一種土壤中揮發(fā)性有機物連續(xù)檢測裝置及其檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種土壤中揮發(fā)性有機物連續(xù)檢測裝置，包括內部中空的殼體，其特征在于所述殼體的下端設置有鉆頭，所述殼體的上端設置有螺紋接頭，所述殼體內設置有載氣導入管和載氣導出管，所述載氣導入管和載氣導出管底部連通，所述殼體靠近載氣導出管一側的側壁設置有一開口，開口處設置有防水透氣薄膜，所述載氣導出管設置有一開口，連通至防水透氣薄膜處，位于防水透氣薄膜下方的殼體側壁設置有加熱部件。本發(fā)明操作方便，測試周期短，后勤需求低，檢測精度高，很適合需要大量外場檢測分析的城市和郊區(qū)土壤污染物調查。
【專利說明】一種土壤中揮發(fā)性有機物連續(xù)檢測裝置及其檢測方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境保護與土壤修復【技術領域】，涉及一種土壤中揮發(fā)性有機物連續(xù)檢測裝置及其檢測方法。

【背景技術】
[0002]揮發(fā)性有機物(VOCs)是指室溫下飽和蒸汽壓超過70.91Pa或沸點小于260°C的有機物，是石油、化工、制藥、印刷、建材、噴涂等行業(yè)排放的最常見污染物。土壤中的揮發(fā)性有機物具有隱蔽性、不均勻性、揮發(fā)性、毒害性等不同于其他污染物的污染特性，成分復雜、潛在危險性大，在土壤污染治理中應予以優(yōu)先控制。
[0003]對于土壤污染場地，場地調查與評價是污染治理工作的前提和基礎，而土壤中污染物的檢測分析則是場地調查工作的主要內容之一。目前土壤中揮發(fā)性有機物檢測分析方法主要有兩類:(I)鉆探取樣實驗室分析；(2)現(xiàn)場檢測分析。
[0004](I)鉆探取樣實驗室分析:利用鉆探設備將土壤樣品取出，密封后送往實驗室進行檢測分析。該方法能夠對污染物質進行較為準確的定性和定量分析，但取樣和檢測工作繁瑣，成本偏高，且耗時較長。此外，為防止揮發(fā)性有機物揮發(fā)影響檢測結果，土壤樣品需要在低溫環(huán)境下運輸和存放，這種較高的后勤需求在外場采樣作業(yè)中很難做到。再者，土壤中污染物濃度分布具有不均勻性，且隨深度變化較大，取樣點太少會影響分析的全面性，取樣點太多則會增加檢測分析工作量。
[0005](2)現(xiàn)場檢測分析。目前，已有的揮發(fā)性有機物現(xiàn)場檢測分析裝置和方法大多針對水中的污染物(如CN102998408A，一種水中揮發(fā)性有機物的檢測裝置及其檢測方法)和大氣中的污染物(如CN101609072B，揮發(fā)性有機物連續(xù)監(jiān)測儀；CN102375041A，一種在線揮發(fā)性有機物分析儀及其使用方法；CN100353164C，大氣揮發(fā)性有機物在線分析儀)，針對土壤中揮發(fā)性有機物現(xiàn)場檢測分析的裝置和方法較少。
[0006]韓春媚等報道了一種利用光離子檢測器(PID)現(xiàn)場檢測土壤中揮發(fā)性有機物的方法:將土壤樣品取出后，放入塑封袋中，在陽光下放置幾分鐘，然后利用PID對塑封袋中的揮發(fā)性有機物濃度進行測試。該方法可以在現(xiàn)場對揮發(fā)性有機物進行檢測，但是鉆探取樣工作繁瑣，容易擾動土壤，且準確度較差。(韓春媚等，土壤中揮發(fā)性有機污染物現(xiàn)場快速監(jiān)測技術應用進展[J].環(huán)境監(jiān)測管理與技術，2010，22 (5)，p8-13)
薛強等發(fā)明了一種揮發(fā)性有機物原位測試系統(tǒng)(CN201716312U)，可以對不同深度處土壤中揮發(fā)性有機物進行原位檢測，不擾動土壤。然而，該測試系統(tǒng)用于采集揮發(fā)物的裝置結構較為簡單，僅靠抽風機把土壤某一深度處的氣體揮發(fā)性有機物抽走，在每一深度處需要停留一定時間，無法實現(xiàn)對不同深度處揮發(fā)性有機物濃度的在線連續(xù)檢測。


【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種土壤中揮發(fā)性有機物連續(xù)檢測裝置，用于對土壤中不同深度處的揮發(fā)性有機物濃度進行在線連續(xù)原位檢測，為科學、客觀、便捷地評估特定場地揮發(fā)性有機物的空間分布概況提供基礎數(shù)據(jù)和技術支撐。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術方案:一種土壤中揮發(fā)性有機物連續(xù)檢測裝置，包括內部中空的殼體，其特征在于所述殼體的下端設置有鉆頭，所述殼體的上端設置有螺紋接頭，所述殼體內設置有載氣導入管和載氣導出管，所述載氣導入管和載氣導出管底部連通，所述殼體靠近載氣導出管一側的側壁設置有一開口，開口處設置有防水透氣薄膜，所述載氣導出管設置有一開口，連通至防水透氣薄膜處，位于防水透氣薄膜下方的殼體側壁設置有加熱部件。所述土壤中揮發(fā)性有機物連續(xù)檢測裝置的殼體由堅硬金屬材料制成，內部中空；所述鉆頭位于裝置的最下端，所述螺紋接頭位于裝置最上端，可與空心的傳力桿相連接，傳力桿則與地面上的液壓動力單元相連接；所述載氣導入管和載氣導出管底部“U形”連通，載氣導入管與載氣瓶密封連接，載氣導出管與揮發(fā)性有機物檢測分析設備連接；所述防水透氣薄膜位于裝置側壁，內部空間與載氣導出管相通；所述加熱部件位于裝置側壁、防水透氣薄膜下方。
[0009]本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用上述土壤中揮發(fā)性有機物連續(xù)檢測裝置檢測分析土壤中揮發(fā)性有機物濃度的方法，包括如下步驟:
A、地面上的液壓動力單元通過傳力桿把壓力持續(xù)傳遞給裝置前端的鉆頭，使鉆頭下降；
B、載氣瓶中的載氣勻速進入載氣導入管，進而進入載氣導出管，載氣導出管內處于微負壓狀態(tài)；所述加熱部件迅速加熱附近土壤，土壤中的揮發(fā)性有機物變成氣體狀態(tài)，并穿過防水透氣薄膜進入載氣導出管，再由載氣將其攜帶至地表；
C、利用揮發(fā)性有機物檢測分析設備對所述步驟B中載氣中的揮發(fā)性有機物進行檢測分析，并以電壓信號的形式表征污染物濃度高低。根據(jù)不同深度處所檢測出來的揮發(fā)性有機物的電壓信號數(shù)據(jù)，可得知污染物質在土壤中的縱向分布情況；匯總數(shù)個不同監(jiān)測點的土壤中揮發(fā)性有機物檢測值，即可得到污染物質在不同水平距離與深度的空間分布情況。
[0010]優(yōu)選地，所述步驟A中鉆頭探測深度最大可達SnTlOm,探測深度主要由土壤污染調查所需的深度要求以及配合使用的液壓動力單元結構性能決定。
[0011]優(yōu)選地,所述步驟B中載氣為氮氣,氮氣在導管中流速為0.5cm/s"lcm/so
[0012]優(yōu)選地，所述步驟B中加熱部件內部采用電阻絲，功率可根據(jù)目標污染物的沸點而進行相應調節(jié)，以促使土壤中所吸附的揮發(fā)性有機物快速揮發(fā)成氣態(tài)物質。
[0013]優(yōu)選地，所述步驟C中揮發(fā)性有機物檢測分析設備可根據(jù)目標污染物的種類，選擇GC (氣象色譜)-FID (火焰離子檢測器)/PID (光離子檢測器)/E⑶(電子捕獲檢測器)
坐寸ο
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點和有益效果:
1.本發(fā)明中的土壤中揮發(fā)性有機物現(xiàn)場連續(xù)檢測裝置，將鉆頭、加熱部件、載氣導入/導出管等部件簡約集成，體積小巧；可在現(xiàn)場對土壤中的揮發(fā)性有機物進行原位檢測，克服了鉆探取樣實驗室分析的缺點，不需要取樣、低溫條件存樣、送樣等環(huán)節(jié)，操作方便，測試周期短，后勤需求低，檢測精度高，很適合需要大量外場檢測分析的城市和郊區(qū)土壤污染物調查。
[0015]2.本發(fā)明中的土壤中揮發(fā)性有機物連續(xù)檢測裝置及其檢測方法，利用載氣將氣態(tài)揮發(fā)性有機物帶出，結合地面上的揮發(fā)性有機物檢測分析設備，可實現(xiàn)對土壤中不同深度處揮發(fā)性有機污染物濃度的連續(xù)檢測，進而可得知土壤中揮發(fā)性有機物的空間分布情況，可為土壤環(huán)境質量評價和污染治理提供基礎數(shù)據(jù)和技術支持。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明實施例土壤中揮發(fā)性有機物連續(xù)檢測裝置的示意圖。
[0017]圖2是FID響應值與土壤中總石油烴濃度的相關性分析圖。
[0018]圖3是實施例二中不同監(jiān)測點不同深度處FID響應值的橫斷面圖。

【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述。根據(jù)下面說明和權利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。
[0020]實施例一
如圖1所示，本發(fā)明一種土壤中揮發(fā)性有機物連續(xù)檢測裝置，包括鉆頭1、螺紋接頭2、加熱部件3、載氣導入管4、載氣導出管5以及防水透氣薄膜6。所述土壤中揮發(fā)性有機物連續(xù)檢測裝置外壁由堅硬金屬材料制成，內部中空；所述鉆頭I位于裝置的最下端，所述螺紋接頭2位于裝置最上端，可與空心的傳力桿相連接，傳力桿則與地面上的液壓動力單元相連接；所述載氣導入管4和載氣導出管5位于裝置內部，兩者底部“U形”連通，載氣導入管與地面上的載氣瓶密封連接，載氣導出管與地面上的揮發(fā)性有機物檢測分析設備連接；所述防水透氣薄膜6位于裝置側壁，內部空間與載氣導出管5相通；所述加熱部件3位于裝置側壁、防水透氣薄膜6下方。薄膜位置設置在加熱部件上方I到2cm處。薄膜長度要適中，太長可能會影響污染物質濃度和深度的對應關系，太短可能影響后段機器響應。一般的長度是5到6cm。
[0021]利用上述土壤中揮發(fā)性有機物連續(xù)檢測裝置，檢測分析土壤中揮發(fā)性有機物濃度的方法，包括如下步驟:
步驟一:地面上的液壓動力單元通過傳力桿把壓力持續(xù)傳遞給裝置前端的鉆頭1，鉆頭I緩慢勻速下降；
步驟二:載氣瓶中的載氣勻速進入載氣導入管4，進而進入載氣導出管5，載氣導出管5內處于微負壓狀態(tài)；所述加熱部件3迅速加熱附近土壤，土壤中的揮發(fā)性有機物變成氣體狀態(tài)，并穿過防水透氣薄膜6進入載氣導出管5，再由載氣將其攜帶至地表；
步驟三:現(xiàn)場的揮發(fā)性有機物檢測分析設備對所述步驟二中載氣中的揮發(fā)性有機物進行檢測分析，并以電壓信號的形式表征污染物濃度高低。根據(jù)不同深度處所檢測出來的揮發(fā)性有機物的電壓信號數(shù)據(jù)，可得知污染物質在土壤中的縱向分布情況；匯總數(shù)個不同監(jiān)測點的土壤中揮發(fā)性有機物檢測值，即可得到污染物質在不同水平距離與深度的空間分布情況。
[0022]具體來說，所述步驟一中鉆頭探測深度最大可達SnTlOm。
[0023]具體來說,所述步驟二中載氣為氮氣,氮氣在導管中流速為0.5cm/s"lcm/s0
[0024]具體來說，所述步驟二中加熱部件內部采用電阻絲，功率可根據(jù)目標污染物的沸點而進行相應調節(jié)，以促使土壤中所吸附的揮發(fā)性有機物快速揮發(fā)成氣態(tài)物質。
[0025]具體來說，所述步驟三中揮發(fā)性有機物檢測分析設備為GC-FID。
[0026]實施例中，利用本發(fā)明一種土壤中揮發(fā)性有機物連續(xù)檢測裝置及其檢測方法，對現(xiàn)場幾個不同點位不同深度的土壤中總石油烴的濃度進行了檢測，F(xiàn)ID檢測器所顯示檢測信號為電壓信號數(shù)值。同時，利用鉆探取樣實驗室分析的方法對相同點位相同深度的土壤樣品進行了分析，得到了揮發(fā)性有機物的濃度數(shù)值。統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，實驗室檢測的揮發(fā)性有機物濃度數(shù)值與現(xiàn)場GC-FID檢測得到的電壓信號數(shù)值成正相關，當總石油烴類濃度高時，F(xiàn)ID響應值也越高，兩者之間線性回歸的相關系數(shù)R2=0.8762 (見附圖2)。這表明，利用本發(fā)明中的土壤中揮發(fā)性有機物連續(xù)檢測裝置及其檢測方法，可以快速便捷地得到土壤中揮發(fā)性有機物的電壓信號數(shù)值，且該數(shù)值可以較為準確地反應土壤中揮發(fā)性有機物的濃度。
[0027]實施例二
利用本發(fā)明中一種土壤中揮發(fā)性有機物連續(xù)檢測裝置及其檢測方法，對上海北部某受石油烴類污染的場地進行檢測分析，以了解污染物質擴散的方向和污染范圍。在盡量避開地下設施的情況下，利用網格布點法布置了 25個調查監(jiān)測點，利用本發(fā)明中的裝置檢測每一個點不同深度處污染物的濃度，揮發(fā)性有機物檢測分析設備為GC-FID，現(xiàn)場共獲得將近14000組FID響應數(shù)據(jù)。
[0028]根據(jù)FID響應值的橫斷面圖(圖3)，該場地內存在區(qū)域I和區(qū)域2兩個不同的污染區(qū)域。區(qū)域I覆蓋的監(jiān)測點位為P5、P19和P20，污染物分布深度范圍為-3.0nT0.0m ;區(qū)域2覆蓋的監(jiān)測位點為Ρ1、Ρ8和Ρ9，污染物分布深度范圍為-3.3nT-l.0m。
[0029]根據(jù)場地歷史情況調查，區(qū)域I和區(qū)域2分別在2006年和2001年發(fā)生過柴油和變壓器油泄露，導致土壤受到不同程度的石油烴類污染。這一事故事實與現(xiàn)場檢測出的污染物空間分布情況相符，證明利用本發(fā)明的裝置和方法可以準確便捷地對場地污染區(qū)域和污染物縱向分布情況進行分析識別，可以為污染土壤的治理工作提供技術支撐。
[0030]上述描述僅是對本發(fā)明較佳實施例的描述，并非對本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領域的普通技術人員根據(jù)上述揭示內容做的任何變更、修飾，均屬于權利要求書的保護范圍。
【權利要求】
1.一種土壤中揮發(fā)性有機物連續(xù)檢測裝置，包括內部中空的殼體，其特征在于所述殼體的下端設置有鉆頭，所述殼體的上端設置有螺紋接頭，所述殼體內設置有載氣導入管和載氣導出管，所述載氣導入管和載氣導出管底部連通，所述殼體靠近載氣導出管一側的側壁設置有一開口，開口處設置有防水透氣薄膜，所述載氣導出管設置有一開口，連通至防水透氣薄膜處，位于防水透氣薄膜下方的殼體側壁設置有加熱部件。
2.如權利要求1所述的土壤中揮發(fā)性有機物連續(xù)檢測裝置，其特征在于所述螺紋接頭與空心的傳力桿相連接，傳力桿則與地面上的液壓動力單元相連接。
3.如權利要求1所述的土壤中揮發(fā)性有機物連續(xù)檢測裝置，其特征在于載氣導入管與載氣瓶密封連接，載氣導出管與揮發(fā)性有機物檢測分析設備連接。
4.一種利用權利要求1所述的土壤中揮發(fā)性有機物連續(xù)檢測裝置檢測土壤中揮發(fā)性有機物的方法，其特征在于，包括如下步驟: A、地面上的液壓動力單元通過傳力桿把壓力持續(xù)傳遞給裝置前端的鉆頭，使鉆頭下降； B、載氣瓶中的載氣勻速進入載氣導入管，進而進入載氣導出管，載氣導出管內處于微負壓狀態(tài)；所述加熱部件迅速加熱附近土壤，土壤中的揮發(fā)性有機物變成氣體狀態(tài)，并穿過防水透氣薄膜進入載氣導出管，再由載氣將其攜帶至地表； C、現(xiàn)場的揮發(fā)性有機物檢測分析設備對所述步驟B中載氣中的揮發(fā)性有機物進行檢測分析，并以電壓信號的形式表征污染物濃度高低，根據(jù)不同深度處所檢測出來的揮發(fā)性有機物的電壓信號數(shù)據(jù)，得知污染物質在土壤中的縱向分布情況；匯總數(shù)個不同監(jiān)測點的土壤中揮發(fā)性有機物檢測值，即可得到污染物質在不同水平距離與深度的空間分布情況。
5.如權利要求4所述的檢測土壤中揮發(fā)性有機物的方法，其特征在于，所述步驟A中鉆頭探測深度最大為8nTl0m。
6.如權利要求5所述的檢測土壤中揮發(fā)性有機物的方法，其特征在于，所述步驟B中載氣為氮氣，氮氣在導管中流速為0.5cm/s"lcm/s。
7.如權利要求6所述的檢測土壤中揮發(fā)性有機物的方法，其特征在于，所述步驟B中加熱部件內部采用電阻絲。
8.如權利要求4所述的檢測土壤中揮發(fā)性有機物的方法，其特征在于，所述步驟C中揮發(fā)性有機物檢測分析設備為GC-FID或PID或E⑶。
【文檔編號】G01N30/02GK104181284SQ201410330499
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月11日 優(yōu)先權日:2014年7月11日
【發(fā)明者】朱煜, 張辰, 王磊, 呂永鵬, 譚學軍, 謝勝 申請人:上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司