美國地下儲油罐泄漏及場地調查修復全分析

　　本文介紹了美國地下存儲油罐的情況以及油罐泄露后的應對方法及成本。在文章的最后，對中國油罐存儲現狀做出分析。

　　1、美國地下儲油罐項目的前世今生

　　石油地下儲油罐在美國多用于汽車加油站和一些軍事基地。1980年以前安裝的許多UST使用裸露的未加防腐鍍層的鋼管，隨著時間的推移不斷腐蝕掉；并且當時地下儲油罐的安裝和經營管理不當，這些導致了石油的泄漏。 一旦泄漏，石油就會污染到土壤及地下水、飲用水含水層、飲用水井、及室內外空氣，對環境和人體健康造成嚴重危害。

　　1984年，美國“資源保護及恢復法案”(Resource Conservation and Recovery Act (RCRA))的“危險和固體廢物修正案”要求環保署制定地下儲油罐的法規以減少和防止對環境的污染。1988年12月，美國環保署在每個州建立地下儲油罐項目對地下儲油罐進行登記和檢查及對石油泄漏進行清理。在接下來的十年中，許多舊的UST 被移除；成千上萬的UST被更新為由耐腐蝕材料制成的(例如玻璃纖維)雙壁儲罐及管道構造的有防漏防溢和泄漏檢測裝置的新儲罐。

　　美國地下儲油罐項目 (UST Program)是美國EPA一個很成功的舉措。根據2017年的UST Program績效評估報告，自1984年啟動UST項目以來，已結案1,856,451個UST案例。截至2017年9月，經過三十多年的努力，已清理了46.9萬多個污染場地，仍有大約6.8萬個UST站點需要繼續清理。

　　2、儲油罐的防漏措施

　　怎么來防止泄漏的發生呢?美國環保署規定業主和操作人員正確安裝UST系統，并規定UST 要有防漏、防溢出、和防腐蝕的裝置，并要遵循正確的加油灌裝方法。此外，美國環保署還規定必須安裝滲漏監測系統。同時，業主和運營商必須要報告新UST的存在，可疑的泄漏情況，已關閉UST情況，并保存操作和維護記錄。

　　防漏裝置(Spill Protection)， 也稱為溢出桶 (Spill Bucket)，是指填充管(fill pipe)周圍的密封容器，當輸送管(delivery hose)與填充管(fill pipe)斷開時，可以捕獲小油滴或溢出物。為了防止泄漏，溢出桶應該足夠裝下將輸送管與加油/填充管分開時可能溢出的油。

　　溢流保護(Overfill Protection)包括三種，自動關閉裝置、接近灌滿溢出警報、及限流器(也稱為浮球閥)。這些設備安裝在儲油罐里，一旦UST中的油達到罐中的某個預置水平，溢流保護裝置就會啟動。

　　防腐蝕裝置(Corrosion Protection)，用于保護金屬部件免受腐蝕的兩種常用方法是陰極保護和將金屬部件與腐蝕性環境隔離。比如使用全部由耐腐蝕材料制成(如玻璃纖維)的儲油罐及管道，或者在金屬罐外層加上耐腐蝕涂層并具有陰極保護。在1988年12月22日前安裝的UST需要滿足內部襯里和陰極保護其中之一或者兩者兼有的防腐蝕要求。2015年UST的新規定要求，從2016年4月11日起，安裝或更換的儲油罐和管道必須設有雙層容器/雙壁構造(secondary containment)，并使用兩層的間隙來監測是否有泄漏出現。

　　滲漏監測系統(Release Detection System)，用于探測UST泄漏情況，幫助及時阻止污染擴散。主要分為三種：間隙監測法、內部監測法和外部監測法。間隙監測法如UST需設有雙層容器，并在兩層之間安裝滲漏監測系統；內部監測法如在UST內安裝自動測量系統(automatic tank gauging system)；外部監測法如監測土壤中的廢氣指標或監測地下水。

　　3、地下儲油罐泄漏的治理(UST Program -Cleanup)

　　泄漏發現(Release Discovery)

　　UST泄漏的早期發現及調查很重要，比如確定泄漏的來源，泄漏燃料的類型，即將受到威脅的環境受體，以及可采取的應急措施。常見比較容易泄漏的部分包括UST的底部，相關的管道，UST加油孔，分配泵，以及可能存在安裝問題的區域。在UST連接交匯點，管道故障尤為常見。業主或經營者應在泄漏發現24小時內通知監管機構。如有必要，應采取措施停止泄漏并清空油箱及盡可能地移除浮油。應急措施包括從泄漏區域移除易燃或易爆物，防止泄漏物排放到雨水管道，濕地及地表水，并保持室內建筑的通風來減少石油廢氣入侵造成的室內空氣污染。

　　場地調查及場地概念模型的建立

　　(Site Characterization & Conceptual Site Model)

　　場地調查是從各種來源收集特定場地的信息和數據以表征受污染場地的物理，生物和化學系統。場地概念模型(CSM)是綜合了所有場地的歷史信息，水文地質特征，現場及環境受體的調查集成的一個三維的場地圖，用以說明污染物分布，污染釋放機制，遷移途徑，暴露途徑和潛在受體。

　　場地調查的第一步是審查現有關于場地的歷史信息及記錄，比如污染源的調查，不同類型的石油燃料和添加劑會帶來不一樣的污染物；較舊的汽油釋放物包含鉛，而較新的釋放物包含一些燃料添加劑如甲基叔丁基醚(MTBE)。其次要了解場地的地質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圍及分布。因為環境泄漏對敏感的環境受體影響更大更嚴重， 場地附近的敏感環境受體，如飲用水供應井，敏感的濕地或地表水，學校及日托所，醫院和住宅區等，也要放在場地調查之中。之后要通過采樣來確定污染物的影響介質和范圍。采樣包括土壤，地下水，及土氣或者室內氣體采樣。

　　土壤：收集土壤樣品可以確定污染物在土壤中遷移的水平和垂直范圍。通常可以使用便攜式光離子化檢測器(PID)火焰離子化檢測器(FID)，快速光學檢測儀器(ROST)或紫外熒光儀器(UVF)在現場對土壤樣品中的石油烴進行篩選，以快速確定污染物存在的地方。土芯的連續取樣可以根據土壤顏色快速目測土壤中的石油污染物分布，或者利用土樣的PID、FID值及ROST和UVF篩查等技術可以快速確定土壤中的污染物的垂直分布范圍。從地面到鉆孔底部的土壤連續取樣篩選及實驗室監測，可以準確地了解每個鉆孔的垂直污染程度分布，這對場地概念模型CSM的建立和修復策略的設計至關重要。

　　地下水：監測井通常可以監測污染物在地下水中的水平和垂直分布及污染程度。需要至少三個監測井來確定地下水流向，并在污染源附近及污染源地下水流的up-gradient 和down-gradient建立監測井來了解泄漏情況及泄漏前后地下水的背景值。由于地下水位的季節性波動，定期在不同季節測量地下水位及水中溶解污染物的濃度對污染物在地下水的調查很重要。如果大量石油泄漏，可能會發現有一層浮油漂浮在地下水面上。這種自由浮動的石油被稱為輕質非水相液體(LNAPL)。LNAPL層的厚度可以用Oil/Water -Interface Probe來測量。

　　土壤氣體和室內空氣：石油污染物可能會從土壤或地下水中分離出來并遷移到建筑物的室內空氣，從而對在室內活動較多的人員健康造成危害。在室內空氣還未受到廢氣入侵影響前，可以在建筑物的外面或建筑板材下面進行土壤氣體采樣；也可以直接對室內空氣中的揮發性有機化合物(VOC)進行采樣。土壤氣體采樣可以在不同的深度打土壤氣體采樣探針(soil vapor probe)，并用Tedlar bag或者stainless steel SUMMA canister來采樣。

　　現場調查是一個反復和持續的過程：當收集到有關場地歷史和污染物分布情況時，就需要及時修改CSM場地概念模型和場地修復方案。

　　場地修復方案(Remedial Action)

　　場地概念模型(CSM)以及可接受的風險，成本，相關政策，可用技術，和項目進程要求，都將決定適用于泄漏地下儲油罐(LUST)場地的修復方案。在美國,一般業主或者咨詢公司會準備一份詳細的Corrective Action Plan (CAP)或者Remedial Action Plan (RAP)來講污染場地的具體修復方案及總結每個備選方案的優點和缺點，這個方案要由政府機構進行審查通過。有時在方案全面實施之前，需要進行試點測試(pilot test)以確定所選方案的有效性。

　　地下水和土氣的修復方法包括自由相回收以及被動和主動的單相和多相抽提技術 (Dual -/Multi-Phase Extraction)。根據現場條件，自由相浮油的被動收集包括撇油器，吸收性襪子或漂浮型油/水分離器。主動修復系統包括用活性炭處理的土壤蒸氣抽提(Soil Vapor Extraction)或地下水泵送及處理(Pump & Treat)。對于土壤，一些處理方法包括土壤挖掘及異位修復(soil excavation & Ex-situ Treatment)和土壤原位處理以進行諸如原位氧化(In-situ Chemical Oxidation)或生物修復(Bioremediation)等。修復后的土地可以進行棕地開發再利用。為了了解所用的修復方案是否有效果，需要季度性地監測地下水數據。下次再來詳細介紹具體修復方法的實施。

　　項目結案(Site Closure)

　　當土壤，地表水，地下水，土壤氣體及室內空氣中的剩余污染物達到風險或者清理閾值并已完成修復方案，確定不會對人類健康或環境構成威脅時，場地就可以申請結案。結案場地可以收到Case Closure Letter/No Further Action Letter。基于風險的決策(Risk-based decision-making)RBDM標準，通過未來用地的風險值來制定結案標準，越來越頻繁地被應用到項目結案中，也加速了地下儲油罐泄漏項目更經濟地結案。美國加州是地下儲油罐項目的領軍者，采用“地下儲油罐場地低風險結案政策“ (Low-Threat Underground Storage Tank Case Closure Policy)來統一加州的項目結案標準，很值得大家學習。

　　4、石油廢氣入侵(Petroleum Vapor Intrusion-PVI)

　　清理完土壤地下水污染之后，一般還要進行人類健康風險評估。人類健康風險評估中，很重要的一個概念就是石油廢氣入侵，這里我們講的石油廢氣入侵包括石油烴類(PHCs)和非石油烴燃料添加劑所產生的污染氣體入侵。一旦地下儲油罐發生泄漏，并且泄漏區域及周邊一定范圍內有建筑物或者之后場地將會被開發成居民區/商業用地等，那么廢氣入侵就不得不被考慮了。因為這些污染氣體能穿過土壤，通過裂縫等途徑遷移到建筑物內，對室內空氣造成影響，進而對人體健康和室內安全造成一定威脅。

　　石油廢氣入侵包括三類的揮發性化合物：

　　來自汽油、柴油和噴氣燃料的石油烴(如：苯、三甲基苯[TMBs]和萘)

　　除了石油烴類，其他來自石油燃料的污染物包括醚類和醇類，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)

　　第三種是甲烷，通過石油烴和其他石油燃料成分厭氧生物降解而來

　　對于石油廢氣入侵，美國EPA推薦采取以下措施來應對：

　　評估和減輕緊急的安全隱患：看是否有潛在能引發爆炸或起火的污染物存在

　　對現場進行鑒定評估，建立場地概念模型圖(CSM)。現場評估包括：

　　?污染物性質、濃度、污染范圍

　　?評估潛在可生物降解性

　　?分析場地所處位置的水文地質情況

　　?分析周圍將會受到影響的潛在受體

　　?確定是否有傳播和遷移途徑能威脅到潛在受體

　　下面這張圖表是在地下儲油罐泄漏場地處理PVI的流程：

　　確定橫向考慮范圍

　　一般當確定了這個范圍，在進行場地調查的時候就可以集中調查坐落在這個界限內的建筑物

　　確定建筑物下的縱向分離距離

　　即確定污染與建筑物地基、地下室等之間的距離。這可以通過采集土壤樣品、土壤氣體和地下水樣品來獲得

　　分析氣體來源和氣體衰減狀況

　　必要情況下采取一定的緩和措施，如截斷氣體入侵渠道

　　當調查廢氣入侵的時候，不僅僅要看當時的濃度，盡管濃度比較低，但還要關注長期暴露在該濃度下會不會對健康造成威脅，即慢性威脅。

　　更多關于石油廢氣入侵的信息，感興趣的朋友們可以參考美國EPA的資料(EPA’s Guidance on Petroleum Vapor Intrusion at Leaking Underground Storage Tank Sites)。

　　5地下儲油罐清理成本 (Cleanup Cost)

　　清理的成本取決于很多因素，包括污染范圍和清理標準。在美國平均清理費用預計在13萬美元。而觸及到地下水污染的清理費用通常要10萬到100萬美元，甚至超過100萬美元。

　　6、中國地下儲油罐修復開展情況 (UST Cleanup in China)

　　中國地下儲油罐的修復工作可以說才剛剛起步，還處在防滲防漏階段。目前中國加油站地下油罐防滲改造工作正在開展，將優先完成建站15年以上和周圍存在飲用水源地等環境敏感點的防滲改造工作。

　　2017年3月，由環境保護部水環境管理司領頭組織編制的《加油站地下水污染防治技術指南(試行)》(指南)發布進行試運行。指南適用于加油站的地下水污染預防、日常監測、環境狀況調查、采樣和分析、地下水污染模擬預測、地下水健康風險評估和污染控制與治理工作。下面是指南里所提出的加油站地下水污染防治總體程序圖：

　　中國目前已有加油站近10萬座，且數量將持續增加，這也將增加泄漏危機。然而，一旦地下儲油罐發生泄漏，這將會對地下水、土壤以及生活安全與人身健康造成重大影響。因此，中國在防范和治理地下儲油罐泄漏的路上還任重道遠。