CN102243225B

CN102243225B - 污染场地挥发性有机物挥发通量测定装置及方法

Info

Publication number: CN102243225B
Application number: CN201110099387.7A
Authority: CN
Inventors: 姜林; 姚珏君; 菲洛.吉奥瓦尼; 尤金尼奥·拿玻里; 钟茂生; 马克.克雷莫尼尼; 张丹; 樊艳玲; 张丽娜; 朱笑盈; 梁竞; 夏天翔
Original assignee: Beijing Municipal Research Institute of Environmental Protection
Current assignee: Beijing Municipal Research Institute of Environmental Protection
Priority date: 2011-04-20
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2031-04-20
Also published as: CN102243225A

Abstract

一种污染场地挥发性有机物挥发通量测定装置及方法，包括通量测试腔体，所述通量测试腔体为顶部封闭、底部敞口的筒形结构，通量测试腔体外部连接有气体混合器、电源盒、压力表和温度表，气体混合器有多个进气口，各进气口分别经采样管与分散在通量测试腔体各处的采样孔连接，气体混合器的出气口经管道依次与调节阀、流量计、样品采集管和采样泵连接，压力表和温度表的测量端均伸入通量测试腔体内部。本发明可现场直接监测场地中挥发性有机物的挥发通量，具有结构简单、安装方便、检测结果准确、成本低的优点。

Description

污染场地挥发性有机物挥发通量测定装置及方法

技术领域

本发明属于污染场地健康风险评估领域，具体涉及一种应用于污染场地挥发性有机物挥发通量的测定装置,以及该装置的测量方法。

背景技术

目前对于污染场地中挥发性有机污染的健康风险评价主要基于土壤中挥发性有机物的浓度，通过RBCA_toolkit软件进行模拟预测，计算出不同暴露情形下人群的暴露浓度及健康风险。但国内外大量工程实践的评价结果显示：采用这种方式的风险结果过于保守，最终制定的修复目标过于严格，导致修复成本过高。

为克服采用RBCA_toolkit带来的这一问题，可通过现场直接监测的方法，同时结合大气污染物扩散模型计算不同情形下的暴露浓度，再进行后续风险计算。现有用于采集挥发物的装置结构较为简单，采样箱内收集的样气直接通过管路送至检测系统，采样点和采样管路单一，气样无法充分混合，造成检测结果不准确，需进行多次测量。现有挥发物采集装置通常用于检测大气或水中的挥发物，不适用于土壤挥发性有机物的采集。采样箱底部难于与土地有效固定，箱体拆卸、清洗麻烦。

为满足对污染场地健康风险进行更客观、更科学的评价需要，需要开发一种能够快速、准确监测特定场地挥发性有机物挥发通量的装置。

发明内容

本发明提供一种污染场地挥发性有机物挥发通量测定装置及方法，要解决现有计算污染场地土壤中挥发性有机物的方法风险结果过于保守，修复目标过于严格，修复成本偏高的技术问题；并解决现有挥发物采集箱不适用于土壤挥发性有机物挥发通量测定，样气无法充分混合、检测效率低、测定结果不准确，以及装置安装拆卸不便的技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种污染场地挥发性有机物挥发通量测定装置，包括通量测试腔体，所述通量测试腔体为顶部封闭、底部敞口的筒形结构，通量测试腔体外部连接有气体混合器、电源盒、压力表和温度表，气体混合器有多个进气口，各进气口分别经采样管与分散在通量测试腔体各处的采样孔连接，气体混合器的出气口经管道依次与调节阀、流量计、样品采集管和采样泵连接，压力表和温度表的测量端均伸入通量测试腔体内部。

所述通量测试腔体内顶部中心安装有用于使通量测试腔体内气体混合均匀的风扇，风扇的转轴由电机驱动旋转，电机由电源线与通量测试腔体外部的电源盒连接。

所述通量测试腔体的底部连接有用于与监测点土壤固定的底座，通量测试腔体与底座之间密封连接。

所述底座整体为环状，底座下部带有一圈用于插入土壤内部的尖边。

所述通量测试腔体与底座之间的连接处有上下对应的裙边，并由固定螺栓穿过上下两裙边将通量测试腔体与底座固定，在上下两裙边之间夹有硅胶密封圈，并在两裙边外侧接缝处涂有一层硅胶。

所述电源盒内装有电机的驱动器、控制开关和便携式电源。

所述调节阀的出口安装有用于与流量计连接的快速接头II ，进气口和采样孔上均连接有快速接头I。

所述采样管为高压耐腐蚀的PU软管。

所述通量测试腔体的外部连接有两个对称提手。

这种污染场地挥发性有机物挥发通量测定方法，测定步骤如下：

步骤一，现场采样：

a、选定通量测试区域并布置测试点。

b、将通量测定装置固定在测试点土壤表面。

c、连接管路，在气体混合器的出气口用管道依次连接调节阀、流量计、样品采集管和采样泵。

d、关闭调节阀，记录此时压力表及温度表的读数。

e、开启风扇的控制开关使其在低转速下旋转，确保通量测试腔体内气体混合均匀，同时开始计时，每5分钟记录一次压力表及温度表的读数。

f、按照设计的采样方案，在设计的采样时间开启调节阀进行采样，采集完毕后迅速关闭调节阀，更换采样管待下次采样，重复上述步骤，直至完成所有样品的采集。

步骤二，数据处理与计算：

A、样品实验室检测及数据分析，根据采集样品的浓度及其对应的采样时间，绘制拟合曲线。

B、通量及风险计算，求出曲线斜率K值，再将K值代入公式一计算对应监测点挥发性有机物的挥发通量，最后将挥发通量代入公式二和三，计算不同情形下的风险。

……（一）

……（二）

……（三）

式中

Flux—测试点VOCs的挥发通量， mg/（m²·s）。

K—不同采样时间样品浓度随时间变化曲线斜率，mg/（m³·s）。

H—通量测试腔体有效高度，m。

IR1—室外暴露健康风险。

IR2—室内暴露健康风险。

W —下风向最大的VOC污染源的长度，m。

Uair —平均风速，m/s。

δair —混合带高度，m。

EF—暴露频率，单位为天每年（d/a）。

ED—暴露年限，单位为年（a）。

AT—平均致癌作用时间，单位为年（a）。

URF—苯的单位致癌风险因子，(μg/m3)^-1。

ER—建筑物换气率，1/s。

Lb—建筑物高度，m。

所述步骤一中，通量测定装置的固定方法是先采用垂直压入或敲击的方式将底座压入监测点土壤中，之后在底座的裙边上表面垫硅胶密封圈并将通量测试腔体垂直置于硅胶密封圈上，通过固定螺栓将通量测试腔体与底座的裙边连接固定，最后沿两裙边接缝处外侧涂抹一层硅胶，确保底座与通量测试腔体连接处不透气。

本发明的有益效果如下：本发明在通量测试腔体上设有多个位置分散的采样孔，通过采样管将腔体内部的挥发性有机物样品集中至气体混合器内，可使采集的样品混合更加均匀，检测结果更加准确。在通量测试腔体内部安装有风扇，可使腔体内的样品混合更加均匀，增加了采样的一致性。采样管及其他管路的连接均可采用快速接头，可提高装置的安装速度。通量测试腔体底部可安装有与监测点土壤连接底座，从而方便装置拆卸和更换。

本发明的测定装置可现场直接监测场地中挥发性有机物的挥发通量，具有结构简单、安装拆卸方便、检测结果准确、成本低的优点。

本发明的测定方法是在挥发性有机物污染区域选择并确定具有代表性的监测点，将测定仪固定在选定的监测点土壤表面；根据设计的监测方案采集所需的样品量；根据样品浓度随时间的变化率，并结合腔室的有效高度，计算监测点挥发性有机物的挥发通量，带入相应的模型计算不同暴露情景下的健康风险。该方法能够快速测定土壤中挥发性有机物的挥发通量，并以此为基准计算健康风险，克服了传统直接用RBCA_toolkit软件以土壤中挥发性有机物浓度为基准导致计算结果过于保守的问题，具有风险评估更客观、更科学，使得修复目标更经济等特点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的纵剖面结构示意图。

图3是本发明的俯视结构示意图。

图4是本发明的测定方法流程图。

附图标记：1－通量测试腔体、2－调节阀、3－流量计、4－样品采集管、5－采样泵、6－快速接头II、7－气体混合器、8－温度表、9－压力表、10－快速接头I、11-采样管、12-电源盒、13-提手、14-固定螺栓、15-电机、16-风扇、17-底座、18-硅胶密封圈、19-裙边、20-进气口、21-采样孔、22-出气口。

具体实施方式

实施例参见图1-3所示，这种污染场地挥发性有机物挥发通量测定装置，包括通量测试腔体1，所述通量测试腔体1为顶部封闭、底部敞口的筒形结构，材质可采用不锈钢，通量测试腔体1外部顶面连接有气体混合器7、电源盒12、压力表9和温度表8，以及两个提手13，气体混合器7有多个进气口20，各进气口分别经采样管11与分散在通量测试腔体1各处的采样孔21连接，进气口20和采样孔21上均连接有快速接头I10，采样管11采用高压耐腐蚀的PU软管，气体混合器7的出气口22经管道依次与调节阀2、流量计3、样品采集管4和采样泵5连接，调节阀2的出口安装有用于与流量计3连接的快速接头II 6。压力表9和温度表8的测量端均伸入通量测试腔体1内部，电源盒12内装有电机15的驱动器、控制开关和便携式电源。

所述通量测试腔体1内顶部中心安装有用于使通量测试腔体1内气体混合均匀的风扇16，风扇的转轴由电机15驱动旋转，电机15由电源线与通量测试腔体1外部的电源盒12连接。

所述通量测试腔体1的底部连接有用于与监测点土壤固定的底座17，通量测试腔体1与底座17之间密封连接。底座17整体为环状，底座下部带有一圈用于插入土壤内部的尖边。通量测试腔体1与底座17之间的连接处有上下对应的裙边19，并由固定螺栓14穿过上下两裙边将通量测试腔体1与底座17固定，在上下两裙边之间夹有硅胶密封圈18，并在两裙边外侧接缝处涂有一层硅胶。

参见图4所示，这种污染场地挥发性有机物挥发通量测定方法，测定步骤如下：

步骤一，现场采样：a、选定通量测试区域并布置测试点。

b、将通量测定装置固定在测试点土壤表面，先采用垂直压入或敲击的方式将底座17压入监测点土壤中，之后在底座17的裙边上表面垫硅胶密封圈18并将通量测试腔体1垂直置于硅胶密封圈18上，通过固定螺栓14将通量测试腔体1与底座17的裙边连接固定，最后沿两裙边接缝处外侧涂抹一层硅胶，确保底座17与通量测试腔体1连接处不透气。

c、连接管路，在气体混合器7的出气口22用管道依次连接调节阀2、流量计3、样品采集管4和采样泵5。

d、关闭调节阀2，记录此时压力表及温度表的读数。

e、开启风扇16的控制开关使其在低转速下旋转，确保通量测试腔体1内气体混合均匀，同时开始计时，每5分钟记录一次压力表9及温度表8的读数。

f、按照设计的采样方案，在设计的采样时间开启调节阀2进行采样，采集完毕后迅速关闭调节阀2，更换采样管11待下次采样，重复上述步骤，直至完成所有样品的采集。

步骤二，数据处理与计算：A、样品实验室检测及数据分析，根据采集样品的浓度及其对应的采样时间，绘制拟合曲线。

……（一）

……（二）

……（三）

式中

Flux—测试点VOCs的挥发通量， mg/（m²·s）。

H—通量测试腔体有效高度，m。

IR1—室外暴露健康风险。

IR2—室内暴露健康风险。

W —下风向最大的VOC污染源的长度，m。

Uair —平均风速，m/s。

δair —混合带高度，m。

EF—暴露频率，单位为天每年（d/a）。

ED—暴露年限，单位为年（a）。

AT—平均致癌作用时间，单位为年（a）。

URF—苯的单位致癌风险因子，(μg/m3)^-1。

ER—建筑物换气率，1/s。

Lb—建筑物高度，m。

Claims

1.一种污染场地挥发性有机物挥发通量测定装置，包括通量测试腔体（1），其特征在于：所述通量测试腔体（1）为顶部封闭、底部敞口的筒形结构，通量测试腔体（1）外部连接有气体混合器（7）、电源盒（12）、压力表（9）和温度表（8），气体混合器（7）有多个进气口（20），各进气口分别经采样管（11）与分散在通量测试腔体（1）各处的采样孔（21）连接，气体混合器（7）的出气口（22）经管道依次与调节阀（2）、流量计（3）、样品采集管（4）和采样泵（5）连接，压力表（9）和温度表（8）的测量端均伸入通量测试腔体（1）内部；

所述通量测试腔体（1）内顶部中心安装有用于使通量测试腔体（1）内气体混合均匀的风扇（16），风扇的转轴由电机（15）驱动旋转，电机（15）由电源线与通量测试腔体（1）外部的电源盒（12）连接；

所述通量测试腔体（1）的底部连接有用于与监测点土壤固定的底座（17），通量测试腔体（1）与底座（17）之间密封连接；

所述底座（17）整体为环状，底座（17）下部带有一圈用于插入土壤内部的尖边；

所述通量测试腔体（1）与底座（17）之间的连接处有上下对应的裙边（19），并由固定螺栓（14）穿过上下两裙边将通量测试腔体（1）与底座（17）固定，在上下两裙边之间夹有硅胶密封圈（18），并在两裙边外侧接缝处涂有一层硅胶。

2.根据权利要求1 所述的污染场地挥发性有机物挥发通量测定装置，其特征在于：所述电源盒（12）内装有电机（15）的驱动器、控制开关和便携式电源。

3.根据权利要求1 所述的污染场地挥发性有机物挥发通量测定装置，其特征在于：所述调节阀（2）的出口安装有用于与流量计（3）连接的快速接头II（6）；进气口（20）和采样孔（21）上均连接有快速接头I（10）。

4.根据权利要求1 所述的污染场地挥发性有机物挥发通量测定装置，其特征在于：所述采样管（11）为高压耐腐蚀的PU 软管。

5.根据权利要求1 所述的污染场地挥发性有机物挥发通量测定装置，其特征在于：所述通量测试腔体（1）的外部连接有两个对称提手。

6.一种采用权利要求1 ～ 5 任意一项所述装置的污染场地挥发性有机物挥发通量测定方法，其特征在于测定步骤如下：

步骤一，现场采样：

a、选定通量测试区域并布置测试点；

b、将通量测定装置固定在测试点土壤表面；

c、连接管路，在气体混合器（7）的出气口（22）用管道依次连接调节阀（2）、流量计（3）、样品采集管（4）和采样泵（5）；

d、关闭调节阀（2），记录此时压力表及温度表的读数；

e、开启风扇（16）的控制开关使其在低转速下旋转，确保通量测试腔体（1）内气体混合均匀，同时开始计时，每5 分钟记录一次压力表（9）及温度表（8）的读数；

f、按照设计的采样方案，在设计的采样时间开启调节阀（2）进行采样，采集完毕后迅速关闭调节阀（2），更换采样管（11）待下次采样，重复上述步骤，直至完成所有样品的采集；

步骤二，数据处理与计算：

A、样品实验室检测及数据分析，根据采集样品的浓度及其对应的采样时间，绘制拟合曲线；

B、通量及风险计算，求出曲线斜率K 值，再将K 值代入公式一计算对应监测点挥发性有机物的挥发通量，最后将挥发通量代入公式二和三，计算不同情形下的风险；

Figure 2011100993877100001DEST_PATH_IMAGE001

……（一）

Figure 2011100993877100001DEST_PATH_IMAGE002

……（二）

Figure 2011100993877100001DEST_PATH_IMAGE003

……（三）

式中

Flux—测试点VOCs 的挥发通量， mg/(m²·s)；

K—不同采样时间样品浓度随时间变化曲线斜率，mg/(m³·s) ；

H—通量测试腔体有效高度，m ；

IR1—室外暴露健康风险；

IR2—室内暴露健康风险；

W —下风向最大的VOC 污染源的长度，m ；

Uair —平均风速，m/s ；

δair —混合带高度，m ；

EF—暴露频率，单位为天每年（d/a）；

ED—暴露年限，单位为年（a）；

AT—平均致癌作用时间，单位为年（a）；

URF—苯的单位致癌风险因子，(μg/m³)^-1；

ER—建筑物换气率，1/s ；

Lb—建筑物高度，m。

7.根据权利要求6 所述的污染场地挥发性有机物挥发通量测定方法，其特征在于：所述步骤一中，通量测定装置的固定方法是先采用垂直压入或敲击的方式将底座（17）压入监测点土壤中，之后在底座（17）的裙边上表面垫硅胶密封圈（18）并将通量测试腔体（1）垂直置于硅胶密封圈（18）上，通过固定螺栓（14）将通量测试腔体（1）与底座（17）的裙边连接固定，最后沿两裙边接缝处外侧涂抹一层硅胶，确保底座（17）与通量测试腔体（1）连接处不透气。