性,因此可結(jié)合上述結(jié)論形成不同類型在役企業(yè)的快速識(shí)別技術(shù),從而實(shí)現(xiàn)污染的快速評(píng)估與預(yù)警。例如,油田企業(yè)可加強(qiáng)油井周邊表層石油烴含量的日常檢測(cè),煉化企業(yè)可在典型裝置、罐組表層附近測(cè)定BTEX含量,油庫/加油站則可在加油機(jī)或罐組附近測(cè)定PAHs或MTBE含量等實(shí)現(xiàn)污染的快速識(shí)別,并根據(jù)精度要求增加所測(cè)污染物種類和點(diǎn)位數(shù)量,降低盲目全面調(diào)查的成本。

根據(jù)污染的分布規(guī)律結(jié)論,重點(diǎn)測(cè)定水位波動(dòng)帶、巖溶裂隙等污染易聚集區(qū)域,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)污染的全面把握。在役石油石化場(chǎng)地具有較大的安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)與停工停產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn),污染識(shí)別后的管控過程應(yīng)充分考慮安全因素,有效進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管控而非大量動(dòng)工修復(fù),從而形成符合在役石油石化場(chǎng)地的分類管控技術(shù)。