土壤氣體測試在污染范圍圈定中的應用

摘要：鉆探、監測井安裝及取樣分析是當前環境調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，費用高，特別是要反復取樣確定污染羽描繪時。土壤氣體篩查是一種快速定性的污染調查的方法，在調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，從而減少調查費用的支出，節約調查時間。

關鍵詞： 土壤氣體篩查， 污染羽描繪， 環境背景調查

中圖分類號：TE991.3 文獻表示碼：A 文章編號：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查案例越來越多。傳統的鉆探取土樣的方法來初步確立場地信息是費用高而且耗時。

有一個代替這種高花費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出的氣體并進行分析。土壤氣調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，然后經過光電離檢測器快速得到定性結果。此方法，可以在相對短的時間內得到大量的數據。另外，如果配備，使用車載的分析儀器，分析測試的結果可以立即得到。這樣不需要數天或者數周時間，可以在一兩天內完成一個大型場地的特征分析。

目前，國內沒有土壤氣體調查的規范，場地應用實踐文獻也不多，本文基于此種現狀，以筆者曾經工作過的一污染場地調查為例，介紹土壤氣體調查工作的應用研究及評述。

2 方法介紹

2.1 儀器裝備

土壤氣調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、金屬濾網管、鉆桿和鉆桿接頭；鉆桿內置有沿其軸向布置的氣體收集芯孔，鉆桿接頭內設有通氣孔，金屬濾網管為可伸縮式濾網管；鉆桿的下端依次與金屬濾網管、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力裝置；通氣孔的進口與氣體收集芯孔的上端相連通，出口與三通閥的進口相連接；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。土壤氣調查所需的儀器和設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查儀器（光電離檢測器）。光離子化技術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有機化合物（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有機物和部分無機物電離，但仍保持空氣中的基本成分如N2、O2、CO2、H20不被電離。光離子化一個最顯著的特點就是氣體被檢測后，離子重新復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就是一臺沒有色譜柱的便攜式色檢測極低濃度的揮發性有機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就在應急事故的理中有著無法比擬的優越性。隨著科技的發展，它已經成為環境保護、痕量檢測和實時檢測污染等方面的強有力工具。

2.2 應用

土壤氣調查是一個相對簡單的方法，但是需要嚴格的操作和質保/質控來保證數據的準確性和有效性。當收集的土壤氣經過分析得到關注污染物的濃度就可以生成一個等濃度線圖。這個等濃度線圖可以用于現場潛在熱點和遷移模式分析。根據這些數據，一個高精確度的水平方向污染物特征可以估計出來。

現場使用鉆機然后實驗室分析可以用來驗證土壤氣數據的準確性。可以在場地的熱點位置使用鉆機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，土壤氣調查不僅僅縮減了現場鉆探時間，還更好的充分利用了時間。相比使用現場鉆探采集樣品進行實驗室分析確定可能的水平方向污染物特征，使用土壤氣調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

土壤氣調查具有快捷和經濟的優勢，但也有它的局限性。土壤氣調查只能檢測揮發性的物質如汽油和溶劑。重油如柴油只能在很高的濃度下才能被檢測出來。

土壤氣調查最適用于包氣帶是干燥、多孔隙、含少量有機碳的場地。一個含大量細微粒或粘性材料的場地不適宜土壤氣調查。在粘性土場地使用土壤氣調查就如同使用吸管從冰淇淋中吸空氣。包氣帶異常會干擾土壤氣的調查。上層滯水，粘土透鏡體或掩埋的地基都會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作為土壤氣的導管。但是這樣的管道也會被土壤氣調查檢測

3 案例研究

3.1 背景調查

一個青島的化工公司擬關閉其位于黃島的黃酸鹽生產廠，其為了了解該地塊當前的土壤和地下水狀況，進行了場地環境和地下水調查。在首期調查時，總計選取了16個土孔進行鉆探取樣工作，采集了24個土樣送到實驗室進行相關的分析。其中有三個樣品（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經營活動相關的材料。

為了確定這些化學物質在場地土壤中的分布范圍和影響程度，特別進行了補充調查。如果采取傳統的鉆探、取樣、送到實驗室分析的方法，則調查周期會拉長，費用會大幅增加。考慮該場地基巖比較淺，受化學物質影響的主要是淺層的土壤，故補充調查主要采用土壤氣調查作為手段。整個場地面積較小，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。殘積土下主要為風化巖層。

3.2 土壤氣調查工作布設

土壤氣體點位主要根據前期調查異常點的分布，以及圍繞幾個重點關注區域，如原生產區域，原污水處理車間來布設，并在調查過程中根據實事調查結果進行調整。每個位置，SVS距潛在污染源或前期調查發現污染的鉆孔約5米，當PID有讀數時，則向推移一定距離增加SVS測試，如果PID沒有讀數，則在該點的內側增加調查點。根據SVS調查結果，現場確定取土樣的點位，以定量的確認污染邊界范圍。本次調查共進行SVS點位調查48個點，根據SVS調查結果，確定了16個鉆探取樣點。SVS點位布設見圖1。

本次SVS調查方法如下，首先，使用將鉆桿和下壓動力源連接，上部連接手柄，將鉆桿下壓直至鉆頭到達目標土層。此時鉆頭與鉆桿間的進氣口受壓力收攏在管壁內，進氣口與外部土壤沒有直接接觸，呈關閉狀態。

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

SVS測試結果成果見圖2，

從表和圖中可以看出：

在前生產區域的周邊的點位 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發現了很高的PID讀數；

在前污染水處理廠周邊的SVS-6-9發現了很高的PID讀數；

在前地上儲油罐區域的點位SVS1-1， 1-6中發現了很高的PID讀數。

根據SVS調查結果，場地污染范圍基本上圈定出來，并選定16個點進行采土樣分析確認。

3.3 土壤分析結果

根據SVS調查，采取了16個土壤樣，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。根據取樣分析結果，四氯化炭的污染范圍圈定如圖3。

經過SVS調查及輔助的取樣分析，污染范圍和方量得到了精確的估算，為制定修復方案和進行修復費用估算節省了大量的材力，并節約了時間。

4 總結

隨著環境調查和修復成本的日益增加，土壤氣調查是一個精確而經濟的選擇相比于鉆大量的鉆孔。在合適的條件下，土壤氣調查不應該被忽視其在場地調查的應用。土壤氣調查也不應該被當做一種確定真實地下水質量或土壤污染物含量情況的替代方法。但是，結合場地歷史記錄和必要的鉆探，使用土壤氣調查方法可以節省大量的成本。

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收稿日期：2017-05-03

作者簡介：孫海波（1979-）， 男，本科，工程師，研究方向為環境地質。