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    发表时间: 2016-09-27
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  • 以冀中平原某石油类污染场地为例,从污染源分布勘察、场地水文地质模型建立、土壤及地下水的现场调查人手,采用物探、坑探、钻探综合调查技术和定深取样等一些取样方法,对不同深度土壤及地下水的有机污染进行调查和样品分析。结果表明:整个场地的土壤和地下水受到不同程度的污染,30m深度内包气带和饱水带已被污染,50m深度的地下水中有有机污染物检出,石油类场地的污染特征主要表现为土壤及其地下水中含有高浓度单环芳烃和卤代烃。且单环芳烃在土壤与地下水中的浓度高于其它有机污染物。

     

    国外对场地的土壤与地下水污染调查已经作出了很多成功的范例。美国俄克拉荷马州廷克空军基地的储油罐污染土壤与地下水的调查是场地有机污染调查方面最典型的案例,它对石油烃在土层及地下水中的分布做了系统的调查,为治理提供了数据支持⋯ 。国内在土壤与地下水污染调查方面也取得了重要的成果,国家环保总局于2002年开启的《典型区域土壤环境质量状况探查研究》项目,采用样品采集送实验室的传统方法,对长三角和珠三角进行了土壤污染程度调查评估 。南京地质矿产研究所在应用物探技术探测土壤污染方面作了有益探索,圈定了地质雷达探测污染的适用范围。

     

    国外对石油类污染场地的调查贡献丰富,但目前还未看到有关取样前场地筛查方面的报道。国内偏重于区域性的土壤无机污染调查,有机污染调查方面还比较薄弱,物探应用于有机污染调查更是凤毛麟角。因此本文探索性地采取了污染源追踪、土壤气测试、分层调查、地球物理勘探等方法对场地的污染状况进行调查,查明了表层土壤污染状况,在纵深上找到土壤的最大污染深度,利用钻探取样对物探调查有机污染的方法进行了验证和修正。

     

    1 、污染场地概况

    本文调查的污染场地位于冀中平原中部,太行山东南冲洪积扇的扇缘平原区。属暖温带季风气候,年平均气温12~C,年均降水量550mm。场地所在的大区域地下水流场大致为由北向南方向,而场地内的小范围流场与区域流场相异,为东南一西北方向,估计为局部抽水造成的流场差异。该场地为某石化企业的生产车间所在地,面积约为0.127kin 。该企业建于20世纪70年代,以石油化工为主。

     

    2、 污染源识别

    地表污染源主要是以减油池和废油井的形式存在,利用污染源追踪的方法,发现减油池、废油井和处理池之间通过地沟或管道相互连接,形成一个网状的污染物流动系统。进一步调查发现原油污染区、催裂化污染区、常减压污染区和沥青污染区都是白成系统的污染物流动网络,最终进入各自区内的减油池。上述四个污染区的减油池由一个顶部覆盖水泥板的暗沟联结,最终汇人到污水处理厂的大减油池(图1)。

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    3 、场地水文地质模型

    该场地位于太行山南麓冲洪积平原的一个古河道及其摆动区内,岩性结构为粉土、砂层、粉质粘土互层分布,地下水平均埋深在17.5m,16— 18.5m为地下水的波动带。场地地下水利用的75m深度内,交互分布着15个不同的岩层,其中含水层段为6个,分布于砂层和粉砂粉土相间层中,其它层为透水性差的粘土层和粉土层。地下水位之上分布一个干砂层,厚约5~6m,是场地有机污染物的气相赋存区域。

     

    该区域饱水区为非均质含水层,各向异性明显(图2),根据水位降深曲线可以看出地下水总体呈WS—EN流向。最大水力传导方向(NE—SW向)的导水性是最小水力传导方向(NW—SE向)导水性的3倍左右。

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    地表污染源发生泄漏后,会在重力作用下下渗污染土壤及地下水。降水会加速这一过程 ,地表的有机污染物随降水加速下移,途经粉土层、粉质粘土层和砂层到达地下水位,有机污染物在随降水下移过程中,分别以不同的相态滞留在不同岩性的地层中。比如粉质粘土层中的吸附态、干砂层中的气态、地下水以及土壤水中的液溶态和游离态 ,无论在何类岩性地层中,有机污染物都是以一种动态平衡状态存在,即不同相态在不同岩性中存在着相对稳定的比例。

     

    4 有机污染调查与取样

    4.1 有机污染调查技术

    野外有机污染调查采用坑探、钻探与物探相结合的综合调查方法。物探调查确定地层异常区,圈定污染范围;坑探确定地表浅层有机污染;钻探确定地层纵深污染。

     

    此次物探调查采用高密度电法和地质雷达两种调查手段,对重点污染区进行验证调查。由高密度电法的凋查剖面图可以看出(图3),油池及油井地下受污染的土层(钻探已验证)电阻明显很高,地下不少区域出现和污染土层相似的高电阻率,而且电阻特征非常明显,推断为有机污染区域。由地质雷达剖面图可以看出在7.5m以上污染区域的雷达波反射特征明显,分辩率较好。但是由于地质雷达利用了高频电磁波,探测深度受地表电阻及脉冲频率制约,探测深度较浅。且场地内地下的输油管道纵横分布,地层电阻较大,这都影响了地质雷达的探测深度和精度。总之,对本场地来说,高密度电法调查比地质雷达较为适合,但地质雷达浅层的高分辨率是高密度电法所不具备的。因此两种调查方法互为补充、结合使用是物探技术调查有机污染的理想之路。

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    在物探调查的基础之上,采用钻探调查方法对较大深度的推测污染区进行调查,采用坑探的方法对31.12以上的浅层土壤污染状况进行调查,采取现场测试和实验室测试相结合的方法。现场测试属于半定量的有机污染调查,它测试的是土壤中逸出的挥发性气体总量,不是单一的挥发性有机气体 。而且测试结果只是土壤中能逸出的气体,由于受土壤的结构、湿度、基质势和组成的影响,有一部分气体会被土壤吸附不能成为游离态逸出,所以现场测试结果只能是小于实际值。但是现场测试可以迅速确定有机污染在土层中的扩展情况,可以半定量地确定土层的污染程度,从而有目的地指导送实验室样品的采集工作。根据现场的测试结果,在不同的污染区域,不同的污染地层采集代表性的土壤样品送实验室检验,进一步确定污染物的种类和浓度,达到定量确定场地污染状况的目的。对于地下水的污染状况,根据钻探揭露不同深度的含水层,分层取样送实验室检测,以确定地下水的污染状况。

    4.2 取样技术

    取样是有机污染调查中的关键,对于易挥发的有机污染物来说,取样技术直接关系到样品测试的精度。

     

    取样包括土样的采集和水样的采集。浅层的土样采集采用直接推进式半开管土样采集器采集,深层土样采用冲击钻和回转钻采集,上述两种方法都保证了原状土的完整性。根据测试项目的不同,将土壤样品按挥发性和半挥发性两种方式进行封存。挥发性土壤样品用瓶盖内带有聚四氟乙烯密封垫的40mL棕色玻璃瓶封存,并按液、土1:1的比例加入液相分析甲醇,以提高测试精度 。半挥发性的土壤样品用250mL的磨砂口棕色玻璃瓶封存,瓶盖用弹性封口材料再做密封处理。

     

    水样的采集包括水样保存和分层取样两个方面,水样保存同样按挥发性和半挥发性两种方式进行封存。挥发性的水样保存也是使用4OraL带聚四氟乙烯密封垫的棕色玻璃瓶,在水样采集时,要求瓶口出现凸液面,然后旋紧瓶盖密闭,保证瓶内不出现气泡。半挥发性的水样保存使用500mL的小口棕色玻璃瓶保存。

     

    分层取样指的是根据地下含水层、隔水层交互排列的特性,使用定深取样器采集不同含水段的地下水,逐一分析,以确定不同含水层的污染状况。土样和水样在送达实验室之前须在4℃ 以下冷藏,在采集后的3天内必须送达实验室。

    4.3 调查成果

    污染物因岩性特征的差异,表现出不同的分布规律(表1)。在整个污染深度范围内,粘性土的污染物浓度大于非粘性土;地下水波动带内污染物浓度较高;干砂层的污染物主要以气相存在且浓度较高。对于这种分布规律,解释如下:污染物在下渗过程中,会受岩性及其特征(含水量、有机质含量等)的影响进行浓度再分配。粘土质岩层有机质含量大于粉土质岩层(实验室测定场地内粉粘的TOC为粉土的3.6倍),根据极性相近相吸的理论 ,粘性土对有机污染物的吸附大于粉土,野外钻探过程中,颜色发黑,粘滞性大的腐殖质地层散发的刺鼻气味明显高于发黄的粉土层。另外,在地下水波动带内含水量大,有机污染物除了吸附态以外,还有一部分溶在水里,另外水位的波动加速有机污染物在这个区域的动力扩散,粘性土的阻断作用。

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    致使有机污染物在此产生一个暂时性“沉积”,因此在场地的18.4m深处,有机污染物浓度达到一个峰值。砂层空隙度大,有机污染物在砂层内(11m处)以饱和气相存在,吸附所占比率很低,现场用气体检测仪测试刚取出地表的砂,VOC浓度高达800mg/kg,散开10min后再测,VOC浓度在60mg/kg以下(图4)。

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    5 、场地土壤及地下水的污染特征分析

    5.1 场地污染特征分析

    石油类场地的污染主要是由原油、渣油、溶剂油以及汽油、柴油等引起的。污染物类型主要分为两大类:挥发性有机物和半挥发性有机物。挥发性有机物主要由烯烃、烷烃和苯系物组成。半挥发性有机物主要是多环芳烃。土壤和地下水中苯系物污染占主导地位。

     

    场地的土壤污染具有明显的区块特征,油罐、油池、排油沟附近土壤污染显著,有机污染物检出率高。地下水污染的区块性特征不明显,整个石油加工生产区的浅层地下水通过流动已经变为成片污染。整个场地的最大污染深度已经达到30m,30m以下的土壤有机污染物检出率很低。

    5.2 有机污染物在土壤中的扩散特征

    有机污染物在土壤中扩散呈两种方式,一是以污染源为中心的浅层土壤面状扩散,主要是污染源在人为影响下由于泼溅、溅洒等原因在浅地表产生的污染,这种污染扩散除了污染源本身外,其它溅洒出来的污染物只对浅层地表(1.5m内)产生污染,扩散特征是以污染源为中心,呈不规则污染面,污染强度由源到边递减,且递减梯度大;另一种是纵深的扩散,也就是污染源的污染物泄漏以后,在重力和雨水的作用下下渗污染土壤及地下水。

     

    土壤中迁移的主要动力为重力迁移和气相弥散,雨水下渗是带动污染物向下迁移的主要驱动因素。地表污染源(重油、柴油等)在重力作用下向下迁移过程中,有一个下移极限,即污染下移到一定深度后,地表污染源在无外部力量(污染源的量与浓度)补充的情况下不能再为污染下移提供重力与浓度,使污染停滞在这一深度。但在雨水的作用下,下渗的雨水会为污染提供一个下移载体,有机污染物会随雨水的下渗锋面继续下移,最终到达地下水面。地下水位的季节性波动使包气带内接近地下水的区域有机污染物浓度出现一个季节性变化的峰值带。这一点是有机污染场地特有的特征。

    5.3 场地内地下水的污染特征

    根据多级监测井取样分析结果,在场地大多数区域,卤代烃类、单环芳烃类、氯代苯类,随着地下水埋深的增加,浓度降低。随着地下水埋深的增加,地下水中的溶解氧浓度、氧化还原电位、pH值呈增高趋势,即浅部地下水的溶解氧浓度、氧化还原电位(ORP)、pH值低,污染程度高;深部地下水的溶解氧浓度、氧化还原电位(ORP)、pH值高,污染程度低(图5)。地下水的流场方向对污染的扩散具有十分重要的意义,每个较大污染源下面的地下水污染呈现出彗星形状的污染晕,根据调查与监测资料几个较大的污染晕已经相互交融,形成片状污染区。

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    6 、结论

    石油类有机污染场地的调查首先从场地识别入手,确定场地是否为有机类污染场地。而后进行场地踏勘,利用污染源追踪的办法,查清污染物的输运方式、产生地以及输运分布。污染范围与深度圈定,首先利用物探技术对场地典型污染源区进行探查,概略确定污染源周围的污染广度与深度,然后采用坑探与钻探的方法修正物探的探查成果,提高物探识别污染的可靠性。

     

    场地有机污染调查中,采用土壤气现场测试筛查技术,有目的地指导取样,避免了取样的盲目性,节约了取样成本和化验费用。地下水分层取样保证了不同含水层水质数据的可靠性和真实性。土壤样品保存采用加分析醇密闭保护,提高了数据分析精度。

     

    石油类污染场地的污染物以单环芳烃所占比率最高,其次为烷烃和烯烃。干砂层和地下水波动带的有机污染最为严重。重力和降水成为污染物下移的主要动力,不同岩性对污染物的运移和贮存有一定的控制作用。

    来源:周周向上

     




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