场地土壤石油类挥发性气体侵入[PVI]特征

查看全部 · 发表于 2021-4-7 08:16:48

大部分关于挥发性气体侵入的研究关注于源自氯化物的挥发性有机物，比如三氯乙烯，而石油类挥发性有机物成为了近期的研究关注焦点。两者拥有较多相似之处，而更多的研究也强化了对两者之间不同之处的认知。

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当来自受污染的地下水或者其它地下源的挥发性气体通过包气带土壤向上迁移并进入地表建筑物时，会发生挥发性气体侵入（Vapor Intrusion）。图1描绘了常见挥发性气体侵入形式的概念性场地模型（CSM）。其中总结了场地特定的条件并描述了污染源，污染介质，迁移路径和VI路径的潜在受体之间的关系。需要注意的是，室内空气中的一些挥发性气体效应与VI途径无关。

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图1. 挥发性气体侵入途径的概念性场地模型，（左）办公楼，（中）带地下室的民居，（右）无地下室民居。

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石油类挥发性气体侵入（PVI）和氯化物挥发性气体侵入（CVI）的区别

尽管PVI与氯化物挥发性气体侵入（CVI）有相似之处，近期的研究和分析更加表明了PVI和CVI之间显著的差异。PVI区别于其它类型挥发性化学物质侵入的决定性特征为：包气带土壤的好氧微生物降解对石油烃（PHCs）的降解速率相对较快。表1总结了PVI和CVI之间的关键差异。

表一.PHCs和CVOCs之间的差距 (USEPA 2012)

特征	石油类污染物（PHC	氯化挥发性污染物(CVOC)	石油类挥发性气体侵入的相关细节
地下水中的分布	污染源质量的很大一部分漂浮在地下水位之上形成LNAPL油层。	大部分的自由相产物（DNAPL）迁移到水位以下较难穿透的水层。	LNAPL主要在地下水位之上并且随着地下水位的变化而扩散。仅存在溶解相时，PVI的风险降低。溶解相羽流的长度通常受到生物降解的限制。 7 h* F7 \|+ @ X
生物降解	主要为好氧反应; 相对迅速; 生物降解界面很小（从几英寸到5或6英尺） – 见图3	主要为厌氧反应（氯乙烯除外）; 相对较慢; 一般限于缺氧区	土壤中氧（O2）和水中的O2会促进生物降解生物降解会限制包气带中PHC蒸气带的大小土壤气中含>2% O2的情况下，生物降解会在短距离内迅速发生包气带中的O2补充通常足以持续支撑生物降解 O2不足的情况（土壤气体中的O2<2%）: + ^0 L9 F6 `' N# q! O& G+ A 显著降低生物降解速率延长蒸气在生物降解前可以移动的距离可能促进甲烷的产生 W& \|+ q1 U. r
生物降解产物	有氧条件：二氧化碳（CO2）和水。$ \|5 X$ e+ i. H4 }& q3 D; B 厌氧条件：甲烷和一氧化碳（CO）	降解产物通常有毒。	终端生物降解产物是无毒的当存在火源时，甲烷是潜在的爆炸隐患甲烷产量的增加通常是由于燃料中存在乙醇 # w) ?7 @! j! r# u4 i( @

污染物的迁移转化机理，例如分配，扩散，生物降解，对流和混合解释了石油碳氢化合物挥发性气体的行为，描述了这些行为如何影响PVI的形成与传播途径。

降解过程：由于石油类挥发性气体的生物降解速率通常超过石油类通过扩散传输的速率，所以石油类挥发性气体的传输通常（但并非总是）由于包气带中的好氧微生物降解而完全衰减。土壤中好氧生物降解石油碳氢化合物的一个显着特征是，驯化时间很短，往往以小时和天为单位测量。

环境影响：一些环境因素可能会阻碍生物降解。最重要的因素是O2的可利用性。一些州法规/指导文件表明，O2水平只需要大于体积的2-4％便足以支撑有氧微生物降解。一些可能阻碍包气带中O2补充的因素包括土壤中含水量高，有机物含量高，渗透性低，建筑物地基覆盖面积大和石油类碳氢化合物浓度高。其它可能会限制石油碳氢化合物微生物降解的因素包括过过低含水量，营养物质可利用性，温度和重金属。一般而言，生物反应的速率随温度降低而降低。重金属污染物对石油类降解细菌可能是有毒的，并且可以降低降解速率（Babich and Stotzky 1985）。

甲烷的产生和对生物降解的影响：由于甲烷不是汽油或其它液态碳氢化合物产品的组成部分，甲烷的存在表明氧气不足以进行有氧碳氢化合物的生物降解。

石油类碳氢化合物的影响：一般而言，对于溶解在水相中的石油类，微生物降解正构烷烃（直链烷烃）比降解环状化合物和芳香族化合物更快。同时，生物降解较短链正构烷烃比长链正构烷烃更慢(Alexander 1977)。另外一个影响化合物的生物降解性的重要因素是基于其结构的在空气与水中的分配系数。大部分芳香族化合物被分配到水中，更容易被生物降解，因此可能比正构烷烃更易被微生物降解（DeVaull 2007）。

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石油类挥发性气体侵入场地概念模型（CSM）

CSM是场地条件的可视化，可用于评估污染源和受影响的介质，迁移途径和潜在受体。该工具提供场地的迭代表示，并在评估PVI途径时指导决策的制定。用于PVI生物降解的CSM，被用来确定是否存在完整的PVI途径，如有必要，用于确定所需的信息。构建CSM的信息来源于历史研究，场地表征以及对污染物行为的理解以及其它来源。 CSM是一个动态工具，应该在项目的整个项目周期中随着新信息的获得而进行改进。

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图2 PVI途径的一般概念性场地模型

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石油类挥发性气体侵入

石油燃料被宽泛地分类成“汽油”，“中间蒸馏油”，和“剩余燃料“。其中间产物包括柴油，煤油，干洗油溶剂，和一些种类的航空燃料（API 1994）。

石油燃料的详细化学特性已经被广泛研究。这些燃料主要由成百上千种非特异性的脂族烃化合物与小部分变量的芳香族化合物（包括苯系物和萘）组成。这些石油燃料的挥发性气体同样由脂族烃化合物与小部分变量的芳香族化合物组成。

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石油类污染场地的主要类型

石油产物可能通过工业，商业和住宅用地泄漏到环境中。场地的类型和石油碳氢化合物的种类，泄漏的种类，与地下的岩性都影响石油碳氢化合物的分布。

表2总结了石油场地的主要类型与这些场地种类与潜在石油类挥发性气体侵入相关的特性。

表2.石油场地种类

石油场地种类	常见指示化合物	潜在泄漏源
汽油和柴油地下储罐	汽油：苯系物，三甲基苯，萘，甲烷 ! S, Q: e& q1 @% u8 {1 N a9 ? 柴油：萘，甲烷	地下储罐，运输管道，加油机，装配间
商用和住宅燃料油地点	萘，苯	地下储罐，地上储罐，运输管道
炼油厂	苯系物，萘，甲烷	地下与地上管道，地下储罐（使用中的和停用的），地上储罐，装载区域，储罐沟壕(使用中的和停用的)，石油加工装置，历史上的处置场地
大型存储设施	油/石油/汽油：苯系物，萘，甲烷	地下与地上管道，地上储罐，油/水分离器 + v' R4 m* t9 ^ ，装载区域
管道/运输	油/石油：苯系物，萘，甲烷 2 g/ L1 a) g& E5 d' b% ~ 天然气：甲烷，丁烷，丙烷，苯	管道，管接头，阀门，轮缘，焊点
油探索和生产场地	苯系物，甲烷	油井和油井区域，管道，集油管线，泥浆池，地下储罐和其管道，地上储罐和其管道，维修设备，油水分离器
煤气制造厂	苯系物，二氢化茚，茚，三甲基苯	焦油容器，油水分离器，煤气容器地基，净化装置纯化箱，焦油井
焦油/杂酚油设施	萘，烷基 – 萘衍生物，苯	滴油垫，产品储存区，未衬砌的坑，泻湖
石油溶剂干洗	苯系物	储存区，干井，排水