陕西省留坝县4·24粗酚泄漏突发环境事件的应急处置分析

张政科, 虢清伟, 潘超逸, 王骥, 黄大伟, 王振兴, 陈思莉, 郑文丽. 陕西省留坝县4·24粗酚泄漏突发环境事件的应急处置分析[J]. 环境工程学报, 2021, 15(8): 2547-2554. doi: 10.12030/j.cjee.202008259
引用本文: 张政科, 虢清伟, 潘超逸, 王骥, 黄大伟, 王振兴, 陈思莉, 郑文丽. 陕西省留坝县4·24粗酚泄漏突发环境事件的应急处置分析[J]. 环境工程学报, 2021, 15(8): 2547-2554. doi: 10.12030/j.cjee.202008259
ZHANG Zhengke, GUO Qingwei, PAN Chaoyi, WANG Ji, HUANG Dawei, WANG Zhenxing, CHEN Sili, ZHENG Wenli. Analysis on emergency disposal of “4·24” crude phenol leakage incident in Liuba county, Shaanxi province[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering, 2021, 15(8): 2547-2554. doi: 10.12030/j.cjee.202008259
Citation: ZHANG Zhengke, GUO Qingwei, PAN Chaoyi, WANG Ji, HUANG Dawei, WANG Zhenxing, CHEN Sili, ZHENG Wenli. Analysis on emergency disposal of “4·24” crude phenol leakage incident in Liuba county, Shaanxi province[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering, 2021, 15(8): 2547-2554. doi: 10.12030/j.cjee.202008259

陕西省留坝县4·24粗酚泄漏突发环境事件的应急处置分析

    作者简介: 张政科(1988—),男,硕士,工程师。研究方向:突发环境事件应急处置技术开发,水处理研究与设计。E-mail:zhangzhengke@scies.org
    通讯作者: 陈思莉(1982—),女,硕士,正高级工程师。研究方向:突发环境事件应急处置技术开发,水处理研究与设计。E-mail:chensili@scies.org
  • 基金项目:
    中央级公益性科研院所基本科研业务专项(PM-zx703-201803-070);广东省省级科技计划项目(2016B020240007)
  • 中图分类号: X507

Analysis on emergency disposal of “4·24” crude phenol leakage incident in Liuba county, Shaanxi province

    Corresponding author: CHEN Sili, chensili@scies.org
  • 摘要: 近年来,我国因交通事故导致的突发环境污染事件频繁发生。以陕西省留坝县“4.24”粗酚泄漏突发环境事件为典型案例,全面分析了此类事件的基本特征及应急处置技术方案,主要包括应急目标与总体思路、监测方案、污染态势、处置措施、实施效果及总结等内容。其中,处置措施包括源头工程阻断、多级吸附拦截除挥发酚、高污染水团异位处理、水库回蓄削峰等方面。上述处置措施可有效保障下游水环境安全,将事件影响控制在有限范围内,并为流域突发粗酚及相关危险化学品泄漏的应急处置提供参考。
  • 石油烃 (PHC)是目前环境中广泛存在的有机污染物,是多种烃类 (正烷烃、支链烷烃、环烷烃、芳烃)和少量其他有机物的混合物[1-2]。PHC进入土壤后,不仅会破坏土壤结构,影响其通气性,而且石油烃进入食物链后会对人体产生不可逆性的致癌、致畸、致突变的三致作用[2]。因此,如何经济、快速、有效地去除土壤中的石油污染物成为研究的重点[3]。微生物修复技术因成本低、环境友好等优势成为目前处理处置PHC污染土壤的热点方法[4-5]

    PHC微生物修复技术是以PHC作为底物,利用微生物活动过程中发生的一系列生化反应所进行的代谢降解[6-7]。微生物修复技术在降解有害物质过程中不会破坏动植物生长的土壤环境,并且可以有效地去除土壤中的有机污染物[8]。该技术根据反应过程中是否需氧气可分为好氧修复和缺氧修复[9]。由于缺氧条件下 PHC降解速率比好氧条件下的低 (1-2个数量级),目前利用微生物降解PHC的现场和室内研究多集中在好氧条件下[10-11]。在好氧条件下土著微生物利用氧气作为电子受体降解环境中的污染物,能够在较短的时间内达到较高的去除效率 [12]

    然而由于地下储油罐或输油管线的渗泄漏、土壤表层污染物的向下迁移等,存在着大量被PHC污染的深层土壤[12]。土壤中氧气浓度会随土壤深度的增加而降低,即使深层土壤中存在一定量的氧气也会很快被微生物好氧呼吸消耗殆尽。因此PHC污染的深层土壤往往处于缺氧条件[13]。与好氧微生物降解不同,缺氧微生物降解过程中不需要补充氧气/空气,且能够适应复杂的环境条件,并且修复成本相对较低[14]。因此,PHC的缺氧微生物降解具有明显优势。尽管如此,目前PHC缺氧微生物降解规律尚不清楚。本研究以PHC污染的深层土壤为对象,探索不同种类和质量分数的电子受体对土壤中土著微生物丰度、群落结构以及PHC缺氧降解的影响规律。研究结果可为深层PHC污染土壤修复技术的研发提供技术支持。

    实验所用土壤来自华北地区某加油站地下深度2~5 m处。采集来的土壤样品现场过2 mm 筛并充分混合后装于自封袋中,保存于盛有冰袋的保温箱中快速运回实验室,采用四分法混匀备用。本研究所用土壤样品理化性质:pH为8.41;含水率为2.23%;TOC为1.44%;总铁为2.16%;硝酸根、硫酸根离子质量分数分别为36.60、133.42 mg·kg−1;土壤中黏土61.91%,粉土37.98%,砂土0.11%。实验所用硝酸钠 (NaNO3)、无水硫酸钠 (Na2SO4)均为分析纯;正己烷 (C6H14)、二氯甲烷 (CH2Cl2)均为色谱纯;高纯氮气 (N2,99.999%);石油烃 (C10~C40)标准溶液 (1 mg∙L−1,美国AccuStandard公司)。

    本研究土壤中PHC质量分数见表1。由于原土中C31~C40组分质量分数低 (仅占C10~C40的1.6%),在后续实验结果中对此组分不做进一步讨论。本研究主要探讨碳链长度为C1 (C10~C16)、C2 (C17~C23)、C3 (C24~C30)组分的降解规律。本研究原土中石油烃污染物以C2组分为主,其次为C1组分,C3组分占比最少。与原土 (YT)相比,灭菌土 (YTS)中C1组分的损失率最大 (35.36%),其次是C2组分 (33.65%),C3组分损失率最小 (17.33%)。

    表 1  土壤中PHC质量分数
    Table 1.  Mass fraction of PHC in soil
    组名 碳原子数 原土PHC质量分数/ (mg·kg−1) 各PHC组分占原土中PHC质量分数的比例/% 灭菌土PHC质量分数/ (mg·kg−1) 各PHC组分占灭菌土中PHC质量分数的比例/%
    C1 C10~C16 184.68±5.21 20.72 119.37±1.52 19.86
    C2 C17~C23 626.99±14.69 70.36 416.02±6.55 69.21
    C3 C24~C30 79.51±2.53 8.92 65.73±2.84 10.93
    C4 C31~C40 14.53±2.08 13.25±1.97
    ΣPHC C10~C30 891.18±23.86 601.12±13.25
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    本实验以PHC污染的深层土壤为对象,考察不同质量分数 (500、1 500、5 000 mg·kg−1)的硫酸盐、硝酸盐电子受体或混合电子受体对PHC缺氧降解的影响。将15g PHC污染土壤置于50 mL血清瓶中,依次加入6 mL去离子水、硝酸盐、硫酸盐溶液或硝酸盐硫酸盐混合溶液,保持水土比为0.4∶1,土壤中电子受体质量分数为0、500、1 500、5 000 mg·kg−1。将电子受体处理组记作LS、MS、HS、LN、MN、HN、HNS。其中L、M、N代表电子受体质量分数,分别为500、1 500、5 000 mg·kg−1;S、N、NS代表电子受体种类,分别为硫酸盐、硝酸盐、硫酸盐硝酸盐混合电子受体。另设置未添加电子受体的灭菌处理 (MJ)和未灭菌 (CK)处理作为对照。所有添加电子受体和未添加电子受体的处理组均重复9次 (共计9个血清瓶)。待土壤样品准备完成后,将配有专用铝盖的血清瓶转移到密闭手套箱中完成缺氧处理后密封[14]。操作步骤:在保证手套箱密闭的情况下,启动真空泵将手套箱内部空气抽出,待压力表指针示数稳定在0.1 MPa以下时,关闭真空泵并维持手套箱内真空状态30 min后再向箱体内缓缓充入高纯氮气,待压力表指针示数略高于大气压时,停止充入氮气并维持手套箱内充满氮气状态30 min。重复上述过程3次后,在缺氧手套箱内将血清瓶压上铝盖后转移至30 ℃恒温培养箱中避光培养。本研究中去离子水、电子受体溶液以及土壤样品灭菌处理操作参照文献报道方法进行[15]。在缺氧培养30、90、150 d后进行破坏性取样 (每次随机取出3个血清瓶)并做好时间标记。所有灭菌和未灭菌处理组在30、90、150 d检测土壤中PHC质量分数,未灭菌处理组在30、90、150 d测试微生物指标。

    土壤中PHC的提取采用超声萃取法[16]。称取2 g干燥土壤样品放入40 mL聚四氟乙烯管中,分别加入正己烷和二氯甲烷各20 mL的混合溶剂进行超声萃取30 min,高速 (5 000 r·min−1)离心10 min,此过程重复3次。将离心所得上清液过滤后通过旋转蒸发仪和氮吹仪浓缩至1 mL,转移至2 ml棕色玻璃瓶。采用气相色谱仪 (GC,Agilent 7890B型)进行PHC的浓度测定,利用外标法峰面积进行定量分析。气相色谱柱型号为HP-5MS (30 m×0.25 mm×0.25 μm)。测定条件:进样口温度300 ℃,不分流进样,进样量1.0 μL;柱箱初始温度为50 ℃,保持2 min,以40 ℃·min−1升至230 ℃,再以20 ℃·min−1升至320 ℃,保持20 min;气体流量为高纯氮气1.5 mL·min−1,氢气30 mL·min−1,空气300 mL·min−1

    土壤DNA采用MOBIO Power Soil DNA Isolation Kit试剂盒提取,细菌丰度的测定采用实时定量PCR扩增技术[17]。以16S rDNA作为靶基因对细菌丰度进行检测。细菌引物为338F (5'-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3')和806R (5'-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3'),片段大小为420。反应条件为:95 ℃预变性3 min,95 ℃变性30 s,58 ℃退火30 s,72 ℃延伸1 min,35个循环。完成上述操作后,将待测样品放在荧光定量PCR仪中进行反应,实时定量PCR扩增效率为92.20%。

    微生物群落结构分析测试参照FREY等[18]的方法,使用Fastp软件对原始测序序列进行质控,采用Flash软件进行拼接 (最小重叠长度为10 bp,重叠区允许的最大错配比为0.2)。使用UPARSE软件在97%的相似度对序列进行OTU聚类分析。采用RDP classifier分类器对每条序列进行物种分类注释,比对Silva 16S rRNA数据库进行物种注释分析 (比对阈值为80%),统计各样品的细菌群落组成。

    不同种类和质量分数的电子受体对土壤中细菌丰度的影响随时间变化规律如图1所示。PHC污染原土 (YT)中细菌基因拷贝数lg值为6.28 g−1,经过30、90、150 d缺氧培养后,对照组 (CK)土壤中细菌基因总量分别增加了0.10、0.21、0.30 g−1 (图1)。表明在不加入电子受体进行缺氧培养的情况下,土壤中的细菌丰度随着培养时间的增加有所增长,但增长速度缓慢。添加不同种类和质量分数的电子受体缺氧培养150 d后,土壤中细菌基因总量与对照组 (CK)相比增加了0.38~0.70个数量级,表明缺氧条件下加入电子受体促进了土壤中细菌丰度增长 (图1)。土壤中加入不同种类和质量分数的电子受体缺氧培养30、90、150 d后,土壤中细菌总量与第0 d (YT)相比分别增加了0.12~0.39、0.30~0.49、0.67~1.00个数量级,表明添加电子受体后,土壤中细菌丰度随着培养时间的增加而增长 (p<0.05)。

    图 1  不同电子受体条件下土壤中细菌丰度变化
    Figure 1.  Variation of bacterial abundance in soil under different electron acceptor conditions

    土壤中加入不同种类和质量分数电子受体缺氧培养150 d后,硫酸盐处理组LS、MS、HS土壤中细菌基因总量与对照组 (CK)相比增加了0.38、0.57、0.58个数量级;硝酸盐处理组LN、MN、HN土壤中细菌基因总量与对照组 (CK)相比增加了0.47、0.57、0.70个量级;混合电子受体组HNS土壤中细菌基因总量与对照组 (CK)相比增加了0.60个数量级 (图1)。总的来看,PHC污染土壤中添加电子受体种类相同时,细菌丰度随电子受体质量分数的增加而增加;添加电子受体质量分数相同时,细菌丰度从高到底排序为硝酸盐处理组>混合电子受体处理组>硫酸盐处理组。

    添加不同种类和质量分数电子受体的土壤微生物在门水平上的群落结构及其变化如图2所示。与原土 (YT)中的优势菌种主要为变形菌门 (Proteobacteria, 35.59%)、放线菌门 (Actinobacteria, 31.80%)和厚壁菌门 (Firmicutes, 24.69%)。向PHC污染土壤中加入不同种类和质量分数的电子受体缺氧培养30、90 d和150 d后,与相同培养时间的对照组 (CK)土壤中细菌群落结构相比,经过30、90、150 d缺氧培养的电子受体处理组土壤中放线菌门的相对丰度均有所降低,厚壁菌门的相对丰度均有所增加 (150 d的HS处理组除外),变形菌门相对丰度无明显变化。对土壤中原土 (YT)和经过150 d缺氧培养的对照组 (CK)、电子受体处理组门水平细菌群落结构进行主坐标分析 (Principal Co-ordinates Analysis, PCoA)(图3)。结果表明,原土 (YT)与对照组 (CK)、电子受体处理组之间土壤中细菌群落结构组成在门水平存在明显差异;而对照组 (CK)和电子受体处理组之间土壤中细菌群落结构组成在门水平相似 (图3)。

    图 2  不同电子受体条件下土壤中细菌群落结构变化 (门水平)
    Figure 2.  Changes of bacterial community structure in soil under different electron acceptor conditions (phylum level)
    图 3  不同电子受体条件下土壤中细菌群落结构的PCoA分析 (门水平)
    Figure 3.  PCoA analysis of bacterial community structure in soil under different electron acceptor conditions(phylum level)

    缺氧条件下PHC降解菌主要属于变形菌门(Proteobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)[19-20]。本研究中,缺氧培养150 d后对照组 (CK)中 Proteobacteria和Firmicute基因拷贝数总量lg值为6.42g−1,与第0 d相比分别增加了0.36个数量级。缺氧培养150 d后硫酸盐处理组 (LS、MS、HS)和硝酸盐处理组 (LN、MN、HN)土壤中Firmicutes和Proteobacteria的总数量lgN较对照组 (CK)分别增加了0.39、0.53、0.58个数量级和0.47、0.58、0.70个数量级;HNS处理土壤中Firmicutes和Proteobacteria的总数量lgN较对照组 (CK)分别增加了0.60个数量级。结果表明,当土壤中加入电子受体种类相同时,土壤中PHC潜在降解菌随着电子受体的质量分数增加而增加;加入的电子受体质量分数相同时,土壤中PHC潜在降解菌丰度从高到低分别为硝酸盐、混合电子受体、硫酸盐。

    缺氧培养150 d后,灭菌处理 (MJ)和未灭菌处理 (CK)土壤中ΣPHC和C1、C2、C3降解率变化如图4所示。在灭菌处理中,ΣPHC和C1、C2、C3降解率均未超过8.85%,未明显观察到PHC的去除 (p<0.05);而未灭菌处理中,ΣPHC和C1、C2、C3组分有较好的去除效果 (p<0.05)(图4),降解率与原土 (YT)相比增加了11.25%~18.48%,表明PHC在缺氧培养150 d内发生了生物降解。有机污染场地土壤中往往存在着潜在降解菌[20]。本研究原土 (YT)中潜在降解菌 (Proteobacteria和Firmicute)基因拷贝数lg值为6.06 g−1。此外,硝酸盐和硫酸盐可作为缺氧条件下有机污染物微生物降解的电子受体[21]。本研究土壤中硝酸盐、硫酸盐的质量分数分别为36.60 mg·kg−1和133.42 mg·kg−1。由于所用土壤存在潜在降解菌和电子受体,缺氧培养150 d的对照处理组中发生了PHC缺氧降解。

    图 4  不同电子受体条件下土壤中ΣPHC和C1、C2、C3残留率变化
    Figure 4.  Changes in residual rates of ΣPHC and C1, C2, C3 in soil under different electron acceptor conditions

    图4所示,添加不同种类和质量分数的电子受体缺氧培养150 d后,土壤中ΣPHC和C1、C2、C3组分降解率与CK相比分别增加了3.91%~21.50%和0.76%~29.67%、4.44%~19.01%、7.00%~22.14%,明显促进了PHC的缺氧降解 (p<0.05)。从图1图2中可以看出向PHC污染深层土壤中加入硫酸盐、硝酸盐溶液缺氧培养150 d后,土壤中潜在降解菌总数量lgN与CK相比增加了0.39~0.58、0.47~0.70个数量级,促进了土壤中土著微生物的生长,土壤中PHC潜在降解菌随着电子受体的质量分数增加而增加。进一步探究土壤中PHC降解率与微生物之间的关系,发现ΣPHC和C1、C2、C3组分的降解率均随土壤中细菌丰度和潜在PHC降解菌丰度增加而增加,PHC降解率与土壤中细菌丰度/潜在PHC降解菌丰度存在正相关关系 (图5)。

    图 5  不同电子受体条件下土壤中细菌、潜在PHC降解菌丰度与ΣPHC、C1、C2和C3组分降解率关系
    Figure 5.  Relationship between abundance of bacteria and potential PHC-degrading bacteria in soil under different electron acceptor conditions and biodegradation rates of ΣPHC, C1, C2 and C3 components

    本研究中,缺氧培养150 d后硫酸盐处理组 (LS、MS、HS)和硝酸盐处理组 (LN、MN、HN)土壤中ΣPHC组分降解率较CK分别增加了3.91%、7.61%、13.89%和7.13%、11.28%、21.50%,使C1-C3组分降解率较CK分别增加了0.76%~7.00% (LS)、6.27%~c13.46% (MS)、11.59%~19.53% (HS)和4.56%~7.41% (LN)、13.68%~13.92% (MN)、19.01%~29.67% (LN)(图4);HNS处理土壤中ΣPHC和C1、C2、C3组分的降解率较CK分别增加了11.59%和21.69%、14.19%、20.55% (图4)。此结果表明,添加相同种类的电子受体促进了土壤中ΣPHC和C1、C2、C3组分的缺氧生物降解,降解率随着电子受体的质量分数增加而增加;添加质量分数相同的不同种类电子受体土壤中ΣPHC和C1、C2、C3组分的降解率由高到低分别为硝酸盐、混合电子受体、硫酸盐。

    虽然添加不同种类和质量分数的电子受体明显促进了PHC的降解 (图4),但所有处理中ΣPHC和C1、C2、C3组分在30 d内快速降解;而随着时间的推移 (培养90 d后),各处理组中PHC的降解速率都明显减慢或停止 (图5)。由于有机污染物进入土壤后往往会经历一个较长时间的“老化”过程,往往以“快”、“慢”、“极慢”等解吸组分形式存在[22-25]。污染物的“快”解吸组分易于生物利用,“慢”和“极慢”等解吸组分不易被生物利用,难以进一步去除[26-28]。因此,在培养前期易被生物利用的PHC可能已经被生物降解去除,致使培养的后期阶段 (如培养90 d后)PHC的降解速率均明显减慢或停止。

    图4(b)~图4(d)所示,添加不同种类和质量分数的电子受体缺氧培养150 d后,土壤中C1和C2、C3组分缺氧降解率均在HN处理组最高 (降解率为40.92%和37.48%、34.87%),HS处理组最低 (降解率为30.78%和30.07%、31.70%),HNS处理组介于二者之间 (降解率为32.94%和32.67%、33.28%)。由此可以观察到在所有5 000 mg·kg−1处理中,随着碳数的增加,PHC去除率降低,各组分PHC降解率为C1>C2>C3。这表明土壤中添加不同组分PHC的缺氧降解效果与其碳链长度成反比。C1组分具有高挥发性和较低的分子量,且疏水性弱、易被生物利用[29],其降解率甚至达到30.78%~40.92% (图4)。随着C2、C3组分碳链长度增加,分子量逐渐增大,物质结构更加稳定,其生物有效性也更低,难以被生物利用[30],其降解率为30.07%~37.48%、31.70%~34.87%。此外,土壤中C1组分在培养30 d后残留率迅速降低,随着时间的推移趋于稳定或停止;C2、C3组分在培养30 d后降解速率显著降低但未停止,随着时间的推移 (90 d)后趋于稳定或停止 (图4)。这可能是由于土壤中C1组分生物有效性更高更易被生物利用;而C2、C3组分生物因其有效性低而难以被微生物降解去除,导致其降解速率减慢。

    1)向PHC污染的深层土壤中加入的电子受体种类相同时,土壤中细菌丰度、潜在PHC降解菌丰度随电子受体的质量分数增加而增加,ΣPHC和C1、C2、C3组分的降解率也随加入电子受体的质量分数增加而增加。

    2)向PHC污染深层土壤中加入相同质量分数的不同种类电子受体时,土壤中细菌丰度和PHC潜在降解菌丰度从高到低分别为硝酸盐、混合电子受体、硫酸盐。ΣPHC和C1、C2、C3组分降解率为硝酸盐处理>混合电子受体处理>硫酸盐处理。

    3)土壤中ΣPHC和C1、C2、C3组分的降解率随着土壤中细菌丰度、潜在PHC降解菌丰度的增加而增加,PHC的降解率与土壤中细菌丰度/潜在PHC降解菌丰度存在正相关关系。

  • 图 1  留坝粗酚泄漏事件应急监测点位示意图

    Figure 1.  Schematic diagram of emergency monitoring points for the Liuba crude phenol leakage event

    图 2  留坝粗酚泄漏事件挥发酚污染态势

    Figure 2.  Pollution situation of volatile phenol for the Liuba crude phenol leakage event

    图 3  留坝粗酚泄漏事件主要应急处置工程布置示意图

    Figure 3.  Layout of the main emergency disposal project for the the Liuba crude phenol leakage event

    图 4  源头工程阻断现场情况

    Figure 4.  Engineering blocking of the source of pollution

    图 5  挡水坝+活性炭坝

    Figure 5.  Retaining dam and activated carbon dam

    图 6  活性炭坝

    Figure 6.  Activated carbon dam

    图 7  活性炭坝主要材料

    Figure 7.  Main material of activated carbon dam

    图 8  北栈河污染物浓度变化趋势

    Figure 8.  Variation trend of pollutant concentration in Beizhan river

    图 9  褒河污染物浓度变化趋势

    Figure 9.  Variation trend of pollutant concentration in Bao river

    图 10  石门水库污染物浓度变化趋势

    Figure 10.  Variation trend of pollutant concentration in Shimen reservoir

  • [1] 何丽娜, 马云龙. 粗酚的储存与作业安全[J]. 化工进展, 2012, 31(S2): 62-64.
    [2] 陈明. 高度重视交通事故引发的次生环境污染—云南-广西跨境粗酚污染事件解析[J]. 环境保护, 2009, 415(3A): 66-68.
    [3] 陈阵, 刘玲英, 罗超. 活性炭在酚泄漏事故应急处理中的吸附特性研究[J]. 广东化工, 2011, 38(7): 239-241. doi: 10.3969/j.issn.1007-1865.2011.07.132
    [4] 王玥. 突发水源苯酚污染给水应急处理技术研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2013.
    [5] 阙付有, 曾抗美, 李旭东. ACF吸附法处理苯酚泄漏造成的河流突发污染事故模拟研究[J]. 环境科学学报, 2008, 28(12): 2554-2561. doi: 10.3321/j.issn:0253-2468.2008.12.024
    [6] 王新刚, 刘学卿, 陈芳艳, 等. 吸附-氧化法应急处理饮用水源突发苯酚污染的研究[J]. 环境工程学报, 2011, 5(11): 2417-2422.
    [7] 王铮, 张东, 申一尘, 等. 黄浦江水源突发挥发酚污染应急处理研究[J]. 净水技术, 2010, 29(3): 7-10. doi: 10.3969/j.issn.1009-0177.2010.03.003
    [8] 刘韵达, 胡勇有, 何向明, 等. 饮用水源突发挥发酚污染应急处理中试研究[J]. 环境科学学报, 2008, 28(12): 2503-2508. doi: 10.3321/j.issn:0253-2468.2008.12.016
    [9] 陆隽, 陈兵, 刘伟, 等. 净水厂含酚异味水应急处理方法研究[J]. 给水排水, 2011, 37(10): 19-22. doi: 10.3969/j.issn.1002-8471.2011.10.003
    [10] JIANG Y, SHANG Y, YANG K, et al. Phenol degradation by halophilic fungal isolate JS4 and evaluation of its tolerance of heavy metals[J]. Applied Microbiology & Biotechnology, 2015, 100(4): 1883-1890.
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-08-29
  • 录用日期:  2021-06-13
  • 刊出日期:  2021-08-10
张政科, 虢清伟, 潘超逸, 王骥, 黄大伟, 王振兴, 陈思莉, 郑文丽. 陕西省留坝县4·24粗酚泄漏突发环境事件的应急处置分析[J]. 环境工程学报, 2021, 15(8): 2547-2554. doi: 10.12030/j.cjee.202008259
引用本文: 张政科, 虢清伟, 潘超逸, 王骥, 黄大伟, 王振兴, 陈思莉, 郑文丽. 陕西省留坝县4·24粗酚泄漏突发环境事件的应急处置分析[J]. 环境工程学报, 2021, 15(8): 2547-2554. doi: 10.12030/j.cjee.202008259
ZHANG Zhengke, GUO Qingwei, PAN Chaoyi, WANG Ji, HUANG Dawei, WANG Zhenxing, CHEN Sili, ZHENG Wenli. Analysis on emergency disposal of “4·24” crude phenol leakage incident in Liuba county, Shaanxi province[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering, 2021, 15(8): 2547-2554. doi: 10.12030/j.cjee.202008259
Citation: ZHANG Zhengke, GUO Qingwei, PAN Chaoyi, WANG Ji, HUANG Dawei, WANG Zhenxing, CHEN Sili, ZHENG Wenli. Analysis on emergency disposal of “4·24” crude phenol leakage incident in Liuba county, Shaanxi province[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering, 2021, 15(8): 2547-2554. doi: 10.12030/j.cjee.202008259

陕西省留坝县4·24粗酚泄漏突发环境事件的应急处置分析

    通讯作者: 陈思莉(1982—),女,硕士,正高级工程师。研究方向:突发环境事件应急处置技术开发,水处理研究与设计。E-mail:chensili@scies.org
    作者简介: 张政科(1988—),男,硕士,工程师。研究方向:突发环境事件应急处置技术开发,水处理研究与设计。E-mail:zhangzhengke@scies.org
  • 生态环境部华南环境科学研究所(生态环部生态环境应急研究所),广州 510530
基金项目:
中央级公益性科研院所基本科研业务专项(PM-zx703-201803-070);广东省省级科技计划项目(2016B020240007)

摘要: 近年来,我国因交通事故导致的突发环境污染事件频繁发生。以陕西省留坝县“4.24”粗酚泄漏突发环境事件为典型案例,全面分析了此类事件的基本特征及应急处置技术方案,主要包括应急目标与总体思路、监测方案、污染态势、处置措施、实施效果及总结等内容。其中,处置措施包括源头工程阻断、多级吸附拦截除挥发酚、高污染水团异位处理、水库回蓄削峰等方面。上述处置措施可有效保障下游水环境安全,将事件影响控制在有限范围内,并为流域突发粗酚及相关危险化学品泄漏的应急处置提供参考。

English Abstract

  • 2013—2017年,生态环境部直接调度处置的突发环境事件共2 119起,虽总体态势有所下降,但全国每年仍有超过300起突发环境事件,这对我国生态环境安全构成了严重威胁,亦给人民的生命财产带来巨大损失。突发环境事件起因有生产安全事故、危险化学品运输交通事故、自然灾害等。近年来,因危险化学品运输交通事故引发的突发环境事件占比达50%,是突发环境事件的主要诱因之一。

    粗酚即对煤焦油蒸馏得到的含酚馏份进行加工而得的常见化工原料,主要由苯酚、甲酚、二甲酚等组成,还含有少量的萘油(萘、甲基萘、吡啶等)。粗酚对皮肤、黏膜有强烈腐蚀作用,可抑制中枢神经或损害肝、肾功能[1],对人体健康及环境危害非常大,属危险化学品。粗酚污染事件并不鲜见,影响较大的包括2008年6月广西-云南跨省粗酚污染事件[2]、2009年2月江苏省盐城市城西水源遭酚类化合物污染事件[3]、2011年6月浙江杭州新安江高速出口发生苯酚槽罐车破裂事故[4],以及本文介绍的陕西汉中留坝粗酚泄漏事件等。粗酚污染的处理技术主要包括活性炭吸附法、化学氧化法和生物法。阙付有等[5]研究了活性炭纤维(activated carbon fiber, ACF)对苯酚泄漏污染的吸附处理方法,经ACF吸附后苯酚的质量浓度可由7 mg·L−1降至0.1 mg·L−1;王新刚等[6]采用吸附-氧化法应急处理饮用水源突发苯酚污染,结果表明活性炭吸附-高锰酸钾氧化联用技术可大大提高除酚效能,苯酚质量浓度为250 μg·L−1时,去除率可达90%以上;王铮等[7]研究了混凝法、活性炭吸附法对原水中挥发酚的应急处理能力,结果表明混凝法无法应对突发挥发酚污染,而活性炭吸附法对挥发酚去除率可达85%;刘韵达等[8]、陆隽等[9]的研究结果表明,臭氧预氧化和高锰酸钾预氧化后可提高活性炭对挥发酚的去除率,而常规混凝沉淀对挥发酚的去除效果较差[8];JIANG等采用生物法处理高浓度含酚废水,分离出一种真菌,该菌株能够利用苯酚作为碳源,可提高苯酚的处理效率[10]。在焦化厂,含酚废水的处理常采用芬顿+生物法处理,但该方法不适用于河流等开放水体,因此,在突发酚类污染应急处理中常采用吸附法,但吸附法往往需要大量吸附材料,且需要较长的吸附时间才能见效。这是应急处理中吸附法需要克服的难点。

    本文以一起由粗酚运输交通事故引起的典型突发环境事件为例,通过分析事件应急处置思路、措施及效果,以期为地方政府及企业处置流域危险化学品泄漏突发环境事件提供参考。

  • 2018年4月24日上午10时20分,陕西省榆林市靖边县盛新宇实业公司一辆载有32 t粗酚的危化品罐车,途径316国道留坝县境内陶沙坝村时罐体突然发生暴裂,所载粗酚全部泄漏,其中大部分泄漏至路面及周边土壤,约有数吨粗酚经沿线沟渠泄漏至北栈河(流量约0.6 m3·s−1),下游16 km处汇入褒河(流量约36 m3·s−1),褒河往下62 km即为汉江。事件发生后,生态环境部环境应急与事故调查中心派出工作组,指导当地政府开展应急处置工作,并委派华南环境科学研究所作为应急处置技术支撑单位,为本次事件提供全面的应急处置技术支持。

  • 本次事件应急处置的目标是:通过工程削污、水力调度等措施,最大限度减轻事件对北栈河及褒河的影响,力争将事件污染范围控制在褒河石门水库(以灌溉为主,兼顾发电、防洪功能的大型水库,总库容1×108 m3)以上河段,确保无一滴污染水体进入汉江。

    本次事件应急处置的基本步骤有:1)现场成立突发环境事件应急指挥部,并组建应急专家组,调动各方面力量采取一切措施对事故点污染源实施工程阻断;2)准确监测和预报污染事件发展态势,为应急指挥决策提供数据支撑;3)在北栈河事故点上游进行控流引流,减轻下游控污压力;4)在北栈河事故点下游16 km河段采取多级吸附拦截、高污染水团异位暂存处理,有效削减河道污染物总量;5)污染水团入褒河后,利用石门水库库容及上游来水与区间清洁补水进行回蓄削峰,进一步降低污染物峰值浓度;6)统筹各类应急措施,在应急处置中不断优化总体方案;7)正确引导舆论,将此次事件社会影响降低到最小。

  • 应急监测的主要目的是:通过定点监测及现场巡测相结合的方法,快速准确掌握此次事件挥发酚超标的发展过程和态势;准确了解、评估各种工程措施的处置效果,为及时调整应急措施提供可靠支撑。

    监测指标:本次事件泄漏污染物粗酚,是苯酚、甲酚、二甲酚等的混合物,其对应在地表水环境质量标准(GB 3838-2002)中的指标为挥发酚。

    监测频次:事件应急处置先期,为快速掌握污染程度及范围,采用每小时1次的监测频次;事件应急处置后期,根据污染态势,适时调整监测频次。

    监测点位:在本次事件发生的北栈河至褒河石门水库大坝沿程63 km河段上,共布设7个定点监测点位(见图1);现场巡测断面根据应急处置工程点位及污染变化趋势进行布设并动态调整。

  • 根据2018年4月24—26日的应急监测数据,本次事件造成的挥发酚污染主要集中在北栈河16 km河段:事故点最高超标46 549倍,污染团前锋于25日03:55抵达事故点下游5 km(超标330倍),25日07:40分到抵达北栈河入褒河河口(超标78倍),26日04:31分抵达石门水库库尾(超标19.2倍)。26日19:00的污染态势为:污染团集中在事故点下游5 km至北栈河入褒河口的11 km河段内,超标1 000~47 000倍;褒河受轻微污染,超标在0~20.5倍;石门水库库尾超标(超标0~19.2倍),库中及大坝处未超标。各主要监测点位污染物超标倍数变化趋势见图2

  • 本次事件的主要应急处置措施包括源头工程阻断、多级吸附拦截、高污染水团异位处理、水库回蓄削峰等4项。应急处置措施总体布置如图3所示。

  • 事故发生后,大量粗酚被截留在事故点周边土壤、路面及雨水沟中。为确保无后续污染物继续入河,采取了以下工程阻断措施:1)在3 h内完成雨水沟入河口封堵,切断了事故点污染源;2)在10 h内清理了残存在事故点附近路面及雨水沟内的高浓度污水;3)在24 h内组织民兵、群众40余人及大型机械150余台次清理了受污染土壤,共清理受污染土壤600 m3。现场情况如图4所示。

  • 由于污染团主要集中在事故点下游5 km至北栈河入褒河口的11 km河段内,超标1 000~47 000倍,因此需在河道实施原位吸附除挥发酚。通过查阅文献并根据现场实验结果,拟采用活性炭吸附法。具体实施时,结合河道自然地理条件,在便于施工的地方先用工程机械筑拦河坝挡水,以延缓污染团下泄,为下游争取处置时间,并为构筑活性炭吸附拦截坝提供条件(现场如图5所示);对不便于工程机械筑坝的地方,直接人工搭建活性炭吸附拦截坝(现场如图6所示)。筑坝用活性炭为颗粒活性炭,选用透水性好的网袋或筐填装。在本次事件中,就地取材选用黑色遮光网及水果筐来填装颗粒活性炭(如图7所示)。

  • 由于污染水团集中在事故点至北栈河入褒河口的10余km河段内,量大且超标倍数高,而活性炭等应急物质调运、多级活性炭坝构建等均需要时间,因此采用“空间换时间”的思路,利用河道周边的人工景观湖等封闭空间临时改为事故应急池,将高污染水团引入并进行异位处理,为下游采取应急处置措施争取时间,同时极大减轻了河道污染负荷。

  • 高污染水团虽被阻断在北栈河,并得到有效处置,但仍有少量污染物进入褒河。由于褒河流量达36 m3·s−1,在褒河实施吸附拦截措施难度极大,因此充分利用褒河石门水库库容(总库容1×108 m3)的水利调节功能,通过上游及区间清洁补水进行回蓄削峰,从而降低挥发酚污染物峰值浓度,确保了进入汉江前水体中的挥发酚质量浓度符合地表Ⅲ类水标准(0.005 mg·L−1)。

  • 北栈河4月24日至5月3日应急监测结果如图8所示。由图8可知,4月24日实施源头工程阻断后,事故发生地污染物浓度迅速下降。当日挥发酚质量浓度由100 mg·L−1降至1 mg·L−1以下;随着后续不断清理,事故点5月2日挥发酚质量浓度降至标准限值(0.005 mg·L−1)以下,达到了源头工程阻断的预期效果。4月24日—27日采取的筑坝挡水、高污染水团异位暂存,并紧急调运活性炭等应急物资构建活性炭吸附坝后,高污染团被成功阻截在事故点下游5 km至北栈河入褒河口的11 km河段内,挥发酚浓度逐步降低。4月28日14级活性炭吸附拦截坝及各项处置措施全面构建完成后,挥发酚质量浓度进一步迅速降低,北栈河入褒河口挥发酚质量浓度于5月3日降至标准限值(0.005 mg·L−1)以下。

  • 褒河、石门水库4月26日至5月3日应急监测结果如图9图10所示。由图可知,利用石门水库库容,通过上游及区间清洁补水进行回蓄削峰,有效降低了褒河及石门水库挥发酚污染物峰值浓度,确保了石门水库库中及大坝处挥发酚未出现超标。

  • 突发环境事件应急处置是多部门、多种专业技术协同作业的一个系统工程。此次突发环境事件发生后,各级政府及相关部门高度重视,处置得当。应急处置过程中,依托专家组技术力量,通过科学制定方案、合理布设监测点、准确研判态势,组织实施了包括源头工程阻断、多级吸附拦截除挥发酚、高污染水团异位处理、水库回蓄削峰等系统控污削污措施,成功将污染超标水团控制在褒河石门水库以上河段,确保了下游河段的水质安全。

参考文献 (10)

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