CN109633118A - 一种污染场地包气带和地下水污染预警方法 - Google Patents

一种污染场地包气带和地下水污染预警方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于石油污染预警技术领域，特别提供了一种污染场地包气带和地下水污染预警方法。本发明可以实时对包气带孔隙水的电导率和含水率进行监测和分析，并可根据参数变化以及样品采集分析进行污染程度判断。本发明可在地下水被污染前做出预警，并且有多级预警方案，可准确判断出污染程度并及时做出相应对策。

Description

一种污染场地包气带和地下水污染预警方法
技术领域
本发明涉及石油污染预警技术领域，尤其涉及一种污染场地包气带和地下水污染预警方法。
背景技术
随着科技进步和工业化程度的提高，城市化进程越来越快，石油化工企业生产和储运过程中可能存在的“跑、冒、滴、漏”使得一些污染物有可能渗入土壤及地下水中，造成环境污染，污染场地产生的环境问题越来越受到重视。其中，污染场地对地下水的污染是一个主要环境问题。
污染场地对地下水产生污染的主要污染途径为污染物的下渗。污染物在包气带下渗过程中，有着难跟踪监控的特点，发现时往往已经对地下水产生了污染。污染物一旦进入地下水中，将对环境安全和人民生命安全造成极大危害，并且地下水污染具有隐蔽性和难以逆转性，治理难度和成本极大，地下水被污染前的监控预警显的尤其重要。因此，可对污染物在包气带中的下渗过程进行监测，并在其到达地下水之前发出预警，采取相应的防控措施，阻止进一步污染的发生。
包气带实时监测设备是一种通过倾斜挖掘，穿透包气带，对整个包气带剖面形成监测的技术设备，具有环保安全、施工量少、最大程度降低对包气带土层的扰动等特点，可实时监测包气带孔隙水理化指标并采集孔隙水样品。但是，如何利用包气带实时监测设备监测功能，保护污染场地和其他类似工程地下水水质，尚未形成有效的地下水污染监控预警方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种污染场地包气带和地下水污染预警方法，有效解决石油污染场地和其他类似工程地下水水质保护问题，为石油污染场地包气带和地下水污染预警提供技术参考。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种污染场地包气带和地下水污染预警方法，包含如下步骤：
(1)对污染场地水文地质条件进行勘测，确定包气带岩土层结构、包气带岩土层渗透性能、包气带岩土层厚度和地下水埋深信息；
(2)在包气带实时监测设备钻孔中安装包气带实时监测设备，所述包气带实时监测设备包含至少一个电导率监测探头和至少一个含水率监测探头，分别用于监测包气带孔隙水电导率和含水率的实时变化；所述包气带实时监测设备包含至少一个包气带孔隙水取样装置，用于采集包气带孔隙水样品；
(3)每隔1～24小时读取各监测探头的数据，当电导率或含水率波动幅度达到±10％以上时，发布一级预警；
(4)发布一级预警后，采集包气带孔隙水样品，对污染物进行检测，确定污染物浓度是否超过标准中的浓度限值；
若未超过限值，定期进行包气带孔隙水采样，监测污染物浓度变化情况；
若超过限值，则发布二级预警；
(5)发布二级预警后，筛选出超过标准中浓度限值的主要污染物，确定污染产生原因，及时采取防控措施，防止污染进一步扩散；同时，进行地下水监测井采样，检测污染物是否已经到达地下水；
若未检测到污染物，定期进行包气带孔隙水采样，监测污染物运移情况；
若检测到污染物，则发布三级预警；
(6)发布三级预警之后，扩大区域进行地下水取样，确定污染范围，提出相应治理方案。
优选的，所述步骤(2)中包气带实时监测设备钻孔倾斜深入到污染场地正下方，与水平地面成30～60°夹角。
优选的，当所述步骤(2)中包含多个电导率监测探头、含水率监测探头和包气带孔隙水取样装置时，包气带实时监测设备中相邻电导率监测探头、相邻含水率监测探头和相邻包气带孔隙水取样装置之间的间隔距离独立地为0.5～3m。
优选的，所述步骤(3)具体为当任意一个监测探头的电导率或含水率波动幅度达到±10％以上时，则发布一级预警。
优选的，所述步骤(4)和步骤(5)中的标准是指《地下水质量标准》。
优选的，所述步骤(4)中未超过限值具体为所有包气带孔隙水样品中的任意种类的污染物浓度均未超过限值；
其超过限值具体为任意一个包气带孔隙水样品中的任意一种污染物浓度超过限值。
优选的，所述步骤(5)中未检测到污染物是指污染物浓度未超过标准中的规定浓度；
其检测到污染物是污染物浓度超过标准中的规定浓度。
优选的，所述步骤(4)和步骤(5)中的定期独立地指每2～4个月。
本发明提供了一种污染场地包气带和地下水污染预警方法，包含如下步骤：(1)对污染场地水文地质条件进行勘测，确定包气带岩土层结构、包气带岩土层渗透性能、包气带岩土层厚度和地下水埋深信息；(2)在包气带实时监测设备钻孔中安装包气带实时监测设备，所述包气带实时监测设备包含至少一个电导率监测探头和至少一个含水率监测探头，分别用于监测包气带孔隙水电导率和含水率的实时变化；所述包气带实时监测设备包含至少一个包气带孔隙水取样装置，用于采集包气带孔隙水样品；(3)每隔1～24小时读取各监测探头的数据，当电导率或含水率波动幅度达到±10％以上时，发布一级预警；(4)发布一级预警后，采集包气带孔隙水样品，对污染物进行检测，确定污染物浓度是否超过标准中的浓度限值；若未超过限值，定期进行包气带孔隙水采样，监测污染物浓度变化情况；若超过限值，则发布二级预警；(5)发布二级预警后，筛选出超过标准中浓度限值的主要污染物，确定污染产生原因，及时采取防控措施，防止污染进一步扩散；同时，进行地下水监测井采样，检测污染物是否已经到达地下水；若未检测到污染物，需定期进行包气带孔隙水采样，监测污染物运移情况；若检测到污染物，则发布三级预警；(6)发布三级预警之后，扩大区域进行地下水取样，确定污染范围，提出相应治理方案。本发明可以实时对包气带孔隙水的电导率和含水率进行监测和分析，并可根据参数变化以及样品采集分析进行污染程度判断。本发明可在地下水被污染前做出预警，并且有多级预警方案，可准确判断出污染程度并及时做出相应对策。
附图说明
图1为污染场地包气带和地下水污染预警过程的设备安装示意图；
图1中，1-包气带实时监测设备钻孔，2-地下水监测井，3-由电导率监测探头、含水率监测探头和包气带孔隙水取样装置组成的基本单元，4-污染场地污染源。
具体实施方式
本发明提供了一种污染场地包气带和地下水污染预警方法，包含如下步骤：
(1)对污染场地水文地质条件进行勘测，确定包气带岩土层结构、包气带岩土层渗透性能、包气带岩土层厚度和地下水埋深信息；
(2)在包气带实时监测设备钻孔中安装包气带实时监测设备，所述包气带实时监测设备包含至少一个电导率监测探头和至少一个含水率监测探头，分别用于监测包气带孔隙水电导率和含水率的实时变化；所述包气带实时监测设备包含至少一个包气带孔隙水取样装置，用于采集包气带孔隙水样品；
(3)每隔1～24小时读取各监测探头的数据，当电导率或含水率波动幅度达到±10％以上时，发布一级预警；
(4)发布一级预警后，采集包气带孔隙水样品，对污染物进行检测，确定污染物浓度是否超过标准中的浓度限值；
若未超过限值，定期进行包气带孔隙水采样，监测污染物浓度变化情况；
若超过限值，则发布二级预警；
(5)发布二级预警后，筛选出超过标准中浓度限值的主要污染物，确定污染产生原因，及时采取防控措施，防止污染进一步扩散；同时，进行地下水监测井采样，检测污染物是否已经到达地下水；
若未检测到污染物，定期进行包气带孔隙水采样，监测污染物运移情况；
若检测到污染物，则发布三级预警；
(6)发布三级预警之后，扩大区域进行地下水取样，确定污染范围，提出相应治理方案。
本发明对污染场地水文地质条件进行勘测，确定包气带岩土层结构、包气带岩土层渗透性能、包气带岩土层厚度和地下水埋深信息。本发明对所述勘测的方法没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的常规的勘测方法进行即可。本发明确定包气带岩土层结构、包气带岩土层渗透性能、包气带岩土层厚度和地下水埋深信息，用以确定包气带实时监测设备中实时监测探头和样品采集装置的设置位置。
本发明优选对污染场地背景值进行调查，防止某些地区由于自身的地质原因本身就有污染物超标现象(如某些地区地下水中氟、砷、铁锰超标)，以排除自身地质原因造成的污染。若经过调查发现，该地区某项指标超标，那么按照本发明技术方案进行污染预警时，该超标指标的判断以背景值为基准，而非国家标准中规定的数值。
本发明在包气带实时监测设备钻孔中安装包气带实时监测设备，所述包气带实时监测设备包含至少一个电导率监测探头和至少一个含水率监测探头，分别用于监测包气带孔隙水电导率和含水率的实时变化；所述包气带实时监测设备包含至少一个包气带孔隙水取样装置，用于采集包气带孔隙水样品。
在本发明中，所述步骤(2)中包气带实时监测设备钻孔优选倾斜深入到污染场地正下方，所述包气带实时监测设备钻孔优选与水平地面成30～60°夹角，更优选为40～50°。本发明对所述包气带实时监测设备钻孔的设置方法没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的常规技术手段进行即可。
在本发明中，当所述步骤(2)中包含多个电导率监测探头、含水率监测探头和包气带孔隙水取样装置时，包气带实时监测设备中相邻电导率监测探头、相邻含水率监测探头和相邻包气带孔隙水取样装置之间的间隔距离优选独立地为0.5～3m，更优选为1～1.5m。在本发明中，所述电导率监测探头、含水率监测探头和包气带孔隙水取样装置可以在同一位置，也可以不在同一位置。在本发明具体实施例中，本发明以一个电导率监测探头、一个含水率监测探头和一个包气带孔隙水取样装置为一个基本单元，本发明通过排布基本单元来排布电导率监测探头、含水率监测探头和包气带孔隙水取样装置。
本发明每隔1～24小时读取各监测探头的数据，优选为12～16h；本发明当电导率或含水率波动幅度达到±10％以上时，发布一级预警。在本发明中，所述步骤(3)优选具体为当任意一个监测探头的电导率或含水率波动幅度达到±10％以上时，则发布一级预警。
本发明发布一级预警后，采集包气带孔隙水样品，对污染物进行检测，确定污染物浓度是否超过标准中的浓度限值；若未超过限值，定期进行包气带孔隙水采样，监测污染物浓度变化情况；若超过限值，则发布二级预警。
在本发明中，所述标准具体是指《地下水质量标准》，更具体地为《地下水质量标准》(GB/T 14848-2017)。
在本发明中，所述步骤(4)中的定期优选是指每2～4个月，更优选为3个月。
在本发明中，所述步骤(4)中未超过限值具体为所有包气带孔隙水样品中的任意种类的污染物浓度均未超过限值；其超过限值具体为任意一个包气带孔隙水样品中的任意一种污染物浓度超过限值。
本发明发布二级预警后，筛选出超过标准中浓度限值的主要污染物，确定污染产生原因，及时采取防控措施，防止污染进一步扩散；同时，进行地下水监测井采样，监测污染物是否已经到达地下水；
若未检测到污染物，定期进行包气带孔隙水采样，监测污染物运移情况；
若检测到污染物，则发布三级预警。
在本发明中，所述标准具体是指《地下水质量标准》，更具体地为《地下水质量标准》(GB/T 14848-2017)。本发明对所述防控措施不作具体设定，采用本领域技术人员所熟知的技术手段进行即可。
本发明所述监测污染物运移情况具体是通过每个检测点污染物浓度随时间的变化情况，以及对比从上到下水样的差别来进行。
在本发明中，所述步骤(5)中未检测到污染物优选是指污染物浓度未超过标准中的规定浓度，更具体为未超标准中III类水质标准中规定的污染物浓度值；其检测到污染物优选是指污染物浓度超过标准中的规定浓度，更具体为超标准中III类水质标准中规定的污染物浓度值。
在本发明中，所述步骤(5)中的定期优选是指每2～4个月，更优选为3个月。
本发明发布三级预警之后，扩大区域进行地下水取样，确定污染范围，提出相应治理方案。本发明对具体的治理方案无特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的技术手段进行即可。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
选取某石油炼化厂中的石油加工车间为监测预警对象：该厂位于某河一旁，距离该河500m。地下水位埋深为1.8～2.0m，地下水向河流补给。地表以下0～0.5米砂土组成；其下为粉土或粉质粘土层，厚度为1.2m左右；含水岩层为砂砾卵石层，含水层厚度3.5m左右，含水层渗透系数为75.40m/d。由于含水层的高渗透性，若污染物进入地下水，会很快随水产生运移，污染范围扩大。因此，在污水处理厂下方安装包气带监测设备。特征污染物为石油烃、苯、甲苯、硫化物、氰化物。
在石油污染场地区域倾斜打井，倾斜的井和地表呈55°夹角。根据地下水深度为2米计算，全井长度为2.44米，井口和井末端水平间距为1.4米。包气带实时监测设备以1米为间隔设置电导率监测探头、含水率监测探头和包气带孔隙水取样装置，共设置2个点位，覆盖整个包气带剖面。
电导率和含水率参数每24小时记录一次(每天记录一次)。发现某天电导率或含水率数值比前日超出10％，发布一级预警。
一级预警发布后，采集包气带孔隙水样品，检测苯浓度，发现其含量为100mg/L，超过预设《地下水质量标准》三类水质标准值10mg/L，发布二级预警。
二级预警发布后，采集地下水监测井井水样品，检测苯浓度，发现其含量为5mg/L，未超过预设《地下水质量标准》三类水质标准值10mg/L，需要按月进行地下水样品采集，检测苯浓度，防止污染进一步扩散。
实施例2
选取某工业污水处理厂为监测预警对象：该污水处理厂地下水位埋深为13m。地表以下0～13m由砂土组成，中间夹杂壤土或粘土层，厚度为0.5m左右；含水岩层为粗砂层，含水层厚度10m左右，含水层渗透系数为105m/d。由于含水层的高渗透性，若污染物进入地下水，会很快随水产生运移，污染范围扩大。因此，在污水处理厂下方安装包气带监测设备。特征污染物为COD、氨氮、硫化物等。
在曝气池和沉淀池附近倾斜打井，倾斜的井和地表呈55°夹角。根据地下水深度为13米计算，全井长度为16米，井口和井末端水平间距为9米。包气带实时监测设备以3米为间隔设置电导率监测探头、含水率监测探头和包气带孔隙水取样装置，共设置5个点位，覆盖整个包气带剖面。
电导率和含水率参数每24小时记录一次(每天记录一次)。发现某天电导率或含水率数值比前日超出10％，发布一级预警。
一级预警发布后，采集包气带孔隙水样品，未检测到特征污染物，每隔1个季度进行包气带孔隙水采样，检测污染物防止发生污染。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种污染场地包气带和地下水污染预警方法，其特征在于，包含如下步骤：
(1)对污染场地水文地质条件进行勘测，确定包气带岩土层结构、包气带岩土层渗透性能、包气带岩土层厚度和地下水埋深信息；
(2)在包气带实时监测设备钻孔中安装包气带实时监测设备，所述包气带实时监测设备包含至少一个电导率监测探头和至少一个含水率监测探头，分别用于监测包气带孔隙水电导率和含水率的实时变化；所述包气带实时监测设备包含至少一个包气带孔隙水取样装置，用于采集包气带孔隙水样品；
(3)每隔1～24小时读取各监测探头的数据，当电导率或含水率波动幅度达到±10％以上时，发布一级预警；
(4)发布一级预警后，采集包气带孔隙水样品，对污染物进行检测，确定污染物浓度是否超过标准中的浓度限值；
若未超过限值，定期进行包气带孔隙水采样，监测污染物浓度变化情况；
若超过限值，则发布二级预警；
(5)发布二级预警后，筛选出超过标准中浓度限值的主要污染物，确定污染产生原因，及时采取防控措施，防止污染进一步扩散；同时，进行地下水监测井采样，检测污染物是否已经到达地下水；
若未检测到污染物，定期进行包气带孔隙水采样，监测污染物运移情况；
若检测到污染物，则发布三级预警；
(6)发布三级预警之后，扩大区域进行地下水取样，确定污染范围，提出相应治理方案。
2.根据权利要求1所述的预警方法，其特征在于，所述步骤(2)中包气带实时监测设备钻孔倾斜深入到污染场地正下方，与水平地面成30～60°夹角。
3.根据权利要求1或2所述的预警方法，其特征在于，当所述步骤(2)中包含多个电导率监测探头、含水率监测探头和包气带孔隙水取样装置时，包气带实时监测设备中相邻电导率监测探头、相邻含水率监测探头和相邻包气带孔隙水取样装置之间的间隔距离独立地为0.5～3m。
4.根据权利要求1所述的预警方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为当任意一个监测探头的电导率或含水率波动幅度达到±10％以上时，则发布一级预警。
5.根据权利要求1所述的预警方法，其特征在于，所述步骤(4)和步骤(5)中的标准是指《地下水质量标准》。
6.根据权利要求1或5所述的预警方法，其特征在于，所述步骤(4)中未超过限值具体为所有包气带孔隙水样品中的任意种类的污染物浓度均未超过限值；
其超过限值具体为任意一个包气带孔隙水样品中的任意一种污染物浓度超过限值。
7.根据权利要求1或5所述的预警方法，其特征在于，所述步骤(5)中未检测到污染物是指污染物浓度未超过标准中的规定浓度；
其检测到污染物是污染物浓度超过标准中的规定浓度。
8.根据权利要求1或5所述的预警方法，其特征在于，所述步骤(4)和步骤(5)中的定期独立地指每2～4个月。
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