王 培，莫小雨

（上海建科環(huán)境技術(shù)有限公司，上海 201108）

有機(jī)污染場(chǎng)地是土壤污染調(diào)查與風(fēng)險(xiǎn)管控的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象，石油烴、鹵代烴等揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）是工業(yè)污染場(chǎng)地的常見污染物。蒸汽入侵是指土壤或地下水中的揮發(fā)性有機(jī)物隨污染羽擴(kuò)散到建筑物地基而進(jìn)入室內(nèi)空氣的過程。污染場(chǎng)地再開發(fā)利用過程中，VOCs 蒸汽入侵是最可能的人體暴露途徑，即使污染物濃度較低，長(zhǎng)期暴露也會(huì)帶來嚴(yán)重的人體健康風(fēng)險(xiǎn)。由于VOCs 具有化學(xué)性質(zhì)活潑、易揮發(fā)、易遷移等特點(diǎn)，以離散點(diǎn)土壤采樣為基礎(chǔ)的單一調(diào)查手段存在更大的時(shí)間和空間異質(zhì)性。針對(duì)該類污染場(chǎng)地，發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)發(fā)布多項(xiàng)蒸汽入侵調(diào)查的技術(shù)指南與規(guī)范，大部分將土壤氣采樣檢測(cè)作為多證據(jù)評(píng)估的重要組成部分。另外，甲烷、硫化氫、汞等爆炸性或毒性氣體也應(yīng)納入蒸汽入侵評(píng)估的關(guān)注范圍。

隨著土壤污染防治工作的推進(jìn)，一系列污染場(chǎng)地標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)規(guī)范陸續(xù)出臺(tái)?！锻寥拉h(huán)境質(zhì)量 建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 36600—2018）風(fēng)險(xiǎn)篩選值基本項(xiàng)目中，一半以上為VOCs；針對(duì)土壤地下水VOCs 樣品的采集、保存和運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)，國(guó)家出臺(tái)了《地塊土壤和地下水中揮發(fā)性有機(jī)物采樣技術(shù)導(dǎo)則》（HJ 1019—2019）。蒸汽入侵過程復(fù)雜，調(diào)查評(píng)估技術(shù)難度較大，實(shí)踐表明，現(xiàn)行的離散點(diǎn)土壤與地下水采樣方法對(duì)蒸汽入侵特殊性考慮不足，易造成潛在的人體健康風(fēng)險(xiǎn)，另外，為保證一定的治理效果，直接選用較為保守的篩選值、管控值，增加了調(diào)查與后期修復(fù)和風(fēng)險(xiǎn)管控成本，帶來了過度修復(fù)問題。國(guó)內(nèi)土壤氣監(jiān)測(cè)處于起步階段，蒸汽入侵表征與評(píng)估方法仍亟待優(yōu)化。下面對(duì)蒸汽入侵表征與評(píng)估進(jìn)行全面分析。

1 蒸汽入侵過程的復(fù)雜性

在遷移轉(zhuǎn)化過程中，揮發(fā)性有機(jī)物通過揮發(fā)、吸附、解析等作用在水相、固相、氣相、自由相等多個(gè)相態(tài)間轉(zhuǎn)化，傳輸過程包括擴(kuò)散、對(duì)流與彌散，多種機(jī)制交互作用，同時(shí)應(yīng)考慮生物降解等因素的影響。因此，雖然土壤氣VOCs 濃度是蒸汽入侵評(píng)估的重要指標(biāo)，但將土壤氣VOCs 濃度作為唯一指標(biāo)是不完全可靠的。在機(jī)理層面以外，蒸汽入侵過程的表征和響應(yīng)主要考慮4 個(gè)關(guān)鍵交互因素：室內(nèi)背景空氣的成分、蒸汽傳質(zhì)路徑、建筑物內(nèi)分布的復(fù)雜模式以及由環(huán)境壓差引起的時(shí)間濃度變化。石油烴與鹵代烴的慢性或亞慢性暴露情景有很大差異，VOCs 濃度隨時(shí)間和空間會(huì)產(chǎn)生較大波動(dòng)，影響因素包括季節(jié)、氣壓、土壤物理性質(zhì)和室內(nèi)通風(fēng)等。因此，所選評(píng)估方法的時(shí)間分辨率必須足以檢測(cè)可能發(fā)生的最大濃度變化，并特別強(qiáng)調(diào)確定和應(yīng)對(duì)最壞暴露情景。

在評(píng)估有機(jī)污染場(chǎng)地?fù)]發(fā)性有機(jī)物相關(guān)暴露與人體健康風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，常使用預(yù)測(cè)型的室內(nèi)蒸汽入侵模型或開展實(shí)際監(jiān)測(cè)。前者為污染場(chǎng)地再開發(fā)利用提供VOCs 室內(nèi)濃度預(yù)測(cè)結(jié)果，后者在已開發(fā)場(chǎng)地有建筑物的情況下，通過監(jiān)測(cè)土壤氣、地板或室內(nèi)空氣污染物的濃度為暴露評(píng)估提供依據(jù)。評(píng)估需要考慮特定區(qū)域的影響并使用經(jīng)過驗(yàn)證的蒸汽入侵模型，特別是需要確定修復(fù)或風(fēng)險(xiǎn)管控目標(biāo)值的場(chǎng)景。隨著社會(huì)的發(fā)展，蒸汽入侵評(píng)估對(duì)象從最初的氡氣和甲烷逐漸擴(kuò)展到石油烴、鹵代烴等常見揮發(fā)性有機(jī)物。室內(nèi)蒸汽入侵模型得到較大的發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可以為模型結(jié)果的敏感性分析提供支持，但這些模型都沒有經(jīng)過完全現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，預(yù)測(cè)建模只能作為理論指導(dǎo)，需要補(bǔ)充現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地土壤氣監(jiān)測(cè)。

風(fēng)速和滲透壓的變化會(huì)影響有機(jī)污染物傳質(zhì)過程，一般認(rèn)為，風(fēng)速和建筑特征（建筑裂隙等）對(duì)室內(nèi)空氣污染物濃度影響很大，目前研究主要集中在蒸汽入侵機(jī)理和評(píng)估方法上，而不是建模技術(shù)改進(jìn)。建筑物VOCs 空間濃度存在明顯的變化規(guī)律，主要影響因素有空氣交換率、地下VOCs 通量和室內(nèi)其他VOCs 源的干擾。地下滲透場(chǎng)結(jié)構(gòu)的改變可導(dǎo)致地下水污染羽向上偏移，VOCs 隨水相擴(kuò)散輸送到包氣帶。另外，土壤氣壓力波動(dòng)影響室內(nèi)空氣VOCs 濃度，但影響程度與含水層性質(zhì)、距污染源遠(yuǎn)近、建筑物地板材質(zhì)等有關(guān)。

目前，土壤氣主要通過監(jiān)測(cè)井進(jìn)行采樣，設(shè)備包括吸附管、采樣罐等。瞬時(shí)采樣是短時(shí)間間隔內(nèi)采集氣體樣品，而時(shí)間積分采樣是以恒定低流速持續(xù)采樣。瞬時(shí)采樣結(jié)果僅代表采樣時(shí)刻的結(jié)果，在動(dòng)態(tài)濃度條件下基本不可能存在精準(zhǔn)捕捉。同樣，時(shí)間積分采樣時(shí)間間隔也不滿足高精度時(shí)間分辨率的要求。根據(jù)菲克第一定律，擴(kuò)散受濃度梯度控制，VOCs 濃度變化時(shí)濃度梯度可能變化，無法通過持續(xù)時(shí)間內(nèi)吸收的VOCs 質(zhì)量來準(zhǔn)確地確定特定時(shí)刻的濃度。另外，土壤中氧氣含量直接影響VOCs 生物降解能力，土壤中氣壓的變化可能會(huì)導(dǎo)致VOCs 濃度達(dá)到人體健康急性風(fēng)險(xiǎn)水平。濕度和溫度的影響也不容忽視，除非采用適當(dāng)?shù)母邥r(shí)間分辨率監(jiān)測(cè)方法，否則難以獲取可靠的數(shù)據(jù)。因此，瞬時(shí)采樣與時(shí)間積分采樣很有可能得出假陰性結(jié)論，造成風(fēng)險(xiǎn)疏忽。為增加可靠性，必須提高監(jiān)測(cè)頻次，如由一年一次調(diào)整為一季度一次，但仍然不足以獲得代表性數(shù)據(jù)。

2 連續(xù)監(jiān)測(cè)解決方案

蒸汽入侵表征與評(píng)估中，減少不確定性的方法之一是推廣使用連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)，以獲得長(zhǎng)期連續(xù)暴露的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，通常認(rèn)為室內(nèi)空氣背景濃度是動(dòng)態(tài)變化的，但在場(chǎng)地概念模型，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估基本仍假設(shè)有機(jī)污染場(chǎng)地VOCs 濃度不會(huì)隨時(shí)間發(fā)生很大變化。一些連續(xù)監(jiān)測(cè)平臺(tái)已被用于監(jiān)測(cè)甲烷、二氧化碳、氧氣、硫化氫和大氣壓力值等。這些系統(tǒng)已與遙測(cè)、地理信息系統(tǒng)和地統(tǒng)計(jì)算法集成，可自動(dòng)生成二維圖像和三維圖像，并進(jìn)行多變量趨勢(shì)分析。例如，在選定地點(diǎn)連續(xù)監(jiān)測(cè)土壤氣濃度和相關(guān)物理參數(shù)，以了解空間和時(shí)間的潛在爆炸風(fēng)險(xiǎn)，然后設(shè)計(jì)長(zhǎng)期風(fēng)險(xiǎn)降低策略。例如，甲烷、氧氣和大氣壓力值的同時(shí)變化表明存在一定相互作用，并且蒸汽入侵風(fēng)險(xiǎn)可能不是恒定的。連續(xù)監(jiān)測(cè)方案不依賴單獨(dú)的傳感器，可以設(shè)置土壤氣采樣組件或管路系統(tǒng)，從多個(gè)位置采樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室級(jí)色譜分析。連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括配備電子捕獲檢測(cè)器（ECD）的實(shí)驗(yàn)室級(jí)氣相色譜儀（GC），用于快速測(cè)定鹵代烴（三氯乙烯和四氯乙烯等），滿足數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度監(jiān)測(cè)要求。GC/ECD 檢測(cè)器可以通過多路復(fù)用對(duì)多個(gè)采樣位置進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，進(jìn)一步與基于云的自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理、可視化、警報(bào)和響應(yīng)功能集成，與傳統(tǒng)的采樣-實(shí)驗(yàn)室分析手段（人工估算采樣管、吸附管等部署時(shí)間）相比，連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)可以部署連接多條采樣管路，以確定不同關(guān)注位置深度的污染物濃度。同時(shí)，該技術(shù)可以專用于初始樣品追溯分析和持續(xù)校準(zhǔn)。

在線監(jiān)測(cè)可以避免采用質(zhì)量控制要求煩瑣的離散采樣（吸附劑或采樣罐等），可以每天多次從每個(gè)關(guān)注點(diǎn)連續(xù)分析樣品，從而識(shí)別通風(fēng)和氣壓動(dòng)態(tài)變化引起的污染物濃度變化，分析環(huán)境參數(shù)（氣壓、溫度、土壤濕度、壓差和天氣狀況等）與最壞情景趨勢(shì)的相關(guān)性。同時(shí)，可以計(jì)算每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位具有高時(shí)間分辨率的時(shí)間積分濃度平均值，在一段時(shí)間內(nèi)選擇多個(gè)點(diǎn)位的平均值來分析插值空間分布。連續(xù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)結(jié)果可用于推導(dǎo)時(shí)間加權(quán)的人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值，更好地評(píng)估短期與長(zhǎng)期暴露風(fēng)險(xiǎn)，更加有效地設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)管控系統(tǒng)。隨著傳感器開發(fā)與商業(yè)化應(yīng)用，連續(xù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)相較傳統(tǒng)方法（季度監(jiān)測(cè)）已經(jīng)具有成本競(jìng)爭(zhēng)力，系統(tǒng)內(nèi)部多路復(fù)用、自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理和可視化可較好地降低自動(dòng)化連續(xù)監(jiān)測(cè)成本。除了性能優(yōu)勢(shì)之外，對(duì)于監(jiān)測(cè)較多關(guān)注點(diǎn)位或較大的場(chǎng)地（大型建筑物、工業(yè)園區(qū)、大范圍地下水污染羽等），連續(xù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)成本相比傳統(tǒng)方法更低。相比每季度或每半年進(jìn)行的多個(gè)離散人工監(jiān)測(cè)，連續(xù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)有更好的成本效益。對(duì)于周邊敏感目標(biāo)（學(xué)校、醫(yī)院、政府設(shè)施和住宅區(qū)等）的風(fēng)險(xiǎn)管控，連續(xù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)可以進(jìn)行可靠的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。

3 連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)可以應(yīng)用于有機(jī)污染場(chǎng)地的蒸汽入侵表征與評(píng)估中。連續(xù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)具有高時(shí)間分辨率，可以減少假陽性和假陰性結(jié)果，有利于精準(zhǔn)設(shè)計(jì)修復(fù)方案與開展修復(fù)效果評(píng)估，及時(shí)發(fā)出風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。但是，目前在推行中也有一定爭(zhēng)議。經(jīng)驗(yàn)證，可以通過人工調(diào)整建筑物內(nèi)外氣壓維持正壓或負(fù)壓，對(duì)室內(nèi)空氣污染物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，評(píng)估最壞情景下目標(biāo)蒸汽入侵的影響，建筑物減壓測(cè)試可以使用較為簡(jiǎn)單的設(shè)備或調(diào)整建筑物的通風(fēng)系統(tǒng)，在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成，連續(xù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)具有良好的成本效益。建筑物氣壓調(diào)控通常會(huì)在一天或更短的時(shí)間內(nèi)完成，假陰性結(jié)果的風(fēng)險(xiǎn)小，其可以成為更具成本效益的替代方案。

多種因素會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)污染物濃度的時(shí)間變化，在不同時(shí)間尺度上，連續(xù)監(jiān)測(cè)的性能仍不明確。有時(shí)，大氣壓波動(dòng)對(duì)地下氣體運(yùn)動(dòng)的影響很小。時(shí)間積分采樣（配備被動(dòng)采樣器）應(yīng)用在非常多的研究中，通?？梢垣@得比較準(zhǔn)確的時(shí)間加權(quán)平均濃度，當(dāng)環(huán)境濃度隨時(shí)間變化時(shí)，被動(dòng)采樣器的時(shí)間加權(quán)平均濃度低于最高瞬時(shí)濃度，高于最低瞬時(shí)濃度，只要采取適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量控制措施，被動(dòng)采樣器結(jié)果就可以符合準(zhǔn)確度和精密度的要求。另外，吸附劑吸收率主要取決于被動(dòng)采樣器的截面積、吸附劑與被采樣空氣的距離、擴(kuò)散系數(shù)，雖然擴(kuò)散系數(shù)隨溫度變化，但室內(nèi)空氣環(huán)境變化通常較小。含有吸附劑的被動(dòng)采樣器可以獲得一段時(shí)間間隔內(nèi)的上限濃度，適合收集長(zhǎng)期樣本，以評(píng)估慢性風(fēng)險(xiǎn)，但也可用于短期保守評(píng)估潛在的最壞情況。

如果氣壓變化不是決定室內(nèi)空氣污染物濃度變化的主要因素，連續(xù)監(jiān)測(cè)同樣不能獲得關(guān)鍵的最壞情景信息。連續(xù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)所需的儀器一般較為昂貴，同樣存在靈敏度、選擇性和可靠性問題，不能避免假陽性和假陰性結(jié)果。連續(xù)監(jiān)測(cè)濃度數(shù)據(jù)并不能直接闡明VOCs 蒸汽的變化趨勢(shì)與傳輸過程，必須結(jié)合天氣、建筑內(nèi)部氣壓和通風(fēng)率等信息，區(qū)分VOCs 來源（地下源和內(nèi)部源）。空間異質(zhì)性問題是不確定性的重要來源之一，目標(biāo)建筑物中多點(diǎn)位的低頻次數(shù)據(jù)比一個(gè)或個(gè)別點(diǎn)位的高頻次數(shù)據(jù)更有說服力。

目前，大多數(shù)指南與技術(shù)規(guī)范的方法是合適的，考慮保守決策，可以應(yīng)對(duì)不確定性。關(guān)于壓力對(duì)有機(jī)污染場(chǎng)地VOCs 濃度的影響，不同研究區(qū)域有不同的結(jié)論，土壤界面的通量測(cè)定本身較為復(fù)雜，所以仍待討論。連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)與現(xiàn)有離散點(diǎn)采樣分析方法各有優(yōu)勢(shì)與局限，并不是某一種方法比其他更合適并可以進(jìn)行大范圍替代。在大多數(shù)情況下，最佳策略是建立基于特定場(chǎng)地條件的概念模型，采用同位素等多證據(jù)方法進(jìn)行蒸汽入侵評(píng)估。

4 結(jié)語

國(guó)外在有機(jī)污染場(chǎng)地調(diào)查評(píng)估與風(fēng)險(xiǎn)管控方面已有較長(zhǎng)時(shí)間的研究與實(shí)踐積累，國(guó)內(nèi)只是將其作為常規(guī)污染場(chǎng)地調(diào)查的一部分，而土壤污染物濃度是核心的評(píng)估數(shù)據(jù)，僅依靠土壤污染物濃度評(píng)估有機(jī)污染場(chǎng)地的人體健康風(fēng)險(xiǎn)是不充分的，既有風(fēng)險(xiǎn)忽略問題，也有保守決策帶來的過度修復(fù)問題。未來可以從3 個(gè)方面入手推動(dòng)該項(xiàng)工作。一是應(yīng)加強(qiáng)室內(nèi)空氣污染與污染場(chǎng)地的關(guān)聯(lián)研究，國(guó)外從室內(nèi)人體健康風(fēng)險(xiǎn)的角度出發(fā)，較為關(guān)注污染場(chǎng)地傳輸?shù)绞覂?nèi)的污染物暴露研究，從而支撐蒸汽入侵篩選值設(shè)定或啟動(dòng)相應(yīng)的研究調(diào)查，而目前國(guó)內(nèi)研究側(cè)重于環(huán)境空氣與人群暴露，僅立足于污染場(chǎng)地，偏離了保護(hù)受體的最終目標(biāo)。二是亟待開展基于中國(guó)現(xiàn)狀的蒸汽入侵規(guī)律研究，國(guó)外以獨(dú)棟建筑為主的特征與國(guó)內(nèi)明顯不同，評(píng)估模型也不宜直接引用。三是將低成本傳感器連續(xù)監(jiān)測(cè)應(yīng)用于蒸汽入侵調(diào)查中，降低調(diào)查成本，進(jìn)一步建立以建筑物控制等風(fēng)險(xiǎn)管控措施為核心的蒸汽入侵場(chǎng)地治理技術(shù)體系，以較低的經(jīng)濟(jì)成本實(shí)現(xiàn)建設(shè)用地安全再利用，實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)修復(fù)。