在役石油石化场地土壤污染识别进展研究

孙建成

(中国石油化工集团有限公司健康安全环保管理部,北京 100728)

0 前言

土壤地下水污染相比大气和地表水污染具有隐蔽性、污染物易随地下水长距离迁移的特点,风险控制难度大。“十三五”期间,国家对土壤地下水污染的关注主要集中于农田矿山领域,石油石化行业由于其本身能源安全的特殊性,公开发表的研究较少。石油石化企业在生产、储运过程中,原辅材料的挥发、装卸运载的洒落以及紧急事故泄漏等都会使污染物进入地下。目前,在役石油石化企业发生污染后,无法做到停工修复,因此需边生产边管控。场地风险管控的前提是对场地进行准确且全方面的污染识别,包括但不限于污染现状(污染物种类、污染物分布状态)和未来污染趋势(迁移规律)。

目前,具体石油石化场地的污染物单项识别研究较多,全面识别研究较少,对于不同工艺、开发过程的在役企业污染识别方法与结果特异性总结较少。本文根据文献公开内容,提炼了在役油田、炼化企业、油库/加油站在特征污染物、污染分布、污染发展趋势3个重点识别方面的进展及特点,为同类型场地的污染识别与管控提供参考。

1 特征污染物识别方法及分布特征

特征污染物是指污染风险较大、需优先管控或具有明显场地特征的污染物,是识别场地污染的前提。特征污染物清单能否最大程度包含场地污染信息,并体现场地最大污染风险是识别的关键。目前,美国主要采用定量评分法,对检出率-超标程度-毒性-暴露情况等进行赋分,再进行综合评分,但该方法主要侧重于健康毒性,未考虑生态毒性,且参数取值十分关键[1];欧盟主要采用半定量评分,由专家评价进行污染物选择[2]。国内主要参考美国经验,采用赋分法居多,且不同类型企业的识别侧重点不同。

油田污染主要来源于钻井岩屑、钻井废水和底泥,所处位置远离城市居住区、水源地等敏感受体,因此污染物的迁移性能在赋分体系中所占比重较轻,而钻井岩屑的浸出毒性是除检出率外,特征污染物筛选的重要指标。

炼化企业的装置罐组众多,污染物组成复杂,特征污染物筛选过程需细化到具体装置或产排污环节,污染物毒性、迁移性能降解性能、以及影响污水生化装置的污泥活性程度等均为主要赋分因素,最终形成的特征污染物清单较为复杂。

油库/加油站无复杂工艺,污染物种类单一,特征污染物清单筛选多采用综合评价法,根据加油站的运营时间进行分类。

表1 在役油田、炼化企业优控/特征污染物识别方法及结果[3-13]

根据公开文献报道[3-28],在役油田的特征污染物主要为石油烃、重金属、多环芳烃(PAHs)、烷烃类、苯系物(BTEX)及COD等。约62.3%的油田污染场地特征污染物中有石油烃,26.3%的有重金属。炼化企业特征污染物主要包括BTEX、石油烃、重金属、PAHs、硫化物等,其中BTEX由于高检出率和低标准限值,被66.7%的炼化污染场地列为优控/特征污染物(图1)。油库/加油站的特征污染物较为单一,主要为甲基叔丁基醚(MTBE)、苯、甲苯、乙苯、二甲苯和萘,具体由运储的油品种类决定。图中特定污染物占比定义为:特征污染物的场地数/该类型场地总数×100%。

图1 在役石油石化企业特征污染物识别情况

2 污染分布识别方法及分布特征

明确场地污染分布是识别场地污染的重要环节。目前针对石油石化类场地污染分布的研究方法主要集中于水平/垂向污染分布对比、小区域不同探测方法的测定等。

油田开发涉及大型工程实施,对地下扰动较大,已有研究大多从井站及周围区域的污染水平分布、垂直剖面分布、不同时期开发油井周边的污染分布差异、不同污染物分布区别等维度进行对比分析。且由于油田开发需要建立配套的生活区,因此针对生活区、钻井区等不同功能分区的污染分布分析也是一大研究热点。

炼化企业和油库/加油站由于水平分布与装置、罐组的相对位置有直接关系和占地面积小,研究主要侧重于垂向分布,以及耦合微扰动探测方法的适用性。

公开文献表明,与油田污染分布相关的研究较多(表2),污染主要集中于表层和油井附近,老井场的重金属含量更高。炼化企业污染主要集中于装置和罐区附近,油库/加油站则集中于加油机和管线,污染范围与地下岩性有直接关系,污染物极易在岩溶裂缝中聚集。

表2 油田污染分布[14-24]

3 污染发展趋势识别方法及分布特征

明确场地污染现状后,通过场地污染物迁移规律研究,预测评估污染态势,判断修复管控措施种类。目前,污染物迁移规律的研究无明显的上中下游场地特征。早期研究主要针对多孔介质中污染物不饱和流动的数值模型以及污染物迁移机制等方面,目前则侧重特殊环境,如冻土区、水位波动区、黄土高原区等的污染物转化规律。研究方法以实验室尺度的砂槽或土柱实验、计算机数值模拟为主,大尺度场地研究较少,污染物主要为常见的混合油品,研究内容包括吸附、不同相态分布、生物作用的自然衰减等。如表3所示。

表3 特殊环境石油类污染物迁移规律研究[25-38]

4 讨论及展望

4.1 特征污染物清单可用于简化在役企业日常检测项目

国家土壤地下水污染调查规范中要求的检测项目众多,适用于有一定时间间隔的土壤地下水污染全面检测,但若盲目应用于企业日常土壤污染管理,所有指标的无差别检测易给企业造成较大的经济负担。以检测项目相对较少的油库/加油站为例,根据《加油站地下水污染防治技术指南》需检测至少13个污染物指标,而根据公开文献显示,油库/加油站的优控/特征污染物主要为苯、甲苯、乙苯等6种,结合检出率、生物降解性、毒性等特征,针对这6种污染物的风险管控已可满足企业日常污染管理需要。并且不同在役石油石化企业的优控/特征污染物清单也具有明显差异,因此结合企业场地污染风险管控要求,根据企业类型制定日常检测项目,避免无侧重点的大规模检测,可缩减检测费用,也能够有效提高企业环保管理水平。

4.2 场地尺度的复合污染物迁移规律研究更符合污染管控要求

目前污染物的迁移规律研究多集中于实验室内,与实际场地关联较少,并且大多侧重于冻融区等特殊条件下的规律研究。但污染物迁移规律研究结果与研究尺度有直接关系,且实际场地的非均质性以及环境条件的复杂性使得实验室模拟实际场地较为困难,因此仍需场地尺度的实验进行实验室规律的多重验证,保证实验室理论与场地实践的结合。

常见的计算机模拟手段大多集中于单一污染物的预测模拟,但石油石化企业多为成分复杂的复合污染,模拟中关键参数的选择(如吸附速率、降解速率等)均应考虑复合污染状态下情况,才能保证模拟预测的准确性,更符合在役石油石化企业的实际情况。

4.3 形成上中下游企业典型特征的场地污染识别管控技术

污染的识别是对污染现状评估以及后续风险管控的前提,上中下游在役企业的污染识别方法与结果具有明显特异性,因此可结合上述结论形成不同类型在役企业的快速识别技术,从而实现污染的快速评估与预警。例如,油田企业可加强油井周边表层石油烃含量的日常检测,炼化企业可在典型装置、罐组表层附近测定BTEX含量,油库/加油站则可在加油机或罐组附近测定PAHs或MTBE含量等实现污染的快速识别,并根据精度要求增加所测污染物种类和点位数量,降低盲目全面调查的成本。

根据污染的分布规律结论,重点测定水位波动带、岩溶裂隙等污染易聚集区域,从而实现对污染的全面把握。在役石油石化场地具有较大的安全生产风险与停工停产风险,污染识别后的管控过程应充分考虑安全因素,有效进行风险管控而非大量动工修复,从而形成符合在役石油石化场地的分类管控技术。