土壤气及土壤气中挥发性有机物的监测基础

1、土壤气及土壤气中挥发性有机物的监测基础一、什么是土壤气土壤气是土壤结构组成空间的空隙中所存在的气体。在一般土壤中， 土壤气主要包含了氮气、氧气、二氧化碳等。在部分地下环境中，一些 污染气体会扩散进入土壤气，例如垃圾掩埋场、采矿和石油所产生的挥 发性有机物（VOCs）等。涉及有毒有害物质的土壤气体可以扩散进入建 筑物中，从而对人体健康产生影响。4.Dtlutionin building due to exchange with ambient air flow3.Advection/Diffusionthrough thebuilding foundalionGW Bering Unit2.Di

2、ffusionthrough the unsaturated soulPartitioning4.Dtlutionin building due to exchange with ambient air flow3.Advection/Diffusionthrough thebuilding foundalionGW Bering Unit2.Diffusionthrough the unsaturated soulPartitioningof VOC from sources into 知I 皿 por*图1地下水与土壤中挥发性有机物引起的气体入侵概念图二、土壤气中VOCs监测与土壤及地下水

3、中VOCs监测的区别通常情况下，地下环境中的VOCs有多种存在形式。土壤气，土壤， 地下水中VOCs的监测可以测定不同存在形式的 VOCs。VOCs可以直接吸附于土壤颗粒，或溶解于土壤水中，或以自由相形 式存在，或通过相分配作用，赋存于土壤孔隙气体即土壤气中。土壤中 VOCs的测定包含了以自由相形式存在、吸附于土壤颗粒、溶解于土壤水 和赋存于土壤气中VOCs的量。地下水中VOCs的测定包含了溶解于地下 水中和以自由相形式存在的VOCs的量。土壤气中VOCs的测定仅测定土 壤气中VOCs的量。地表图2地下水与土壤中挥发性有机物存在形式近几年来国内外专家在评估地下环境中 VOCs呼吸吸入风险时，已

4、不大推荐采用基于其在土壤或地下水中的浓度为基础进行人体健康风险评估，而更倾向于基于土壤气中 VOCs实测浓度进行评定。这主要是由于：首先，基于土壤中VOCs浓度的评估会因为土壤取样时的挤压、筛选土壤 样品等操作影响土壤样本中VOCs的检测值，从而导致评估结果与实际风 险的偏差；其次，基于地下水中VOCs浓度的评估需要耗费许多时间与成 本去判断地下水的水位和地下水污染程度，影响了场地信息调查的可行 性和项目进程；再次，通过相平衡理论以及气体迁移扩散理论由土壤或 者地下水中VOCs的浓度来计算土壤气中VOCs的浓度存在较大的不确定 性。若直接采集土壤包气带中的土壤气进行 VOCs的分析，则可直接有

5、效 的提取其中与健康危害有关的污染物有效信息，并用于确定污染物的存 在、组成、来源和分布状况。而且土壤气检测提供了相对快速和低成本 的场地污染信息，可指导下一步的采样方案和研究如何挑选更为实惠及 准确的调查和适合的修复技术。三、干扰土壤气监测的因素土壤气的监测结果受到很多环境因素的影响，比如大气压力，降水， 温度（环境空气和土壤气体），风速/风向，地下水水位埋深，采样位置 离地面距离等，具体介绍如下：a）大气压力大气压力降低可提高气体排放速度，大气压力增加则可具有相反效应，其 效应的变化幅度取决于土壤渗透性和压力变化率。b）降水与土壤湿度干旱期土壤开裂，特别是由黏性土覆盖的场地，会提高表面的气

6、体排放。 潮湿天气会使黏性土变湿并膨胀，裂隙封闭，会降低表层土壤的通气性， 导致土壤中气体浓度增加，并促进其横向运移。另外土壤湿度还可影响收集基质对有机物质的吸附。此外，土壤水饱和会限制气体移动性，如 果钻孔底部的土壤孔隙水分饱和，则不能对底部土壤进行采样。c）温度低温环境会对土壤气体采样造成诸多困难。土壤温度下降会影响有机化 合物挥发并降低污染物的蒸汽压和扩散率，因而会导致较低的观测浓度。 土壤冰冻会极大程度上限制土壤气体和蒸汽的移动性，阻碍其向大气排 放，并导致其在最冷区域富集。d）风速因为土壤是一个开放系统，与大气不断进行气体交换。气压、温度、降 雨或灌溉和风力等，都可以造成土壤与大气间

7、压力差，从而引起土壤气 与大气产生对流交换。对流现象在孔隙度大的表层土壤中尤为明显。另 外，表层土壤还能通过扩散机理与大气进行换气作用，所以位于表层土 壤中的土壤气受到大气的干扰较明显。e）地下水水位埋深降雨等引起的地下水位升高，对气体施加压力并将其压到地表，同时也会 堵塞运移通道。表层土壤饱和能够限制气体向大气的排放，也会改变气体 压力和浓度。此外，降水或地下水位上升产生的渗滤水可以淋洗孔隙空间，并因此去 除一些VOCs。f）采样位置离地面距离对于土壤气体的常规监测，最小采样深度宜不小于1m。当采集土壤中靠近表面的气体时，需考虑环境空气渗入的影响。四、土壤气采样位置的选择土壤VOCs气体采样

8、的深度取决于调查要求和场地条件，如岩土结构、地下水位、运移路径等，这些条件应在土壤气采样规划之前确定。土壤质量 土壤气体采样指南 GB/T 36198-2018/ISO 10381-7:2005 中指出，土壤气的采样位置最浅不宜小于地下约1m，最深不宜与地下水最高水位距离小于1m。土壤是一个开放系统，与大气不断进行气体交换， 所以位于表层土壤中的土壤气受到大气的干扰较明显，土壤气的采样位 置最浅不宜小于地下约1m。土层中地下水位上方由于毛细现象所润湿的 范围称为毛细水带。毛细水带根据形成条件和分布状况可分为3种，即正常毛细水带、毛细网状水带和毛细悬挂水带，他们会随着地下水位的 变化和降雨情况而上下移动。在此过程中，毛细管水淋洗孔隙空间，并 因此会去除一些VOCs。所以，土壤气采样位置最深不宜与地下水最高水 位距离小于1m。五、薄层粘性土包气带土壤气的监测对于黏土丰富的土层或由于地下水位较浅造成的湿度接近饱和的包 气带，土壤气中 VOCs浓度检测值通常都会比较低。对于这种情况， Cal/EPA采用McAlary等研究的主动式土壤气采集方法对土壤气进行监 测或者用被动式土壤气采样方法。为了避免大气压和温度因