某在役煉化場地特征污染物識別與分析

房師平，張志遠，王昕喆，林笑雨，肖 寒，周志國

（1. 中石化安全工程研究院有限公司 化學品安全控制國家重點實驗室，山東 青島 266100；2. 中石化國家石化項目風險評估技術中心有限公司，山東 青島 266100）

為了防止場地污染，改善生態環境質量，近年來，開展土壤和地下水污染監測，已成為石化企業的法定責任［1］。在場地污染監測過程中，企業常采用推薦清單法確定監測指標［2-3］。但由于不同企業存在原料、產品、生產工藝、防控措施、水文地質等多方面的差異，導致場地實際污染物類型和污染程度差別很大［4］，如何科學、準確地識別出特定場地的特征污染物，成為目前亟需解決的問題。

目前，國內外關于環境特征污染物或優先控制污染物的篩選，主要采用危害風險評價法［5-11］。該方法是基于污染物本身的毒性和人體可能暴露的程度進行的。如李煜婷等［10］基于污染物危害性評價體系，采用綜合評分法識別出10種反映地下水質量的優先控制污染物，這種特征污染物識別法所考慮的影響因子較為全面，但指標權重依靠專家打分，且難以區分不同場地間的差別；呂曉立等［11］將單次檢出率和超標率較高的苯系物和鹵代烴識別為場地地下水的特征污染物，這種通過分析檢測識別特征污染物的方法盡管能夠直接反映場地的污染現狀，但單次、有限點位的采樣檢測也難以反映場地真實的污染狀況和變化特征［12-13］。因此特定場地特征污染物的識別方法在簡潔性、準確性等方面還有待進一步完善。

本工作以某在役煉化場地為研究對象，以枯水期、平水期和豐水期的污染監測數據為基礎，采用內梅羅污染指數法識別場地特征污染物，并對識別結果進行分析，以期為煉化場地特征污染物的識別和評估提供參考。

1 實驗部分

1.1 場地概況

某煉化企業于1975年建成投產，毗鄰長江，目前原油年加工能力為1.0×107t，集煉油、化工生產于一體，主要產品包括汽油、航空煤油、柴油、芳烴、苯乙烯和石油焦等。

研究區地層上部為第四系松散堆積層，厚度大于6 m，主要巖性為棕紅色粉質黏土，下伏白堊系紫紅色砂礫巖。地下水屬松散巖類孔隙水，潛水層水位埋深為0.85～5.01 m，季節波動明顯，賦存在第四系中，自西北向東南長江方向流動。

1.2 監測點位布設和樣品采集

依據《建設用地土壤污染風險管控和修復監測技術導則》（HJ 25.2—2019）［14］，充分考慮地面設施、地下管線分布等因素，在全廠區布設了62個土壤監測點、30個地下水監測點，全面覆蓋裝置區、儲罐區、污水廠等功能區。分別于枯水期、平水期和豐水期進行監測。

土壤和地下水樣品采集嚴格按照《土壤環境監測技術規范》（HJ/T 166—2004）［15］和《地下水環境監測技術規范》（HJ/T 164—2020）［3］進行。原則上，在每個土壤監測點的表層、毛細水帶和含水層各取1個土壤樣品，采樣深度0.5～6.0 m；一般地，在每個地下水監測點（地下水井深6.0 m）取1個地下水樣品，采樣深度0.5 m；對于可能存在鹵代烴污染的井位，在水面下0.5 m和井底處各采集1個地下水樣品。

1.3 特征污染物識別方法

1.3.1 初始監測污染物的篩選

綜合考慮企業生產工藝和物料組成，參照土壤地下水相關監測標準和指南［1-3，15-20］，結合相關文獻報道［4-13］，初步篩選出65種土壤污染物和87種地下水污染物。

1.3.2 潛在特征污染物篩選

連續開展平水期、枯水期和豐水期的土壤和地下水采樣監測，樣品數量（不少于20個）滿足數理統計要求［8］。將檢出率不為零且檢出值高于背景值的因子作為潛在特征污染物。

1.3.3 特征污染物識別

采用內梅羅污染指數法［8，15］進行特征污染物識別。計算公式見式（1）。

式中：Pn為污染因子i的內梅羅污染指數；Pi，avg為污染因子i在場地內所有樣品的污染指數Pi的平均值；Pi，max為污染因子i在場地內所有樣品的污染指數Pi的最大值；污染指數Pi為某樣品中污染因子i的檢出值Ci與評價標準值C0的比值。按照《土壤環境監測技術規范》（HJ/T 166—2004）［15］，根據Pn的大小對污染因子的污染程度進行分級：Pn≤0.7，清潔；0.7＜Pn≤1.0，警戒限；1.0＜Pn，不同程度的污染。

本工作按污染程度，將特征污染物分為優先控制特征污染物和一般特征污染物兩類。由于不同水期污染物濃度變化較大，為了揭示各因子的污染潛勢，預判可能出現污染的指標，提高識別結果的全面性和前瞻性，使用多水期監測結果中內梅羅污染指數的最大值Pn，max進行分類：Pn，max＞0.7（清潔上限值），優先控制特征污染物；0.1＜Pn，max≤0.7，一般特征污染物；Pn，max≤0.1（警戒上限值的10%），不屬于特征污染物。

考慮到場地的非均質性和監測點位的有限性、以及污染物在土壤和地下水之間的物質交換，本工作采用互補性原則，即當判斷某因子不屬于土壤特征污染物，但屬于地下水特征污染物時，也將該因子作為土壤一般特征污染物，同理，地下水亦然。

2 結果與討論

2.1 潛在特征污染物的識別與分析

將場地內3個水期的污染監測數據進行統計分析，篩選出土壤潛在特征污染物27種（見表1）、地下水潛在特征污染物31種（見表2）。總體上看，潛在特征污染物可以分為有機物、重金屬、無機鹽和綜合性污染物4類。其中，有機污染物來自于原油和成品油，主要包括烷烴、環烷烴、苯系物、多環芳烴和鹵代烴等［21］；重金屬污染物來自于催化劑［22］、石油焦和污水；硫化物、氨氮、氯化物等無機鹽來自于生產廢水［23］。

表2 地下水潛在特征污染物的污染指數

由表1可見：在每個水期檢測的177～196個土壤樣品中，各重金屬特征污染物的檢出率均為100%，且各種重金屬的背景值均有檢出，表明該場地土壤中重金屬的含量與該場地的地質背景有關；其中重金屬砷和鈷的含量超標，超標率均為0.52%；土壤樣品中有機污染物的檢出率為2.26%～42.93%，但僅有苯、苯并［a］芘、乙苯和石油烴（C10～C40）4種有機污染物含量超標，超標率為0.51%～1.13%。由此可見，該場地土壤污染高風險點位較少且動態變化較小。其原因首先與污染源的分布相關，其次可能與場地土壤主要巖性為粉砂質黏土，具有較低的滲透系數，不利于污染物擴散有關。據此，企業可以通過減少土壤采樣點位和頻次、重點監測特征污染物的方式，降低監測成本。

由表2可見：與土壤相比，地下水中各類特征污染物的檢出率和超標率均比較高，其原因在于地下水具有流動性，其水質能顯示更多的污染信息［24］。因此，企業可以將地下水的日常監測作為重點，來實現對場地污染的動態監測。

土壤、地下水潛在特征污染物的Pi分布見圖1和圖2。結合表1、表2可以看出：某一特征污染物的Pn越大，對應圖中Pi較大的樣品數量越多，表明特征污染物的Pn與該特征污染物在場地內的污染程度具有較好的一致性，即可以用Pn來表征某污染因子在場地內的整體污染程度。

圖1 土壤潛在特征污染物的Pi分布

圖2 地下水潛在特征污染物的Pi分布

2.2 特征污染物的識別與分析

按照1.3.3特征污染物識別方法，對土壤和地下水中的潛在特征污染物進行識別，結果見表3。由表3可見，土壤中優先控制的特征污染物（Pn，max＞0.7）有：砷、鈷、苯、苯并［a］芘、乙苯和石油烴（C10～C40）；一般特征污染物（0.1＜Pn，max≤0.7）有：鉈、鈹、鉛、釩、鎳、間/對-二甲苯和二苯并［a，h］蒽；按照互補性原則，將地下水中的鉬、苯乙烯、甲苯和1，2-二氯丙烷4種特征污染物增補為土壤一般特征污染物，合計17種。

表3 某煉化場地中土壤和地下水中的特征污染物

地下水中優先控制的特征污染物有：釩、鉈、鉬、苯乙烯、苯并［a］芘、石油烴（C10～C40）、苯、硫化物、氨氮、COD、硫酸鹽、揮發酚和氯化物，共13項；一般特征污染物有：鈷、砷、鎳、鈹、鉛、甲苯、1，2-二氯丙烷、乙苯、間/對-二甲苯、二苯并［a，h］蒽、氟化物、亞硝酸鹽和硝酸鹽，共13種；合計26種。

與文獻［2-3］中推薦的土壤、地下水可選特征污染物清單（土壤、地下水特征污染物分別為47種和38種）相比，本工作在推薦清單的基礎上，綜合考慮場地實際污染物類型和污染程度，篩選出土壤特征污染物17種、地下水特征污染物26種，比推薦清單中特征污染物總數分別下降了63.8%和31.6%。本工作所識別出的特征污染物一方面聚焦了場地的主要風險因素，另一方面也識別出了1，2-二氯丙烷、二苯并［a，h］蒽、鉈、鉬、鈷、砷、鈹等該場地特有的特征污染物。將本研究結果與李煜婷等［10］基于污染物危害性評價體系所識別的特征污染物清單相比較，二者具有較好的一致性，此外，本工作還識別出多項該場地特有的特征污染物。因此，本工作的識別方法適用于特定場地特征污染物的識別。

圖3為不同水期優先控制典型特征污染物Pn的變化情況。由圖3可見：各優先控制特征污染物的Pn在不同水期呈現出較為明顯的波動，表明不同水期污染程度發生了顯著變化，可能與地下水位、氣溫、大氣壓等因素變動導致污染物在水、土、氣3相間發生的物質遷移有關［12-13，24］。因此，為了準確反映場地污染的動態變化特征，需要開展不同水期的監測。

圖3 不同水期土壤（a）和地下水（b）中優先控制典型特征污染物的Pn變化

3 結論

a）該煉化場地土壤中優先控制的特征污染物有砷、鈷、苯、苯并［a］芘、乙苯和石油烴（C10～C40）；一般特征污染物有鉈、鈹、鉛、釩、鎳、間/對-二甲苯和二苯并［a，h］蒽；按照互補性原則，將地下水中的鉬、苯乙烯、甲苯和1，2-二氯丙烷4種特征污染物增補為土壤一般特征污染物，合計17種。

b）該煉化場地地下水中優先控制的特征污染物有釩、鉈、鉬、苯乙烯、苯并［a］芘、石油烴（C10～C40）、苯、硫化物、氨氮、COD、硫酸鹽、揮發酚和氯化物，共13種；一般特征污染指標有鈷、砷、鎳、鈹、鉛、甲苯、1，2-二氯丙烷、乙苯、間/對-二甲苯、二苯并［a，h］蒽、氟化物、亞硝酸鹽和硝酸鹽，共13種；合計26種。

c）本工作構建了在役煉化場地特征污染物識別方法，以多水期污染監測數據為基礎、以Pn，max為主要篩選指標，將特征污染物分為優先控制和一般特征污染物2類，并采用互補性原則，將土壤和地下水特征污染物互相補充，該方法簡捷有效、科學合理。