李天威 陸文濤 徐 鶴

(1.環(huán)境保護部環(huán)境工程評估中心,北京 100012;2.北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,北京 100871;3.南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,天津 300071)

石油化工園區(qū)造成的累積環(huán)境影響隨著其蓬勃發(fā)展而逐步顯現(xiàn)，其中土壤累積影響較為顯著[1]。石油化工園區(qū)環(huán)境影響評價工作若能夠有效預(yù)測土壤累積影響，就能為科學(xué)制定污染控制措施提供指導(dǎo)。目前，國內(nèi)外學(xué)者對累積影響評價方法[2-3]、框架[4]及其實踐[5]進行了大量研究，但針對石油化工園區(qū)土壤累積影響評價的研究較少，這主要是因為環(huán)境影響評價領(lǐng)域該類定量方法和評價技術(shù)框架缺失。在其他領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的逸度理論能夠?qū)崿F(xiàn)土壤累積影響預(yù)測的功能，基于逸度理論的多介質(zhì)模型已應(yīng)用于模擬多環(huán)芳烴[6]、硝基苯[7]、六氯環(huán)己烷(HCHs)[8]等多種物質(zhì)在土壤中的累積情況，并且研究人員在現(xiàn)有理論的基礎(chǔ)上先后開發(fā)了SimpleBox、QWASI、CalTOX、ChemCAN、EQC、ChemRange等模型[9-10]，為方法的應(yīng)用提供了便利。

針對目前研究中存在的不足，筆者在對石油化工園區(qū)土壤累積污染的來源分析基礎(chǔ)上，結(jié)合規(guī)劃環(huán)評技術(shù)框架，明確了石油化工園區(qū)土壤累積影響評價的技術(shù)過程，并對評價因子篩選方法與土壤累積影響預(yù)測方法進行了探究，并將其應(yīng)用于案例研究。

1 石油化工園區(qū)土壤污染物來源分析

現(xiàn)代石油化工園區(qū)依據(jù)集約一體化原則規(guī)劃并建設(shè)了統(tǒng)一的環(huán)保設(shè)施，污染排放方式較為固定。園區(qū)污水由園區(qū)污水處理設(shè)施處理后排放。固體廢棄物通過綜合利用、分類收集等方式，交由相關(guān)專業(yè)公司進行專業(yè)處理，不由園區(qū)直接排入受體環(huán)境。氣體污染物主要來源于生產(chǎn)末端的有組織排放及罐區(qū)與生產(chǎn)過程中的無組織排放。因此，石油化工園區(qū)的污染物主要以污水和廢氣兩種形式進入受體環(huán)境。

石油化工園區(qū)排放的污染物多為揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機物，此類物質(zhì)可以在大氣、土壤、水體間進行交換、累積，當其濃度累積到一定程度將會對人體造成嚴重危害。石油化工園區(qū)的污染物通過廢氣與污水排放進入大氣與地表水中，污染物通過沉降、擴散等方式實現(xiàn)在不同介質(zhì)間的遷移，污染物在不同介質(zhì)間的交換往往是雙向的動態(tài)過程，但在穩(wěn)定的污染物輸出情況下，其在各介質(zhì)中的濃度存在著一種動態(tài)平衡，在自然條件下，石油化工園區(qū)周邊土壤中的污染物主要來源于大氣污染物的沉降[11-12]。因此，在進行石油化工園區(qū)土壤累積影響評價時，應(yīng)重點分析大氣污染物的來源和排放強度。

2 研究方法

2.1 石油化工園區(qū)土壤累積影響評價技術(shù)框架

在現(xiàn)有規(guī)劃環(huán)評技術(shù)框架[13]基礎(chǔ)上提出了石油化工園區(qū)土壤累積影響評價的技術(shù)框架，如圖1所示。下面對主要環(huán)節(jié)中需要重點考慮的因素進行介紹。

圖1 石油化工園區(qū)土壤累積影響評價技術(shù)框架Fig.1 Technical framework of soil cumulative impact assessment of petrochemical industrial parks

(1) 規(guī)劃分析。根據(jù)規(guī)劃內(nèi)容，確定園區(qū)未來發(fā)展的產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)與產(chǎn)業(yè)規(guī)模，進行多產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計，以減小園區(qū)開發(fā)建設(shè)不確定性所帶來的影響。通過工程分析確定園區(qū)污染物的種類與排放強度。

(2) 環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查、分析與評價。重點調(diào)查長時間尺度的環(huán)境背景資料，開展現(xiàn)狀評價，識別區(qū)域現(xiàn)有環(huán)境問題，確定區(qū)域是否已有累積性污染問題，明確特征污染物。調(diào)查區(qū)域其他可能污染源(需考慮現(xiàn)有、在建與規(guī)劃建設(shè)污染源)，并記錄其排放參數(shù)與項目運營時間。

(3) 累積影響識別與評價因子篩選。累積影響識別仍采取傳統(tǒng)環(huán)境影響識別的方法進行，定性分析其累積程度。對污染物進行篩選，確定評價因子，具體方法見2.2。

(4) 時空范圍確定。累積影響評價強調(diào)過去、現(xiàn)在及可預(yù)見將來的活動對環(huán)境產(chǎn)生的影響[14]。為考慮過去活動對評價的影響，在評價時間范圍選取時根據(jù)實際情況選取區(qū)域環(huán)境資料的起始時間作為評價的起始時間。根據(jù)逸度理論，污染物在環(huán)境介質(zhì)中的累積量在長時間尺度下只與其排放的強度有關(guān)，因此在未來尺度上，只需合理估計規(guī)劃時間內(nèi)的最大排放強度即可評價其累積影響，即將評價的結(jié)束時間確定為規(guī)劃截止時間?？臻g范圍上，石油化工園區(qū)的土壤累積污染主要來源于大氣沉降，因此其評價范圍與大氣評價范圍相同。

(5) 評價目標、評價指標確定。本次評價目標為保障區(qū)域人居安全、生態(tài)安全及工業(yè)區(qū)人群安全，具體指標要求各污染物濃度達標率100%。由于我國土壤環(huán)境質(zhì)量相關(guān)的標準不能滿足本評價的要求，故選用美國超級基金場地化學(xué)污染物區(qū)域篩選值表(RSLs)與美國環(huán)境保護署(USEPA)工程環(huán)境實驗室推算出的多介質(zhì)環(huán)境目標值中較為嚴格的標準值作為評價標準。

(6) 累積影響預(yù)測、分析與評價。引入逸度理論和逸度質(zhì)量平衡模型對土壤中污染物濃度進行預(yù)測。根據(jù)預(yù)測結(jié)果對項目建設(shè)的環(huán)境影響進行評價，確定其對環(huán)境的影響。

(7) 累積影響跟蹤評價。根據(jù)評價結(jié)果確定開展跟蹤評價的頻次?？紤]到石油化工園區(qū)開發(fā)建設(shè)的不確定性一般開展跟蹤評價的時間間隔不超過5年。在跟蹤評價過程中全面監(jiān)測土壤污染物濃度，以確定區(qū)域開發(fā)建設(shè)對土壤的累積影響。

2.2 評價因子篩選原則與方法

評價因子篩選原則：(1)評價因子應(yīng)具有難降解性；(2)評價因子應(yīng)具有較大毒性或較大排放量的特點。此外，園區(qū)排放的污染物如果包括現(xiàn)狀評價中已經(jīng)顯現(xiàn)的污染物質(zhì)和《持久性有機物名單》中列出的物質(zhì)，則將其補充為評價因子。毒性與排放量篩選標準可以采用德爾菲法和優(yōu)先控制污染物篩選方法確定。在篩選過程中，本研究選用了優(yōu)先控制污染物篩選方法中的潛在危害指數(shù)法對污染物毒性進行打分，其計算公式[15]：

N=2aa’A+4bB

(1)

式中：N為潛在危害指數(shù)；A為某化學(xué)物質(zhì)的周圍環(huán)境目標值(AMEG)所對應(yīng)的值；B為潛在“三致”化學(xué)物質(zhì)的AMEG所對應(yīng)的值；a、a’、b為常數(shù)。其中，A、B值確定原則見表1。B確定值時，a=1，無B值時，a=2；化學(xué)物質(zhì)有蓄積或慢性毒性時，a’=1.25，僅有急性毒性時，a’=1.00；A確定值時，b=1.00，無A值時，b=1.5。根據(jù)潛在危害指數(shù)計算方法，將表征中等毒性的指數(shù)9定為毒性篩選標準。

表1 A、B值確定表

2.3 土壤累積影響預(yù)測方法

“逸度”是指化學(xué)物質(zhì)從一種環(huán)境介質(zhì)向另一種環(huán)境介質(zhì)中的遷移趨勢。當化學(xué)物質(zhì)在相鄰環(huán)境介質(zhì)中達到交換平衡時，此時其逸度值應(yīng)該是相等的；當不同環(huán)境介質(zhì)中逸度值存在差異時，就會發(fā)生相鄰環(huán)境介質(zhì)中物質(zhì)的交換，直到平衡為止。逸度值(f，Pa)公式為：

f=C/(Z×M)

(2)

式中：C為化合物在介質(zhì)中的質(zhì)量濃度，g/m3；M為是摩爾質(zhì)量數(shù)，g/mol；Z為化合物的逸度容量，mol/(m3·Pa)。各環(huán)境介質(zhì)中的逸度容量計算公式見表2。

化學(xué)物質(zhì)在不同環(huán)境介質(zhì)中的擴散情況可以用逸度商表示，大氣和土壤的逸度商為：fa/fs(fa為該物質(zhì)在大氣中的逸度值，fs為其在土壤中的逸度值)。當該逸度商為1時，表示該物質(zhì)在兩相介質(zhì)中處于平衡狀態(tài)。當前學(xué)者先后開發(fā)出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級逸度質(zhì)量平衡模型，可以完成多介質(zhì)中污染物濃度的預(yù)測[16]。但逸度理論參數(shù)較多，部分參數(shù)難以獲取，給實際應(yīng)用帶來了一定不便。除了應(yīng)用逸度理論進行計算，還可以首先應(yīng)用大氣預(yù)測模型計算污染物在大氣環(huán)境中的長時間平均濃度，再根據(jù)逸度商為1的平衡條件求解土壤中污染物的濃度。本研究在污染物濃度預(yù)測部分采用了第二種方法，所用大氣預(yù)測模型為AREMOD模型。

3 案例研究與討論

3.1 規(guī)劃分析及環(huán)境現(xiàn)狀情況

以SH化工園區(qū)規(guī)劃環(huán)評為研究案例，該園區(qū)沿海而建，規(guī)劃年限為20年。規(guī)劃擴建區(qū)域原有石油化工產(chǎn)業(yè)，并建設(shè)煉化一體項目、合成材料、精細化工等項目。根據(jù)規(guī)劃設(shè)定了兩種發(fā)展路線方案(如圖2所示)，兩發(fā)展路線在甲醇、C4、C5產(chǎn)業(yè)上存在差異。此外，園區(qū)內(nèi)個別農(nóng)化企業(yè)未列出。園區(qū)未來規(guī)劃的產(chǎn)業(yè)規(guī)模為現(xiàn)有煉化一體化裝置規(guī)模翻番。

應(yīng)用工程分析方法對園區(qū)未來生產(chǎn)建設(shè)過程中產(chǎn)生的大氣污染物的種類、數(shù)量進行統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果顯示園區(qū)未來主要排放包括二氧化硫、氮氧化物、苯、甲苯、二甲苯、甲醛、苯胺等在內(nèi)的50余種大氣污染物。

區(qū)域最早的土壤常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)為規(guī)劃環(huán)評初期的土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)，監(jiān)測結(jié)果顯示區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量整體處于《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 15618—1995)一級標準，揮發(fā)性有機物與半揮發(fā)性有機物中僅有三氯甲烷、1,2,3-三氯丙烷、2-氯異丙基醚、鄰苯二甲酸二乙基酯、六氯乙烷及N-亞硝基二正丙胺6項檢出且濃度較小，其余均未檢出。整體來說，區(qū)域土壤環(huán)境未有顯著的累積性物質(zhì)出現(xiàn)。此外，評價時間范圍僅為本次規(guī)劃的20年時間，空間范圍與大氣評價范圍一致。

3.2 環(huán)境影響識別

園區(qū)產(chǎn)業(yè)活動對土壤的影響主要是大氣污染物的排放，其影響較為緩慢，影響程度較低。此外，園區(qū)內(nèi)儲罐泄露或管道的跑冒滴漏也將會對園區(qū)內(nèi)的土壤造成污染，影響較為嚴重，但及時發(fā)現(xiàn)、及時處理，可以有效控制污染，并且園區(qū)地面多進行地面硬化與防滲處理，因此其對土壤影響較弱，且事件發(fā)生概率較低，因此園區(qū)周邊土壤污染還是主要來自難降解大氣污染物的沉降。

表2 逸度容量的定義

圖2 產(chǎn)業(yè)發(fā)展方案Fig.2 Industry development program

物質(zhì)潛在危害指數(shù)排放量/(kg·a-1)物質(zhì)潛在危害指數(shù)排放量/(kg·a-1)二噁英32.50.000076苯13.0959.24吡啶11.50.003氯苯6.51419.97乙苯4.05.85甲苯6.51811.49硝基苯12.07.2二甲苯6.52190.23三氯乙烯6.510.72苯乙烯4.02465.73甲醛15.5215.82三氯甲烷11.57176四氯化碳11.5752氯乙烯10.533763.2

3.3 評價因子篩選

在篩選過程中，首先剔除不具備累積性的物質(zhì)，再統(tǒng)計剩余污染物的毒性與排放量，其中毒性以潛在危害指數(shù)表征，具體見表3。

累積性污染物中三氯甲烷為現(xiàn)狀評價中檢出的物質(zhì)。在《持久性有機物名單》中，僅有二噁英在列。本次確定的污染物排放量標準為100 kg/a，潛在危害指數(shù)標準為9，最終確定的評價因子為：二噁英、吡啶、乙苯、硝基苯、三氯乙烯、甲醛、四氯化碳、苯、氯苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯甲烷及氯乙烯。

表4 土壤累積影響評價標準1)

注：1)引自文獻[17]、[18]；“*”表示二噁英類物質(zhì)的統(tǒng)稱，選取了RSLs中二噁英類標準中最為嚴格的2,3,7,8-TCDD作為二噁英類的標準；“#”表示標準值選自多介質(zhì)環(huán)境目標值；沒有標記的數(shù)值均選自RSLs。

表5 兩種方案土壤污染物最大質(zhì)量濃度

3.4 環(huán)境目標、評價指標與評價標準的確定

本次評價范圍內(nèi)，主要分布有城鎮(zhèn)、學(xué)校、旅游區(qū)、生態(tài)自然保護區(qū)及農(nóng)田等環(huán)境敏感目標區(qū)域。因此，為切實保護環(huán)境敏感目標區(qū)域，本次評價確定環(huán)境目標為園區(qū)污染物在土壤中的累積量不會對人居健康和生態(tài)環(huán)境造成影響，評價目標為各污染物濃度達標率100%。相應(yīng)的評價標準具體見表4。

3.5 土壤累積影響的預(yù)測結(jié)果評價與土壤累積影響跟蹤評價

根據(jù)確定的污染源強度，計算區(qū)域土壤中污染物最大濃度見表5。

將表5中的預(yù)測結(jié)果對比表4中的評價標準可知，園區(qū)建設(shè)后土壤中污染物濃度整體較小，能夠滿足相關(guān)標準要求，與對應(yīng)標準值差距較大。因此，該園區(qū)的規(guī)劃建設(shè)不會對區(qū)域土壤環(huán)境帶來顯著累積影響。

因預(yù)測結(jié)果與標準間差距較大，所以建議每5年開展一次土壤累積影響跟蹤評價，全面監(jiān)測土壤污染物，確定其濃度變化情況，及時發(fā)現(xiàn)問題，及時處理。

3.6 討 論

本次評價結(jié)果顯示污染物累積量較小，整體符合實際情況。首先，SH化工園區(qū)擬采用當前世界上最先進的生產(chǎn)工藝和設(shè)備，且園區(qū)的管理水平位于世界前列，因此園區(qū)自身污染物排放強度較小。其次，園區(qū)依海而建，受海風(fēng)影響較為顯著，良好的空氣流通情況為污染物的擴散、稀釋提供了極為有利的條件，進而影響土壤中污染物的累積。

模型模擬方面，當前的模型僅可以對每種污染物的時間擁擠或空間擁擠進行模擬，因不同條件下多污染物的反應(yīng)機制不明確，所以模型不能模擬污染物間的化合與協(xié)同效應(yīng)。

采用的逸度理論和大氣預(yù)測模型相結(jié)合的模擬方法只適用于長時間尺度下的累積濃度預(yù)測，因為大氣的流通性較強，污染物在大氣中濃度變化較快，因此只有在長時間尺度上才會存在一種交換平衡。本研究因為數(shù)據(jù)原因未能采用逸度質(zhì)量平衡模型，當數(shù)據(jù)充足時，建議采用該模型進行計算。

4 結(jié) 論

(1) 結(jié)合規(guī)劃環(huán)評的技術(shù)框架提出了石油化工園區(qū)土壤累積影響評價的技術(shù)框架。在評價技術(shù)方法上，首先確定了評價因子篩選的原則，并將潛在危害指數(shù)法應(yīng)用于毒性指標評價。其次，在土壤累積影響預(yù)測方法上，引入了逸度理論，并提出了兩類預(yù)測方案。

(2) 應(yīng)用提出的評價體系與方法對SH化工園區(qū)進行了土壤累積影響評價，評價結(jié)果顯示，該園區(qū)的規(guī)劃建設(shè)不會對區(qū)域土壤環(huán)境帶來顯著累積影響。這主要與園區(qū)自身污染物排放量小及區(qū)域空氣流通性良好有關(guān)。

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