石化基地周邊環(huán)境潛在生態(tài)風(fēng)險評價模型構(gòu)建

劉嬌 (華東石油局泰州采油廠，江蘇 泰州 225300)

0 引言

隨著工業(yè)化進程的加快，人類活動對土壤環(huán)境的污染也越來越嚴重。在過去的十多年里，有關(guān)部門已經(jīng)對開展工業(yè)活動的周圍地區(qū)重金屬進行了大量的調(diào)查。結(jié)果顯示，這一類地區(qū)的重金屬含量較高，而且環(huán)境、生態(tài)等在一定程度上受到了一定的污染，并且在一定的范圍內(nèi)，非殘余狀態(tài)的重金屬含量也隨之上升，影響了周圍的環(huán)境和食品生態(tài)安全。針對這一問題，下述將以某石化基地為例，對其周邊環(huán)境潛在生態(tài)風(fēng)險評價模型的構(gòu)建進行研究[1]。依托的石化基地所屬某特大型石化聯(lián)合企業(yè)，該企業(yè)成立于1990年，經(jīng)過多年的發(fā)展，目前該企業(yè)每年煉油規(guī)?？梢赃_到1.25×107t以上，生產(chǎn)乙烯規(guī)模超過2.00×105t，是該企業(yè)所在地區(qū)最大的石油化工企業(yè)[2]。相關(guān)人員對該企業(yè)石化基地周圍農(nóng)田土壤重金屬的空間分布以及重金屬的生物有效性進行了研究，但缺乏對該區(qū)域潛在生態(tài)風(fēng)險評價的相關(guān)資料。因此，有必要開展對該區(qū)域及周邊環(huán)境潛在生態(tài)風(fēng)險的研究，并構(gòu)建評價模型，以此為該區(qū)域以及其他石化基地農(nóng)田土壤合理利用與管理提供基礎(chǔ)信息。

1 潛在生態(tài)風(fēng)險評價模型函數(shù)表述

對石化基地周圍環(huán)境的潛在生態(tài)危險進行評估時，采用基于熵原理的證據(jù)加權(quán)WoE準則，即可用污染指數(shù)表示。同時，綜合分析了石油化工基地中重金屬對人體的毒害作用，將其作為權(quán)重判定依據(jù)[3]。根據(jù)上述論述，將各要素潛在的生態(tài)風(fēng)險因子用表示，則潛在生態(tài)風(fēng)險評價模型函數(shù)可表述為：

式中：為石化基地中重金屬元素對生物毒性的貢獻系數(shù)；為污染指數(shù)。再將不同類型的重金屬的潛在生態(tài)危險指標用RI表示，得到下述數(shù)學(xué)模型表達函數(shù)：

2 潛在生態(tài)風(fēng)險因子分級與潛在生態(tài)危害指數(shù)分級

根據(jù)上述論述，確定潛在生態(tài)風(fēng)險評價模型，并用函數(shù)形式對其進行表述。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)以上的生態(tài)危險因素和潛在的生態(tài)危險系數(shù)，對可能的生態(tài)危險因素進行分類，并得到圖1所示的分級結(jié)果。

圖1 潛在生態(tài)風(fēng)險因子與潛在生態(tài)危害指數(shù)分級

從圖1分級結(jié)果可以看出，潛在生態(tài)危害指數(shù)與風(fēng)險因子程度分級一一對應(yīng)，均分為從A等級～E等級，共五個級別，并分別對應(yīng)一個不同的程度。同時，兩個分級中各個分區(qū)也均對應(yīng)不同的閾值區(qū)間，當<40，RI<20時，屬于A等級；當在40～80區(qū)間，RI在20～40區(qū)間時，屬于B等級；當在80～160區(qū)間，RI在40～60區(qū)間時，屬于C等級；當在160～320區(qū)間，RI在60～120區(qū)間時，屬于D等級；當大于或等于320，RI大于或等于120時，屬于E等級。根據(jù)分級結(jié)果可以實現(xiàn)對石化基地周邊環(huán)境潛在生態(tài)風(fēng)險的等級評價，以此使得到的結(jié)果更加直觀。

3 基于總量的石化基地周邊環(huán)境生態(tài)風(fēng)險評價

在構(gòu)建潛在生態(tài)風(fēng)險評價模型并完成對各項因子、指數(shù)的分級后，結(jié)合石化基地周邊環(huán)境潛在生態(tài)風(fēng)險評價結(jié)果總量，分別從生物可利用態(tài)、原生硫化態(tài)以及潛在生物可利用態(tài)，三個方面進行評價[5]。

其中生物可利用態(tài)可用下述公式描述：

原生硫化態(tài)可用下述公式描述：

潛在生物可利用態(tài)可用下述公式描述：

綜合上述三個方面得出的評價結(jié)果，確定被評價樣本的污染等級[6]。污染等級按照從低到高依次劃分為A級、B級、C級。其中，A級表示輕度污染；B級表示中度污染；C級表示重度污染[7]。在確定污染等級時，按照下述規(guī)則確定：三個方面得出的評價結(jié)果分別為，假設(shè)三個評價結(jié)果的重要程度相同，對樣本最終的污染等級取三者中污染程度最高的等級，例如，結(jié)果對應(yīng)等級為A，結(jié)果對應(yīng)等級為A，結(jié)果對應(yīng)等級為B，則最終樣本的污染程度等級為B級。根據(jù)這一規(guī)則在實現(xiàn)對周邊環(huán)境生態(tài)風(fēng)險評價后，進一步實現(xiàn)對樣本污染情況的綜合評價。

4 實例分析

根據(jù)上述論述，在完成對石化基地周邊環(huán)境潛在生態(tài)風(fēng)險評價模型的構(gòu)建后，針對上述依托的石化企業(yè)，對其石化基地周邊環(huán)境進行潛在生態(tài)風(fēng)險評價。該石化基地周圍是一片剝蝕的中低山坡地，脊嶺的走向約320°，長10 km，寬2～3 km，總體地形呈南北向西的變化。主要道路和次干道范圍介于860～1 180 m之間，相對高差210 m，位于脊嶺北邊流沙河右岸，總體坡度為60～70°，坡度一般在10～20°之間，前緣坡度30～50°，坡面植被發(fā)育不良，多為巖石裸露或淺埋，部分坡地已開墾為農(nóng)田。該石化基地區(qū)域內(nèi)包含礦山，采礦歷史達30年以上，礦區(qū)面積為0.8 592 km2，礦石量為69.41萬t。其中鉛金屬量為15 853 t，新金屬量為48 526 t。鉛金屬的平均品位為2.42%，鋅金屬的平均品位為6.28%。礦床規(guī)模為中型，礦物主要以閃鋅礦、方鉛礦等。選擇該石化基地中的五個土壤樣本為研究對象，其基本信息記錄如表1所示。

表1 土壤樣本基本信息記錄表

針對上述獲取的五個土壤樣本，利用本文上述構(gòu)建的風(fēng)險評價模型對其進行風(fēng)險評價。首先對土壤樣本進行生物可利用態(tài)評價，得到如表2所示的評價結(jié)果。

表2 土壤樣本生物可利用態(tài)評價結(jié)果

表2中Ei表示生物可利用性風(fēng)險因子；RI表示生態(tài)危險指數(shù)。從五個土壤樣本的生物可利用態(tài)評價結(jié)果可以看出，該石化基地周邊環(huán)境土壤受到較為嚴重的鉛金屬污染，其Ei指數(shù)范圍在105.23～163.25范圍內(nèi)，都屬于B級污染以上，嚴重甚至達到C級，綜合而言屬于B級污染。由于其與部分采樣點的污染程度較低，因此總體屬于A級范圍。

再對五個土壤樣本的原生硫化態(tài)進行評價，得到如表3所示的評價結(jié)果。

表3 土壤樣本原生硫化態(tài)評價結(jié)果

表3得到的評價結(jié)果與上述土壤樣本生物可利用態(tài)評價結(jié)果對比，潛在生態(tài)風(fēng)險等級基本相同，但將原生硫化態(tài)納入有效濃度使得潛在生態(tài)風(fēng)險因子與潛在生態(tài)危害指數(shù)都有所上升。鋅的生態(tài)風(fēng)險仍處于較低水平。這主要是因為，鋅是一種重要的微量元素，它的毒性系數(shù)很低，因此，盡管土壤中的鋅元素含量很高，但是對環(huán)境的影響并不大。而石化企業(yè)對資源的開發(fā)并沒有導(dǎo)致土壤中的其他金屬污染，這一結(jié)果與該石化基地實際情況相符。

最后，對土壤樣本的潛在生物可利用態(tài)進行評價，得到如表4所示的評價結(jié)果。

表4 土壤樣本潛在生物可利用態(tài)評價結(jié)果

通過表4中的數(shù)據(jù)可以分析得出，整個石化基地周邊環(huán)境受到了不同程度的重金屬污染，其RI指數(shù)范圍在18.25～32.36范圍內(nèi)，污染等級為A級和B級。主要生態(tài)風(fēng)險因子來源重金屬鉛。

通過上述從三個方面得出的該石化基地周邊環(huán)境潛在生態(tài)風(fēng)險評價結(jié)果得出，該區(qū)域內(nèi)整體污染評價等級為B級，屬于中度污染，鉛金屬和鋅金屬的潛在風(fēng)險因子平均值較高。因此，在后續(xù)石化企業(yè)發(fā)展中，為實現(xiàn)對石化基地周圍環(huán)境的治理，應(yīng)當重點從鉛金屬和鋅金屬治理方面入手，開展對相關(guān)治理策略的研究與實踐應(yīng)用。

5 結(jié)語

概而言之，本文上述研究以某石化企業(yè)為依托，針對其石化基地周邊環(huán)境的潛在生態(tài)風(fēng)險，提出了一種新的評價模型，并通過實際應(yīng)用實現(xiàn)了對該模型應(yīng)用可行性的驗證。同時，通過模型給出的評價結(jié)果可以進一步分析得出，該石化基地周圍環(huán)境中存在嚴重的鉛鋅金屬污染，若不加以治理，會對周圍生態(tài)環(huán)境造成破壞，嚴重影響石化基地的可持續(xù)發(fā)展。