3.5.4 石油利用过程产生的环境问题

如前所述，石油的利用主要分三个方面：一是将石油炼制的油品作为燃料的能源化利用；二是石油作为原料的石油化工；三是将石油化工的产品作为原料的高分子化工。由于石油及石油制品的特殊性，在其利用过程中均会产生一系列的环境问题。

3.5.4.1 石油能源化利用过程的环境问题

石油的能源化利用就是将石油炼制的各种油品作为燃料，通过燃烧的方式将其化学能转化为热能（也包括进一步将热能转化为机械能或电能）的利用方法。实际过程中，石油的能源化利用包括油品储运及油品燃烧两个方面。

（1）油品储运过程中的环境问题

随着交通运输业的飞速发展，对各种燃料油的需求量大幅增加，其储存和运输量也相应增加。然而，在油品储运过程中，由于设备的缺陷、落后的过程、工作人员的疏忽以及其他因素导致的油品泄漏现象时有发生，含油废水的排放问题也较为严重。这些问题不仅会造成油品损耗，还会产生严重的环境问题，进而威胁人们的身体健康。油品储运过程中环境问题的形成原因及危害如表3-8所示。

1）大气污染

油品储运过程中造成大气污染的主要原因是轻质组分的挥发。

石油能源化利用过程中，应用最多的是各种由原油提取的轻质组分，如汽油、煤油、柴油等，但轻组分在运输时会遇到持续的挥发性问题，这是由化学特性决定的，不是什么工艺可以彻底解决的。汽油在运输过程中的挥发会随着环境温度的升高而加剧，不仅造成巨大的经济损失，而且挥发的轻质组分会对当地大气环境造成严重污染。另外，在天气条件差、气体流动性差的条件下，挥发产生的轻质组分如果积累到一定浓度后，还会存在安全隐患，极易引起爆炸事故而造成严重的经济财产损失甚至危及生命。

挥发分虽然无法杜绝，但是挥发的效率却可以通过不同的工艺尽量降低。油品存储的环境、油品中是否含有一些特定的化学药剂，或者填装、转运过程中的操作精度，都会对油品的挥发造成很大的影响。有石油企业做过统计，一台5000m3的满载储油罐，一天大概要挥发掉350kg的轻组分，一年就要挥发掉超过100t的油品，这个损失是极为惊人的，必须加以重视。

2）水体污染

油品储运过程中导致水体污染的原因是废水。

油品进罐时一般都含有水分，需要对其进行静置或分离之后将其脱除。对于油罐检修的时候，应使用蒸汽或水对其进行清洗。初期雨水也可能包括一些油。如果油品采取集中储存的方式，罐区中的废水主要源自油罐脱水以及油罐清罐水和初期雨水。如果油品采取船运方式，则产生的废水中还有一部分源自装船时由油轮里卸下的压舱水。如果这些废水没经合理处理而直接排放，就会对地表水体造成严重污染。

地表水作为农业生产的主要灌溉水源，一旦污染会直接造成农作物污染以及影响水体的自净作用，危害水生生物的生存，污染组分被水生生物吸收后，能在水生生物中富集、残留，并通过食物链进入家畜及人体中，最终危及人体健康。另外，被污染的地表水还会由于渗流作用而导致土壤污染和地下水污染。

3）土壤污染

在油品储运过程中，油罐和运输工具在使用过程中会不可避免产生油罐底泥，这些呈油渣的底泥如果不经彻底处理而随意堆放，就会造成严重的土壤污染。

含油底泥随意抛弃在土壤中，会改变土壤原有的理化性质和结构，使原有土壤的结构和物理化学性状都难以恢复。由于其所含油分的密度小、黏附性强，很容易吸附在土壤颗粒上，进入土壤内部，污染物质难以通过扩散作用进行稀释，大部分的石油烃被固定在土壤中，其中的高分子量石油烃难以被降解，随着大量污染物累积加剧，时间延长，使得难降解组分在土壤中大量富集。此外，石油污染物进入土壤环境后，污染物中含有的各类反应基团与氮、磷结合，限制了微生物的硝化作用和脱磷作用，从而导致土壤中有效氮、有效磷减少，土壤肥力降低，各类污染物附着在植物根系表面形成油膜，阻碍植物根系呼吸和对养分的吸收，从而导致植物根系腐烂，影响农作物的生长。

4）噪声污染

在油品的装卸过程及油品运输设备的运行过程中，均会产生高分贝噪声，严重影响人们的听觉，对于高于130dB的噪声，会导致耳聋耳鸣。例如，在油品储运的电机和压缩设备在运行环节就会产生极大的噪声，带来声音的污染。其危害主要表现为：

① 影响交流。噪声会引起员工的听觉疲劳，时间久后引起听力损失，最后导致耳聋，影响交流质量。

② 影响身心健康。长时间处于噪声环境，会引起头晕、头痛、耳鸣、心血管等疾病，进而影响健康。

③ 降低工作效率。处于噪声环境中，会导致员工心理烦躁，造成疲劳，降低工作效率。

（2）油品使用过程中的环境问题

油品的使用，就是将石油炼制得到的各种燃料油燃烧，将其化学能转化为热能，大多数同时进一步转化为机械能。使用油品最多的是交通运输业，其次是各种工业窑炉。交通运输业应用油品的方式是内燃式，工业窑炉应用油品的方式是外燃式。随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，我国各种交通车辆的保有量不断增加，因此对各类油品，尤其是汽油和柴油的需求将持续增长。

无论汽油还是柴油，其使用方式都是燃烧。无论内燃式还是外燃式，其在使用过程中都会产生各种不同的污染源。

1）汽油在使用过程中产生的污染源

汽油主要由碳和氢组成，正常燃烧时生成二氧化碳、水蒸气和过量的氧等物质。但由于燃料中含有其他杂质和添加剂，且常常不能完全燃烧，常排出一些有害物质。研究表明，汽车尾气成分非常复杂，有100种以上，其主要污染物包括一氧化碳、烃类化合物、氮氧化物、硫氧化物、含铅尾气等。

① 一氧化碳

一氧化碳会阻碍人体血液吸收和输送氧气，影响人体造血机能，随时可能诱发心绞痛、冠心病等疾病。

② 烃类化合物

烃类化合物会形成毒性很强的光化学烟雾，伤害人体，并会产生致癌物质。产生的白色烟雾对家畜、水果及橡胶制品和建筑物均有损坏。大多数国家和地区的汽油标准对芳烃含量的限制较宽松，主要原因是车用汽油的主要添加剂是重整生成油，而重整生成油富含芳烃，是汽油辛烷值的主要来源。美国从改善环境质量出发，规定汽油中芳烃含量不大于27%（V/V），苯含量不大于1%（V/V），蒸气压根据地区要求不大于49～57kPa，氧的质量分数大于2%。

③ 硫氧化物

排入大气中的硫氧化物在金属飘尘的触媒作用下，会被氧化成SO₃，遇水形成硫酸雾，若被雨水淋落即形成硫酸雨，可使植物由绿色变为褐色直至大面积死亡。硫酸雾凝结于微粒表面，使一些微粒相互黏结，长大成雪片状的酸性尘。

汽油含硫量直接关系到尾气中硫氧化物的排放。北美、欧盟和日本的汽油硫含量降至了50mg/kg以下，甚至10mg/kg以下。我国国家标准《车用汽油》（GB 17930—2016）将硫含量降为10mg/kg。

④ 氮氧化物

汽油中含有的氮元素及空气中所含的氮气在高温燃烧条件下与氧气发生化学反应而生成氮氧化物。氮氧化物对人体、动植物的生长及自然环境有很大的危害，主要表现在以下方面。

a．危害人体健康。NO具有一定毒性，很容易和血液中的血色素结合，使血液缺氧，引起中枢神经麻痹症。大气中的NO可氧化为毒性更大的NO₂。NO₂对呼吸器官黏膜有强烈的刺激作用，引起肺气肿和肺癌；在阳光作用下NO_x与挥发性有机化合物反应能生成臭氧，臭氧是一种有害的刺激物。NO_x参与光化学烟雾的形成，其毒性更强。

b．危害森林和农作物。大气中的NO_x对森林和农作物的损害是很大的，可引起森林和农作物枯黄，产量降低，品质变劣。NO_x还可以生成酸雨和酸雾，对农作物和森林的危害很大。

c．产生温室效应。NO_x也是一种温室气体，大量排放会产生温室效应。

⑤ 含铅尾气

汽油含铅会导致排放的尾气含铅。铅在废气中呈微粒状态，随风扩散。农村居民一般从空气中吸入体内的铅量每天约为1g；城市居民，尤其是街道两旁的居民会大大超过农村居民。铅进入人体后，主要分布于肝、肾、脾、胆、脑中，以肝、肾中的浓度最高。几周后，铅由以上组织转移到骨骼，以不溶性磷酸铅形式沉积下来。人体内约90%～95%的铅积存于骨骼中，只有少量铅存在于肝、脾等脏器中。骨中的铅一般较稳定，当食物中缺钙或有感染、外伤、饮酒、服用酸碱类药物而破坏了酸碱平衡时，铅便由骨中转移到血液，引起铅中毒的症状。铅中毒的症状表现很广泛，如头晕、头痛、失眠、多梦、记忆力减退、乏力、食欲不振、上腹胀满、嗳气、恶心、腹泻、便秘、贫血、周围神经炎等；重症中毒者有明显的肝脏损害，会出现黄疸、肝脏肿大、肝功能异常等症状。

⑥ 二氧化碳

汽油在使用中排放的CO₂较多。CO₂不是有毒气体，但也存在一些危害性，主要表现在两个方面。

a．影响人体舒适感。二氧化碳使空气中含氧量减少，因而使人感到头痛和呼吸短促。

b．产生温室效应。大气中CO₂的最大危害是产生温室效应，它能选择性吸收地球表面的低温辐射红外光谱，使大气层温度升高，同时发出较强烈的热辐射，使地球表面得到的总辐射量增加而变暖。

2）汽油使用过程中的环境问题

汽油使用过程中产生的环境问题是大气污染，其形成的原因及危害如表3-9所示。

3）柴油在使用过程产生的污染源

和汽油一样，柴油在使用中如果不完全燃烧，也会产生一氧化碳、烃类化合物等污染源，但对环境影响最大的是氮氧化物、硫氧化物以及PM（微粒）。

① 氮氧化物。柴油中所含的氮元素在高温燃烧条件下会形成氮氧化物。氮氧化物的主要危害是直接对动物的呼吸系统产生毒害，对植物的危害也十分严重。在不利的气象条件下，比如盆地有充足的阳光的话，可能产生光化学烟雾，极大的危害生物，带来很强的环境破坏，比较著名的环境事件就是洛杉矶烟雾事件。

② 硫氧化物。柴油中所含的硫元素在燃烧过程中会形成硫氧化物。排入大气的硫氧化物是形成酸雨的主要原因，将造成环境污染。因此柴油硫含量是各国柴油标准关注的重点，欧Ⅳ车用柴油硫含量要求不超过50mg/kg，欧Ⅴ车用柴油硫含量要求不超过10mg/kg。德国已要求柴油硫含量不大于10mg/kg，美国要求不大于15mg/kg。我国规定优质轻柴油含硫量不高于0.2%，一级品不高于0.5%，合格品不高于1%，在质量标准上与国外先进水平差距较大。

③ PM。PM是指细颗粒物，又称细粒，细颗粒。PM分两种：一种是干碳烟，在高温下形成；另一种是湿碳烟，是碳粒和未燃烃类以及柴油解离产物的混合体。PM微粒的粒径越小，对人类呼吸系统的危害越大，危害最严重的属PM_2.5，其危害主要表现为：

对呼吸系统健康的影响。PM_2.5进入肺部对局部组织有堵塞作用，可使局部支气管的通气功能下降，细支气管和肺泡的换气功能丧失。吸附着有害气体的PM_2.5可以刺激或腐蚀肺泡壁，长期作用可使呼吸道防御机能受到损害，发生支气管炎、肺气肿和支气管哮喘等。PM_2.5还可直接或间接地激活肺巨噬细胞和上皮细胞内的氧化应激系统，刺激炎性因子的分泌以及中性粒细胞和淋巴细胞的浸润，引起动物肺组织发生脂质过氧化等。大量的流行病学研究发现，无论是短期还是长期暴露于高浓度颗粒物环境中，均可提高人群中呼吸系统疾病的发病率和死亡率。

对心血管系统健康的影响。PM_2.5在进入人体后，通过诱导系统性炎症反应和氧化应激，导致血管收缩，血管内皮细胞功能出现紊乱，大量活性氧自由基释放入血液，进而促进凝血功能，导致血栓形成、血压升高和动脉粥样硬化斑块形成；另外，PM_2.5还可通过肺部的自主神经反射弧，刺激交感神经和副交感神经中枢，在影响血液系统和血管系统的同时，还可影响心脏的自主神经系统，导致心率变异性降低、心率升高和心律失常。大量的流行病学研究显示，短期暴露于高浓度PM_2.5环境（甚至是暴露数小时）后就可显著增加人群每日心血管疾病事件（如冠心病、心肌梗死、心衰、心律失常、中风等）的就诊率和死亡率。

致癌效应。PM_2.5中的多个成分具有致癌性或促癌性，如多环芳烃，镉、铬、镍等重金属。实验研究发现PM_2.5的有机提取物和无机提取物也都具有致突变和遗传毒性。

对身体其他系统的影响。PM_2.5在进入母体后，可通过引起系统性的氧化应激、炎症反应、血液流变学和动力学的改变，对胎儿产生危害，产生一系列的不良生殖问题。

4）柴油使用过程中的环境问题

柴油使用过程中环境问题的形成原因及危害如表3-10所示。

3.5.4.2 石油化工利用过程中的环境问题

石油的化工利用是以石油为原料生产各种化学品和化学原料，包括传统的石油化工和高分子化工两类生产过程。

石油化工利用过程中会产生大量的有害物质，正是这些有害物质的产生与排放导致了严重的环境问题，给人类的生产生活环境带来了很大的威胁。石油化工利用过程中环境问题的形成原因及危害如表3-11所示。

（1）大气污染

石油化工利用过程中造成大气污染的主要原因是生产过程中产生的各类废气。

石油化工产业的废气污染有着不同的形式，根据生产行业主要分为石油化工废气、石油化肥废气、合成纤维废气等。这些废气的成分较为复杂，其主要包含粒子类物质、含硫化合物、含氮化合物、一氧化碳和有机化合物等。这些物质具有强烈的腐蚀性、毒害性，是危害大气环境的主要污染源。

1）粒子类物质

石油化工利用过程排放废气中的粒子类物质主要来自生产中排放的烟气、烟尘和粉尘等。根据粒子类物质直径的大小，可划分为粗粒粉尘、细粒粉尘、烟和雾等。粒子类物质的危害主要表现为：

① 危害人类的健康。飘逸在大气中的粉尘往往含有许多有毒成分，如铬、锰、镉、铅、汞、砷等。当人体吸入粉尘后，小于5μm的微粒极易深入肺部，引起中毒性肺炎或硅肺，有时还会引起肺癌。沉积在肺部的污染物一旦被溶解，就会直接侵入血液，引起血液中毒，未被溶解的污染物也可能被细胞所吸收，导致细胞结构的破坏。

② 污染建筑物。飘逸的粉尘在重力作用下落在建筑物表面，或者在建筑物外墙的吸附作用下被吸附，会污染建筑物，影响建筑物的使用寿命，甚至使有价值的古代建筑遭受腐蚀。

③ 影响植物生长。降落在植物叶面的粉尘会阻碍光合作用，抑制其生长。

④ 存在爆炸隐患。由于粉尘的粒径小，表面积大，其表面能也增大。粉尘与空气混合，能形成可燃的混合气体，若遇明火或高温物体，极易着火，顷刻间完成燃烧过程，释放大量热能，使燃烧气体骤然升高，体积猛烈膨胀，形成很高的膨胀压力。

2）含硫化合物

含硫化合物主要有两种，即SO₂、H₂S。

石油化工废气中的SO₂主要是通过矿物燃料的燃烧产生的；H₂S主要是在石油冶炼、硫化染料等生产过程中形成的。如果这两种物质处理不当排放到空气中，不仅会对大气环境造成严重污染，而且一旦浓度超标便会对人体生命健康造成威胁。另外，SO₂、H₂S也是酸雨的主要成分，会对环境造成严重的破坏。

3）有机化合物

有机化合物中含量最多的成分就是烃类化合物，如烷烃、烯烃、芳香烃等。另外，部分有机化合物中还含有少量的硫或氮。这些有机化合物常常带有强烈的刺鼻性气味，含有较多的致癌物，具有较强的毒害性，可对人体器官造成不利影响。

4）含氮化合物

含氮化合物主要有两种，即NO和NO₂，通常是由石油原料的燃烧生成的。另外，硝酸、炸药、氮肥制备期间也会产生含氮化合物。

含氮化合物对人体、动植物的生长及自然环境有很大的危害，主要表现在以下方面。

① 危害人体健康。NO具有一定毒性，很容易和血液中的血色素结合，使血液缺氧，引起中枢神经麻痹症。大气中的NO可氧化为毒性更大的NO₂。NO₂对呼吸器官黏膜有强烈的刺激作用，引起肺气肿和肺癌；在阳光作用下NO_x与挥发性有机化合物反应能生成臭氧，臭氧是一种有害的刺激物。NO_x参与光化学烟雾的形成，其毒性更强。

② 危害森林和农作物生长。大气中NO_x对森林和农作物的损害是很大的，可引起森林和农作物枯黄，产量降低，品质变劣。NO_x还可以生成酸雨和酸雾，对农作物和森林的危害很大。

③ 产生温室效应。NO_x也是一种温室气体，大量排放会产生温室效应。

5）一氧化碳

含碳物质燃烧不彻底时会产生CO，石油化工生产中催化裂化反应排放的烟气中含有大量CO。

CO会阻碍人体血液吸收和输送氧气，影响人体造血机能，随时可能诱发心绞痛、冠心病等疾病。

6）卤素及其化合物

当石油化工生产过程所用原料中含有卤素时，其产生的废气就会含有卤素及其化合物，如氯碱厂将Cl₂、HCl作为生产原料，其排出的废气均含有卤素。这些含卤素废气和它的化合物在与水蒸气结合时，会生成腐蚀性有害气体卤化氢而严重污染大气环境，并对设备及建筑物等造成腐蚀。

（2）水体污染

石油化工利用过程中导致水体污染的原因是生产过程中产生的各类废水。

石油化工企业在生产过程中会产生含油、盐以及酚等有害物质的废水，不仅成分复杂，而且排放量大，处理起来非常困难。因此，石油化工产业的废水污染不仅浪费了大量的水资源，而且直接排放还会对环境造成严重的污染，给地表水体带来一定程度的破坏。

地表水作为农业生产的主要灌溉水源，一旦污染会直接造成农作物污染以及影响水体的自净作用，危害水生生物的生存。污染组分被水生生物吸收后，能在水生生物中富集、残留，并通过食物链把有毒物质带入家畜及人体中，最终危及人体健康。另外，被污染的地表水还会由于渗流作用而导致土壤污染和地下水污染。

（3）土壤污染

石油化工生产过程中产生的废弃物很多，诸如酸渣、盐泥、碱渣，以及污泥等。这些废弃物中还有很多的重金属，对土地的污染非常严重。废弃物随意抛弃在土壤中，会改变了土壤原有的理化性质和结构，使其结构和物理化学性状都难以恢复。与此同时，石油化工产品在运输过程中，也会有一些石油类的物质吸附在土壤颗粒上并深入到土壤中，污染物中含有的各类反应基团与氮、磷结合，限制了微生物的硝化作用和脱磷作用，从而导致土壤中有效氮、有效磷减少，土壤肥力降低，各类污染物附着在植物根系表面形成油膜，阻碍植物根系呼吸和对养分的吸收，从而导致植物根系腐烂，影响农作物的生长。

（4）噪声污染

石油化工产生的噪声主要有以下几种，即火炬噪声、电动机噪声、管道噪声，以及放空噪声等。随着石油化工生产规模不断扩大，大量的机械设备、大功率机组等应用到生产中，噪声的污染可想而知。噪声会引起员工的听觉疲劳，时间久后引起听力损失，最后导致耳聋，影响交流质量；长时间处于噪声环境，会引起头晕、头痛、耳鸣、心血管等疾病，进而影响健康；处于噪声环境中，会导致员工心理烦躁，造成疲劳，降低工作效率。