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美国地下储油罐泄漏及场地调查修复全分析

来源:水基因 点击:   2017-12-11 16:34:13

1、美国地下储油罐项目的前世今生

石油地下储油罐在美国多用于汽车加油站和一些军事基地。1980年以前安装的许多UST使用裸露的未加防腐镀层的钢管,随着时间的推移不断腐蚀掉;并且当时地下储油罐的安装和经营管理不当,这些导致了石油的泄漏。 一旦泄漏,石油就会污染到土壤及地下水、饮用水含水层、饮用水井、及室内外空气,对环境和人体健康造成严重危害。

1984年,美国“资源保护及恢复法案”(Resource Conservation and Recovery Act (RCRA))的“危险和固体废物修正案”要求环保署制定地下储油罐的法规以减少和防止对环境的污染。1988年12月,美国环保署在每个州建立地下储油罐项目对地下储油罐进行登记和检查及对石油泄漏进行清理。在接下来的十年中,许多旧的UST 被移除;成千上万的UST被更新为由耐腐蚀材料制成的(例如玻璃纤维)双壁储罐及管道构造的有防漏防溢和泄漏检测装置的新储罐。

美国地下储油罐项目 (UST Program)是美国EPA一个很成功的举措。根据2017年的UST Program绩效评估报告,自1984年启动UST项目以来,已结案1,856,451个UST案例。截至2017年9月,经过三十多年的努力,已清理了46.9万多个污染场地,仍有大约6.8万个UST站点需要继续清理。

2、储油罐的防漏措施

怎么来防止泄漏的发生呢?美国环保署规定业主和操作人员正确安装UST系统,并规定UST 要有防漏、防溢出、和防腐蚀的装置,并要遵循正确的加油灌装方法。此外,美国环保署还规定必须安装渗漏监测系统。同时,业主和运营商必须要报告新UST的存在,可疑的泄漏情况,已关闭UST情况,并保存操作和维护记录。

防漏装置(Spill Protection), 也称为溢出桶 (Spill Bucket),是指填充管(fill pipe)周围的密封容器,当输送管(delivery hose)与填充管(fill pipe)断开时,可以捕获小油滴或溢出物。为了防止泄漏,溢出桶应该足够装下将输送管与加油/填充管分开时可能溢出的油。

溢流保护(Overfill Protection)包括三种,自动关闭装置、接近灌满溢出警报、及限流器(也称为浮球阀)。这些设备安装在储油罐里,一旦UST中的油达到罐中的某个预置水平,溢流保护装置就会启动。

防腐蚀装置(Corrosion Protection),用于保护金属部件免受腐蚀的两种常用方法是阴极保护和将金属部件与腐蚀性环境隔离。比如使用全部由耐腐蚀材料制成(如玻璃纤维)的储油罐及管道,或者在金属罐外层加上耐腐蚀涂层并具有阴极保护。在1988年12月22日前安装的UST需要满足内部衬里和阴极保护其中之一或者两者兼有的防腐蚀要求。2015年UST的新规定要求,从2016年4月11日起,安装或更换的储油罐和管道必须设有双层容器/双壁构造(secondary containment),并使用两层的间隙来监测是否有泄漏出现。

渗漏监测系统(Release Detection System),用于探测UST泄漏情况,帮助及时阻止污染扩散。主要分为三种:间隙监测法、内部监测法和外部监测法。间隙监测法如UST需设有双层容器,并在两层之间安装渗漏监测系统;内部监测法如在UST内安装自动测量系统(automatic tank gauging system);外部监测法如监测土壤中的废气指标或监测地下水。

3、地下储油罐泄漏的治理(UST Program -Cleanup)

泄漏发现(Release Discovery)

UST泄漏的早期发现及调查很重要,比如确定泄漏的来源,泄漏燃料的类型,即将受到威胁的环境受体,以及可采取的应急措施。常见比较容易泄漏的部分包括UST的底部,相关的管道,UST加油孔,分配泵,以及可能存在安装问题的区域。在UST连接交汇点,管道故障尤为常见。业主或经营者应在泄漏发现24小时内通知监管机构。如有必要,应采取措施停止泄漏并清空油箱及尽可能地移除浮油。应急措施包括从泄漏区域移除易燃或易爆物,防止泄漏物排放到雨水管道,湿地及地表水,并保持室内建筑的通风来减少石油废气入侵造成的室内空气污染。

场地调查及场地概念模型的建立

(Site Characterization & Conceptual Site Model)

场地调查是从各种来源收集特定场地的信息和数据以表征受污染场地的物理,生物和化学系统。场地概念模型(CSM)是综合了所有场地的历史信息,水文地质特征,现场及环境受体的调查集成的一个三维的场地图,用以说明污染物分布,污染释放机制,迁移途径,暴露途径和潜在受体。

场地调查的第一步是审查现有关于场地的历史信息及记录,比如污染源的调查,不同类型的石油燃料和添加剂会带来不一样的污染物;较旧的汽油释放物包含铅,而较新的释放物包含一些燃料添加剂如甲基叔丁基醚(MTBE)。其次要了解场地的地质和水文特征和泄漏源的位置及污染物可能在水平和垂直方向的污染范围及分布。因为环境泄漏对敏感的环境受体影响更大更严重, 场地附近的敏感环境受体,如饮用水供应井,敏感的湿地或地表水,学校及日托所,医院和住宅区等,也要放在场地调查之中。之后要通过采样来确定污染物的影响介质和范围。采样包括土壤,地下水,及土气或者室内气体采样。

土壤:收集土壤样品可以确定污染物在土壤中迁移的水平和垂直范围。通常可以使用便携式光离子化检测器(PID)火焰离子化检测器(FID),快速光学检测仪器(ROST)或紫外荧光仪器(UVF)在现场对土壤样品中的石油烃进行筛选,以快速确定污染物存在的地方。土芯的连续取样可以根据土壤颜色快速目测土壤中的石油污染物分布,或者利用土样的PID、FID值及ROST和UVF筛查等技术可以快速确定土壤中的污染物的垂直分布范围。从地面到钻孔底部的土壤连续取样筛选及实验室监测,可以准确地了解每个钻孔的垂直污染程度分布,这对场地概念模型CSM的建立和修复策略的设计至关重要。

地下水:监测井通常可以监测污染物在地下水中的水平和垂直分布及污染程度。需要至少三个监测井来确定地下水流向,并在污染源附近及污染源地下水流的up-gradient 和down-gradient建立监测井来了解泄漏情况及泄漏前后地下水的背景值。由于地下水位的季节性波动,定期在不同季节测量地下水位及水中溶解污染物的浓度对污染物在地下水的调查很重要。如果大量石油泄漏,可能会发现有一层浮油漂浮在地下水面上。这种自由浮动的石油被称为轻质非水相液体(LNAPL)。LNAPL层的厚度可以用Oil/Water- Interface Probe来测量。

土壤气体和室内空气:石油污染物可能会从土壤或地下水中分离出来并迁移到建筑物的室内空气,从而对在室内活动较多的人员健康造成危害。在室内空气还未受到废气入侵影响前,可以在建筑物的外面或建筑板材下面进行土壤气体采样;也可以直接对室内空气中的挥发性有机化合物(VOC)进行采样。土壤气体采样可以在不同的深度打土壤气体采样探针(soil vapor probe),并用Tedlar bag或者stainless steel SUMMA canister来采样。

现场调查是一个反复和持续的过程:当收集到有关场地历史和污染物分布情况时,就需要及时修改CSM场地概念模型和场地修复方案。

场地修复方案(Remedial Action)

场地概念模型(CSM)以及可接受的风险,成本,相关政策,可用技术,和项目进程要求,都将决定适用于泄漏地下储油罐(LUST)场地的修复方案。在美国,一般业主或者咨询公司会准备一份详细的Corrective Action Plan (CAP)或者Remedial Action Plan (RAP)来讲污染场地的具体修复方案及总结每个备选方案的优点和缺点,这个方案要由政府机构进行审查通过。有时在方案全面实施之前,需要进行试点测试(pilot test)以确定所选方案的有效性。

地下水和土气的修复方法包括自由相回收以及被动和主动的单相和多相抽提技术 (Dual- /Multi-Phase Extraction)。根据现场条件,自由相浮油的被动收集包括撇油器,吸收性袜子或漂浮型油/水分离器。主动修复系统包括用活性炭处理的土壤蒸气抽提(Soil Vapor Extraction)或地下水泵送及处理(Pump & Treat)。对于土壤,一些处理方法包括土壤挖掘及异位修复(soil excavation & Ex-situ Treatment)和土壤原位处理以进行诸如原位氧化(In-situ Chemical Oxidation)或生物修复(Bioremediation)等。修复后的土地可以进行棕地开发再利用。为了了解所用的修复方案是否有效果,需要季度性地监测地下水数据。下次再来详细介绍具体修复方法的实施。

项目结案(Site Closure)

当土壤,地表水,地下水,土壤气体及室内空气中的剩余污染物达到风险或者清理阈值并已完成修复方案,确定不会对人类健康或环境构成威胁时,场地就可以申请结案。结案场地可以收到Case Closure Letter/No Further Action Letter。基于风险的决策(Risk-based decision-making)RBDM标准,通过未来用地的风险值来制定结案标准,越来越频繁地被应用到项目结案中,也加速了地下储油罐泄漏项目更经济地结案。美国加州是地下储油罐项目的领军者,采用“地下储油罐场地低风险结案政策“ (Low-Threat Underground Storage Tank Case Closure Policy)来统一加州的项目结案标准,很值得大家学习。

4、石油废气入侵(Petroleum Vapor Intrusion-PVI)

清理完土壤地下水污染之后,一般还要进行人类健康风险评估。人类健康风险评估中,很重要的一个概念就是石油废气入侵,这里我们讲的石油废气入侵包括石油烃类(PHCs)和非石油烃燃料添加剂所产生的污染气体入侵。一旦地下储油罐发生泄漏,并且泄漏区域及周边一定范围内有建筑物或者之后场地将会被开发成居民区/商业用地等,那么废气入侵就不得不被考虑了。因为这些污染气体能穿过土壤,通过裂缝等途径迁移到建筑物内,对室内空气造成影响,进而对人体健康和室内安全造成一定威胁。

石油废气入侵包括三类的挥发性化合物:

来自汽油、柴油和喷气燃料的石油烃(如:苯、三甲基苯[TMBs]和萘)

除了石油烃类,其他来自石油燃料的污染物包括醚类和醇类,如甲基叔丁基醚(MTBE)、叔丁醇(TBA)、二溴化乙烯(EDB)和1,2-二氯乙烷(1,2-DCA)

第三种是甲烷,通过石油烃和其他石油燃料成分厌氧生物降解而来

对于石油废气入侵,美国EPA推荐采取以下措施来应对:

评估和减轻紧急的安全隐患:看是否有潜在能引发爆炸或起火的污染物存在

对现场进行鉴定评估,建立场地概念模型图(CSM)。现场评估包括:

✔污染物性质、浓度、污染范围

✔评估潜在可生物降解性

✔分析场地所处位置的水文地质情况

✔分析周围将会受到影响的潜在受体

✔确定是否有传播和迁移途径能威胁到潜在受体

下面这张图表是在地下储油罐泄漏场地处理PVI的流程:

确定横向考虑范围

一般当确定了这个范围,在进行场地调查的时候就可以集中调查坐落在这个界限内的建筑物

确定建筑物下的纵向分离距离

即确定污染与建筑物地基、地下室等之间的距离。这可以通过采集土壤样品、土壤气体和地下水样品来获得

分析气体来源和气体衰减状况

必要情况下采取一定的缓和措施,如截断气体入侵渠道

当调查废气入侵的时候,不仅仅要看当时的浓度,尽管浓度比较低,但还要关注长期暴露在该浓度下会不会对健康造成威胁,即慢性威胁。

更多关于石油废气入侵的信息,感兴趣的朋友们可以参考美国EPA的资料(EPA’s Guidance on Petroleum Vapor Intrusion at Leaking Underground Storage Tank Sites)。

5地下储油罐清理成本 (Cleanup Cost)

清理的成本取决于很多因素,包括污染范围和清理标准。在美国平均清理费用预计在13万美元。而触及到地下水污染的清理费用通常要10万到100万美元,甚至超过100万美元。

6、中国地下储油罐修复开展情况 (UST Cleanup in China)

中国地下储油罐的修复工作可以说才刚刚起步,还处在防渗防漏阶段。目前中国加油站地下油罐防渗改造工作正在开展,将优先完成建站15年以上和周围存在饮用水源地等环境敏感点的防渗改造工作。

2017年3月,由环境保护部水环境管理司领头组织编制的《加油站地下水污染防治技术指南(试行)》(指南)发布进行试运行。指南适用于加油站的地下水污染预防、日常监测、环境状况调查、采样和分析、地下水污染模拟预测、地下水健康风险评估和污染控制与治理工作。下面是指南里所提出的加油站地下水污染防治总体程序图:

中国目前已有加油站近10万座,且将持续增加,这也将增加泄漏危机,而一旦地下储油罐发生泄漏,将对地下水、土壤以及生活安全与人身健康造成重大影响。中国在防范和治理地下储油罐泄漏的路上还任重道远。

文章来源:水基因
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