感官分析法在化工園區(qū)地下水日常監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

冉光靜，徐振飛，李叢益，王 剛，李向富

(1．四川省地質(zhì)工程勘察院集團(tuán)有限公司，成都 610072；2．中國(guó)石油四川石化有限責(zé)任公司，成都 611930)

前 言

根據(jù)《全國(guó)地下水污染防治規(guī)劃(2021-2025)》，細(xì)化落實(shí)了《中華人民共和國(guó)水污染防治法》《中華人民共和國(guó)土壤染防治法》中的要求，以保護(hù)和改善地下水環(huán)境質(zhì)量為核心，堅(jiān)持“源頭治理、系統(tǒng)治理、綜合治理”，落實(shí)地下水污染防治主體責(zé)任，包括地下水污染防治狀況調(diào)查、監(jiān)測(cè)、評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)防控、修復(fù)等，實(shí)現(xiàn)地下水污染防治全面監(jiān)管。

化工園區(qū)是化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的集中活動(dòng)區(qū)，也是化學(xué)物品密集產(chǎn)生和存儲(chǔ)的區(qū)域，區(qū)內(nèi)潛在地下水污染源十分常見(jiàn)，地下水遭受污染風(fēng)險(xiǎn)高。目前，化工園區(qū)地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)多采用化學(xué)儀器分析法進(jìn)行定量分析，受限于儀器本身和誤差等因素影響，且低濃度的污染物很難有效檢出，也無(wú)法對(duì)未知的未指定的指標(biāo)進(jìn)行分析。另外儀器分析法多在常規(guī)監(jiān)測(cè)或疑似水體異常后針對(duì)性進(jìn)行定量檢測(cè)，檢測(cè)指標(biāo)的選定較為困難、時(shí)效性較差，單純的化驗(yàn)分析很難及時(shí)辨別水質(zhì)狀態(tài)。

利用大部分化學(xué)物質(zhì)在水體中的嗅閾值濃度較低的特點(diǎn)，采用科學(xué)合理的手段對(duì)地下水氣味進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)，可相比室內(nèi)分析提前發(fā)現(xiàn)水質(zhì)異常，搶占應(yīng)急處置的先機(jī)。

1 工作原理和方法

1.1 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

水體中的異味主要是由產(chǎn)生臭的化學(xué)物質(zhì)的氣態(tài)分子刺激人體嗅覺(jué)細(xì)胞而使人們感知到，其物質(zhì)主要來(lái)源于生活污水或工業(yè)廢水污染、天然物質(zhì)分解、或微生物、生物活動(dòng)的結(jié)果[1]，造成水異味的化學(xué)物質(zhì)濃度水平往往較低，多在μg/L甚至ng/L以下[2]，低濃度的異味化學(xué)物質(zhì)很難測(cè)定產(chǎn)生異味物質(zhì)的化學(xué)組份。

地下水“嗅和味”作為感官性狀及一般化學(xué)指標(biāo)在我國(guó)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848-2017)已明確要求。從日本、美國(guó)，還是歐洲的相關(guān)資料來(lái)看，水體異味同樣是一個(gè)不容忽視且非常棘手的問(wèn)題[2]。

目前，水體中“嗅和味”的辨別技術(shù)諸如感官分析法、在線傳感器分析法和免疫分析法等方法在生活飲用水、地表水和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中已有應(yīng)用，各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)[3～6]情況見(jiàn)表1，尚無(wú)針對(duì)地下水異味的檢測(cè)方法。

表1 水體異味檢測(cè)方法統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of water odor detection methods

1.2 工作原理

在化工生產(chǎn)過(guò)程中，跑、冒、滴、漏的事故仍不可避免[7]，一般以多種物質(zhì)混合狀態(tài)的污水滲入地下，導(dǎo)致園區(qū)土壤、地下水受到污染的風(fēng)險(xiǎn)較高。由于地下水具有隱蔽性，加之包氣帶對(duì)污染物質(zhì)的吸附、轉(zhuǎn)化、截留等作用，特別是滲漏量少和易于吸附的物質(zhì)，進(jìn)入地下水污染物濃度較低。受特征污染指標(biāo)不確定性的影響，僅靠以定量分析為主的室內(nèi)化驗(yàn)分析來(lái)篩選特征污染難度大、成本高、耗時(shí)長(zhǎng)，待分辨出特征污染物質(zhì)時(shí)，污染水體往往已經(jīng)大面積擴(kuò)散，增加后期處置難度，對(duì)地下水環(huán)境產(chǎn)生的破環(huán)影響大。

因此，地下水“嗅和味”監(jiān)測(cè)同樣是地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)的工作內(nèi)容之一，應(yīng)當(dāng)引起重視。本文參照《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法感官性狀和物理指標(biāo)》(GBT5750.4-2006)、《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(第四版)中感官狀態(tài)和物理指標(biāo)中用嗅氣味和嘗味法以及《空氣質(zhì)量惡臭的測(cè)定三點(diǎn)比較式臭袋法》(GB/T 14675-93)等相關(guān)工作原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合大部分物質(zhì)嗅閾值濃度較低，易于現(xiàn)場(chǎng)人工臭味判別的特點(diǎn)，對(duì)某化工園區(qū)地下水監(jiān)測(cè)工作探索，總結(jié)出一套可行的感官分析法，可以提前判定水質(zhì)異常，取得了很好的監(jiān)測(cè)效果，且成本低，發(fā)現(xiàn)快，為現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處置的搶得先機(jī)。

1.3 工作方法

根據(jù)定性描述法和三點(diǎn)比較式臭袋法得的工作原理，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工作情況，劃分地下水異味等級(jí)，采用現(xiàn)場(chǎng)辨別+工作組辨別相結(jié)合的方式進(jìn)行定性描述，能快捷、高效、簡(jiǎn)便的發(fā)現(xiàn)污染物質(zhì)。

1.3.1 能力建設(shè)

1.3.1.1 嗅覺(jué)測(cè)試人員能力建設(shè)

地下水異味辨別人員均至少需參加國(guó)家環(huán)境保護(hù)惡臭污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的能力培訓(xùn)，經(jīng)理論和現(xiàn)場(chǎng)考試合格獲得全國(guó)統(tǒng)一編號(hào)的嗅辨員、判定師證書，嗅覺(jué)正常，具備一定的嗅辨專業(yè)知識(shí)。

1.3.1.2 嗅覺(jué)標(biāo)準(zhǔn)液體系建設(shè)

結(jié)合化工園區(qū)企業(yè)所需原料、中間產(chǎn)物和產(chǎn)品等特征對(duì)應(yīng)選取特征污染物、特征污水、廢液、廢渣等，利用上游背景值監(jiān)測(cè)井地下水進(jìn)行稀釋/浸泡處理，以專業(yè)辨別人員和嗅覺(jué)正常人員能夠辨別出的濃度分別稀釋一定濃度，并以背景值地下水作為空白對(duì)照，形成以空白對(duì)照+低濃度標(biāo)準(zhǔn)液(專業(yè)辨別人員察覺(jué))+正常濃度標(biāo)準(zhǔn)液(嗅覺(jué)正常人員察覺(jué))的標(biāo)準(zhǔn)液庫(kù)。利用標(biāo)準(zhǔn)液數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)辨別人員進(jìn)行培訓(xùn)，增強(qiáng)其對(duì)特征污染物的嗅辨靈敏度。標(biāo)準(zhǔn)液嗅辨培訓(xùn)同時(shí)，觀察標(biāo)準(zhǔn)液水體外觀狀態(tài)，與嗅辨結(jié)果相互驗(yàn)證。

1.3.2 建立地下水異味等級(jí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作情況，確定地下水異味等級(jí)分級(jí)見(jiàn)表2。

表2 地下水異味等級(jí)分級(jí)Tab.2 Classification table of groundwater odor grade

1.3.3 成立現(xiàn)場(chǎng)工作組

成立5人及以上(奇數(shù)，至少含2名非辨別人員)的工作組，辨別人員周期性的對(duì)園區(qū)地下水監(jiān)測(cè)井進(jìn)行水體氣味辨別和外觀識(shí)別。若辨別人員現(xiàn)場(chǎng)判定為3級(jí)及以上且經(jīng)1名以上辨別人員復(fù)核確認(rèn)的，該井位可立即判定水質(zhì)異常，可啟動(dòng)應(yīng)急抽水和應(yīng)急監(jiān)測(cè)，上報(bào)相關(guān)人員啟動(dòng)滲漏排查；若現(xiàn)場(chǎng)判定為1、2級(jí)，則現(xiàn)場(chǎng)采取水樣帶回室內(nèi)工作組集體辨別，若一半以上均察覺(jué)有異味即可判定水質(zhì)異常，立即對(duì)應(yīng)處置；若未達(dá)一半以上人員察覺(jué)有異味的，則加密觀察、持續(xù)跟進(jìn)水質(zhì)狀態(tài)；若現(xiàn)場(chǎng)判定為0級(jí)的，則代表水質(zhì)正常，周期性開展嗅辨工作即可。

2 感官分析法在化工園區(qū)地下水監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

按上述方法在實(shí)際工作中進(jìn)行運(yùn)用，現(xiàn)以兩起典型地下水異常事件為例進(jìn)行分析。

2.1 某含油污水池滲漏事件

場(chǎng)地：某化工園區(qū)含油污水池1號(hào)井位于含油污水池下游15m左右，平面位置見(jiàn)圖1。

圖1 1號(hào)井平面示意圖Fig.1 Sketch map of No.1 well

事件經(jīng)過(guò)：2020年11月10日，辨別人員周期性巡檢發(fā)現(xiàn)1號(hào)井水面有油花，能察覺(jué)出油氣味，取樣帶回室內(nèi)工作組集體判定，結(jié)果有一半以上人員察覺(jué)異味，立即上報(bào)應(yīng)急抽水、上游含油污水池。后經(jīng)查證，上游含油污水池進(jìn)水管上部接縫處開裂，結(jié)合近期檢維修工作加大含油污水排放，高液位運(yùn)行導(dǎo)致含油污水從開裂處滲漏影響地下水水質(zhì)。最終滲漏處得到迅速修復(fù)，異常水體未大面積擴(kuò)散。

結(jié)果：本次氣味辨別相比化驗(yàn)分析結(jié)果，氣味辨別和水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3，提前3天判定出水質(zhì)異常，為應(yīng)急處置爭(zhēng)取了時(shí)間，且現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)采取應(yīng)急措施，未對(duì)下游地下水造成影響。

表3 氣味辨別與水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果表Tab.3 Results of odor level and water quality monitoring

2.2 某裝置外操室生活污水管滲漏

場(chǎng)地：某裝置外操室生活污水管2號(hào)井位于生活污水池側(cè)向40m，平面位置見(jiàn)圖2。

圖2 2號(hào)井平面示意圖Fig.2 Sketch map of No.2 well

事件經(jīng)過(guò)：2020年8月11日，辨別人員周期性巡檢發(fā)現(xiàn)該裝置2號(hào)井水質(zhì)微黃色、臭味較弱，判定地下水氣味等級(jí)2級(jí)，立即啟動(dòng)應(yīng)急處置；后持續(xù)觀察3天，氣味有變濃趨勢(shì)，且惡臭明顯，檢測(cè)硫化物、CODMn未超過(guò)地下水Ⅲ類質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，氣味等級(jí)加至3級(jí)，經(jīng)查閱污水管走向圖，結(jié)合地下水流向，初步懷疑地下水監(jiān)測(cè)井左側(cè)至格網(wǎng)井段污水滲漏的可能性大；8月16日，現(xiàn)場(chǎng)排查發(fā)現(xiàn)，格網(wǎng)井因堵塞，導(dǎo)致液位過(guò)高，化糞池經(jīng)格網(wǎng)井進(jìn)入生活污水池的生活污水倒灌進(jìn)入上方清洗池進(jìn)水管，遇管道部分段位滲漏，進(jìn)入地下水影響水質(zhì)。經(jīng)清水沖洗清洗池1周，2號(hào)井糞大腸菌群下降至80.9 MPN/100mL，水質(zhì)臭味濃度明顯降低。

結(jié)果：氣味辨別為初步判定了特征污染物類型，為現(xiàn)場(chǎng)排查指明了方向；氣味辨別和水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。同時(shí)，較水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果，提前5天判定出水質(zhì)異常，并及時(shí)采取應(yīng)急措施，防止地下水大面積受到污染。

表4 氣味辨別與水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果表Tab.4 Results of odor level and water quality monitoring

3 結(jié) 論

感官分析法在化工園區(qū)地下水監(jiān)測(cè)中的初步應(yīng)用取得了較好的效果，有著操作方便、簡(jiǎn)單、快捷和經(jīng)濟(jì)成本低，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)地下水日常監(jiān)測(cè)和應(yīng)急處置工作需要。

3.1 感官分析法能及時(shí)發(fā)現(xiàn)地下水水質(zhì)異常，但此方法受人員身體差異影響，因個(gè)體差異原因?qū)馕杜袆e和定性描述存在偏差，建議相關(guān)部門制定地下水異味等級(jí)分級(jí)定性和定量標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)建立異味辨別人員能力建設(shè)的培訓(xùn)和考核體系。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)液數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)不斷完善，感官分析法結(jié)合建立的標(biāo)準(zhǔn)液庫(kù)有助于及時(shí)辨別污染物種類，從而為污染物溯源和應(yīng)急處置提供支撐，建議相關(guān)部門建立和不斷完善異味數(shù)據(jù)庫(kù)，并科學(xué)合理運(yùn)用于現(xiàn)場(chǎng)工作中。

3.3 可以嘗試氣味監(jiān)測(cè)設(shè)備在地下水氣味監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，解放勞動(dòng)力的同時(shí)實(shí)現(xiàn)全時(shí)段地下水氣味的監(jiān)控。

3.4 感官分析法在化工園區(qū)的地下水監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，可為地下水防控工作、污染物溯源、以及土壤污染修復(fù)治理等工作提供支撐，也可作為環(huán)境監(jiān)管部門決策依據(jù)之一。