TWI575479B - 汽油洩漏之土壤氣體監測及預警系統 - Google Patents

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汽油洩漏之土壤氣體監測及預警系統
本發明是有關於一種汽油洩漏之土壤氣體監測及預警系統，尤指一種可提供高準確性之土壤氣體中之總石油碳氫化合物-汽油類有機物之預測，並縮短氣體分析時間，且可依其甲基第三丁基醚濃度進行場址污染程度分級，而可應用於油槽及加油站之汽油洩漏監控及預警，達到即時反應汽油污染現況之功效者。
按，一般油品(如汽油、柴油及燃料油等)洩漏後將形成比水輕非水相液體(Light Nonaqueous Liquid,LNAPL)進而導致環境介質如土壤及地下水之污染，其中汽油因揮發性大、傳輸快且毒性當量高故其風險通常較柴油及燃料油為大，且汽油洩漏於地下環境中因其碳數低相較於柴油更易產生揮發性有機物質而被檢出，過去現場土壤氣體調查係採用氣體採樣系統(分主動式及被動式採樣)，將土壤氣體採集後以可攜式測爆器量測爆炸下限(Lower Explosive Limit，LEL)、或由光離子化偵測器(Photo Ionization Detector,PID)或火焰離子化偵測器(Flame Ionization Detector,FID)量測揮發性有機物質(Volatile organic compounds,VOCs)濃度，進而以上述數值作為土壤或地下水環境污染區域快速篩選及調查之判斷根據過去調查發現LEL及FID數值受甲烷影響甚大、而PID數值則受水氣影響甚大、故LEL、PID及FID分析數 據較難與土壤氣體中之總石油碳氫化合物-汽油類有機物(Total Petroleum Hydrocarbon as Gasoline,TPHg)有較佳之相關性。
根據文獻，汽油中常見之污染物有甲基第三丁基醚(Methyl Tertiary Butyl Ether,MTBE)、苯(Benzene,B)、甲苯(Toluene,T)、乙苯(Ethylbenzene,E)及二甲基苯(o,m,p-Xylene,X)等項目，其特性如下表所示：
一般而言化合物之碳數越小，蒸氣壓越高化合物越易揮發，由表可知汽油中常見污染物之蒸汽壓為甲基第三丁基醚(245mmHg)>Benzene(76mmHg)>Toluene(22mmHg)>Ethylbenzene(7mmHg)>Xylene(5mmHg)，故在汽油洩漏之土壤氣體中常見甲基第三丁基醚氣體之存在；茲因甲基第三丁基醚之蒸汽壓大易揮發，加上儲槽及加 油站有混凝土或瀝青地表之阻斷(Barrier)，且甲基第三丁基醚不易被生物分解導致其仍停留於土壤之氣體中，故相較於其他化合物(如苯、甲苯、乙苯及二甲基苯)，甲基第三丁基醚濃度與總石油碳氫化合物-汽油類有機物濃度將具有較佳之相關性。
中華民國第502117號專利之「土壤氣體採樣方法」與美國專利US5,235,863之「Soil-Gas Sampling Apparatus」觀之，其係採用負壓真空進行土壤氣體取樣，再由中華民國第I294093號專之利「並聯式土壤氣體採樣方法」觀之，其係以並聯取代串聯方式獲得較大之土壤氣體量；且再以美國專利US6,598,458之「Automated soil gas monitoring chamber」觀之，其係以多氣室進行多點重複性採樣，另再由美國專利US7,659,123之「In Situ remedial Alternative and Aquifer Properties Evaluation Probe System」其係進行土壤氣體回收；然而以前數之各項專利而言，皆未建立相關指標精準預測土壤氣體之總石油碳氫化合物-汽油類有機物濃度，而達監控及預警目的。
有鑑於此，本案之發明人特針對前述習用發明問題深入探討，並藉由多年從事相關產業之研發與製造經驗，積極尋求解決之道，經過長期努力之研究與發展，終於成功之開發出本發明「汽油洩漏之土壤氣體監測及預警系統」，藉以改善習用之種種問題。
本發明之主要目的係在於，可提供高準確性之土壤氣體中之總石油碳氫化合物-汽油類有機物之預測，並縮短氣體分析時間，且可依其甲基第三丁基醚濃度進行場址污染程度分級，而可應用於油槽及加油站之汽油洩漏監控及預警，達到即時反應汽油污染現況之功效。
為達上述之目之，本發明係一種汽油洩漏之土壤氣體監測及預警系統 ，其包含有：一作為所在環境中土壤氣體採樣之現場土壤氣體採樣設備；一與現場土壤氣體採樣設備連接之土壤氣體分析設備，可於讀取土壤氣體之採樣數據，並進行甲基第三丁基醚(Methyl Tertiary Butyl Ether,MTBE)分析；以及一與土壤氣體分析設備連接之遠端監控及預警設備，可依據甲基第三丁基醚及汽油類有機物之分析數據進行汽油洩漏預警。
於本發明之一實施例中，該現場土壤氣體採樣設備係以氣體監測井、探測管、主動式或被動式之採樣方式。
於本發明之一實施例中，該土壤氣體分析設備係可為氣相層析儀(Gas chromatography,GC)搭配火焰離子偵測器(FID)、光離子化偵測器(PID)、質譜分析(Mass Spectrophotometer,MS)或金屬氧化物偵測器進行甲基第三丁基醚分析。
於本發明之一實施例中，該土壤氣體分析設備係適用於土壤氣體濃度介於0ppm~7ppm之甲基第三丁基醚濃度。
於本發明之一實施例中，該土壤氣體分析設備係適用於土壤氣體濃度介於0ppm~100ppm之總石油碳氫化合物-汽油類有機物。
於本發明之一實施例中，該遠端監控及預警設備係可為3G網卡、雲端系統、網路或相關之遠端監控設備。
1‧‧‧現場土壤氣體採樣設備
2‧‧‧土壤氣體分析設備
131‧‧‧遠端監控及預警設備3端部
第1圖，係本發明之基本架構示意圖。
第2圖，係本發明汽油配置氣體之氣相層析儀搭配火焰離子偵測器分析圖譜。
第3圖，係本發明汽油配置氣體光離子化偵測器讀值與總石油碳氫 化合物-汽油類有機物之線性關係圖。
第4圖，係本發明汽油配置氣體甲基第三丁基醚與總石油碳氫化合物-汽油類有機物之線性關係圖。
第5圖，係本發明現地土壤氣體爆炸下限與總石油碳氫化合物-汽油類有機物之線性關係。
第6圖，係本發明現地土壤氣體苯、甲苯、乙苯及二甲基苯與總石油碳氫化合物-汽油類有機物之關係圖。
第7圖，係本發明現地土壤氣體甲基第三丁基醚與總石油碳氫化合物-汽油類有機物之線性關係圖。
請參閱『第1、2、3及第4圖』所示，係分別為。如圖所示：本發明係一種汽油洩漏之土壤氣體監測及預警系統，其至少包含有一現場土壤氣體採樣設備1、一土壤氣體分析設備2以及一遠端監控及預警設備3所構成。
上述所提之現場土壤氣體採樣設備1係以氣體監測井、探測管、主動式或被動式之方式作為所在環境中土壤氣體之採樣。
該土壤氣體分析設備2係與現場土壤氣體採樣設備1連接，可於讀取土壤氣體之採樣數據，並進行甲基第三丁基醚分析，而該土壤氣體分析設備2係可為氣相層析儀(Gas chromatography,GC)搭配火焰離子偵測器(FID)、光離子化偵測器(PID)、質譜分析(Mass Spectrophotometer,MS)或金屬氧化物偵測器進行甲基第三丁基醚及總石油碳氫化合物-汽油類有機物分析，且該土壤氣體分析設備2係適用於土壤氣體濃度介於適用於土壤氣體濃度介於0ppm~7ppm之甲 基第三丁基醚濃度，另該土壤氣體分析設備2係適用於土壤氣體濃度介於0ppm~100ppm之總石油碳氫化合物-汽油類有機物。
該遠端監控及預警設備3係與土壤氣體分析設備2連接，可依據甲基第三丁基醚及總石油碳氫化合物-汽油類有機物之分析數據進行汽油洩漏預警，而該遠端監控及預警設備3係可為3G網卡、雲端系統、網路或相關之遠端監控設備。
當本發明於運用時，係先進行土壤氣體甲基第三丁基醚及總石油碳氫化合物-汽油類有機物濃度線性關係建立，而建立時於實驗室以汽油配置不同總石油碳氫化合物-汽油類有機物濃度之氣體樣品，並各別量測甲基第三丁基醚濃度，建立實驗室甲基第三丁基醚及總石油碳氫化合物-汽油類有機物之線性關係，或由現場土壤氣體取樣，同時分析土壤氣體樣品甲基第三丁基醚與總石油碳氫化合物-汽油類有機物，建立現地甲基第三丁基醚及總石油碳氫化合物-汽油類有機物之線性關係；之後以現場土壤氣體採樣設備1於現地架設土壤氣體監測井，或以探針(Probe)設置進行土壤氣體批次或連續式取樣，且由土壤氣體分析設備2以氣相層析儀(Gas chromatography,GC)搭配偵測器如火焰離子偵測器(FID)、光離子化偵測器(PID)、質譜分析(Mass Spectrophotometer,MS)或金屬氧化物偵測器，進行甲基第三丁基醚及總石油碳氫化合物-汽油類有機物偵測及分析，再將甲基第三丁基醚分析數據彙整以等濃度圖繪出研判各場址汽油之污染程度，並以遠端監控及預警設備3將線上分析數據回傳監控；如此，以現場土壤氣體採樣設備1、土壤氣體分析設備2以及遠端監控及預警設備3架設之汽油洩漏土壤氣體監測及預警系統，可藉由土壤氣體之甲基第三丁基醚監測，縮短檢驗分析時間，並提供高準確性之土壤氣體總石油碳氫 化合物-汽油類有機物濃度預測以利將汽油污染場址分級，並即時反應汽油污染現況。
藉此，可使本發明提供油品生產單位(如煉製工廠)及儲運單位(如油槽及加油站)進行汽油油品洩漏之監控，因汽油相較柴油及燃料油品之碳數低且移動性快，然而且汽油所含之甲基第三丁基醚、苯、甲苯、乙苯及二甲基苯對民眾之健康風險亦相對為高，故以總石油碳氫化合物-汽油類有機物之相關成分為主要標的之土壤氣體監測將更能快速反應汽油污染程度及並提供健康風險評估依據，本發明包括土壤氣體採樣設備(如氣體監測井或探測管)、甲基第三丁基醚分析設備、遠端線上監測及預警系統之整合，藉由汽油洩漏之甲基第三丁基醚監測，將提供土壤氣體總石油碳氫化合物-汽油類有機物高準確性之預測，並即時反應汽油污染現況以便進行油槽及加油站之洩漏監控及預警。
根據本發明所運用之技術手段而可達之成效，茲舉出實施例參數說明如下：
實施例一：本實施例以汽油配置不同總石油碳氫化合物-汽油類有機物濃度(0.2,0.4,0.6及1ppm)之氣體進行實驗室光離子化偵測器及為氣相層析儀搭配火焰離子偵測器分析，其為氣相層析儀搭配火焰離子偵測器分析(第2圖所示)，並針對甲基第三丁基醚分析其濃度值，以建立汽油配置氣體光離子化偵測器讀值與總石油碳氫化合物-汽油類有機物之線性關係(第3圖所示)，及建立汽油配置氣體甲基第三丁基醚與總石油碳氫化合物-汽油類有機物之線性關係(第4圖所示)，經由4個配置樣品測試，發現總石油碳氫化合物-汽油類有機物與甲基第三丁 基醚之線性關係(R2=0.9851)要比光離子化偵測器讀值與甲基第三丁基醚之線性關係(R2=0.8353)為佳，且由上述結果得知配置樣品甲基第三丁基醚與總石油碳氫化合物-汽油類有機物具有良好之線性關係。
實施例二：本實施例進行儲槽之現地土壤氣體採樣共89點，將土壤氣體收集至氣體採樣袋後，以測爆器及氣相層析儀搭配火焰離子偵測器分析，以建立現地土壤氣體爆炸下限與總石油碳氫化合物-汽油類有機物之線性關係(第5圖所示)，及建立現地土壤氣體苯、甲苯、乙苯及二甲基苯與總石油碳氫化合物-汽油類有機物之關係(第6圖所示)，經由89組現地土壤氣體樣品測試，發現總石油碳氫化合物-汽油類有機物與甲基第三丁基醚之判定係數(R2=0.9867)(第7圖所示)遠比爆炸下限與甲基第三丁基醚之線性關係(R2=0.0191)為佳，顯示可甲基第三丁基醚可作為現地土壤氣體線上偵測及預警系統之重要參數。
而本發明主要建立土壤氣體中甲基第三丁基醚與總石油碳氫化合物-汽油類有機物之線性關係(第7圖所示)，結果顯示土壤氣體之甲基第三丁基醚濃度與總石油碳氫化合物-汽油類有機物呈現良好之線性關係)，因甲基第三丁基醚為汽油添加劑，而甲基第三丁基醚蒸氣壓(245mm Hg)相較於其他氣體成分(如苯、甲苯、乙苯及二甲基苯)大且不易被生物分解，故能於現場調查中發現甲基第三丁基醚與總石油碳氫化合物-汽油類有機物具有良好之線性相關，且氣相分析時甲基第三丁基醚相較於其他氣體則更易於短時間內被分析設備檢出，故藉由土壤氣體之甲基第三丁基醚監控可以作為土壤中汽油洩漏之重要判斷指標，透過以土壤氣體中甲基第三丁基醚線上監控，將能提供遠端更有效率及更高準確性之總石油碳氫化合物-汽油類有機物預測。
如此，可使本發明是少達到下列之優點：
1.本發明以甲基第三丁基醚為主要土壤氣體調查對象不受限現地背景中水氣及甲烷氣干擾，且因甲基第三丁基醚為汽油添加劑不易被生物分解可作為其洩漏之直接證據。
2.本發明以甲基第三丁基醚為標的進行氣體分析較總石油碳氫化合物-汽油類有機物分析時間明顯縮短2/3以上。
3.本技術較傳統土壤氣體經可攜式測爆器、光離子化偵測器及火焰離子化偵測器量測提供高準確性之總石油碳氫化合物-汽油類有機物濃度預測，並即時反應污染現況以便進行場址之污染監控及洩漏預警。
綜上所述，本發明汽油洩漏之土壤氣體監測及預警系統可有效改善習用之種種缺點，可提供高準確性之土壤氣體中之總石油碳氫化合物-汽油類有機物之預測，並縮短氣體分析時間，且可依其甲基第三丁基醚濃度進行場址污染程度分級，而可應用於油槽及加油站之汽油洩漏監控及預警，達到即時反應汽油污染現況之功效；進而使本發明之產生能更進步、更實用、更符合消費者使用之所須，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1‧‧‧現場土壤氣體採樣設備
2‧‧‧土壤氣體分析設備
3‧‧‧遠端監控及預警設備

Claims (4)

  1. 一種汽油洩漏之土壤氣體監測及預警系統，其包括有：一現場土壤氣體採樣設備，係作為所在環境中土壤氣體之採樣；一土壤氣體分析設備，係與該現場土壤氣體採樣設備連接，可讀取土壤氣體之採樣數據，並進行甲基第三丁基醚(Methyl Tertiary Butyl Ether,MTBE)及總石油碳氫化合物-汽油類有機物分析，而該土壤氣體分析設備係適用於土壤氣體濃度介於0ppm~7ppm之甲基第三丁基醚濃度，且該土壤氣體分析設備係適用於土壤氣體濃度介於0ppm~100ppm之總石油碳氫化合物-汽油類有機物；以及一遠端監控及預警設備，係與該土壤氣體分析設備連接，可依據甲基第三丁基醚及總石油碳氫化合物-汽油類有機物之分析數據進行汽油洩漏預警。
  2. 依申請專利範圍第1項所述之汽油洩漏之土壤氣體監測及預警系統，其中，該現場土壤氣體採樣設備係以氣體監測井、探測管、主動式或被動式之採樣方式。
  3. 依申請專利範圍第1項所述之汽油洩漏之土壤氣體監測及預警系統，其中，該土壤氣體分析設備係可為氣相層析儀(Gas chromatography,GC)搭配火焰離子偵測器(FID)、光離子化偵測器(PID)、質譜分析(Mass Spectrophotometer,MS)或金屬氧化物偵測器進行甲基第三丁基醚分析。
  4. 依申請專利範圍第1項所述之汽油洩漏之土壤氣體監測及預警系統，其中，該遠端監控及預警設備係可為3G網卡、雲端系統、網路或相關之遠端監控設備。
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