薄膜界面探测器在污染场地调查中的应用实例探讨

朱 煜

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

0 引言

土地是不可再生资源，也是社会经济发展的基础。21世纪以来，随着我国经济的快速发展，土地承受的环境压力越来越大，防治土壤和地下水污染已成为我国环境保护工作的重要任务之一，其中污染场地调查与评价则是防治工作的前提和基础。常规的场地调查工作包括钻探、土壤样品取样、筛选、地下水监测井安装和采样、实验室分析等。但是，由于场地地下环境有隐蔽、不均质等特点，如果按照常规的调查程序，则需要进行较繁琐的污染调查工作，花较多的时间和经费[1]。

本文以位于上海的一总石油烃(TPH)污染场地为例，使用薄膜界面探测器 (Membrane Interface Probe,MIP)配合火焰离子探测器（Flame Ionization Detector，FID）对场地内土壤和地下水中存在的TPH污染进行现场筛选检测工作。MIP是由美国Kejr.Inc公司所研发的配套Geoprobe系统使用的现场检测仪器，可快速建立全面性场地污染空间分布概况[2]，并作为规划后续污染调查采样作业的参考依据，有效降低污染调查阶段所需经费和时间，同时获得具代表性的调查成果。

1 薄膜界面探测器介绍

薄膜界面探测器主要由检测仪探棒、有机物气体探测器、半透膜、加热器、导电度感应器、氮气循环系统等设备构成，其主要是联同Geprobe系统的直接贯入法配合使用。

MIP工作原理是利用Geoprobe将检测仪探棒直接贯入地底，由探棒加热装置将周围土壤中所积存的有机物质气化，气化后的有机物质穿过薄膜进入探棒内，再由氮气将其携带至地表，可直接在现场配合FID、ECD（电子俘获检测器）等分析设备显示有机污染物质的电压反应强度，作为分析污染浓度高低的参考。其中，FID主要用于现场检测低碳链的石油类污染物质[3]，ECD主要用于检测含氯挥发性有机污染物质[4，5]。探棒前端所附的土壤导电度电极可分析纪录探棒所触及土壤的导电度值，分析土壤质地与特性。现场调查时每隔1.5 cm深度即记录一笔有机污染物质的电压反应强度与土壤导电度数值数据，可直接呈现污染物质在地表下的连续纵向分布与相对应的土壤质地变化，并且不受地下水位影响。汇总数个连续测点的土壤有机物检测值与导电度数值，可得到污染物质在不同水平距离与深度的反应值空间变化趋势。其主要的工作原理见图1。

图1 薄膜界面探测器(MIP)检测法工作原理

2 污染场地背景介绍

本文研究的场地位于上海北部区域，占地面积54 000 m2。该工厂建于1987年，主要生产大型高压变压器。为了解该场地土壤和地下水质量现状，确定该场地在历史日常运行中是否造成土壤和地下水污染，场地业主在2009年委托一家咨询公司在场地进行了一次场地环境调查。这次调查在场地内安装了3口地下水监测井，并采集了3个土壤样品和3个地下水样品。场地的平面布置和采样位置见图2。

图2 场地平面图和采样位置

根据初步的实验室分析结果，从钻孔MW-2和MW-X里采集的土壤和地下水样品中的总石油烃浓度(主要的碳链成分是C10-C28)超过了荷兰干预值，这两个钻孔位置的表层土壤和浅层地下水可能受到了总石油烃的污染。为了了解污染物质扩散的方向和污染范围，并掌握场地的污染来源，笔者受业主委托利用MIP现场调查技术对污染场地进行了加密调查，同时为了验证MIP技术的可靠性以及获得场地内污染物质的具体浓度，笔者也在场地内采集了30个土壤样品以及11个地下水样品，并送往有资质的实验室进行化学分析。

3 调查方法

3.1 MIP现场调查

在场地内发现污染的先前检测点位（MW-2和MW-X）周边，利用网格布点法，在尽量避开地下设施的情况下布置了25个MIP调查点，其调查点位见图3。现场工作时以MIP连接火焰离子探测器进行调查。现场工作共获得将近14 000组FID响应数据,这些数据被用来判断场地内的污染范围和浓度变化。

图3 MIP调查点位图

3.2 土壤和地下水确认样品采集和分析

在通过MIP模拟的高污染区域和污染范围的边界处采集土壤和地下水确认样品，并送到有资质的实验室进行化学分析。其分析结果可以用来掌握土壤和地下水中总石油烃的具体浓度，判断MIP响应值在此次调查中的准确性。

本次调查共采集了36个土壤样品和11个地下水样品，土壤钻孔和地下水监测井位置见图4和图5。

图4 土壤确认样品采样点位图

图5 地下水样品采样点位图

3.3 场地水文地质调查

在进行有机物浓度调查时，本案例利用MIP的导电度感应器（EC）对探测点位的地质情况进行了模拟，同时在钻探时通过详细观察并使用统一的土壤分类方法对场地地质情况进行了记录。现场调查时也对各地下水监测井水位高程进行了测量，确定了地下水流向，弄清了该场地的水文地质特点。

4 调查结果和讨论

4.1 水文地质特征

根据MIP探测到的土壤导电度的数据（见图6），该场地各钻孔处的表层主要由一层填土构成，每个孔位填土厚度不一，大致在0.8～3.5 m，在填土层下面的原土主要是由黏质粉土或粉质黏土构成，场地地下水初见埋深水位在1.5～2.1 m之间。根据现场钻探时的土壤观察记录，场地的水文地质情况和通过MIP模拟的情况基本一致。

4.2 污染来源和范围推估

根据FID响应值的横断面图（见图7）显示，场地内存在两个不同的污染区域（区域1和区域2）。区域1主要位于MW-X附近，其覆盖的检测点位包括P5、P19、P2及P6。该区域的MIP最高响应值也出现在靠近MW-X的MIP调查点位P-5。根据场地历史情况，场地的6号车间的喷涂区域在2006年发生过一场火灾事故，在救火时夹带变压器油的消防废水被直接排到靠近MW-X的雨水管网类，该区域的总石油烃的污染可能是由于消防废水从雨水管网泄露到土壤和地下水中造成的。

图7 FID响应值的横断面图

区域2主要位于MW-2附近，其主要范围是由检测点位 P1、P7、P8、P9、P15和 P21所包围的区域。该区域从1996年到2001年曾经是柴油和变压器油的储罐区，该区域的总石油烃的污染可能是由于储罐区的油品泄露造成的。

4.3 MIP与实验室分析结果对比

根据土壤和地下水样品实验室分析数据，高浓度污染物质的采样点位也对应着高FID响应值。图8是利用插值算法推估的总石油烃在地下水中的污染范围图。根据该图所示，场地内存在两个不同的污染源，这两个污染源的污染范围与利用MIP现场探测技术所推估的总石油烃的污染范围基本一致。

同时笔者也针对相同点位和深度的FID响应值与土壤中总石油烃的浓度进行了统计分析。根据分析，FID的响应值与不同位置和深度的土壤样品中的总石油烃浓度成正相关，当总石油烃类浓度高时，响应值也越高，两者之间的线性回归的相关系数平方值为0.876 2（见图9）。

图8 总石油烃在地下水中的等浓度图

图9 FID响应值与土壤中总石油烃的浓度的相关性分析图

5 结论

该工程实例研究表明，对于碳链范围在C10-C28总石油烃污染的场地，MIP现场探测技术与传统的采样分析方法具有相当高的相关性，利用MIP-FID现场探测技术可准确可靠地获得场地上挥发性有机污染物质的扩散和空间分布概况，通过MIP技术获得的污染范围图和经由实验室分析结果推导出来的基本一致。另外，MIP现场探测技术具有高效快速的特点，能有效降低污染调查阶段所需经费与时间，为规划后续污染调查采样作业提供参考依据，同时获得具代表性的调查成果。

[1]黄文彦，吴建辉，黄于峰，等.污染场地地下环境调查方法的新思维[A].第一届海峡两岸土壤和地下水污染整治研讨会论文集[C]，台北：台湾大学，2002.

[2]ANDREWS BM,HEINZEK,GUISEPPI W D.Defining TCE plume source areas using the membrane interface probe(MIP)［J］．Soil and Sediment Contamination(formerly Journal of Soil Contamination),2003(12):799-813.

[3]Collins R.,A study of managing uncertainties using the Triad approach.SD Petroleum Release Compensation Fund(PRCF)，July 2005．

[4]U．S DOE，Induced Fluorescence Sensor for Direct Push Systems，Innovative Technology Summary Reports，Sep 2002．

[5]ASTM,Standard Practice for Use of Electron—Capture Detectors in Gas Chromatography．ACTIVE STANDARD：E697-96，2006.