采用球形被动式采样器测土壤气体挥发通量的装置和方法

摘要

本发明涉及污染场地健康风险评估领域，公开了一种利用球形被动式采样器进行挥发通量测定的装置和方法。本发明采用球形被动式采样器测土壤气体挥发通量的装置，包括通量测试腔体、球形被动式采样器和连接件，所述通量测试腔体为顶部封闭、下部开口的半球状结构；通量测试腔体内悬挂有球形被动式采样器，所述球形被动式采样器包括壳体、吸附单元、挂钩和支架，所述壳体上均匀分布有多个微孔，壳体内部有吸附单元，所述吸附单元为球体状，吸附单元通过支架与壳体固定，所述挂钩固定于壳体顶部，挂钩通过连接件与壳体连接。本发明结构简单、成本低、操作简便、气密性好，可有效避免环境因素影响，测试精度高，能反应土壤气体实际挥发情况。

说明书

技术领域

本发明涉及污染场地健康风险评估领域，特别是涉及一种用于低渗透性场地土壤气体挥发通量测定的装置和测定方法。

背景技术

目前场地土壤中的有机污染物主要来源于以下三个方面：第一，化工厂、农药厂等化学品污染企业，在生产车间、分装车间、药品储存仓库和厂区内运输途中造成的原料和药品泄露，以及印刷、建材、喷涂等行业排放的原料和废水；第二，在石油勘探与开采、储存与运输过程中，由于操作不当或事故泄露造成的石油排放或外溢；第三，石油、化工生产区、加油站等地形成的落地油、含油生产污水排放和输油管道的渗漏。其中，有机污染以其持久性、高毒性、积聚性、流动性为特征，会长期累积，很难通过自然降解过程去除，也会在自然或人为条件下迁移到其他环境中，危害性极大。

目前国内对于污染场地中挥发性有机污染物的采集主要是建立气井，然后用真空泵将井内的挥发性有机物气体（土壤气）抽到空气采样罐或者装有吸附剂的吸附管中。由于其需要额外的电力，操作繁琐，设备复杂，只能采集短时间的样品，成本昂贵，故其在采集土壤气中越来越暴露出其弊端。目前，国外推广的被动采样器虽然能采集长时间的样品，操作简单，成本低，但是其计算的浓度需要知道采样器准确的吸收速率，而采样器实际的吸收速率同时会受到场地各种因素的影响，故使用被动采样器测得的浓度也会存在一定偏差。对于健康风险评价来说，除了使用浓度计算外还可以利用通量进行计算。目前市面上的采集土壤气挥发通量的装置需要额外的电力，装置复杂、繁琐，存在气密性较差，吸附剂易受土壤水分影响的缺点，同时由于使用了额外外力加速了气体挥发导致计算出的挥发通量不能反应真实的情况。

发明内容

本发明提供了一种结构简单、成本低、操作简便、气密性好，可有效避免环境因素影响，测试精度高，能反应土壤气体实际挥发情况的采用球形被动式采样器测土壤气体挥发通量的装置和测定方法。

解决的技术问题包括：气体的主动采集器需要额外的动力系统，装置复杂、成本高，操作不便，气密性较差，测试精度易受环境中水分的影响；气体的被动采集容易受环境中复杂因素的影响，计算气体的浓度容易出现偏差。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明球形被动式采样器，包括壳体、吸附单元、挂钩和支架，所述壳体上均匀分布有多个微孔，挂钩固定于壳体顶部，壳体内部有吸附单元，所述吸附单元为球体状，吸附单元通过支架与壳体固定。

本发明球形被动式采样器，进一步的，所述壳体为球体状，壳体选用防水性微孔材料制成。

本发明球形被动式采样器，进一步的，所述壳体选用聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物（ABS）制成。

本发明球形被动式采样器，进一步的，所述壳体包括上壳体和下壳体，上壳体和下壳体边沿一侧通过活页活动连接，下壳体边沿设有凹形卡槽，上壳体对应位置设有与凹形卡槽卡接密封的弹性卡扣，下壳体边沿周围设有密封垫圈。

本发明球形被动式采样器，进一步的，所述支架为柱状结构，支架数量为4-8个，沿球面均匀分布。

本发明球形被动式采样器，进一步的，所述支架（4）与壳体（1）固定连接，通过支架（4）间的挤压固定吸附单元（2）。

本发明采用球形被动式采样器测土壤气体挥发通量的装置，包括通量测试腔体、球形被动式采样器和连接件，所述通量测试腔体为顶部封闭、下部开口的半球状结构；通量测试腔体内悬挂有球形被动式采样器，所述球形被动式采样器包括壳体、吸附单元、挂钩和支架，所述壳体上均匀分布有多个微孔，壳体内部有吸附单元，所述吸附单元为球体状，吸附单元通过支架与壳体固定，所述挂钩固定于壳体顶部，挂钩通过连接件与通量测试腔体连接。

本发明采用球形被动式采样器测土壤气体挥发通量的装置，进一步的，所述通量测试腔体选用不锈钢材质制成。

本发明采用球形被动式采样器测定土壤气体挥发通量的方法，包括以下步骤：

步骤一、现场装置布置：

S1 将待测场地所选监测点所在位置的表层土去除，露出平整面；

S2 在监测点周围按照通量测试腔体的外围尺寸布置相应沟槽，沟槽深度为4-7cm；

S3将球形被动式采样器悬挂于通量测试腔体内，使球形被动式采样器位于监测点的中央位置，将通量测试腔体的边缘插入S2中所述沟槽内，用覆盖土填密封埋好；

步骤二、采集土壤气体中的挥发性污染物：

根据实际需求，确定采样时间，并在确定的采样时间内采集土壤气体中的挥发性污染物；

步骤三、土壤气体挥发通量的测定：

S1 气体采集结束后取出球形被动式采样器，取出吸附单元，盛装于密封容器中；

S2 将吸附单元送实验室进行定量检测，并使用以下公式计算土壤气体挥发通量：

式中：Flux为土壤气体挥发通量（mg/m²·min）；

M为吸附单元中吸附的气体的质量（mg）；

t为采样时间（min）；

A通量测试腔体与地面接触面的面积(m²)。

本发明采用球形被动式采样器测定土壤气体挥发通量的方法，进一步的，步骤三的S1中，取出吸附单元后，将其放于玻璃容器中密封，外侧再以聚乙烯袋子热封。

本发明采用球形被动式采样器测土壤气体挥发通量的装置和方法与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明球形被动式采样器无需额外动力，自然吸收土壤挥发气体，壳体与其内部的吸附单元为可拆卸式设计，可根据监测气体的类别不同，随时更换不同材质的吸附单元，操作方便；球形被动式采样器和吸附单元均为球体状设计，使得吸附材料与挥发气体的接触面最大化，提高了采集器的吸附效率；球形被动式采样器的壳体材料为防水塑料材质制成，且壳体上均匀分布有多个微孔，可在提高挥发性有机物的吸收效率的同时避免环境中水分的影响，使得监测结果更加准确。

本发明采用球形被动式采样器测土壤气体挥发通量的装置采用不锈钢制的腔体，可拆卸悬挂球形被动式采样器，与监测土壤平整面形成一个密闭的空间，腔体的半球体设计，提高了装置的气密性，避免了周围环境因素对监测的影响；采用球形被动式采样器采集土壤气体，过程中没有添加任何的外力，这样测得的气体挥发通量，可真实反应土壤中有机物气体的实际挥发情况，避免了施加外力时通过计算校正带来的通量误差；测定装置结构简单、便携，操作方便，使用范围广泛，可适用于各种环境下的土壤气体的通量监测，在大面积污染场区使用中能大大减小设备成本以及人工成本。

本发明采用球形被动式采样器测定土壤气体挥发通量的方法采用最简单、直接的方式，计算得到气体挥发通量，真实反应了土壤中有机物气体的实际挥发情况，没有通过系数校正等方式来进行理论上的实际化，结果准确可靠；能够采集污染区域内更有代表性、更能反映真实情况的挥发性有机气体样品，使污染场地的调查及风险评价更客观、科学，满足了对污染场地进行更客观的污染调查及健康风险评价的需要。

下面结合附图对本发明的采用球形被动式采样器测土壤气体挥发通量的装置和测定方法作进一步说明。

附图说明

图1为本发明球形被动式采样器的剖面图；

图2为本发明采用球形被动式采样器测土壤气体挥发通量的装置的结构示意图；

图3为本发明球形被动式采样器的结构示意图。

附图说明

1-壳体；11-上壳体；12 -下壳体；13-活页；14-密封垫圈；15-凹形卡槽；16-弹性卡扣；2-吸附单元；3-挂钩；4-支架；5-通量测试腔体；6-球形被动式采样器；7-连接件；8-平整面；9-沟槽；81-覆盖土。

具体实施方式

如图1和图3所示，本发明球形被动式采样器包括壳体1、吸附单元2、挂钩3和支架4，壳体1为球体状，壳体1包括上壳体11和下壳体12，上壳体11和下壳体12边沿一侧通过活页13活动连接，下壳体12边沿设有凹形卡槽15，上壳体11对应位置设有与凹形卡槽15卡接密封的弹性卡扣16，下壳体12边沿周围设有密封垫圈14，壳体1上均匀分布有多个微孔，壳体1选用防水性微孔材料制成，如选用聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物（ABS）制成，挂钩3固定于壳体1顶部，壳体1内部有吸附单元2和支架4，支架4为柱状结构，图3所示支架4数量为6个，沿球面上下左右前后均匀分布，下壳体（12）内布有前支架、后支架、左支架、右支架和下支架，上壳体（11）内布有上支架，支架4与壳体1固定连接，通过支架4间的挤压固定吸附单元2，吸附单元2为球体状。

吸附单元2主要用于吸附土壤中挥发出来的有机污染物，其选材主要针对监测的目标物质的类别而定，对于常见的挥发性有机物或苯系物，吸附单元2可采用活性炭、Carbograph、Anasorb 747或Anasorb 727，对于酚类化合物，吸附单元2可采用Tenaxe TA，对于1,3-丁二烯/异戊二烯，吸附单元2可采用Carbopack X，其他特定化合物，均可根据现有技术，选用具有针对性的、具有较高吸附效果的吸附材料作为吸附单元2。

如图2所示，本发明采用球形被动式采样器测土壤气体挥发通量的装置包括通量测试腔体5、球形被动式采样器6和连接件7，通量测试腔体5为顶部封闭、下部开口的半球状结构，通量测试腔体5选用不锈钢材质制成；通量测试腔体5内悬挂有球形被动式采样器6，如图1所示，球形被动式采样器6包括壳体1、吸附单元2、挂钩3和支架4，壳体1为球体状，壳体1上均匀分布有多个微孔，壳体1选用防水性微孔材料制成，如选用聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物（ABS）制成，壳体1内部有吸附单元2，吸附单元2为球体状，吸附单元2通过支架4与壳体1固定，图3所示支架4数量为6个，沿球面上下左右前后均匀分布，挂钩3固定于壳体1顶部，挂钩3为U形挂钩，通过连接件7与通量测试腔体5可拆卸连接。

本发明采用球形被动式采样器测定土壤气体挥发通量的方法包括以下步骤：

步骤一、现场装置布置：

S1 将待测场地所选监测点所在位置的表层土去除，露出平整面8；

S2 在监测点周围按照通量测试腔体5的外围尺寸布置相应沟槽9，沟槽9深度为4-7cm；

S3将吸附单元2置于下壳体12的支架4上，盖紧上壳体11和下壳体12，将球形被动式采样器6悬挂于通量测试腔体5内，使球形被动式采样器6位于监测点的中央位置，将通量测试腔体5的边缘插入沟槽9内，用覆盖土81填密封埋好；吸附单元2的材质根据所要监测的挥发性污染物的类别进行选择；

步骤二、采集土壤气体中的挥发性污染物：

根据实际需求，确定采样时间，并在确定的采样时间内采集土壤气体中的挥发性污染物；

步骤三、土壤气体挥发通量的测定：

S1 气体采集结束后取出球形被动式采样器6，取出吸附单元2，将其放于玻璃容器中密封，外侧再以聚乙烯袋子热封；

S2 将吸附单元2送实验室进行定量检测，并使用以下公式计算土壤气体挥发通量：

式中：Flux为土壤气体挥发通量（mg/m²·min）；

M为吸附单元2中吸附的气体的质量（mg）；

t为采样时间（min）；

A通量测试腔体5与地面接触面的面积(m²)。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。