石油化工園區土壤累積影響評價研究

李天威 陸文濤 徐 鶴

(1.環境保護部環境工程評估中心,北京 100012;2.北京大學環境科學與工程學院,北京 100871;3.南開大學環境科學與工程學院,天津 300071)

石油化工園區造成的累積環境影響隨著其蓬勃發展而逐步顯現，其中土壤累積影響較為顯著[1]。石油化工園區環境影響評價工作若能夠有效預測土壤累積影響，就能為科學制定污染控制措施提供指導。目前，國內外學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土壤累積影響評價的研究較少，這主要是因為環境影響評價領域該類定量方法和評價技術框架缺失。在其他領域應用廣泛的逸度理論能夠實現土壤累積影響預測的功能，基于逸度理論的多介質模型已應用于模擬多環芳烴[6]、硝基苯[7]、六氯環己烷(HCHs)[8]等多種物質在土壤中的累積情況，并且研究人員在現有理論的基礎上先后開發了SimpleBox、QWASI、CalTOX、ChemCAN、EQC、ChemRange等模型[9-10]，為方法的應用提供了便利。

針對目前研究中存在的不足，筆者在對石油化工園區土壤累積污染的來源分析基礎上，結合規劃環評技術框架，明確了石油化工園區土壤累積影響評價的技術過程，并對評價因子篩選方法與土壤累積影響預測方法進行了探究，并將其應用于案例研究。

1 石油化工園區土壤污染物來源分析

現代石油化工園區依據集約一體化原則規劃并建設了統一的環保設施，污染排放方式較為固定。園區污水由園區污水處理設施處理后排放。固體廢棄物通過綜合利用、分類收集等方式，交由相關專業公司進行專業處理，不由園區直接排入受體環境。氣體污染物主要來源于生產末端的有組織排放及罐區與生產過程中的無組織排放。因此，石油化工園區的污染物主要以污水和廢氣兩種形式進入受體環境。

石油化工園區排放的污染物多為揮發性和半揮發性有機物，此類物質可以在大氣、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、擴散等方式實現在不同介質間的遷移，污染物在不同介質間的交換往往是雙向的動態過程，但在穩定的污染物輸出情況下，其在各介質中的濃度存在著一種動態平衡，在自然條件下，石油化工園區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土壤累積影響評價時，應重點分析大氣污染物的來源和排放強度。

2 研究方法

2.1 石油化工園區土壤累積影響評價技術框架

在現有規劃環評技術框架[13]基礎上提出了石油化工園區土壤累積影響評價的技術框架，如圖1所示。下面對主要環節中需要重點考慮的因素進行介紹。

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

(1) 規劃分析。根據規劃內容，確定園區未來發展的產業鏈結構與產業規模，進行多產業鏈結構設計，以減小園區開發建設不確定性所帶來的影響。通過工程分析確定園區污染物的種類與排放強度。

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

(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環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。累積影響評價強調過去、現在及可預見將來的活動對環境產生的影響[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實際情況選取區域環境資料的起始時間作為評價的起始時間。根據逸度理論，污染物在環境介質中的累積量在長時間尺度下只與其排放的強度有關，因此在未來尺度上，只需合理估計規劃時間內的最大排放強度即可評價其累積影響，即將評價的結束時間確定為規劃截止時間?？臻g范圍上，石油化工園區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域人居安全、生態安全及工業區人群安全，具體指標要求各污染物濃度達標率100%。由于我國土壤環境質量相關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污染物區域篩選值表(RSLs)與美國環境保護署(USEPA)工程環境實驗室推算出的多介質環境目標值中較為嚴格的標準值作為評價標準。

(6) 累積影響預測、分析與評價。引入逸度理論和逸度質量平衡模型對土壤中污染物濃度進行預測。根據預測結果對項目建設的環境影響進行評價，確定其對環境的影響。

(7) 累積影響跟蹤評價。根據評價結果確定開展跟蹤評價的頻次?？紤]到石油化工園區開發建設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測土壤污染物濃度，以確定區域開發建設對土壤的累積影響。

2.2 評價因子篩選原則與方法

評價因子篩選原則：(1)評價因子應具有難降解性；(2)評價因子應具有較大毒性或較大排放量的特點。此外，園區排放的污染物如果包括現狀評價中已經顯現的污染物質和《持久性有機物名單》中列出的物質，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，本研究選用了優先控制污染物篩選方法中的潛在危害指數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；A為某化學物質的周圍環境目標值(AMEG)所對應的值；B為潛在“三致”化學物質的AMEG所對應的值；a、a’、b為常數。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；化學物質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。根據潛在危害指數計算方法，將表征中等毒性的指數9定為毒性篩選標準。

表1 A、B值確定表

2.3 土壤累積影響預測方法

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

f=C/(Z×M)

(2)

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

化學物質在不同環境介質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，表示該物質在兩相介質中處于平衡狀態。當前學者先后開發出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級逸度質量平衡模型，可以完成多介質中污染物濃度的預測[16]。但逸度理論參數較多，部分參數難以獲取，給實際應用帶來了一定不便。除了應用逸度理論進行計算，還可以首先應用大氣預測模型計算污染物在大氣環境中的長時間平均濃度，再根據逸度商為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測部分采用了第二種方法，所用大氣預測模型為AREMOD模型。

3 案例研究與討論

3.1 規劃分析及環境現狀情況

以SH化工園區規劃環評為研究案例，該園區沿海而建，規劃年限為20年。規劃擴建區域原有石油化工產業，并建設煉化一體項目、合成材料、精細化工等項目。根據規劃設定了兩種發展路線方案(如圖2所示)，兩發展路線在甲醇、C4、C5產業上存在差異。此外，園區內個別農化企業未列出。園區未來規劃的產業規模為現有煉化一體化裝置規模翻番。

應用工程分析方法對園區未來生產建設過程中產生的大氣污染物的種類、數量進行統計，統計結果顯示園區未來主要排放包括二氧化硫、氮氧化物、苯、甲苯、二甲苯、甲醛、苯胺等在內的50余種大氣污染物。

區域最早的土壤常規監測數據為規劃環評初期的土壤環境質量監測數據，監測結果顯示區域土壤環境質量整體處于《土壤環境質量標準》(GB 15618—1995)一級標準，揮發性有機物與半揮發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，區域土壤環境未有顯著的累積性物質出現。此外，評價時間范圍僅為本次規劃的20年時間，空間范圍與大氣評價范圍一致。

3.2 環境影響識別

園區產業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，園區內儲罐泄露或管道的跑冒滴漏也將會對園區內的土壤造成污染，影響較為嚴重，但及時發現、及時處理，可以有效控制污染，并且園區地面多進行地面硬化與防滲處理，因此其對土壤影響較弱，且事件發生概率較低，因此園區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 產業發展方案Fig.2 Industry development program

物質潛在危害指數排放量/(kg·a-1)物質潛在危害指數排放量/(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，再統計剩余污染物的毒性與排放量，其中毒性以潛在危害指數表征，具體見表3。

累積性污染物中三氯甲烷為現狀評價中檢出的物質。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]；“*”表示二噁英類物質的統稱，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環境目標值；沒有標記的數值均選自RSLs。

表5 兩種方案土壤污染物最大質量濃度

3.4 環境目標、評價指標與評價標準的確定

本次評價范圍內，主要分布有城鎮、學校、旅游區、生態自然保護區及農田等環境敏感目標區域。因此，為切實保護環境敏感目標區域，本次評價確定環境目標為園區污染物在土壤中的累積量不會對人居健康和生態環境造成影響，評價目標為各污染物濃度達標率100%。相應的評價標準具體見表4。

3.5 土壤累積影響的預測結果評價與土壤累積影響跟蹤評價

根據確定的污染源強度，計算區域土壤中污染物最大濃度見表5。

將表5中的預測結果對比表4中的評價標準可知，園區建設后土壤中污染物濃度整體較小，能夠滿足相關標準要求，與對應標準值差距較大。因此，該園區的規劃建設不會對區域土壤環境帶來顯著累積影響。

因預測結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，全面監測土壤污染物，確定其濃度變化情況，及時發現問題，及時處理。

3.6 討 論

本次評價結果顯示污染物累積量較小，整體符合實際情況。首先，SH化工園區擬采用當前世界上最先進的生產工藝和設備，且園區的管理水平位于世界前列，因此園區自身污染物排放強度較小。其次，園區依海而建，受海風影響較為顯著，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機制不明確，所以模型不能模擬污染物間的化合與協同效應。

采用的逸度理論和大氣預測模型相結合的模擬方法只適用于長時間尺度下的累積濃度預測，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。本研究因為數據原因未能采用逸度質量平衡模型，當數據充足時，建議采用該模型進行計算。

4 結 論

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

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

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