CN104181284B - 一种土壤中挥发性有机物连续检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种土壤中挥发性有机物连续检测装置，包括内部中空的壳体，其特征在于所述壳体的下端设置有钻头，所述壳体的上端设置有螺纹接头，所述壳体内设置有载气导入管和载气导出管，所述载气导入管和载气导出管底部连通，所述壳体靠近载气导出管一侧的侧壁设置有一开口，开口处设置有防水透气薄膜，所述载气导出管设置有一开口，连通至防水透气薄膜处，位于防水透气薄膜下方的壳体侧壁设置有加热部件。本发明操作方便，测试周期短，后勤需求低，检测精度高，很适合需要大量外场检测分析的城市和郊区土壤污染物调查。

Description

一种土壤中挥发性有机物连续检测装置及其检测方法

技术领域

本发明属于环境保护与土壤修复技术领域，涉及一种土壤中挥发性有机物连续检测装置及其检测方法。

背景技术

挥发性有机物（VOCs）是指室温下饱和蒸汽压超过70.91Pa或沸点小于260℃的有机物，是石油、化工、制药、印刷、建材、喷涂等行业排放的最常见污染物。土壤中的挥发性有机物具有隐蔽性、不均匀性、挥发性、毒害性等不同于其他污染物的污染特性，成分复杂、潜在危险性大，在土壤污染治理中应予以优先控制。

对于土壤污染场地，场地调查与评价是污染治理工作的前提和基础，而土壤中污染物的检测分析则是场地调查工作的主要内容之一。目前土壤中挥发性有机物检测分析方法主要有两类：（1）钻探取样实验室分析；（2）现场检测分析。

（1）钻探取样实验室分析：利用钻探设备将土壤样品取出，密封后送往实验室进行检测分析。该方法能够对污染物质进行较为准确的定性和定量分析，但取样和检测工作繁琐，成本偏高，且耗时较长。此外，为防止挥发性有机物挥发影响检测结果，土壤样品需要在低温环境下运输和存放，这种较高的后勤需求在外场采样作业中很难做到。再者，土壤中污染物浓度分布具有不均匀性，且随深度变化较大，取样点太少会影响分析的全面性，取样点太多则会增加检测分析工作量。

（2）现场检测分析。目前，已有的挥发性有机物现场检测分析装置和方法大多针对水中的污染物（如CN102998408A，一种水中挥发性有机物的检测装置及其检测方法）和大气中的污染物（如CN101609072B，挥发性有机物连续监测仪；CN102375041A，一种在线挥发性有机物分析仪及其使用方法；CN100353164C，大气挥发性有机物在线分析仪），针对土壤中挥发性有机物现场检测分析的装置和方法较少。

韩春媚等报道了一种利用光离子检测器（PID）现场检测土壤中挥发性有机物的方法：将土壤样品取出后，放入塑封袋中，在阳光下放置几分钟，然后利用PID对塑封袋中的挥发性有机物浓度进行测试。该方法可以在现场对挥发性有机物进行检测，但是钻探取样工作繁琐，容易扰动土壤，且准确度较差。（韩春媚等，土壤中挥发性有机污染物现场快速监测技术应用进展[J].环境监测管理与技术，2010，22（5），p8-13）

薛强等发明了一种挥发性有机物原位测试系统（CN201716312U），可以对不同深度处土壤中挥发性有机物进行原位检测，不扰动土壤。然而，该测试系统用于采集挥发物的装置结构较为简单，仅靠抽风机把土壤某一深度处的气体挥发性有机物抽走，在每一深度处需要停留一定时间，无法实现对不同深度处挥发性有机物浓度的在线连续检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种土壤中挥发性有机物连续检测装置，用于对土壤中不同深度处的挥发性有机物浓度进行在线连续原位检测，为科学、客观、便捷地评估特定场地挥发性有机物的空间分布概况提供基础数据和技术支撑。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种土壤中挥发性有机物连续检测装置，包括内部中空的壳体，其特征在于所述壳体的下端设置有钻头，所述壳体的上端设置有螺纹接头，所述壳体内设置有载气导入管和载气导出管，所述载气导入管和载气导出管底部连通，所述壳体靠近载气导出管一侧的侧壁设置有一开口，开口处设置有防水透气薄膜，所述载气导出管设置有一开口，连通至防水透气薄膜处，位于防水透气薄膜下方的壳体侧壁设置有加热部件。所述土壤中挥发性有机物连续检测装置的壳体由坚硬金属材料制成，内部中空；所述钻头位于装置的最下端，所述螺纹接头位于装置最上端，可与空心的传力杆相连接，传力杆则与地面上的液压动力单元相连接；所述载气导入管和载气导出管底部“U形”连通，载气导入管与载气瓶密封连接，载气导出管与挥发性有机物检测分析设备连接；所述防水透气薄膜位于装置侧壁，内部空间与载气导出管相通；所述加热部件位于装置侧壁、防水透气薄膜下方。

本发明的另一目的在于提供一种利用上述土壤中挥发性有机物连续检测装置检测分析土壤中挥发性有机物浓度的方法，包括如下步骤：

A、地面上的液压动力单元通过传力杆把压力持续传递给装置前端的钻头，使钻头下降；

B、载气瓶中的载气匀速进入载气导入管，进而进入载气导出管，载气导出管内处于微负压状态；所述加热部件迅速加热附近土壤，土壤中的挥发性有机物变成气体状态，并穿过防水透气薄膜进入载气导出管，再由载气将其携带至地表；

C、利用挥发性有机物检测分析设备对所述步骤B中载气中的挥发性有机物进行检测分析，并以电压信号的形式表征污染物浓度高低。根据不同深度处所检测出来的挥发性有机物的电压信号数据，可得知污染物质在土壤中的纵向分布情况；汇总数个不同监测点的土壤中挥发性有机物检测值，即可得到污染物质在不同水平距离与深度的空间分布情况。

优选地，所述步骤A中钻头探测深度最大可达8m~10m，探测深度主要由土壤污染调查所需的深度要求以及配合使用的液压动力单元结构性能决定。

优选地，所述步骤B中载气为氮气，氮气在导管中流速为0.5cm/s~1cm/s。

优选地，所述步骤B中加热部件内部采用电阻丝，功率可根据目标污染物的沸点而进行相应调节，以促使土壤中所吸附的挥发性有机物快速挥发成气态物质。

优选地，所述步骤C中挥发性有机物检测分析设备可根据目标污染物的种类，选择GC（气象色谱）-FID（火焰离子检测器）/PID（光离子检测器）/ECD（电子捕获检测器）等。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1.本发明中的土壤中挥发性有机物现场连续检测装置，将钻头、加热部件、载气导入/导出管等部件简约集成，体积小巧；可在现场对土壤中的挥发性有机物进行原位检测，克服了钻探取样实验室分析的缺点，不需要取样、低温条件存样、送样等环节，操作方便，测试周期短，后勤需求低，检测精度高，很适合需要大量外场检测分析的城市和郊区土壤污染物调查。

2.本发明中的土壤中挥发性有机物连续检测装置及其检测方法，利用载气将气态挥发性有机物带出，结合地面上的挥发性有机物检测分析设备，可实现对土壤中不同深度处挥发性有机污染物浓度的连续检测，进而可得知土壤中挥发性有机物的空间分布情况，可为土壤环境质量评价和污染治理提供基础数据和技术支持。

附图说明

图1是本发明实施例土壤中挥发性有机物连续检测装置的示意图。

图2是FID响应值与土壤中总石油烃浓度的相关性分析图。

图3是实施例二中不同监测点不同深度处FID响应值的横断面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

如图1所示，本发明一种土壤中挥发性有机物连续检测装置，包括钻头1、螺纹接头2、加热部件3、载气导入管4、载气导出管5以及防水透气薄膜6。所述土壤中挥发性有机物连续检测装置外壁由坚硬金属材料制成，内部中空；所述钻头1位于装置的最下端，所述螺纹接头2位于装置最上端，可与空心的传力杆相连接，传力杆则与地面上的液压动力单元相连接；所述载气导入管4和载气导出管5位于装置内部，两者底部“U形”连通，载气导入管与地面上的载气瓶密封连接，载气导出管与地面上的挥发性有机物检测分析设备连接；所述防水透气薄膜6位于装置侧壁，内部空间与载气导出管5相通；所述加热部件3位于装置侧壁、防水透气薄膜6下方。薄膜位置设置在加热部件上方1到2cm处。薄膜长度要适中,太长可能会影响污染物质浓度和深度的对应关系,太短可能影响后段机器响应。一般的长度是5到6cm。

利用上述土壤中挥发性有机物连续检测装置，检测分析土壤中挥发性有机物浓度的方法，包括如下步骤：

步骤一：地面上的液压动力单元通过传力杆把压力持续传递给装置前端的钻头1，钻头1缓慢匀速下降；

步骤二：载气瓶中的载气匀速进入载气导入管4，进而进入载气导出管5，载气导出管5内处于微负压状态；所述加热部件3迅速加热附近土壤，土壤中的挥发性有机物变成气体状态，并穿过防水透气薄膜6进入载气导出管5，再由载气将其携带至地表；

步骤三：现场的挥发性有机物检测分析设备对所述步骤二中载气中的挥发性有机物进行检测分析，并以电压信号的形式表征污染物浓度高低。根据不同深度处所检测出来的挥发性有机物的电压信号数据，可得知污染物质在土壤中的纵向分布情况；汇总数个不同监测点的土壤中挥发性有机物检测值，即可得到污染物质在不同水平距离与深度的空间分布情况。

具体来说，所述步骤一中钻头探测深度最大可达8m~10m。

具体来说，所述步骤二中载气为氮气，氮气在导管中流速为0.5cm/s~1cm/s。

具体来说，所述步骤二中加热部件内部采用电阻丝，功率可根据目标污染物的沸点而进行相应调节，以促使土壤中所吸附的挥发性有机物快速挥发成气态物质。

具体来说，所述步骤三中挥发性有机物检测分析设备为GC-FID。

实施例中，利用本发明一种土壤中挥发性有机物连续检测装置及其检测方法，对现场几个不同点位不同深度的土壤中总石油烃的浓度进行了检测，FID检测器所显示检测信号为电压信号数值。同时，利用钻探取样实验室分析的方法对相同点位相同深度的土壤样品进行了分析，得到了挥发性有机物的浓度数值。统计分析发现，实验室检测的挥发性有机物浓度数值与现场GC-FID检测得到的电压信号数值成正相关，当总石油烃类浓度高时，FID响应值也越高，两者之间线性回归的相关系数R²=0.8762（见附图2）。这表明，利用本发明中的土壤中挥发性有机物连续检测装置及其检测方法，可以快速便捷地得到土壤中挥发性有机物的电压信号数值，且该数值可以较为准确地反应土壤中挥发性有机物的浓度。

实施例二

利用本发明中一种土壤中挥发性有机物连续检测装置及其检测方法，对上海北部某受石油烃类污染的场地进行检测分析，以了解污染物质扩散的方向和污染范围。在尽量避开地下设施的情况下，利用网格布点法布置了25个调查监测点，利用本发明中的装置检测每一个点不同深度处污染物的浓度，挥发性有机物检测分析设备为GC-FID，现场共获得将近14000组FID响应数据。

根据FID响应值的横断面图（图3），该场地内存在区域1和区域2两个不同的污染区域。区域1覆盖的监测点位为P5、P19和P20，污染物分布深度范围为-3.0m~0.0m；区域2覆盖的监测位点为P1、P8和P9，污染物分布深度范围为-3.3m~-1.0m。

根据场地历史情况调查，区域1和区域2分别在2006年和2001年发生过柴油和变压器油泄露，导致土壤受到不同程度的石油烃类污染。这一事故事实与现场检测出的污染物空间分布情况相符，证明利用本发明的装置和方法可以准确便捷地对场地污染区域和污染物纵向分布情况进行分析识别，可以为污染土壤的治理工作提供技术支撑。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (4)

1.一种土壤中挥发性有机物连续检测装置，包括内部中空的壳体，其特征在于所述壳体的下端设置有钻头，所述壳体的上端设置有螺纹接头，所述壳体内设置有载气导入管和载气导出管，所述载气导入管和载气导出管底部连通，所述壳体靠近载气导出管一侧的侧壁设置有一开口，开口处设置有防水透气薄膜，所述载气导出管设置有一开口，连通至防水透气薄膜处，位于防水透气薄膜下方的壳体侧壁设置有加热部件，所述螺纹接头与空心的传力杆相连接，传力杆则与地面上的液压动力单元相连接，载气导入管与载气瓶密封连接，载气导出管与挥发性有机物检测分析设备连接。

2.一种利用权利要求1所述的土壤中挥发性有机物连续检测装置检测土壤中挥发性有机物的方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、地面上的液压动力单元通过传力杆把压力持续传递给装置前端的钻头，使钻头下降，钻头探测深度最大为8m~10m；

B、载气瓶中的载气匀速进入载气导入管，进而进入载气导出管，载气为氮气，氮气在导管中流速为0.5cm/s~1cm/s，载气导出管内处于微负压状态；所述加热部件迅速加热附近土壤，土壤中的挥发性有机物变成气体状态，并穿过防水透气薄膜进入载气导出管，再由载气将其携带至地表；

C、现场的挥发性有机物检测分析设备对所述步骤B中载气中的挥发性有机物进行检测分析，并以电压信号的形式表征污染物浓度高低，根据不同深度处所检测出来的挥发性有机物的电压信号数据，得知污染物质在土壤中的纵向分布情况；汇总数个不同监测点的土壤中挥发性有机物检测值，即可得到污染物质在不同水平距离与深度的空间分布情况。

3.如权利要求2所述的检测土壤中挥发性有机物的方法，其特征在于，所述步骤B中加热部件内部采用电阻丝。

4.如权利要求2所述的检测土壤中挥发性有机物的方法，其特征在于，所述步骤C中挥发性有机物检测分析设备为GC-FID或PID或ECD。