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        土壤氣監測技術-環境監測來源:武漢中地大環境地質研究院    發布日期:2021-07-13    瀏覽量:

        土壤氣:場地包氣帶土壤孔隙中的氣體。


        1、采樣位置與數量

        土壤氣采樣點的布置應該和土壤與地下水采樣點布設方案同時考慮,可在土壤與地下水采樣過程中完成土壤氣監測井的建井。

        土壤氣采樣點應重點布設于土壤及地下水揮發性有機物潛在污染區域。

        評估揮發性有機物污染對場地內正在使用或未來計劃重復使用的建筑內受體的健康風險,應在建筑物室內地板下布設土壤氣采樣點。其中應至少有1個點布置于室內空間的中央位置,其余采樣點可布置在墻體附近,但與墻體的距離應不大于1.5 m。無法進入的建筑物,可在墻體四周布設土壤氣采樣點,采樣點與墻體應盡量靠近,但距離應不小于1.0 m。

        土壤氣采樣點的布設數量應足以表征場地的污染現狀,其中,土壤氣確認采樣階段每個污染地塊應布設不少于3個土壤氣采樣點。詳細采樣階段可采用網格布點,最少采樣點數量可按照HJ25.2中詳細采樣階段土壤采樣點數量的最低要求執行,并應在重污染區適當加密采樣。

        評估揮發性有機物污染對場地內正在使用或未來計劃重復使用的建筑內受體的健康風險,建筑物室內地板下土壤氣采樣點數量應至少滿足以下要求:

        a) 建筑物室內面積小于100 m2,地板下土壤氣采樣點的數量應不少于2個,其中1個采樣點布設于室內空間的中央,另1個采樣點布設于鄰近重污染區一側的墻體附近,與墻體的距離不應大于1.5 m;

        b) 建筑物室內面積大于100 m2而小于1000 m2,應確保每100 m2范圍內的地板下土壤氣采樣點的數量不少于1個,并且至少有1個采樣點布設于室內空間的中央,至少有1個采樣點布設于鄰近重污染區一側的墻體附近,且與墻體距離不大于1.5 m;

        c) 建筑物室內面積大于1000 m2,應確保每200 m2范圍內的地板下土壤氣采樣點的數量不少于1個,并且至少有1個樣布設于室內空間的中央,至少有一個點布設于鄰近重污染區一側的墻體附近,且與墻體距離不大于1.5 m;

        d) 建筑內部分隔成相對獨立且相互隔絕的單間,室內地板下土壤氣最少采樣點數量的確定應按各獨立單間的面積確定;

        e) 無法進入室內采集地板下土壤氣,可沿建筑物四周外墻布設土壤氣采樣點。每堵墻附近土壤氣采樣點的數量不少于1個。墻體長度大于15 m,土壤氣采樣點間距不應大于15 m。建筑物僅有部分處在潛在污染區,可僅在臨近污染區的墻體外側布設土壤氣采樣點。

        2、采樣深度

        可利用土壤采樣過程形成的鉆孔進行土壤氣采樣,土壤氣探頭的埋設深度應結合污染物埋深及土壤巖性確定,且應將土壤氣探頭埋設在現場揮發性有機物便攜檢測設備讀數及土壤和地下水樣品檢測結果較高的位置。

        需根據土壤氣中揮發性有機物濃度預測該區域室外呼吸途徑或未來建筑物室內呼吸途徑的健康風險,整個縱剖面應至少布設2個土壤氣采樣點,其中1個采樣點的深度應布設在地面以下1.5 m處,另1個采樣點的布設深度應考慮場地污染源特征,具體要求如下:

        a) 區域內污染源僅為非飽和帶土壤,該采樣點可布置在污染源土層的正上方;

        b) 區域內污染源僅為地下水,緊鄰污染源的采樣點應布設在地下水最高水位以上,且高于毛細帶不應小于1 m;

        c) 以上兩種污染源特征情形下,如果污染源埋深大于4.5 m,應在縱剖面上至少增加1個土壤氣采樣點,確保相鄰采樣點間距不大于3 m;

        d) 整個縱剖面的土壤及地下水均污染,該采樣點應布設在污染最重的區域。污染土層大于4.5 m, 應在縱剖面上至少增加1個采樣點,確保相鄰兩個土壤氣采樣點的間距不應大于3 m;

        e) 相鄰兩個土壤氣監測點濃度相差2~3個數量級,應在這兩個監測點距離的中間位置增設一個土壤氣監測點;

        f) 已知未來建筑物底板的確切埋深,應在該深度以下0.3 m范圍內增加一個采樣點。

        采集潛在污染范圍內建筑物室內底板以下土壤氣并以此計算現有建筑室內呼吸途徑的健康風險,土壤氣采樣深度應緊貼底板的下表面,距離底板下表面的應不大于0.5 m。室內地板為自然土壤,土壤氣采樣點的深度應不小于1.0 m。

        未能進入建筑室內而只能通過建筑外墻周圍土壤氣的結果預測室內呼吸暴露途徑的健康風險,土壤氣的采樣深度應與待評估建筑室內底板下表面埋深一致,埋深小于1.5 m,采樣深度應調整至1.5 m。

        土壤氣檢測數據用于評估當前用地現狀情形下揮發性有機物室外呼吸暴露途徑的健康風險,土壤氣采樣深度應設置在地表以下1.0 m~1.5 m處。

        3、建井

        3.1、室外監測井

        井結構設計

        土壤氣監測井結構應至少滿足以下技術要求:

        a) 典型土壤氣監測井結構可參見附錄F,可根據具體場地的水文地質條件進行調整;

        b) 土壤氣探頭可用割縫管或開孔管制作,探頭長度不應大于20 cm,直徑可根據鉆孔直徑確定,建議不大于5 cm,應由惰性材質組成;

        c) 探頭周圍應埋設一定厚度的石英砂濾料,濾料的直徑應根據探頭割縫寬度或開孔直徑確定,濾料裝填高度應高出探頭上沿不小于10 cm;

        d) 濾料之上應填厚度不小于30 cm的干膨潤土,干膨潤土之上填膨潤土泥漿;

        e) 一個土壤鉆孔中僅埋設一個土壤氣探頭,膨潤土泥漿應填至距離地面50 cm處,待其干固后繼續填水泥砂漿至高出地面不小于10 cm,高出地面部分應做成錐形坡向四周,錐形地面直徑不小于60 cm。同時,應在水泥砂漿中埋設一節PVC套管,套管露出地面不小于30 cm,導氣管地上部分應置于套管內部,頂部用管堵蓋住,采樣時將管堵擰開后將采樣泵與導氣管連接并開始采樣;

        f) 導氣管接口處應連接閥門,非采樣時間應將閥門關閉。土壤氣導氣管應由惰性材料制成,不應采用低密度聚氯乙烯管、硅膠管、聚乙烯管作為導氣管,管內徑建議不大于4 mm;

        g) 在同一個鉆孔不同深度埋設多個土壤氣探頭,在埋設相對較淺的探頭時,應在膨潤土泥漿頂部先填一層厚度不小于10 cm的干膨潤土,之后再埋設探頭,裝填石英砂濾料,不同導氣管連接的土壤氣探頭應用不易消退的記號筆做好相應深度標記;

        h) 土壤氣探頭、導氣管、閥門的連接以及導氣管采樣口與采樣泵的連接均應采用無油快速密閉接頭,不應采用含膠的粘合劑連接。

        3.2、鉆探建井

        土壤氣監測井鉆探建井應至少滿足以下技術要求:

        a) 按6.2節的技術要求,選擇適合的鉆探設備及方法;

        b) 鉆探過程中不應加入水或泥漿,如需采集土樣,所選鉆探技術還需滿足揮發性有機物土壤采樣對鉆探技術的要求;

        c) 埋設土壤氣探頭及各種填料的過程中,應及時測量深度,確保探頭和相關填料埋設深度及厚度符合設計要求;

        d) 所有監測井的建井結構均應整理成冊并作為調查報告的技術附件。

        3.3、成井

        土壤氣監測井成井過程需至少滿足以下技術要求:

        a) 采用空氣旋轉沖擊鉆探或超聲旋轉沖擊鉆探等對土壤擾動相對較大的方式鉆孔,監測井成井后應進行成井洗井,排除鉆探過程中引入的空氣,使各探頭周圍土壤氣恢復自然平衡狀態;

        b) 采用其它鉆探方式建設的土壤氣監測井,成井后可不抽氣洗井,但成井至正式采樣前,需有足夠的平衡時間,使探頭周圍的土壤氣恢復自然平衡狀態。其中,采用直插式鉆探方式建設的監測井,穩定時間應不少于2h,手動及鋼索沖擊鉆探方式建設的監測井平衡時間應不低于48h;

        c) 成井洗井過程中,應在抽氣泵的排氣口連接便攜式氣體檢測儀(如便攜式揮發性氣體檢測儀、O2/CO2/CH4便攜式分析儀等),待連續三天的讀數穩定后成井洗井結束。

        4、室內監測井

        室內土壤氣監測井需至少滿足以下技術要求:

        a) 室內地板下土壤氣監測井建設建議采用成套設備及配套材料,根據所選廠家設備的建井技術要求進行土壤氣監測井的建設;

        b) 室內是自然土壤地面,土壤氣監測井的建井技術要求可參見室外土壤氣的建井技術要求,但土壤氣探頭的埋深一般在1 m~1.5 m;

        c) 室內土壤氣監測井建井完成后,應讓其平衡穩定,平衡時間應不低于48 h。

        5、監測井氣密性測試

        土壤氣監測井建設完宜進行氣密性測試。

        測試步驟

        土壤氣監測井氣密性測試可按如下步驟開展:

        a) 按圖2連接好測試系統后,開啟示蹤氣源調節閥,使示蹤氣體進入密閉罩。開啟氣壓調節閥確保密閉罩與大氣聯通,每隔一段時間在氣壓調節閥處采集密閉罩內氣樣,分析惰性示蹤氣的濃度。選用氦氣作為示蹤氣,密閉罩內氦氣體積百分數應不低于50%。采用其它示蹤氣,其濃度應高于對應氣體現場便攜式檢測儀檢出限至少2個數量級;

        b) 待密閉罩內示蹤氣體濃度達到要求值后,開啟真空泵進行采樣并分析采集土壤氣樣品中示蹤氣體濃度,如低于10%,認為該土壤氣監測井氣密性符合技術要求,否則該井廢棄,并在該井直徑1.5m范圍外新建符合氣密性技術要求的土壤氣監測井;

        c) 所有淺層土壤氣監測井(即土壤氣探頭埋深不大于1.5m)均應進行氣密性測試,深層監測井可選擇部分進行測試,測試比例不應低于10%。土壤氣監測井的氣密性符合技術要求,其后每次采樣前不需重新進行氣密性測試。氣密性測試過程中相關參數應記錄成冊并作為調查報告的技術附件。
        圖2 土壤氣監測井氣密性測試示意圖

        6、樣品采集

        a)采樣系統氣密性測試

        土壤氣采樣前應對采樣系統氣密性測試,如圖1所示連接好采樣系統,其中負壓表和流量計通過T型接頭與采樣管路相連,所有連接件均采用無油連接件,不應用膠或其他粘合劑連接。

        系統連接好后,關閉導氣管末端閥門1,開啟真空泵進行抽氣,直至負壓表顯示35KPa的讀數或負壓表讀數穩定后,關閉閥門2并關閉抽氣泵,持續觀察負壓表讀數5min并每隔1min記錄讀數。如果負壓表讀數變化小于1.5KPa,表明采樣系統氣密性符合技術要求,否則應對連接處進行逐個排查,直至系統氣密性符合以上技術要求。

        在每次采樣前,均應進行采樣系統氣密性測試,氣密性測試過程中相關參數應記錄成冊并作為調查報告的技術附件。

        b)采樣前洗井
        正式采樣前,需對土壤氣監測井進行洗井。
        按圖2連接好系統后,開啟閥門及真空泵開始抽氣。根據流量計的讀數調整洗井速率不高于200ml/min,觀察負壓表讀數,確保系統負壓不大于2.5KPa。

        1.成井洗井過程中,應在抽氣泵的排氣口連接便攜式氣體檢測儀(如便攜式揮發性氣體檢測儀、O2/CO2/CH4便攜式分析儀等),并每隔2min記錄讀數。

        2.洗井體積一般為3-5倍探頭和導管的體積。

        3.洗井體積未達到3-5倍探頭和導管的體積而便攜式氣體分析儀讀數穩定,可結束洗井并記錄該采樣點的洗井體積。

        4.洗井體積達到3-5倍探頭和導管的體積而便攜式氣體分析儀讀數依然變化較大,也可結束洗井并記錄洗井體積。

        5.采樣點周圍土層巖性以粉砂、砂、卵石等高滲透性土壤為主,洗井流速可適當增大至500ml/min或1L/min,但應控制系統負壓不高于2.5KPa。

        6.采樣點周圍土層巖性以粉土、粉質粘土、粘土等低滲透性土壤為主,洗井流速應降低至100   ml/min。系統負壓超過2.5KPa,記錄洗井體積并立即停止洗井并關閉系統閥門,待系統壓力恢復后再繼續洗井,如此循環直至洗井結束。如采用這種方式依然無法完成洗井,則應廢棄該采樣井并在其周圍1.5 m范圍外重新建井,并適當增加鉆孔直徑以及土壤氣探頭周圍石英砂濾料的高度。

        c)現場采樣

        洗井結束后應立即開始采樣,采樣流速應不高于200ml/min,系統采樣負壓應不大于2.5KPa,樣品采集量應根據要求的檢出限及分析方法確定,但不應大于1L。采用Tedlar氣袋對樣品進行保存,需借助負壓采樣箱。Tedlar氣袋應連接在負壓采樣箱內,通過采樣泵將采樣箱抽成真空進行采樣,避免直接將Tedlar氣袋連接至負壓采樣泵的排氣口進行采樣。

        采用蘇瑪罐對樣品進行保存,應在采樣前對蘇瑪罐的真空度和采樣流速進行調節,確保利用蘇瑪罐負壓進行采樣時流速不高于200ml/min,系統負壓不大于2.5KPa。采用吸附管對樣品進行保存,也應借助負壓真空泵進行采樣,吸附管應連接在采樣泵的上游。為防止采樣過程中吸附管內填料穿透,應連續串聯兩根吸附管。采樣流速應滿足所選吸附管對采樣流速的技術要求,同時也不應高于200ml/min,采樣系統負壓不應大于2.5KPa,采樣管內裝填的吸附材料對目標揮發性有機物應有較好的吸附效果。

        除采用注射器進行采樣外,其余采樣方式均應在采樣系統中連接負壓表及流量計,以監測采樣過程中的采樣流量及系統負壓。

        采樣點附近土壤滲透性較好時,可適當增加采樣速率,但不宜超過1 L/min,系統負壓不應高于2.5KPa。

        采樣點附近土壤滲透性較差時,可降低采樣速率至100ml/min,系統負壓不能高于2.5KPa。如高于該值,應立即停止采樣并關閉采樣閥,待系統壓力恢復后繼續采樣,如此重復直至采集的樣品體積滿足分析要求。

        室外土壤氣采樣前24h內降雨強度不大于12mm,采樣過程中,如發現采樣管路中有明顯的水蒸汽冷凝,應停止采樣。

        采樣系統所有的連接管應由惰性材質構成,閥門、接頭、三通等連接件應由金屬或硬聚氯乙烯材質構成且應具備良好的氣密性,不應用膠等粘合劑密封連接。

        采樣過程中,應記錄每個采樣點的空氣溫度、濕度、大氣壓、風速等氣象參數以及采樣體積和采樣深度,同時記錄每個采樣點氣體便攜設備的讀數。

        d)土壤氣樣品采集的質控要求。

        土壤氣現場采樣的質量控制除應嚴格遵照本導則對氣密性檢測、洗井及采樣的技術要求外,還應在同一個土壤氣監測點采集平行樣,數量不應低于樣品總量的10%。每次采樣過程中還應分別設置不少于1個現場空白樣、設備空白以及運輸空白樣。每次采集土壤氣還應同時采集不少于1個大氣樣。如采樣區域相隔較遠,應在每個相對集中的區域分別采集大氣不少于1個大氣樣品?,F場利用柴油發電機給相關采樣設備供電,現場大氣樣品的采集應遠離柴油發電機并處于其上風向位置。

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