湖泊沉積物中磷形態(tài)與水體富營(yíng)養(yǎng)化關(guān)系研究

1、湖泊沉積物中磷形態(tài)與水體富營(yíng)養(yǎng)化關(guān)系研究環(huán)境科學(xué)學(xué)院摘要：研究湖泊沉積物中磷的賦存形態(tài)及其與湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)系，對(duì)防治湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化等環(huán)境問題具有重要作用。本次工作中，應(yīng)用連續(xù)提取化學(xué)提取法 對(duì)蕪湖市3個(gè)湖泊表層沉積物中磷的形態(tài)進(jìn)行連續(xù)提取和測(cè)定.結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在表層沉積物中，不同湖泊鐵磷含量介于20ug/g-55ug/g ,有機(jī)磷含量介于 14ug/g-35ug/g。鳳鳴湖沉積物中鐵磷含量可達(dá)35%45%可以發(fā)現(xiàn)鐵磷在所有湖泊中所占比例最大，并且這3個(gè)湖泊沉積物中有機(jī)磷含量差別十分明顯。實(shí)驗(yàn) 證明，沉積物中鐵磷和有機(jī)磷與水體磷含量有良好的相關(guān)性。關(guān)鍵詞：湖泊；沉積物；磷形態(tài)；水體富營(yíng)養(yǎng)化Stud

2、y on Relation between phosphorus forms in the sediments and lake eutrophicationXxxx College of Environmental ScienceAbstract : Study on the existing forms of phosphorus in sedments from lake and relation with lake eutrophication is very important for understanding and researching the environment pro

3、blem about lake eutrophication etc.In this research, the forms of phosphorus in the surface sediments were extracted and determined sequentially with the sequential extraction method in Lake Fengming, Lake Jinghu and Lake Jiuliantang in Wuhucity . The Fe-bound P content range from 20ug/g to 55ug/g ,

4、 organic phosphorus range from14ug/g to 35ug/g ,while the related content of Fe-bound P in Fengminghu was higher, reaching 35%45%. We found Fe-bound P is the dominant form in the sediments of these three lakes. The forms of organic phosphorus in the sediments of these three lakes differed markedly.

5、Iron -bound phosphorus and organic phosphorus are important constituent of the total phosphorus in the surface sediments .The union analysis on total phosphorus content in different lakes maydiscover that very close linear relations exist between total phosphorus in the water and iron -bound phospho

6、rus、organic phosphorus which exist in the surface sediments of the lakes.Key words: lakes ; sediment ; phosphorus forms ; water eutrophication1引言伴隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，近年來(lái)日益嚴(yán)重的湖泊水體富營(yíng)養(yǎng)化問題，使人們對(duì)湖泊環(huán)境中營(yíng)養(yǎng)元素（氮、磷等）的含量、分布和遷移轉(zhuǎn)換規(guī)律極其關(guān)注。沉 積物是湖泊中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要?dú)w宿，進(jìn)人沉積物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可通過水-土界面重 新遷移到水體中，沉積物中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（氮、磷等）是水體潛在的釋放源，它可使水 體中的營(yíng)養(yǎng)鹽含量在一段時(shí)

7、間內(nèi)維持穩(wěn)定狀態(tài)，但營(yíng)養(yǎng)鹽的釋放與其賦存狀態(tài)有重要聯(lián)系，因此，研究沉積物中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的形態(tài)對(duì)了解營(yíng)養(yǎng)鹽的釋放和治理湖泊 的富營(yíng)養(yǎng)化具有重要的意義。近年來(lái)，人們對(duì)磷在湖泊中的含量水平、 分布規(guī)律、賦存狀態(tài)及其地球循環(huán) 行為進(jìn)行了大量的研究。湖泊水體中的磷主要以無(wú)機(jī)態(tài)磷和有機(jī)態(tài)磷的形式存在，其中無(wú)機(jī)態(tài)磷又包括鐵結(jié)合態(tài)磷、鈣結(jié)合態(tài)磷、殘留態(tài)磷和吸附態(tài)磷等。湖 泊沉積物是湖泊中磷的歸宿，湖水中的磷通過顆粒吸附、自生沉積及生物沉積等 方式進(jìn)入沉積物。但是，沉積物中的磷并不是簡(jiǎn)單堆積， 在沉積物的早期成巖作 用過程中，有機(jī)質(zhì)礦化降解引起沉積物環(huán)境中氧化還原、pH等物理化學(xué)條件的變化，從而對(duì)沉積物中磷的賦存形

8、態(tài)造成影響。在這樣一個(gè)地球化學(xué)過程中，沉積物中磷的賦存形態(tài)要發(fā)生變化，各種相態(tài) 之間也可能發(fā)生轉(zhuǎn)換，此變化引起沉積物中的磷向上覆水體的再釋放， 沉積磷重 新參加湖泊生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)，在一定條件下可能是湖泊重要的營(yíng)養(yǎng)物來(lái)源。 因此，研究湖泊沉積物中磷的賦存形態(tài)及其與湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)系，是了解湖泊系統(tǒng)中磷的生物地球化學(xué)循環(huán)的重要方面， 對(duì)防治湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化具有重要的作 用123,4,5,6鳳鳴湖、鏡湖和九蓮塘都是安徽省蕪湖市的城市湖泊，分別位于城北、城中 和城東。雖然近年來(lái)蕪湖市政府不遺余力的加大治理力度，但是湖泊富營(yíng)養(yǎng)化問題依然突出并有逐漸惡化的趨勢(shì)。因此，本次采用“連續(xù)化學(xué)提取技術(shù)”研究此

9、三個(gè)湖泊沉積物中的磷的賦存形態(tài)及其與水體富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)系，對(duì)于了解城市湖泊系統(tǒng)中磷的生物地球化學(xué)循環(huán)，防治湖泊富營(yíng)養(yǎng)化等都具有重要的理論與現(xiàn)實(shí) 意義。2 .采樣與分析方法2.1 樣品采集與處理2006 年11月分別在鳳鳴湖、鏡湖和九蓮塘采集表層沉積物.鳳鳴湖南半湖 F1點(diǎn)在調(diào)查期間出現(xiàn)大范圍的水草瘋長(zhǎng)現(xiàn)象，沿岸區(qū)域水草已經(jīng)完全覆蓋水面，確定為較嚴(yán)重的水華現(xiàn)象。其表層沉積物中總磷含量明顯高于北半湖的F2點(diǎn)。F2點(diǎn)位于鳳鳴湖大橋以北，基本無(wú)水草，水體清澈見底。鏡湖 J1和J2點(diǎn)分別 代表東部與西部湖區(qū)。J2點(diǎn)附近可以觀察到水面漂浮著水草，沉積物中總磷含 量自東向西有逐漸增大的趨勢(shì)。九蓮塘觀測(cè)期間水質(zhì)

10、良好，沒有見到水草瘋長(zhǎng)的 現(xiàn)象。不同湖泊的相對(duì)地理位置與采樣點(diǎn)分布見圖1。采樣時(shí)利用自行制作的便攜式采樣器從每個(gè)采樣點(diǎn)分別采集 2-3個(gè)重復(fù)樣, 在不銹鋼盆中充分?jǐn)噭?，裝入密實(shí)塑料袋。同步取相應(yīng)采樣點(diǎn)位處的水樣。樣品 運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后，各取沉積物100g左右，用鋁箔包住，放入冷凍干燥機(jī)中干燥4d.取 出后碾磨、過篩（150目），保存于聚乙烯瓶中，用密實(shí)袋封裝，置于冷藏柜中待用. 表1顯示了沉積物各采樣點(diǎn)與水體的基本理化特征。市郵電扃等中震院 流 * 布市委與湖報(bào)社一 .I "稅；路 smu市政府廠 jx(湖S寮 山市-第二醫(yī)院til防教青學(xué)院r|i跖湖i1觸琴塊T2.金蓬由)T11環(huán)二城

11、路焉街 一環(huán).城 就一高或路圖i不同湖泊的地理位置與采樣點(diǎn)分布圖表i采樣點(diǎn)沉積物與水體的基本理化特征鳳鳴湖鏡湖F1F2J1J2T1T2總磷(ug/g)143.347122.108120.591127.625147.199129.591pH值6.406.586.857.236.726.94水體總磷0.2640.2040.2170.1910.1610.185(mg/L)含水率(%)12.1510.2420.0721.3627.6324.38注：用“酸溶鋁睇抗比色法”測(cè)定沉積物樣品中的總磷 72.2 分級(jí)提取和分析測(cè)定用“酸溶鋁睇抗比色法” (GB7852-87 )測(cè)定沉積物樣品和水樣中的總磷。采

12、用“連續(xù)化學(xué)提取”方法研究沉積物磷的形態(tài)?，F(xiàn)代湖泊沉積物主要是由有機(jī)質(zhì)、 未定型礦物和離散礦物等組成的復(fù)雜混合物。為了準(zhǔn)確描述沉積物中磷與湖泊沉 積過程的關(guān)系，研究沉積磷的礦物學(xué)和化學(xué)特征是十分必要的，Williams(1971)、Froelich(1982) 、Baturin(1988)等人也先后提出了各種對(duì)于沉積物或土壤中磷 形態(tài)的提取方法，Ruttenberg網(wǎng)在已有的研究基礎(chǔ)上，專門針對(duì)海洋沉積物提出 了更為有效的“連續(xù)提取法” (Sequential Extraction Method)來(lái)研究各種磷的 存在形態(tài)。本次研究中，筆者采用王春雨 等“Ruttenberg連續(xù)提取技術(shù)”，對(duì)

13、湖泊沉積物中磷的賦存形態(tài)進(jìn)行研究。根據(jù)提取液的化學(xué)強(qiáng)度，把沉積物中的磷分為：吸附態(tài)磷(Loosely sorbed P)、鐵結(jié)合態(tài)磷(Fe-bound P),鈣結(jié)合態(tài)磷(Ca-bound P),礦物品格中結(jié)合力強(qiáng)的 殘留態(tài)磷(Detrial-P) 和有機(jī)態(tài)磷(Organic-P)。(1)吸附態(tài)磷：該部分磷主要是指被沉積物礦物顆粒表面吸附的磷酸鹽，其中水鐵礦、赤鐵礦、針鐵礦、纖鐵礦等活性鐵礦物表面吸附的磷占較大比例，粘土 礦物如伊利石、蒙脫石等也能吸附一定量的磷。準(zhǔn)確稱取0.200g研磨好的沉積物 樣品，置于10m陶心管中，加入1MMgC2(pH=8)溶液10m1,振蕩2h,在4000轉(zhuǎn)的 條件

14、下離心取上清液，然后用去離子水清洗兩次，定容后分析。(2)鐵結(jié)合態(tài)磷：指與鐵的氧化物或氫氧化物(如水鐵礦、纖鐵礦、纖鐵礦、 針鐵礦等)發(fā)生共沉淀的磷酸鹽。在上一步提取所剩下的沉積物樣品中，加人10ml CDB檸檬酸鈉-連二亞硫酸鈉一碳酸氫鈉)溶液(pH=7.6),振蕩3h,離心取上清液， 用20ml 1MMgC給液清洗剩余沉積物樣品，然后用1Om去離子水清洗，定容后 分析。(3)鈣結(jié)合態(tài)磷：主要指與自生磷灰石、湖泊沉積碳酸鈣以及生物骨骼等的含 磷礦物有關(guān)的沉積磷存在形態(tài)。在上一步提取所剩下的沉積物樣品中，加人10m11M醋酸鈉溶液(pH =4),振蕩2.5h,高速離心取上清液，再分別用10ml

15、 1M白MgC1 溶液清洗剩余沉積物樣品兩次，然后用lOml去離子水清洗，定容后分析。(4)礦物品格中結(jié)合力強(qiáng)的殘留態(tài)磷：在上一步提取所剩下的沉積物樣品中， 加人10ml1M HCl,振蕩4h,高速離心后，取上清液定容后分析。(5)有機(jī)態(tài)磷：包括水生生物(如藻類等)死亡后的遺體、未及礦化降解的有機(jī)污染物等。上一步提取所剩下的沉積物樣品洗人地竭，加人lml 50% MgNO低溫下干燥，然后在5500c條件下灰化樣品，用1M HClB樣品洗入離心管，振蕩4h, 定容后分析。(6)總磷(Total-P):以上各提取步驟所得結(jié)果加和而得，另外，用“酸溶一 柏睇抗比色法"(GB7852-87)

16、測(cè)定沉積物樣品中的全磷。所有以上各步提取液(除Fe-bound P外)。采用“鋁睇抗比色法”測(cè)定磷含 量:在一定酸性條件和三價(jià)睇離子存在下，樣品中的磷酸鹽與相酸鐵形成睇磷相 混合雜多酸，然后被抗壞血酸還原為磷鋁藍(lán)。用鋁睇抗分光光度法測(cè)定提取液中 磷的濃度，該方法具有靈敏度高、顯色穩(wěn)定和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)， 是目前測(cè)定 水溶液中微量磷的最佳方法。在“ Fe-bound P”提取步驟中，由于存在過量的連 二亞硫酸鈉，需要采用SnCl2還原法測(cè)定磷含量：即在CDB!取液中加人1M濃度 FeCI溶液，靜置1星期，然后吸取一定量靜置液，與鋁酸俊溶液和異丁醇在分 儲(chǔ)瓶中混勻，靜置分層后，移去無(wú)機(jī)相，有機(jī)相

17、用1M硫酸清洗后，加入Snd還原顯色，顯色的有機(jī)層用乙醇稀釋后，在分光光度計(jì)上用10mn徑比色皿、700nm波長(zhǎng)比色.為了減少實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差，保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性和可比性， 對(duì)每個(gè)樣品做 2個(gè)平行提取，數(shù)據(jù)用均值表示，并盡可能的對(duì)同一種樣品同時(shí)測(cè)定。3 .結(jié)果與討論3.1 .沉積物中磷的賦存狀態(tài)從表2可知，提取各部分形態(tài)磷的總和達(dá)到了直接硝化后測(cè)定的沉積物總磷 含量的85%以上，說(shuō)明該化學(xué)分級(jí)提取法可以定量回收沉積物中不同形態(tài)的磷， 該法有選擇性的提取了五種形態(tài)的磷，效果良好。表2不同湖泊沉積物中各形態(tài)磷的含量比較鳳鳴湖F1 F2吸附態(tài)磷24.00125.015(ug/g)鐵磷(ug/g)52

18、.32339.680鏡湖J1 J219.45319.95845.24334.118九蓮塘T1 T239.68037.65822.99630.072鈣磷(ug/g)21.98112.37316.41931.58913.89014.902殘留磷（ug/g）18.44124.50924.00427.03845.24328.5551有機(jī)磷（ug/g）12.8799.3397.8233.7767.3165.293合計(jì)(ug/g)128.682109.971111.994115.534128.176115.534總磷(ug/g)143.347122.108120.591127.625147.199129.

19、591*TP回收率89.7790.0892.8790.5287.0789.15(%)* TP回收率是指化學(xué)連續(xù)提取得到不同形態(tài)磷的總量與沉積物直接消解測(cè)定的 總磷的百分比。如表2所示，鳳鳴湖F2和鏡湖J1總磷含量相對(duì)較低，分別為122.108ug/g 和120.591ug/g,其他各點(diǎn)均超過127ug/g,其中F1與T1則超過140ug/g.表中殘 留磷在本次研究中難以分離，故其具體形態(tài)尚不清楚。表中吸附磷在同一湖泊中 含量基本相同，較好的體現(xiàn)了同一湖泊吸附磷差別不大的結(jié)論皿。鳳鳴湖F1點(diǎn)沉積物中的鐵磷、鈣磷顯著高于 F2點(diǎn)。鳳鳴湖F2點(diǎn)與九蓮塘 T2點(diǎn)沉積物中鐵磷和鈣磷含量比較接近。J1點(diǎn)鐵

20、磷高于J2點(diǎn)，但J1鈣磷卻顯 著低于J2點(diǎn)。九蓮塘兩點(diǎn)沉積物的鈣磷相差無(wú)幾， J2點(diǎn)鈣磷幾乎是F2點(diǎn)的三 倍，但鐵磷含量卻比F2點(diǎn)低。從圖2可以看出，鳳鳴湖兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中鐵磷分別占總磷的 40.87% 36.08%; F1鐵磷、鈣磷兩者之和接近總磷的 60%顯著高于F2點(diǎn)。鳳鳴湖和鏡湖百分含 量比較接近，兩者之和為總磷的45%-60%九蓮塘沉積物中鐵磷約占總磷的17%-27%比鳳鳴湖和鏡湖的都要少；鈣磷含量與其他兩湖相差不大（J2點(diǎn)除外）。從圖2還可以看出，不同湖泊沉積物中的有機(jī)磷含量差異很大，鳳鳴湖沉積 物中有機(jī)磷顯著高于其他兩個(gè)湖泊，這應(yīng)該與鳳鳴湖周邊眾多的污染源分布以及 水文動(dòng)力學(xué)條件有關(guān)

21、。九蓮塘有機(jī)磷含量較低，分別占總磷的5.7% 4.58%,這 應(yīng)該與2005年該湖底泥疏浚致使有機(jī)質(zhì)含量下降有關(guān)。底泥疏浚之前在九蓮塘 曾多次觀測(cè)到大面積藻華，因此可以推斷湖泊藻華的爆發(fā)與有機(jī)磷有密切關(guān)系。由圖2可知：F1, F2, J1三個(gè)點(diǎn)中，各形態(tài)磷的含量依次為鐵磷 吸附磷 鈣磷 有機(jī)磷，而在T1, T2兩個(gè)采樣點(diǎn)中，各形態(tài)磷的含量依次為吸附磷 啾磷 鈣磷 有機(jī)磷，在J2點(diǎn)，鐵磷 鈣磷吸附磷 有機(jī)磷。綜上，總的趨勢(shì)是鐵磷 鈣磷 有機(jī)磷。100%0%有機(jī)磷口殘留磷匚I鈣磷口鐵磷口吸附磷F1 F2 J1 J2 T1 T2%80%20% % o O 6 4 量含分百圖2不同湖泊采樣點(diǎn)沉積物中磷

22、形態(tài)的百分含量圖3.2 沉積物中鐵磷含量與水體總磷的相關(guān)性鐵磷分布在一定程度上與人類干擾有關(guān)11。12。130水深，水體PH值，孔隙水 中鈣濃度，沉積物中的鐵化合物含量和磷酸鹽最大結(jié)合能力常常決定了沉積物中 磷酸鹽的釋放。湖泊水體的酸化會(huì)導(dǎo)致鈣鹽的釋放，而一般認(rèn)為沉積物中鐵磷的釋放是氧化還原條件改變密切相關(guān)14。綜上所述，沉積物中鐵磷的釋放是水體磷 的重要來(lái)源之一，是湖泊潛在的磷源。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明(圖3),沉積物中的鐵磷含量與水體總磷含量呈極顯著的正相 關(guān)關(guān)系(R = 0.9989, p0.01)。0.26 r)L/om 1磷總體水0.24 一0.22 .0.20 .0.18 .0.16 -/丫

23、 = 0.0945 + 0.0029X( R=0.9989)2025303540455055鐵磷 (ug/g)圖3沉積物中鐵磷含量與水體總磷的相關(guān)圖2468101214有機(jī)磷 (ug/g)3.3 沉積物有機(jī)磷含量與水體pH的相關(guān)性分析圖4沉積物有機(jī)磷含量與水體PH的相關(guān)圖由圖4可以看出3個(gè)湖泊沉積物中有機(jī)磷含量與其上覆水 pH值之間有著 良好的相關(guān)性：y=7.460-0.0871x (R= 0.9646, p<0.01 )。F1 上覆水的 pH值 小于F2上覆水的pH值,F1有機(jī)磷含量高于F2點(diǎn)，但占沉積物總磷的百分比相差不大，因此由圖4、表3可以推測(cè)，F(xiàn)1點(diǎn)有機(jī)磷的釋放可能為水體總磷來(lái)

24、源的主體，也可能是導(dǎo)致該湖區(qū)藻華爆發(fā)的重要因素。鳳鳴湖 F1、F2點(diǎn)沉積物磷的 主要形態(tài)分布基本相同，只是總量上有所差別，因此可認(rèn)為 F2所在湖區(qū)存在富 營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)15,16,17。表3不同湖泊相關(guān)參數(shù)比較鳳鳴湖九蓮塘F1F2J1J2T1T2有機(jī)磷(ug/g)12.8749.3397.8223.7767.3165.293百分比(%)108.496.983.265.74.58pH值6.406.586.857.236.726.94水體總磷0.2640.2040.2170.1910.1610.185(mg/L)對(duì)鏡湖東部、西部湖區(qū)作一比較，可以看到J1上覆水的pH值小于J2上覆 水的pH值，前者目前

25、的水質(zhì)較差，可以預(yù)見，J2所在湖區(qū)水質(zhì)有逐漸惡化的趨 勢(shì)，但在近期不會(huì)有大面積藻華爆發(fā)的危險(xiǎn)。九蓮塘有機(jī)磷含量和水體總磷含量 比其他湖泊都要低，有機(jī)磷是有機(jī)質(zhì)的重要組成部分，它的含量隨有機(jī)質(zhì)的變化 而變化，呈正相關(guān)關(guān)系。水體pH值接近7.00,水質(zhì)良好。具有機(jī)磷含量較低得 益于2005年湖區(qū)底泥疏浚。具兩個(gè)T1、T2點(diǎn)所在的湖區(qū)尚未見到大片水草瘋長(zhǎng) 的現(xiàn)象，可以認(rèn)為九蓮塘水生態(tài)系統(tǒng)狀況良好， 只要控制好周圍污染源，可以實(shí) 現(xiàn)該湖的可持續(xù)發(fā)展。4 .結(jié)論(1)本文采用“連續(xù)化學(xué)提取法”提取的各形態(tài)磷的總和達(dá)到了直接硝化 后測(cè)定的沉積物總磷含量的 85%以上，說(shuō)明該法可以定量回收沉積物中不同形 態(tài)

26、的磷，效果良好。(2)在鐵磷含量較高的三點(diǎn)中，各形態(tài)磷的含量依次為鐵磷 吸附磷劑磷 有機(jī)磷，總的趨勢(shì)是鐵磷 鈣磷有機(jī)磷。(3)鐵磷含量與水體總磷含量呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系(R= 0.9989 , p0.01 ),是湖泊潛在的磷源；3個(gè)湖泊沉積物中有機(jī)磷含量與其上覆水pH值之間也有著良好的相關(guān)性，R = 0.9646。據(jù)此，我們認(rèn)為可以用鐵磷+有機(jī)磷的含量作為預(yù) 測(cè)水體污染的指標(biāo)。(4)鳳鳴湖北部湖區(qū)存在富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)， 鏡湖東部湖區(qū)水質(zhì)有逐漸惡化的趨 勢(shì)。建議采取相關(guān)措施，控制鳳鳴湖周圍污染物的無(wú)序直接排放，改善水質(zhì)，阻 止富營(yíng)養(yǎng)化向北部湖區(qū)擴(kuò)散。就近期而言，應(yīng)控源為主，治水為輔。致謝：在此，誠(chéng)摯

27、感謝老師對(duì)于本論文的全面指導(dǎo)與幫助；感謝環(huán)境科學(xué)學(xué)院的老 師們以及省環(huán)境科學(xué)研究院的工程師們?cè)谡撐墓ぷ髦械闹笇?dǎo)與鼓勵(lì)；感謝一起參加實(shí)驗(yàn)的同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)中的愉快合作。焦化項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)實(shí)例分析風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)常稱為事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，主要考慮建設(shè)項(xiàng)目營(yíng)運(yùn)過程中的突發(fā)行災(zāi) 難事故。發(fā)生災(zāi)難事故的概率雖然很小， 但其影響程度往往是巨大的。環(huán)境風(fēng)險(xiǎn) 評(píng)價(jià)是環(huán)境影響評(píng)價(jià)領(lǐng)域的一個(gè)新課題，20世紀(jì)80年代以來(lái)，發(fā)達(dá)國(guó)家就將環(huán) 境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)納入環(huán)境管理的范疇，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)已成為可能發(fā)生事故危險(xiǎn)的建設(shè) 項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)中重要而不可缺少的組成部分。由于焦化行業(yè)的許多產(chǎn)品、副產(chǎn)品和原料都屬于易燃、易爆或有毒的危險(xiǎn)品，故對(duì)具有發(fā)生

28、潛在事故風(fēng)險(xiǎn)的焦 化建設(shè)項(xiàng)目，其潛在風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生的可能性及其影響后果在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中均應(yīng) 得到反映。由于風(fēng)險(xiǎn)事故本身的不確定性，項(xiàng)目的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)定量分析難度很大。 本文以某擬建80萬(wàn)噸/年搗固焦項(xiàng)目為例，分析焦化項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。由于搗固焦項(xiàng)目大同小異，因此項(xiàng)目工程分析、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事故類型識(shí)別、環(huán) 境風(fēng)險(xiǎn)事故率分析、工程有害物質(zhì)潛在的事故危險(xiǎn)性分析、污染控制措施分析等 項(xiàng)在這里不再累述，重點(diǎn)介紹事故污染分析和事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。一、事故污染分析事故往往是造成嚴(yán)重污染事故的主要原因， 由于災(zāi)害事故類型各異，同一類 型事故下有毒有害物質(zhì)泄漏也是多種多樣的，本次評(píng)價(jià)選擇典型的情況作為代 表。針對(duì)可能出現(xiàn)的事故

29、，估算可能性較大且對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染的事故狀態(tài)下 的污染物排放量。（1）荒煤氣：煉焦制氣是將精洗煤在焦?fàn)t炭化室密封干儲(chǔ)，同時(shí)生成荒煤 氣，爐內(nèi)處于高溫、正壓狀態(tài)，荒煤氣必須不斷的引出，否則爐內(nèi)壓力迅速升高， 荒煤氣就會(huì)從爐內(nèi)大量逸出，造成嚴(yán)重的污染事故，為此必須將煤氣通過放散管 進(jìn)行有組織的放散，產(chǎn)生荒煤氣放散的主要原因是煤氣鼓風(fēng)機(jī)和高壓氨水循環(huán)泵 停止運(yùn)行?；拿簹夥派⑹鹿视袃煞N狀態(tài)，即荒煤氣未經(jīng)燃燒直接放散（從焦?fàn)t直接放散 和荒煤氣點(diǎn)火裝置失靈從放散管放散）和荒煤氣經(jīng)燃燒后放散。兩種狀態(tài)的持續(xù) 時(shí)間一般不會(huì)超過10分鐘。工程焦?fàn)t煤氣放散事故出現(xiàn)的幾率統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析情 況見表1。一般來(lái)講，停電事

30、故出現(xiàn)的幾率較大，造成的污染也較嚴(yán)重。根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)多 家焦化廠出現(xiàn)的事故情況調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，停電事故持續(xù)時(shí)間（從發(fā)現(xiàn)停電到 啟用備用電源）平均時(shí)間為68分鐘，但每次不會(huì)超過10分鐘，按最不利情況 考慮，本次評(píng)價(jià)選取10分鐘，則荒煤氣放散事故（未點(diǎn)燃）污染物排放情況見 表2。表1荒煤氣放散原因及出現(xiàn)的幾率統(tǒng)計(jì)原因種引起事故的原因事故類型事故頻率（次持續(xù)時(shí)間（分內(nèi)部啟動(dòng)備用設(shè)備時(shí)延小< 135儀表失靈、操作失誤中<246意外超負(fù)荷跳閘中<246外部停電事故大<3510表2荒煤氣放散事故污染物排放情況廳P項(xiàng)目放散量排放源強(qiáng)源強(qiáng)與苯的比值1荒煤氣散放量37768m/ 次313.

31、94m/s2硫化氫36.4kg/ 次60.7g/s17.00%3塵144kg/次240g/s67.23%4苯214.3kg/ 次357g/s100%5氨44.6kg/ 次74.3g/s20.81%6氟化氫7.9kg/ 次13.2g/s3.70%7苯并比0.042kg/ 次0.07g/s1.96 X10-48蔡58.7kg/ 次97.8g/s27.39%在正常情況下，事故排放的荒煤氣經(jīng)點(diǎn)火后放散。 燃燒后，荒煤氣所含的主 要污染物都轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水、二氧化硫排放到大氣中。其大氣污染物排放量 見表3。表3荒煤氣燃燒后的大氣污染物排放量項(xiàng)目放散量排放源強(qiáng)廢氣排放量52430的次87.4m3/s二氧

32、化硫129.4kg/ 次1294g/s(2)苯、氨、硫化氫、煤氣等污染物：煤氣柜、管道事故時(shí)泄漏煤氣；洗 苯塔、脫苯塔以及管道事故時(shí)，容易引起苯泄漏；氨水貯槽、蒸氨塔事故時(shí)容易 引起氨泄漏；脫硫塔事故時(shí)容易引起硫化氫泄漏。除了以上設(shè)備，與之相連的閥門、泵、法蘭以及管路等，均會(huì)因密封失效 或其它故障造成有毒有害氣體的泄漏。煤氣柜內(nèi)主要為潔凈煤氣，潔凈煤氣污染 物含量?jī)H為荒煤氣的0.20.5%,其主要成分是氫氣，發(fā)生小量泄露等情況，一 般不會(huì)對(duì)環(huán)境造成較大污染。因此煤氣柜與煤氣管道將不予評(píng)價(jià)。 針對(duì)可能出現(xiàn) 的污染事故，估算可能性較大且對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染的事故狀態(tài)下的苯、氨、硫化氫、煤氣等污染物排

33、放量。事故時(shí)，污染物排放按10分鐘進(jìn)行計(jì)算。表4列出了可能出現(xiàn)的事故狀態(tài)下單套設(shè)備主要污染物排放量。表4可能出現(xiàn)的事故狀態(tài)下部分污染物排放量編號(hào)設(shè)備典型損壞類型設(shè)備典型損壞程度主要污染污染物泄漏量1洗苯塔泄漏、破裂按塔體100%效容重苯312m, 16000g/s2脫苯塔泄漏、破裂按塔體100%效容重-36m, 8000g/s3粗苯貯槽泄漏、破裂按槽體100%效容重苯100m, 134000g/s4脫硫塔泄漏、破裂按塔體100%效容重硫化氫3114m, 0.76g/s5蒸氨塔泄漏、破裂按塔體100%效容重氨_ 3 一一，7m, 8.8g/s6氨水貯槽泄漏、破裂按塔體100%效容重_氨_100m

34、, 6.4g/s、事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)1 .計(jì)算模式選用HJ/T2.12.3-93中推薦的有風(fēng)和小風(fēng)時(shí)非正常排放模式，非正常排 放條件下的地面濃度Ca (mg/nn)按下列公式計(jì)算：(1)有風(fēng)情況(Uo>1.5m/s)以排氣筒地面中心位置為原點(diǎn)，有效源高為He,平均風(fēng)向軸為軸，源強(qiáng)為Q (mg/s),非正常排放時(shí)間為T,則t時(shí)刻地面任一點(diǎn)(X, Y)的濃度為：2出、Ca 二二 U 二 y；二)G12二 z式中：G1=U tCT<TG1U t= CTU t - UT - XIt>T擴(kuò)散參數(shù)、二x =仃y = ¥尸z = ¥/，各指數(shù)、系數(shù)的定值見附錄Bo xyz(2

35、)小風(fēng)(15m/s >Ub>0.5m/s)和靜風(fēng)(U0<0.5m/s)情況t時(shí)刻地面任一點(diǎn)(X, Y)的濃度為:CaQA3°3-22G 22 二 32 01 02式中：1G 2 A1Aiexp A1- A2|1A2 tt<TA1. A exp A .A2exp A11I 一 U -T1A1 = 2 22 012,2X +YA?-X2 +Y中產(chǎn)心-A2 )卜產(chǎn)(t -A2j01 1-1H HeI ' 02t >TX2+Y2 +'01 He) ,02He擴(kuò)散參數(shù)二x二 y =01 t - t .,二 z =02 t -t')。m -v

36、x 2 +(/jh£jhJA3 =exp -1 .01u、v分別為X、Y風(fēng)向的風(fēng)速；t '為煙團(tuán)排放時(shí)的時(shí)間;2 .事故排放時(shí)濃度預(yù)測(cè)以及風(fēng)險(xiǎn)分析事故排放為特殊情況下的瞬間排放，主要是由于管理不善或者操作不當(dāng)或者因此本次特殊工況或者意外事故或者自然災(zāi)害或者設(shè)備老化等諸多原因造成的。事故排放預(yù)測(cè)風(fēng)速主要選擇 0.2m/s、1.0m/s和2.0m/s三種典型風(fēng)速；風(fēng)速大于2.0m/s的天氣對(duì)污染物擴(kuò)散非常有利，污染源對(duì)于近距離范圍產(chǎn)生的影響相對(duì)較輕，對(duì)于遠(yuǎn)距離范圍產(chǎn)生的影響也會(huì)因?yàn)轱L(fēng)力的稀釋擴(kuò)散作用顯得相對(duì)不突 出。在實(shí)際計(jì)算過程發(fā)現(xiàn)，歷時(shí)時(shí)間在 10分鐘之內(nèi)最大落地濃度和距離變

37、化不 大，主要集中在源附近；30分鐘之后由于風(fēng)速、風(fēng)程等情況的影響，小風(fēng)時(shí)最 大落地濃度距源較遠(yuǎn)，濃度相對(duì)較低；風(fēng)速較高時(shí)，經(jīng)過稀釋和擴(kuò)散，落地濃度 也相對(duì)較低。因此歷時(shí)時(shí)間選擇 10、15、30分鐘三個(gè)檔次。(1)焦?fàn)t荒煤氣放散事故時(shí)，因停電、設(shè)備故障等原因未能通過放散管放 散，而是直接從焦?fàn)t放散情況：由于硫化氫、氨、氟化氫、蔡、苯并在、塵和同苯相比，同為氣態(tài)污染物， 在計(jì)算過程中所不同的只是源強(qiáng)的區(qū)別， 源的其它參數(shù)完全相同，因此本次評(píng)價(jià) 僅計(jì)算排放量最大的苯污染物，其他污染物可以同苯進(jìn)行類比分析： 最大落地距 離相同；最大落地濃度和各距離落地濃度同苯相比， 數(shù)值等于其源強(qiáng)與苯源強(qiáng)比 值。

38、(2)焦?fàn)t荒煤氣放散事故時(shí)，通過放散管放散，但點(diǎn)火裝置失效情況：和上節(jié)相比，僅僅是焦?fàn)t直接放散變成了通過放散管放散， 仍然可以通過以 苯污染物為代表進(jìn)行計(jì)算，其他污染物作類比分析。(3)荒煤氣燃燒后非正常排放二氧化硫情況：此時(shí)污染物比較單一，僅有二氧化硫，可以很方便地進(jìn)行計(jì)算。(4)洗苯塔、脫苯塔等塔體泄漏等情況：洗苯塔、脫苯塔、苯貯槽、脫硫塔、蒸氨塔、氨水貯槽事故排放污染物計(jì)算 也相對(duì)較為簡(jiǎn)單。從計(jì)算結(jié)果可以看出，事故排放和非正常排放時(shí)，由于源強(qiáng)的不同，最大落 地濃度相差較大，但也有相似點(diǎn)，即：小風(fēng)和靜風(fēng)時(shí)，近距離污染較為嚴(yán)重，高 濃度污染物主要集中在污染源附近， 這給故障排除和設(shè)備維修帶來(lái)

39、較大不便； 遠(yuǎn) 距離污染相對(duì)較輕。風(fēng)速較高時(shí)，由于風(fēng)吹的關(guān)系，污染源附近相對(duì)污染較輕， 便于維修操作；但易造成遠(yuǎn)距離污染，影響范圍相對(duì)較廣。因此，項(xiàng)目營(yíng)運(yùn)期， 應(yīng)當(dāng)盡量杜絕事故的發(fā)生，嚴(yán)控事故排放，盡量減小事故排放源強(qiáng)和縮短排放時(shí) 問，并加強(qiáng)事故應(yīng)急處理和防范措施。三、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事故的減緩措施及應(yīng)急預(yù)案擬建工程有害物質(zhì)危害防治主要從兩方面考慮， 首先從工藝上控制源頭，采 用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和裝備，盡可能不排或少排，以達(dá)到降低工作場(chǎng)所有害物質(zhì)的 目的；其次對(duì)不可避免排除的有害物質(zhì)采取國(guó)內(nèi)外相應(yīng)高效的治理措施，并對(duì)操作人員采取相應(yīng)的防護(hù)性措施，盡可能減輕對(duì)操作人員的危害。為了防范事故和減少災(zāi)害，必須制

40、定風(fēng)險(xiǎn)事故的防范措施和應(yīng)急預(yù)案。1 .風(fēng)險(xiǎn)事故防范措施事故的防范措施是項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容。 為防止事故的發(fā)生，擬建項(xiàng)目 的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)從管理、安全設(shè)計(jì)、防火、防毒等方面提出風(fēng)險(xiǎn)事故的以下防范 措施。2 .風(fēng)險(xiǎn)事故應(yīng)急預(yù)案制定風(fēng)險(xiǎn)事故應(yīng)急預(yù)案的目的是為了在發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)事故時(shí)，能以最快的速度發(fā)揮最大的效能，有序的實(shí)施救援，盡快控制事態(tài)的發(fā)展，降低事故造成的危害， 減少事故造成的損失。風(fēng)險(xiǎn)事故應(yīng)急預(yù)案的基本要求包括：科學(xué)性、實(shí)用性和權(quán)威性。風(fēng)險(xiǎn)事故的 應(yīng)急救援工作是一項(xiàng)科學(xué)性很強(qiáng)的工作，必須開展科學(xué)分析和論證，制定嚴(yán)密、 統(tǒng)一、完整的應(yīng)急預(yù)案；應(yīng)急預(yù)案應(yīng)符合項(xiàng)目的客觀情況，具有實(shí)用、簡(jiǎn)單、易 掌握等

41、特性，便于實(shí)施；對(duì)事故處置過程中職責(zé)、權(quán)限、任務(wù)、工作標(biāo)準(zhǔn)、獎(jiǎng)勵(lì) 與處罰等做出明確規(guī)定，使之成為企業(yè)的一項(xiàng)制度，確保其權(quán)威性。項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)事故處理應(yīng)當(dāng)有完整的處理程序圖， 一旦發(fā)生應(yīng)急事故，必須依照 風(fēng)險(xiǎn)事故處理程序圖進(jìn)行操作。企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)事故應(yīng)急組織系統(tǒng)基本框圖如圖1所示，企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身實(shí)際情況加以完善?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急指揮部事故現(xiàn)場(chǎng)F企業(yè)應(yīng)急救援中3.企 業(yè) 專 業(yè) 部 門安全監(jiān)督環(huán)境監(jiān)測(cè)工衛(wèi)、醫(yī)療專業(yè)消防信息通訊物質(zhì)供應(yīng)交通運(yùn)輸保衛(wèi)治安維 修社會(huì)應(yīng)急救援中心事故應(yīng)急專家委員會(huì)生產(chǎn)分安全廠、車環(huán)保間義務(wù)消防、耳士通訊表 .置維修、部物質(zhì)門企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)事故應(yīng)急組織系統(tǒng)基本框圖為了有效地處理風(fēng)險(xiǎn)事故，應(yīng)有切實(shí)可行

42、的處置措施。項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)事故應(yīng)急措 施包括設(shè)備器材、事故現(xiàn)場(chǎng)指揮、救護(hù)、通訊等系統(tǒng)的建立、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急措施方案、 事故危害監(jiān)測(cè)隊(duì)伍、現(xiàn)場(chǎng)撤離和善后措施方案等。4.風(fēng)險(xiǎn)事故應(yīng)急計(jì)劃擬建項(xiàng)目必須在平時(shí)擬定事故應(yīng)急預(yù)案，以應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的應(yīng)急危害事故， 一旦發(fā)生事故，即可以在有充分準(zhǔn)備的情況下，對(duì)事故進(jìn)行緊急處理。風(fēng)險(xiǎn)事故的應(yīng)急計(jì)劃包括應(yīng)急狀態(tài)分類、應(yīng)急計(jì)劃區(qū)和事故等級(jí)水平、應(yīng)急 防護(hù)、應(yīng)急醫(yī)學(xué)處理等。四、結(jié)論環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作的新內(nèi)容。由于焦化項(xiàng)目原輔材料以及副產(chǎn)品等具有有毒、有害、易燃易爆等多樣性，和生產(chǎn)工藝以及控制、設(shè) 備運(yùn)行的復(fù)雜性，存在多種不同性質(zhì)的潛在風(fēng)險(xiǎn)事故。 因此，對(duì)于焦化

43、項(xiàng)目的環(huán) 境影響評(píng)價(jià)，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)應(yīng)作為必不可少的評(píng)價(jià)重點(diǎn)。酸洗工序中主要化學(xué)反應(yīng)：6 HCl + 2 Fe 2。2 FeCl 3 + 3 H 2O2、產(chǎn)污環(huán)節(jié)分析：(1)鑄造工藝產(chǎn)污環(huán)節(jié)：G1:沖天爐燃燒產(chǎn)生的煙塵、SO2G2:清砂工序中產(chǎn)生的粉塵；S1:沖天爐燃燒產(chǎn)生的煤渣；S2:精加工過程中產(chǎn)生的廢邊角料；N1 N3:鍋爐引風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲以及精加工和滾光工序中產(chǎn)生的噪聲；(2)熱鍍鋅工序：G1 G2:酸洗工序和烘干工序中產(chǎn)生的 HCl廢氣；G3:煤氣發(fā)生爐產(chǎn)生的煙塵和SO2S1:酸洗工序中產(chǎn)生的酸洗廢水；S2:煤氣發(fā)生爐產(chǎn)生的煤渣；S3:熱浸鍍工序中產(chǎn)生的鋅灰；N1:烘干預(yù)熱時(shí)產(chǎn)生的噪聲

44、；3、主要污染物產(chǎn)生源強(qiáng)：(1)廢氣：鹽酸揮發(fā)產(chǎn)生無(wú)組織排放廢氣HCl、烘干產(chǎn)生少量的HCl氣體；沖天爐、煤氣發(fā)生爐產(chǎn)生的煙塵、 SO2(2)噪聲：沖天爐、煤氣發(fā)生爐鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲，精加工沖床、鉆床產(chǎn)生的噪聲，滾光機(jī)產(chǎn)生 的噪聲。(3)廢水：生活污水：生活廢水主要是職工生活產(chǎn)生的廢水，擬建項(xiàng)目年產(chǎn)生生活廢水960to生產(chǎn)廢水：酸洗產(chǎn)生的廢水、熱浸鍍產(chǎn)生的冷卻水，其中冷卻水為10t/a ,循環(huán)使用; 酸洗沖洗廢水570 t/a 。(4)固廢：沖天爐產(chǎn)生的煤渣30t/a ,煤氣發(fā)生爐燃煤產(chǎn)生的煤渣100 t/a ;產(chǎn)品生產(chǎn)過程中產(chǎn) 生的鋅灰12 t/a ;酸洗廢水經(jīng)化學(xué)反應(yīng)式計(jì)算得 30.7 t

45、/a 。職工生活產(chǎn)生的生活垃圾15 t/a 。4、主要物質(zhì)理化性質(zhì)：稀鹽酸：分子式：HCl,分子量：36.5。別名氫氯酸，外觀與性狀：無(wú)色或微黃色發(fā)煙液體，有刺鼻 的酸味；溶解性：與水混溶，溶于堿液；主要用途：重要的無(wú)機(jī)化工原料，廣泛用于染料、 醫(yī)藥、食品、印染、皮革、冶金等行業(yè)。侵入途徑：吸入、食入；健康危害：接觸其蒸氣 或煙霧，引起眼結(jié)膜炎，鼻及口腔粘膜有燒灼感，鼻觸、齒齦出血、氣管炎；刺激皮膚發(fā) 生皮炎，慢性支氣管炎等病變。誤服鹽酸中毒，可引起消化道灼傷、潰瘍形成，有可能胃 穿孔、腹膜炎等。5、項(xiàng)目用水平衡：?jiǎn)挝唬╰/a ）項(xiàng)目主要污染物產(chǎn)生及預(yù)計(jì)排放情況種 類排放源污染物 名稱產(chǎn)生 濃

46、度 mg/nm產(chǎn)生量 t/a排放濃度 mg/n3排放 速率 kg/h排放量 t/a排放 去向大 氣 污 染 物酸洗池HCl2000.510/0.003大氣 中清砂工序粉塵500225/0.1煤氣 發(fā)生爐煙塵16002.2160/0.22二氧化硫3000.41300/0.41沖天爐煙塵40003.4480/0.07二氧化硫28001.81120/0.72水 污染 物污染物 名稱廢水 量 t/a產(chǎn)生 濃度 mg/L產(chǎn)生量 t/a排放濃度 mg/L排放量 t/a排放 去向生活污水COD9603500.336<100<0.10城鎮(zhèn) 下水 管網(wǎng)SS2500.24<70<0.07生產(chǎn)廢水pH570/69/周 體 廢 物污染物名稱產(chǎn)生量 t/a處理處置量 t/a綜合利用量 t/a外排量 t/a備注鋅 渣1212/回用煤氣發(fā)生爐 煤渣100100/集中 出售沖天爐煤渣3030/集中 出售生活垃圾1515/環(huán)衛(wèi) 部門 集中 處