CN103913354A - 一种土壤气挥发性有机污染物的被动采集装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土壤气中挥发性有机污染物的被动采集装置及方法。被动采集装置，包括PVC管和PUF气膜，PUF气膜上添加有效能参考物，并固定安装在PVC管内；PVC管上端密封下端开口，且管壁四周分布有小孔使下端进入的气流流通到管外。PVC管上端可以采用铝箔密封。还可以采用两片相同的且添加有效能参考物的PUF气膜固定安装在PVC管内。使用时将所述的被动采集装置开口向下垂直放入土壤之中，回填密实；采集周期为大于或等于12周后回收。在PUF气膜上添加DCs解决了土壤气的采集速率问题，便于计算土壤气中有机污染物的浓度，同时也避免环境因素(如土壤温度、土壤湿度等)对采集装置的影响。

Description

一种土壤气挥发性有机污染物的被动采集装置及方法

技术领域

本发明属于环境分析与监测技术领域，具体涉及一种土壤气中挥发性有机污染物的被动采集装置及方法。

背景技术

土壤是贮存元素和化学物质最大最稳定的场所，当污染物进入土壤，会经历渗滤、降解、蒸发或者被土壤吸附等系列环境过程。很多环境模型显示，土壤起初充当着“汇”，从大气中吸收污染物；随着化学物质逐渐被禁止或限制，土壤随即转变为“源”，污染物正在慢慢被释放回大气中。污染物能够通过地表—大气作用发生远距离迁移，最终造成严重的环境污染问题。众多环境污染物中，有机污染物在土壤中化学稳定性好，经过很多年后在土壤中残留和危害仍不容忽视，是造成环境污染和生态危害的关键因素之一。很多野外研究已经证实，土壤中残留有机污染物正经历着从土壤重新挥发进入大气的过程。土壤是控制有机污染物全球性循环的重要媒介，土壤中有机污染物受到土壤特性(如土壤有机质、土壤组成)、环境条件(如大气温度、土壤温度)以及化合物本身理化性质(如挥发性)等影响。

从化学成分行为特点来看，土壤气相可以帮助有机分子在土壤中发生迁移，而使有机污染物持久性在土壤表层附近表现尤为突出。土壤气通过土壤孔隙间进行传输，成为土壤中污染物质的重要传输渠道，特别是针对挥发性有毒化学物质。那么，有机污染物在土壤中经历怎样的释放、迁移等环境过程，在土壤和土壤气相中进行着怎样的交换，受到哪些因素影响？弄清楚这些问题，对于探讨土壤中有机污染物的赋存、迁移转化以及最终环境归宿具有重要价值；同时，该问题的解决将为治理与修复有机物质污染场地提供新思路和科学依据。

目前国内外对于土壤气采集方法研究较多，但是存在两个问题。一方面，研究对象大都针对于无机物，如氡(Rn)、汞(Hg)、氦(He)、氢气(H₂)、氧气(O₂)及二氧化碳(CO₂)等；对于土壤气中有机污染物研究非常少(常见有苯、氯仿、三氯乙烷、卤代烃等)，尤其对于土壤气中有机氯农药等持久性有机污染物的采集与研究未见报道。另一方面，土壤气采集方法几乎均为主动法。主要步骤是将硬质塑料管或聚氯乙烯(PVC)塑料管打好孔，用纱布将透气孔包好，做成集气室；集气室上端与导气管连接即组成集气—采气装置。用钢钎等工具在土壤中钻孔，迅速放入集气—采气装置，并用土填实埋好。通过抽气泵等设备的真空负压作用，土壤中气体经由透气孔进入集气室，再通过导气管进入采样器或直接进入仪器测量。土壤气的抽提、检测在欧美等国家已进行深入研究和应用。我国近几年也开展相关研究，如赵倩等在土壤气抽提技术基础上，建立一种土壤气中挥发性卤代烃采集方法，具体操作是在土壤中钻井后迅速盖上密封盖，经过一段时间让钻井内气体与土壤中气体达到平衡；然后将活性炭吸附管一头与采样钢管连接，另一头垂直放入所钻井中；外接抽气泵等装置进行抽气采集。待采气结束，取出活性炭吸附管，将其两端密封后进行检测。总的来说，目前土壤气主动采集法存在以下不足：所需装置繁琐，需要电力设备，不适合野外采集；采样时间和采样体积均受到限制，无法实现土壤气持续测定和追踪。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种土壤气挥发性有机污染物的被动采集装置及方法。

一种土壤气挥发性有机污染物被动采集装置，包括PVC管和PUF气膜，所述的PUF气膜上添加效能参考物(DCs)，并固定安装在PVC管内；所述的PVC管上端密封下端开口，且管壁四周分布有小孔使下端进入的气流流通到管外。

按上述方案，所述的PVC管上端采用铝箔密封。

按上述方案，采用两片相同的且添加有效能参考物的PUF气膜固定安装在PVC管内。

利用上述被动采集装置的土壤气挥发性有机污染物的被动采集方法，包括以下步骤：

将所述的被动采集装置开口向下垂直放入土壤之中，回填密实；采集周期为大于或等于12周后回收。

按上述方案，被动采集装置中PUF气膜使用不同挥发性的效能参考物。

本发明的有益效果在于：

1)在PUF气膜上添加DCs解决了土壤气的采集速率问题，便于计算土壤气中有机污染物的浓度，同时也避免环境因素(如土壤温度、土壤湿度等)对采集装置的影响；

2)土壤气的被动采集装置适用于不同土壤深度的土壤气采集，将采集装置填埋至要求土壤深度即可。并且不同深度土壤气的被动采集速率均相同；

3)土壤气的被动采集装置所需器材简单、成本低廉、携带方便，适合于野外长时间连续监测。

附图说明

图1：本发明土壤气挥发性有机污染物被动采集装置示意图；

1-铝箔；2-小孔；3-铁丝；4-PUF气膜；5-PVC管。

具体实施方式

参照附图1，土壤气挥发性有机污染物被动采集装置，包括PVC管5和PUF气膜4，所述的PUF气膜4上添加有效能参考物，并用铁丝3固定安装在PVC管5内；所述的PVC管上端密封下端开口，且管壁四周分布有小孔2使下端进入的气流流通到管外。

参照附图1，PVC管上端采用铝箔1密封，或同时还采用两片相同的且添加有效能参考物的PUF气膜固定安装在PVC管内，其目的在于采集装置中上层PUF气膜和管口铝箔起着保护作用，防止周围土壤颗粒、降雨降雪等因素对下层PUF气膜造成破坏或污染，保证下层PUF气膜对相应深度土壤气中挥发性有机物的采集。

利用上述被动采集装置的土壤气挥发性有机污染物被动采集过程：

将所述的被动采集装置开口向下垂直放入土壤之中，回填密实；采集周期为大于或等于12周后回收。考虑到土壤气的被动采集装置中DCs在PUF气膜和土壤之间经历不断地吸附竞争，采样周期在12周(或者3个月)以后，DCs在PUF气膜和土壤之间的竞争吸附趋于稳定，计算所得土壤气的采集速率相差不大，所以宜选择的采样周期应该大于或等于12周(或者3个月)

添加的效能参考物根据实际环境气候条件进行选择，被动采集装置中PUF气膜使用不同挥发性的效能参考物，以便在计算采集速率时有更多的定量分析选择。

采样完成后，按照USEPA8080A分析方法对PUF气膜样进行预处理与有机污染物分析检测。

土壤气的被动采集速率R与PVC管、PUF气膜规格密切相关。比如选用规格：PVC管长0.30m，内径0.045m；PUF气膜4直径0.045m，厚度0.013m，质量0.45g，体积2.1×10^-5m³，通过所选择的DC及其回收率计算R为1.41～3.47m³/d(平均值2.07m³/d)。采集过程中，可以根据实际情况选择PVC管和PUF气膜的规格。比如土壤中有机污染物残留较高，释放出的气态有机污染物相对较高，可以选择较大内径的PVC、相应大小直径的PUF气膜，避免被吸附的气态有机污染物含量超过PUF气膜饱和容量。

Claims (5)

1.一种土壤气挥发性有机污染物被动采集装置，包括PVC管和PUF气膜，其特征在于所述的PUF气膜上添加效能参考物，并固定安装在PVC管内；所述的PVC管上端密封下端开口，且管壁四周分布有小孔使下端进入的气流流通到管外。

2.如权利要求1所述土壤气挥发性有机污染物被动采集装置，其特征在于所述的PVC管上端采用铝箔密封。

3.如权利要求1所述土壤气挥发性有机污染物被动采集装置，其特征在于采用两片相同的且添加有效能参考物的PUF气膜固定安装在PVC管内。

4.利用权利要求1-3任一项所述被动采集装置的土壤气挥发性有机污染物的被动采集方法，包括以下步骤：

将所述的被动采集装置开口向下垂直放入土壤之中，回填密实；采集周期为大于或等于12周后回收。

5.如权利要求4所述土壤气挥发性有机污染物被动采集方法，其特征在于被动采集装置中PUF气膜使用不同挥发性的效能参考物。