典型肥料生产场地氨氮污染特征及风险控制目标确定

发布时间：2020-11-20 22:31

　　 氮肥是肥料工业的重要组成部分,然而随着肥料生产企业大量搬离城市中心,遗留污染场地的土壤及地下水中高浓度氨氮对周边环境可能造成严重影响。为探究肥料生产场地的氨氮污染特征及其环境风险控制,本研究以我国某肥料生产场地为研究对象,通过场地调查,识别并分析了该场地土壤及地下水中氨氮的空间分布特征。对于地下水氨氮污染控制,考虑到氨氮与硝酸盐、亚硝酸盐间的转化关系,本研究通过MIN-3P软件设置不同运移情景,推测该场地地下水“三氮”(氨氮、硝酸盐和亚硝酸盐)的未来变化趋势,并分析不同情景下模拟结果的差异;对于土壤氨氮污染控制,本研究从人体健康和场地地下水为保护对象分别讨论了土壤氨氮风险控制目标值的计算方法,以期为氨氮污染场地的风险管控提供借鉴。研究结果表明:(1)目标场地土壤氨氮含量为0.03~15000 mg/kg,水平方向上高值区集中分布于核心生产区及原辅料堆场,垂直方向上总体表现为由上至下随深度增加呈先逐步升高后降低的趋势,且富集于人工填土与原状粉质黏土交界处,粉质黏土阻碍氨氮向下迁移,并随地层结构变化,氨氮的迁移深度不同。该研究场地上层滞水和潜水氨氮浓度分别为19.10~3320和0.03~219 mg/L,超标率分别为100%和57.89%(GB/T 14848-2017氨氮III类水限值)。地下水与土壤的氨氮在水平空间分布上具有重叠特征。此外,土壤游离氨(NH_3)和氨氮间呈显著线性正相关关系;上层滞水游离氨浓度范围为0~1518 mg/L,占总氨氮比例的0~80%,平均占比22.28%;潜水中游离氨浓度范围为0~0.86 mg/L,占总氨氮浓度的0~8.71%,即潜水中氨氮主要由铵离子(NH_4~+)构成。(2)地下水“三氮”迁移较缓慢,均有向场地下边界迁移同时向四周发生扩散的趋势。其中,氨氮在地下水中的生物化学过程不显著,其浓度衰减主要来自地下水的稀释作用,因此氨氮在三种情景下的预测结果较为一致。因情景一、二、三的模拟复杂程度依次递进,在兼顾减少时间成本和保证预测合理性条件下,情景一(仅考虑对流-扩散作用)即可满足氨氮的预测需求。硝酸盐和亚硝酸盐在地下水中存在较强烈的生物化学过程,表现为硝酸盐的大幅度降低以及亚硝酸盐的显著累积。但微生物量变化对硝酸盐模拟结果影响较小,而对亚硝酸盐则影响较大。因此,硝酸盐在情景二(不考虑微生物凋亡的反应传输)中的模拟结果即可满足预测需求,而亚硝酸盐则可能需在更保守的条件下进行(如情景三:考虑微生物凋亡的反应传输)。选择合适的模拟情景对后续的地下水污染风险分析工作至关重要。在进行地下水污染控制过程中,应注意亚硝酸盐累积带来的潜在环境风险及硝酸盐的过度修复问题。(3)因氨氮主要通过呼吸吸入挥发性气体产生暴露,且仅有经呼吸暴露的毒性参数,故采用HJ 25.3-2014中经呼吸暴露途径的非致癌效应风险控制值计算模型计算土壤氨氮的控制目标,通过代入场地实测土壤土-水分配系数K_d,得到居住用地下的土壤氨氮控制目标值为9195 mg/kg;若考虑保护地下水水质安全,据三相或两相平衡模型耦合氨氮在包气带衰减和地下水稀释作用,当目标场地地表无积水时,这种入渗条件下的土壤氨氮控制目标值为6203 mg/kg;当地层从上至下呈饱和含水条件时,土壤氨氮控制目标为811 mg/kg。计算值可用作不同场地进行土壤氨氮风险管控的参考目标,实际应用中可结合不同场地环境条件、不同受体和保护目标,选择相应的风险控制值对场地进行风险管控。
【学位单位】：湖南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X786;X820.4
【部分图文】：

硕士学位论文断我国肥料产业的全国分布状况（见图 1-1）。氮肥是铵态氮肥、硝态氮肥、铵态-硝态氮肥和酰胺态氮肥的总称，在我国肥料产业中占据重要地位[7]。我国氮肥产量随时间变化是显著增加的（图 1-2），其产量的年增长率保持在 5%上下浮动，且其变化趋势与肥料总年产量的年增长率变化趋势保持一致，说明总肥料产量的增加与氮肥的增产联系紧密。截至 1997年，我国氮肥年产量为 2074.9 万吨，占肥料总年产量的 73.6%，直至 2015 年，氮肥年产量达到 4970.6 万吨，依然占据我国肥料总产量的 66.9%。此外，随着氮肥生产技术的不断成熟，我国氮肥产量同时拉动了全球氮肥的发展，2009 年我国氮肥产量（3608 万吨）达到了全球生产比重的 34%，同年，我国成为了仅次于俄罗斯的氮肥第二大出口国，出口量达到全球的 8%[7]，这使我国在全球氮肥生产中扮演者重要角色。

反应；2—反硝化反应；3—厌氧氨氧化反应；4—亚硝化异化还原反应；小写字母(a、b、c、d)表示反应进程顺序图 1-5 氨氮转化途径Fig.1-5 Transformation pathway of ammonia-nitrogen下水氨氮污染的风险管控染带来的环境风险然活动造成的土壤-地下水氨氮污染将对周边生。基于人体的急性暴露试验结果表明：当空气氨 2 h 的暴露条件下，人的眼睛、鼻子和呼吸道将周边的居民进行的流行病学调查发现，当空气氨12.2年时，人体呼吸道、眼睛、咽喉以及肺部功能游离氨是对人体产生暴露的关键。US EPA 基于上，ATSDR 部门给出了经呼吸吸入的人体最小风(kg·d)（急性呼吸暴露）和 0.5 mg/(kg·d)（慢性呼

图 2-1 原厂区工艺布局Fig.2-1 The layout of the factory area.2 自然地理条件.2.1 气象气候条件本研究场地所在区域地处中纬度地带，属亚热带湿润季风气候，年平均气℃，极端最高气温 41℃，极端最低气温为-20.6℃，年平均降水量为 998.4 mm大降水量为 1541.9 mm（1954 年），最小降水量为 573.0 mm（1978 年），降年内分配明显不均，其中 6~8 月份见水量最多，约为全年的 42%；年平均蒸 1495.1 mm；年均风速 2.8 m/s，年日照时间约 2000 小时，年均无霜期 228 天均相对温度为 77%。该区域全年主导风向为东南（EN）风，夏季多东南（S和南（S）风，冬季为东北（NE）风和西北（NW）风，历年最大风速为 21.3 m年平均风速为 2.8 m/s。
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本文编号：2892089