石油化工园区土壤累积影响评价研究

李天威 陆文涛 徐 鹤

(1.环境保护部环境工程评估中心,北京 100012;2.北京大学环境科学与工程学院,北京 100871;3.南开大学环境科学与工程学院,天津 300071)

石油化工园区造成的累积环境影响随着其蓬勃发展而逐步显现，其中土壤累积影响较为显著[1]。石油化工园区环境影响评价工作若能够有效预测土壤累积影响，就能为科学制定污染控制措施提供指导。目前，国内外学者对累积影响评价方法[2-3]、框架[4]及其实践[5]进行了大量研究，但针对石油化工园区土壤累积影响评价的研究较少，这主要是因为环境影响评价领域该类定量方法和评价技术框架缺失。在其他领域应用广泛的逸度理论能够实现土壤累积影响预测的功能，基于逸度理论的多介质模型已应用于模拟多环芳烃[6]、硝基苯[7]、六氯环己烷(HCHs)[8]等多种物质在土壤中的累积情况，并且研究人员在现有理论的基础上先后开发了SimpleBox、QWASI、CalTOX、ChemCAN、EQC、ChemRange等模型[9-10]，为方法的应用提供了便利。

针对目前研究中存在的不足，笔者在对石油化工园区土壤累积污染的来源分析基础上，结合规划环评技术框架，明确了石油化工园区土壤累积影响评价的技术过程，并对评价因子筛选方法与土壤累积影响预测方法进行了探究，并将其应用于案例研究。

1 石油化工园区土壤污染物来源分析

现代石油化工园区依据集约一体化原则规划并建设了统一的环保设施，污染排放方式较为固定。园区污水由园区污水处理设施处理后排放。固体废弃物通过综合利用、分类收集等方式，交由相关专业公司进行专业处理，不由园区直接排入受体环境。气体污染物主要来源于生产末端的有组织排放及罐区与生产过程中的无组织排放。因此，石油化工园区的污染物主要以污水和废气两种形式进入受体环境。

石油化工园区排放的污染物多为挥发性和半挥发性有机物，此类物质可以在大气、土壤、水体间进行交换、累积，当其浓度累积到一定程度将会对人体造成严重危害。石油化工园区的污染物通过废气与污水排放进入大气与地表水中，污染物通过沉降、扩散等方式实现在不同介质间的迁移，污染物在不同介质间的交换往往是双向的动态过程，但在稳定的污染物输出情况下，其在各介质中的浓度存在着一种动态平衡，在自然条件下，石油化工园区周边土壤中的污染物主要来源于大气污染物的沉降[11-12]。因此，在进行石油化工园区土壤累积影响评价时，应重点分析大气污染物的来源和排放强度。

2 研究方法

2.1 石油化工园区土壤累积影响评价技术框架

在现有规划环评技术框架[13]基础上提出了石油化工园区土壤累积影响评价的技术框架，如图1所示。下面对主要环节中需要重点考虑的因素进行介绍。

图1 石油化工园区土壤累积影响评价技术框架Fig.1 Technical framework of soil cumulative impact assessment of petrochemical industrial parks

(1) 规划分析。根据规划内容，确定园区未来发展的产业链结构与产业规模，进行多产业链结构设计，以减小园区开发建设不确定性所带来的影响。通过工程分析确定园区污染物的种类与排放强度。

(2) 环境现状调查、分析与评价。重点调查长时间尺度的环境背景资料，开展现状评价，识别区域现有环境问题，确定区域是否已有累积性污染问题，明确特征污染物。调查区域其他可能污染源(需考虑现有、在建与规划建设污染源)，并记录其排放参数与项目运营时间。

(3) 累积影响识别与评价因子筛选。累积影响识别仍采取传统环境影响识别的方法进行，定性分析其累积程度。对污染物进行筛选，确定评价因子，具体方法见2.2。

(4) 时空范围确定。累积影响评价强调过去、现在及可预见将来的活动对环境产生的影响[14]。为考虑过去活动对评价的影响，在评价时间范围选取时根据实际情况选取区域环境资料的起始时间作为评价的起始时间。根据逸度理论，污染物在环境介质中的累积量在长时间尺度下只与其排放的强度有关，因此在未来尺度上，只需合理估计规划时间内的最大排放强度即可评价其累积影响，即将评价的结束时间确定为规划截止时间。空间范围上，石油化工园区的土壤累积污染主要来源于大气沉降，因此其评价范围与大气评价范围相同。

(5) 评价目标、评价指标确定。本次评价目标为保障区域人居安全、生态安全及工业区人群安全，具体指标要求各污染物浓度达标率100%。由于我国土壤环境质量相关的标准不能满足本评价的要求，故选用美国超级基金场地化学污染物区域筛选值表(RSLs)与美国环境保护署(USEPA)工程环境实验室推算出的多介质环境目标值中较为严格的标准值作为评价标准。

(6) 累积影响预测、分析与评价。引入逸度理论和逸度质量平衡模型对土壤中污染物浓度进行预测。根据预测结果对项目建设的环境影响进行评价，确定其对环境的影响。

(7) 累积影响跟踪评价。根据评价结果确定开展跟踪评价的频次。考虑到石油化工园区开发建设的不确定性一般开展跟踪评价的时间间隔不超过5年。在跟踪评价过程中全面监测土壤污染物浓度，以确定区域开发建设对土壤的累积影响。

2.2 评价因子筛选原则与方法

评价因子筛选原则：(1)评价因子应具有难降解性；(2)评价因子应具有较大毒性或较大排放量的特点。此外，园区排放的污染物如果包括现状评价中已经显现的污染物质和《持久性有机物名单》中列出的物质，则将其补充为评价因子。毒性与排放量筛选标准可以采用德尔菲法和优先控制污染物筛选方法确定。在筛选过程中，本研究选用了优先控制污染物筛选方法中的潜在危害指数法对污染物毒性进行打分，其计算公式[15]：

N=2aa’A+4bB

(1)

式中：N为潜在危害指数；A为某化学物质的周围环境目标值(AMEG)所对应的值；B为潜在“三致”化学物质的AMEG所对应的值；a、a’、b为常数。其中，A、B值确定原则见表1。B确定值时，a=1，无B值时，a=2；化学物质有蓄积或慢性毒性时，a’=1.25，仅有急性毒性时，a’=1.00；A确定值时，b=1.00，无A值时，b=1.5。根据潜在危害指数计算方法，将表征中等毒性的指数9定为毒性筛选标准。

表1 A、B值确定表

2.3 土壤累积影响预测方法

“逸度”是指化学物质从一种环境介质向另一种环境介质中的迁移趋势。当化学物质在相邻环境介质中达到交换平衡时，此时其逸度值应该是相等的；当不同环境介质中逸度值存在差异时，就会发生相邻环境介质中物质的交换，直到平衡为止。逸度值(f，Pa)公式为：

f=C/(Z×M)

(2)

式中：C为化合物在介质中的质量浓度，g/m3；M为是摩尔质量数，g/mol；Z为化合物的逸度容量，mol/(m3·Pa)。各环境介质中的逸度容量计算公式见表2。

化学物质在不同环境介质中的扩散情况可以用逸度商表示，大气和土壤的逸度商为：fa/fs(fa为该物质在大气中的逸度值，fs为其在土壤中的逸度值)。当该逸度商为1时，表示该物质在两相介质中处于平衡状态。当前学者先后开发出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级逸度质量平衡模型，可以完成多介质中污染物浓度的预测[16]。但逸度理论参数较多，部分参数难以获取，给实际应用带来了一定不便。除了应用逸度理论进行计算，还可以首先应用大气预测模型计算污染物在大气环境中的长时间平均浓度，再根据逸度商为1的平衡条件求解土壤中污染物的浓度。本研究在污染物浓度预测部分采用了第二种方法，所用大气预测模型为AREMOD模型。

3 案例研究与讨论

3.1 规划分析及环境现状情况

以SH化工园区规划环评为研究案例，该园区沿海而建，规划年限为20年。规划扩建区域原有石油化工产业，并建设炼化一体项目、合成材料、精细化工等项目。根据规划设定了两种发展路线方案(如图2所示)，两发展路线在甲醇、C4、C5产业上存在差异。此外，园区内个别农化企业未列出。园区未来规划的产业规模为现有炼化一体化装置规模翻番。

应用工程分析方法对园区未来生产建设过程中产生的大气污染物的种类、数量进行统计，统计结果显示园区未来主要排放包括二氧化硫、氮氧化物、苯、甲苯、二甲苯、甲醛、苯胺等在内的50余种大气污染物。

区域最早的土壤常规监测数据为规划环评初期的土壤环境质量监测数据，监测结果显示区域土壤环境质量整体处于《土壤环境质量标准》(GB 15618—1995)一级标准，挥发性有机物与半挥发性有机物中仅有三氯甲烷、1,2,3-三氯丙烷、2-氯异丙基醚、邻苯二甲酸二乙基酯、六氯乙烷及N-亚硝基二正丙胺6项检出且浓度较小，其余均未检出。整体来说，区域土壤环境未有显著的累积性物质出现。此外，评价时间范围仅为本次规划的20年时间，空间范围与大气评价范围一致。

3.2 环境影响识别

园区产业活动对土壤的影响主要是大气污染物的排放，其影响较为缓慢，影响程度较低。此外，园区内储罐泄露或管道的跑冒滴漏也将会对园区内的土壤造成污染，影响较为严重，但及时发现、及时处理，可以有效控制污染，并且园区地面多进行地面硬化与防渗处理，因此其对土壤影响较弱，且事件发生概率较低，因此园区周边土壤污染还是主要来自难降解大气污染物的沉降。

表2 逸度容量的定义

图2 产业发展方案Fig.2 Industry development program

物质潜在危害指数排放量/(kg·a-1)物质潜在危害指数排放量/(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 评价因子筛选

在筛选过程中，首先剔除不具备累积性的物质，再统计剩余污染物的毒性与排放量，其中毒性以潜在危害指数表征，具体见表3。

累积性污染物中三氯甲烷为现状评价中检出的物质。在《持久性有机物名单》中，仅有二噁英在列。本次确定的污染物排放量标准为100 kg/a，潜在危害指数标准为9，最终确定的评价因子为：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 土壤累积影响评价标准1)

注：1)引自文献[17]、[18]；“*”表示二噁英类物质的统称，选取了RSLs中二噁英类标准中最为严格的2,3,7,8-TCDD作为二噁英类的标准；“#”表示标准值选自多介质环境目标值；没有标记的数值均选自RSLs。

表5 两种方案土壤污染物最大质量浓度

3.4 环境目标、评价指标与评价标准的确定

本次评价范围内，主要分布有城镇、学校、旅游区、生态自然保护区及农田等环境敏感目标区域。因此，为切实保护环境敏感目标区域，本次评价确定环境目标为园区污染物在土壤中的累积量不会对人居健康和生态环境造成影响，评价目标为各污染物浓度达标率100%。相应的评价标准具体见表4。

3.5 土壤累积影响的预测结果评价与土壤累积影响跟踪评价

根据确定的污染源强度，计算区域土壤中污染物最大浓度见表5。

将表5中的预测结果对比表4中的评价标准可知，园区建设后土壤中污染物浓度整体较小，能够满足相关标准要求，与对应标准值差距较大。因此，该园区的规划建设不会对区域土壤环境带来显著累积影响。

因预测结果与标准间差距较大，所以建议每5年开展一次土壤累积影响跟踪评价，全面监测土壤污染物，确定其浓度变化情况，及时发现问题，及时处理。

3.6 讨 论

本次评价结果显示污染物累积量较小，整体符合实际情况。首先，SH化工园区拟采用当前世界上最先进的生产工艺和设备，且园区的管理水平位于世界前列，因此园区自身污染物排放强度较小。其次，园区依海而建，受海风影响较为显著，良好的空气流通情况为污染物的扩散、稀释提供了极为有利的条件，进而影响土壤中污染物的累积。

模型模拟方面，当前的模型仅可以对每种污染物的时间拥挤或空间拥挤进行模拟，因不同条件下多污染物的反应机制不明确，所以模型不能模拟污染物间的化合与协同效应。

采用的逸度理论和大气预测模型相结合的模拟方法只适用于长时间尺度下的累积浓度预测，因为大气的流通性较强，污染物在大气中浓度变化较快，因此只有在长时间尺度上才会存在一种交换平衡。本研究因为数据原因未能采用逸度质量平衡模型，当数据充足时，建议采用该模型进行计算。

4 结 论

(1) 结合规划环评的技术框架提出了石油化工园区土壤累积影响评价的技术框架。在评价技术方法上，首先确定了评价因子筛选的原则，并将潜在危害指数法应用于毒性指标评价。其次，在土壤累积影响预测方法上，引入了逸度理论，并提出了两类预测方案。

(2) 应用提出的评价体系与方法对SH化工园区进行了土壤累积影响评价，评价结果显示，该园区的规划建设不会对区域土壤环境带来显著累积影响。这主要与园区自身污染物排放量小及区域空气流通性良好有关。

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