土壤氣體測試在污染范圍圈定中的應(yīng)用

摘要：鉆探、監(jiān)測井安裝及取樣分析是當(dāng)前環(huán)境調(diào)查過程中普遍采用的方法，但采用這些方法往往伴隨的是周期長，費(fèi)用高，特別是要反復(fù)取樣確定污染羽描繪時(shí)。土壤氣體篩查是一種快速定性的污染調(diào)查的方法，在調(diào)查過程中通過快速篩查地下土壤氣體中VOC的存在，來幫助確定土壤地下水取樣位置，從而減少調(diào)查費(fèi)用的支出，節(jié)約調(diào)查時(shí)間。

關(guān)鍵詞： 土壤氣體篩查， 污染羽描繪， 環(huán)境背景調(diào)查

中圖分類號(hào)：TE991.3 文獻(xiàn)表示碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2017）03-0136-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.03.070

Abstract： drilling， installation and sampling monitoring wells analysis is a commonly used method in the current environment in the process of investigation， but the use of these methods is often accompanied by a long cycle， high cost， especially to determine the pollution plume when describing repeated sampling. Soil gas screening is a rapid method for qualitative pollution investigation， in the investigation process through the rapid screening of the underground gas in the presence of VOC， to help determine the soil and groundwater sampling location， so as to reduce the cost of the investigation costs， save time of investigation.

Keywords： soil gas screening， pollution plume mapping， environmental background investigation

1 背景

近年來，隨著國家對土壤和地下水污染問題的重視，場地土壤和地下水調(diào)查案例越來越多。傳統(tǒng)的鉆探取土樣的方法來初步確立場地信息是費(fèi)用高而且耗時(shí)。

有一個(gè)代替這種高花費(fèi)的土壤地下水采集辦法的方法來確立場地特征。不是通過采集土壤地下水樣品，而是收集從土壤中揮發(fā)出的氣體并進(jìn)行分析。土壤氣調(diào)查方法是采集從潛在污染的包氣帶土壤或者相對淺層的污染地下水揮發(fā)出的氣體。土壤氣樣品一般采集在地下深度大約1～2米處，然后經(jīng)過光電離檢測器快速得到定性結(jié)果。此方法，可以在相對短的時(shí)間內(nèi)得到大量的數(shù)據(jù)。另外，如果配備，使用車載的分析儀器，分析測試的結(jié)果可以立即得到。這樣不需要數(shù)天或者數(shù)周時(shí)間，可以在一兩天內(nèi)完成一個(gè)大型場地的特征分析。

目前，國內(nèi)沒有土壤氣體調(diào)查的規(guī)范，場地應(yīng)用實(shí)踐文獻(xiàn)也不多，本文基于此種現(xiàn)狀，以筆者曾經(jīng)工作過的一污染場地調(diào)查為例，介紹土壤氣體調(diào)查工作的應(yīng)用研究及評述。

2 方法介紹

2.1 儀器裝備

土壤氣調(diào)查所需的儀器包括鉆桿組件、氣體快速檢測儀；鉆桿組件包括鉆頭、金屬濾網(wǎng)管、鉆桿和鉆桿接頭；鉆桿內(nèi)置有沿其軸向布置的氣體收集芯孔，鉆桿接頭內(nèi)設(shè)有通氣孔，金屬濾網(wǎng)管為可伸縮式濾網(wǎng)管；鉆桿的下端依次與金屬濾網(wǎng)管、鉆頭相連接，上端與鉆桿接頭的下端相連接；鉆桿接頭的上端連接于下壓動(dòng)力裝置；通氣孔的進(jìn)口與氣體收集芯孔的上端相連通，出口與三通閥的進(jìn)口相連接；氣體快速檢測儀與三通閥的一出口相連接，如需要采樣，樣品收集器與三通閥的另一出口相連接。土壤氣調(diào)查所需的儀器和設(shè)備可以通過貨車或者小卡車方便攜帶。

氣液或人工的方式將土壤氣探頭深入地下。探頭本身的材質(zhì)是一種硬金屬如鋼鐵。連接探頭底部的開槽部分或可移除段允許土壤氣傳送至便捷式場地調(diào)查儀器（光電離檢測器）。光離子化技術(shù)就是利用光電離檢測器（PHOTOIONIZATION DETECTOR，簡稱PID）來電離和測特定的易揮發(fā)有機(jī)化合物（VOLATILE ORGANIC COMPOUNDS，簡稱VOC）。光電離檢測器可探測那些氣體電離勢能在紫外光源輻射能量水平之下的氣體，其高能紫外輻射可使空氣中大多數(shù)有機(jī)物和部分無機(jī)物電離，但仍保持空氣中的基本成分如N2、O2、CO2、H20不被電離。光離子化一個(gè)最顯著的特點(diǎn)就是氣體被檢測后，離子重新復(fù)合成原來的氣體和蒸氣，也就是說它是不具破壞性的檢測器。可以通俗地講，PID就是一臺(tái)沒有色譜柱的便攜式色檢測極低濃度的揮發(fā)性有機(jī)化合物和其它有毒氣體。因而對VOC檢測具有極高靈敏度的PID就在應(yīng)急事故的理中有著無法比擬的優(yōu)越性。隨著科技的發(fā)展，它已經(jīng)成為環(huán)境保護(hù)、痕量檢測和實(shí)時(shí)檢測污染等方面的強(qiáng)有力工具。

2.2 應(yīng)用

土壤氣調(diào)查是一個(gè)相對簡單的方法，但是需要嚴(yán)格的操作和質(zhì)保/質(zhì)控來保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性。當(dāng)收集的土壤氣經(jīng)過分析得到關(guān)注污染物的濃度就可以生成一個(gè)等濃度線圖。這個(gè)等濃度線圖可以用于現(xiàn)場潛在熱點(diǎn)和遷移模式分析。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，一個(gè)高精確度的水平方向污染物特征可以估計(jì)出來。

現(xiàn)場使用鉆機(jī)然后實(shí)驗(yàn)室分析可以用來驗(yàn)證土壤氣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性?？梢栽趫龅氐臒狳c(diǎn)位置使用鉆機(jī)采集不同深度的土壤樣品來描繪污染物垂直方向的特征。因此，土壤氣調(diào)查不僅僅縮減了現(xiàn)場鉆探時(shí)間，還更好的充分利用了時(shí)間。相比使用現(xiàn)場鉆探采集樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析確定可能的水平方向污染物特征，使用土壤氣調(diào)查可以更快捷的確定水平和垂直方向上污染物的特征。

2.3 局限性

土壤氣調(diào)查具有快捷和經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢，但也有它的局限性。土壤氣調(diào)查只能檢測揮發(fā)性的物質(zhì)如汽油和溶劑。重油如柴油只能在很高的濃度下才能被檢測出來。

土壤氣調(diào)查最適用于包氣帶是干燥、多孔隙、含少量有機(jī)碳的場地。一個(gè)含大量細(xì)微?；蛘承圆牧系膱龅夭贿m宜土壤氣調(diào)查。在粘性土場地使用土壤氣調(diào)查就如同使用吸管從冰淇淋中吸空氣。包氣帶異常會(huì)干擾土壤氣的調(diào)查。上層滯水，粘土透鏡體或掩埋的地基都會(huì)遮蓋住下面潛在的污染物。污水管線，溝渠或其他被掩埋的線路也會(huì)作為土壤氣的導(dǎo)管。但是這樣的管道也會(huì)被土壤氣調(diào)查檢測

3 案例研究

3.1 背景調(diào)查

一個(gè)青島的化工公司擬關(guān)閉其位于黃島的黃酸鹽生產(chǎn)廠，其為了了解該地塊當(dāng)前的土壤和地下水狀況，進(jìn)行了場地環(huán)境和地下水調(diào)查。在首期調(diào)查時(shí)，總計(jì)選取了16個(gè)土孔進(jìn)行鉆探取樣工作，采集了24個(gè)土樣送到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)的分析。其中有三個(gè)樣品（MW-1/0.4-0.6m， MW-4/0.3-0.5m and HA-8/0.1-0.3m）中檢出了濃度較高的四氯化炭、異丁醇、異丙醇、黃原酸鉀，S8、酯類等其他與場地前期生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)相關(guān)的材料。

為了確定這些化學(xué)物質(zhì)在場地土壤中的分布范圍和影響程度，特別進(jìn)行了補(bǔ)充調(diào)查。如果采取傳統(tǒng)的鉆探、取樣、送到實(shí)驗(yàn)室分析的方法，則調(diào)查周期會(huì)拉長，費(fèi)用會(huì)大幅增加。考慮該場地基巖比較淺，受化學(xué)物質(zhì)影響的主要是淺層的土壤，故補(bǔ)充調(diào)查主要采用土壤氣調(diào)查作為手段。整個(gè)場地面積較小，基本被泥覆蓋，水泥平均厚約20公分。水泥下主要為雜填土以及殘積土，厚約0.2～1.2m。殘積土下主要為風(fēng)化巖層。

3.2 土壤氣調(diào)查工作布設(shè)

土壤氣體點(diǎn)位主要根據(jù)前期調(diào)查異常點(diǎn)的分布，以及圍繞幾個(gè)重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域，如原生產(chǎn)區(qū)域，原污水處理車間來布設(shè)，并在調(diào)查過程中根據(jù)實(shí)事調(diào)查結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。每個(gè)位置，SVS距潛在污染源或前期調(diào)查發(fā)現(xiàn)污染的鉆孔約5米，當(dāng)PID有讀數(shù)時(shí)，則向推移一定距離增加SVS測試，如果PID沒有讀數(shù)，則在該點(diǎn)的內(nèi)側(cè)增加調(diào)查點(diǎn)。根據(jù)SVS調(diào)查結(jié)果，現(xiàn)場確定取土樣的點(diǎn)位，以定量的確認(rèn)污染邊界范圍。本次調(diào)查共進(jìn)行SVS點(diǎn)位調(diào)查48個(gè)點(diǎn)，根據(jù)SVS調(diào)查結(jié)果，確定了16個(gè)鉆探取樣點(diǎn)。SVS點(diǎn)位布設(shè)見圖1。

本次SVS調(diào)查方法如下，首先，使用將鉆桿和下壓動(dòng)力源連接，上部連接手柄，將鉆桿下壓直至鉆頭到達(dá)目標(biāo)土層。此時(shí)鉆頭與鉆桿間的進(jìn)氣口受壓力收攏在管壁內(nèi)，進(jìn)氣口與外部土壤沒有直接接觸，呈關(guān)閉狀態(tài)。

然后，在頂部將鉆桿略微上提，進(jìn)氣口的縫隙暴露在土壤介質(zhì)，使土壤氣體與鉆桿內(nèi)壁相通；同時(shí)將通氣管連接至鉆桿接頭上的螺紋連接采氣口上，密切關(guān)注土壤氣體快速檢測儀（PID或其他類別皆可，根據(jù)關(guān)注污染物種類進(jìn)行選擇）上的讀數(shù)。一般每20公分，讀取一個(gè)數(shù)字。鉆至目標(biāo)層位后（根據(jù)讀數(shù)和下伏基巖情況），將鉆桿提出至地面，清潔鉆桿、進(jìn)氣口及鉆頭。

SVS測試結(jié)果成果見圖2，

從表和圖中可以看出：

在前生產(chǎn)區(qū)域的周邊的點(diǎn)位 SVS 2-1， 2-2， 3-1， 3-4， 4-1， 4-4， 5-1， 6-3， 7-1， 7-2， 7-3， 7-4發(fā)現(xiàn)了很高的PID讀數(shù)；

在前污染水處理廠周邊的SVS-6-9發(fā)現(xiàn)了很高的PID讀數(shù)；

在前地上儲(chǔ)油罐區(qū)域的點(diǎn)位SVS1-1， 1-6中發(fā)現(xiàn)了很高的PID讀數(shù)。

根據(jù)SVS調(diào)查結(jié)果，場地污染范圍基本上圈定出來，并選定16個(gè)點(diǎn)進(jìn)行采土樣分析確認(rèn)。

3.3 土壤分析結(jié)果

根據(jù)SVS調(diào)查，采取了16個(gè)土壤樣，從而定量的圈定了污染物四氯化炭、異丁醇、異丙醇、黃原酸鉀，S8、酯類等的分布范圍。根據(jù)取樣分析結(jié)果，四氯化炭的污染范圍圈定如圖3。

經(jīng)過SVS調(diào)查及輔助的取樣分析，污染范圍和方量得到了精確的估算，為制定修復(fù)方案和進(jìn)行修復(fù)費(fèi)用估算節(jié)省了大量的材力，并節(jié)約了時(shí)間。

4 總結(jié)

隨著環(huán)境調(diào)查和修復(fù)成本的日益增加，土壤氣調(diào)查是一個(gè)精確而經(jīng)濟(jì)的選擇相比于鉆大量的鉆孔。在合適的條件下，土壤氣調(diào)查不應(yīng)該被忽視其在場地調(diào)查的應(yīng)用。土壤氣調(diào)查也不應(yīng)該被當(dāng)做一種確定真實(shí)地下水質(zhì)量或土壤污染物含量情況的替代方法。但是，結(jié)合場地歷史記錄和必要的鉆探，使用土壤氣調(diào)查方法可以節(jié)省大量的成本。

參考文獻(xiàn)

[1]王廣才， 張成龍， 張宗文， 劉媛媛， 傅倩倩， 淺層土壤氣體測量在場地污染調(diào)查中的應(yīng)用 [A] .第六屆海峽兩岸土壤和地下水污染與整治研討會(huì)[Z].2012.

[2]劉雪松， 蔡五田， 李金英.便攜式多氣體檢測儀在石油類土壤污染場地快速篩查中的應(yīng)用[J].環(huán)境與工程，2008，（s1）：295-297+301.

[3]郭鵬， 于明潔， 朱煜明. 棕地再開發(fā)項(xiàng)目綜合評價(jià)研究[J]. 中國軟科學(xué)增刊， 2009，（9）：164-169.

[4]朱煜明， 蘇海棠， 郭鵬. 中外棕地治理與再開發(fā)政策_(dá)法規(guī)的比較研究[J]. 環(huán)境保護(hù)科學(xué)報(bào)， 2009， （3）：40-43.

[5]張?jiān)鼋埽凭? 房地產(chǎn)開發(fā)項(xiàng)目用地遺留土壤污染評價(jià)探討[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2007. 6.

[6]H+GCL ALBUQUERQUE OFFICE 505 Marquette Avenue， NW Suite1100 Albuquerque， New Mexico “Irtland Air Force Base Battery Shop Soil- Vapor Survey”， May 22， 1992.

[7]The Minnesota Pollution Control Agency “Vapor Intrusion Assessments Performed During Site Investigations” October 2010.

[8]William R Chapman” Soil Vapor Survey： A Gasoline Plume Beneath A Residence And The Implications For Additional Corrective Action Or Case Closure” 22nd National Tanks Conference and Expo Boston -September 20， 2010.

[9]Camp， Stephen E. “Managing Environmental Risks in Real Estate Transactions v1”， Water Resources AssociateIsnc.2702 North 44th Street Suite 101-B Phoenix AZ 85008， January 2017.

[10] Vincent G Norton Jr “Understanding Risk Sharing Mechanisms for Brownfields Redevelopment” Massachusetts Institute of Technology September 1997.

收稿日期：2017-05-03

作者簡介：孫海波（1979-）， 男，本科，工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境地質(zhì)。