CN105021660A - 可定量探测污染土体中挥发性有机物浓度的气渗性探头 - Google Patents

可定量探测污染土体中挥发性有机物浓度的气渗性探头 Download PDF

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Abstract

本发明公布了一种可定量探测污染土体中挥发性有机物浓度的气渗性探头，该探头的内置复合电缆(1)，复合电缆(1)包括加热线(1-1)与电导线(1-2)，复合电缆(1)外部为进气管(2)、出气管(3)，进气管(2)和出气管(3)各有两根，进气管(2)内为控制室提供的高浓度氮气，出气管(3)内为输出至检测器检测的混合气体，该混合气体包括氮气和挥发性有机物气体，出气管(3)的外部为两片圆形气体渗透膜(4)，左右对称，圆形气体渗透膜(4)的外部是铜垫圈(5)，铜垫圈(5)的外部是土体中挥发性的有机物(6)，探头的外部为外套筒(7)，探头的下部为电导率传感器(8)，电导率传感器(8)的下部为锥头(9)。该探头具有简单、快速、易操作等特点。

Description

可定量探测污染土体中挥发性有机物浓度的气渗性探头
技术领域
本发明涉及一种对称的气渗性探头，属于环境岩土工程领域中一种能够原位、连续、准确、定量地测试地表下污染土体中挥发性有机物浓度与位置以及土体电导率的静力触探装置。
背景技术
随着我国国民经济的快速发展，土地承受的环境压力越来越大，防治土体和地下水污染已成为我国环境保护工作的重要任务之一，其中污染场地调查与评价则是防治工作的前提和基础。近年来，土体和地下水污染问题在国内也日益引起重视。了解其污染物特性、空间和浓度分布范围以及场地水文地质特征等信息，对污染土体和地下水的影响评价及修复方案设计至关重要。常规的场地调查工作包括钻探、土体样品取样、筛选、地下水监测井安装和采样、实验室分析等。但是，由于场地地下环境有隐蔽、不均质等特点，如果按照常规的调查程序，则需要进行较繁琐的污染调查工作，花较多的时间和经费，且实验室分析所得结果为点状信息，不能现场确定，因此无法快速有效确定污染范围。现有的技术使得分析结果精确度较差，难以满足相关研究和后续设计需要。因此提高场地调查技术以便准确侦探地表下污染物浓度与位置十分必要。
本发明提出一种简单、持续、易操作的气渗性探头，实时提供挥发性有机物三维半定量污染信息，从而快速初步确定污染物的总浓度(半定量)和空间分布，为岩土工程原位测试、地表下污染物浓度与位置、地层岩性的有效判断等提供准确有效的评价工具。
发明内容
技术问题：本发明要解决的技术问题是针对目前国内技术的缺陷，提出一种可用于岩土工程领域的原位可定量探测污染土体中挥发性有机物浓度的气渗性探头。
技术方案：本发明是一种可定量探测污染土体中挥发性有机物浓度的气渗性探头，该探头为一个圆柱状，其内部有复合电缆、加热线、电导线、2根进气管、2根出气管、2片左右对称的圆形气体渗透膜、2块左右对称的铜垫圈、外套筒、电导率传感器、锥头；其中，复合电缆内部设有加热线、电导线，复合电缆由该气渗性探头上部的外端沿该气渗性探头的轴线连接到位于下部的电导率传感器，复合电缆外部为进气管、出气管，进气管内为控制室提供的高浓度氮气，出气管内为输出至检测器检测的混合气体，该混合气体包括氮气和挥发性有机物，出气管的外部为两片圆形气体渗透膜，左右对称，圆形气体渗透膜的外部是铜垫圈，铜垫圈的外部是土体中挥发性的有机物，探头的外部为外套筒，探头的下部为电导率传感器，电导率传感器的下部为锥头。
复合电缆为加热线与电导线的复合，加热线的直径3.0mm，长度为50.0cm，电导线的直径为3.0mm，长度为80.0cm。
进气管和出气管的直径为0.5cm，进气管的长度为40.0cm，出气管的长度为50.0cm。
左右对称的圆形气体渗透膜的直径为2.0cm，筛孔直径为10-4微米。
左右对称的铜垫圈为圆环状，其内径为1.0cm，外径为2.0cm。
锥头的锥角为60°，锥底截面积为15cm2。
本发明的可用于定量探测污染土体中挥发性有机物浓度的气渗性探头，是利用钻机将探头以1.2m/min的速度直接贯入地表下，然后利用探头中复合电缆中的加热线加热探头，并将温度控制在121℃，使圆形气体渗透膜外部的土体污染物受热气化，气化的污染物通过探头侧壁的圆形气体渗透膜，利用循环的携带气体(高浓度氮气)，以一定的流量将挥发性有机物传输至地面上的探测器。地面上检测器显示有机污染物质的电压反应强度，作为分析污染浓度高低和空间分布的参考。加热线能保证圆形气体渗透膜外部的土体污染物气化，并使得气化的污染物被氮气携带至检测器。土体电导率探头可连续监测地层电导率的变化，有效判断地层岩性。左右对称的圆形气体渗透膜保证挥发性有机物进入到探头出气管内部，能准确反映地表下污染物的浓度与位置。
有益效果：环境岩土工程实践中，土体和地下水污染问题在国内日益引起重视。了解其污染物特性、空间和浓度分布范围以及场地水文地质特征等信息，对污染土和地下水的影响评价及修复方案设计至关重要。传统土和地下水污染调查方法，如采用钻探和安装监测井采集样品送实验室分析，相对较为耗时，所得结果为点状信息且不能现场确定，因此无法快速有效确定污染范围。本发明基于现有调查方法，提出了一种左右对称的气渗性探头，可实时提供挥发性有机物三维半定量污染信息，从而快速初步确定污染物的总浓度(半定量)和空间分布。解决了国内现有土体和地下水污染调查难以准确、定量、连续的测试污染物浓度和位置的缺陷，使得土体和地下水污染调查技术能够更好的服务于环境岩土工程实践。
附图说明
图1是本发明的探头结构示意图；
其中有：复合电缆1、加热线1-1、电导线1-2、进气管2、出气管3、圆形气体渗透膜4、铜垫圈5、挥发性的有机物6、外套筒7、电导率传感器8、锥头9。
具体实施方式
本发明是一种可定量探测污染土体中挥发性有机物浓度的气渗性探头，由复合电缆1、进气管2、出气管3、圆形气体渗透膜4、铜垫圈5、外套筒7、电导率传感器8、锥头9。复合电缆1内部为加热线1-1、电导线1-2，复合电缆1外部为进气管2、出气管3，进气管2内为控制室提供的高浓度氮气，出气管3内为输出至检测仪检测的混有氮气和挥发性有机物的混合气体，出气管3的外部为两片圆形气体渗透膜4，左右对称，圆形气体渗透膜4的外部是铜垫圈5，铜垫圈5的外部是土体中挥发性的有机物6，探头的外部为外套筒7，探头的下部为电导率传感器8，电导率传感器8的下部为锥头9。
加热线1-1的直径3.0mm，长度为50.0cm。电导线1-2的直径为3.0mm，长度为80.0cm。
进气管2和出气管3的直径为0.5cm，进气管2的长度为40.0cm，出气管3的长度为50.0cm。
左右对称的圆形气体渗透膜4的直径为2.0cm，筛孔直径为10-4微米。
铜垫圈5为圆环状，其内径为1.0cm，外径为2.0cm。
锥头9的锥角为60°，锥底截面积为15cm2。
图1所示为本发明的探头结构示意图。其操作步骤为首先进行响应测试，通过系统整体性和完整性来验证每一个记录的数据。其具体实施步骤为，准备好纯净化合物(如苯、TCE、PCE等)、微升注射器、40毫升试瓶、聚氯乙烯试管、烧杯等必备品，将25甲醇倒入试瓶中，根据苯、甲苯、四氯化碳等相关化合物的适宜体积加入到甲醇中，按规定制成不同普通化合物。继而开启加热器，将本发明的气渗性探头置入纯净水中，将规定的标准体积加到期望的标准溶液中，并倒入PVC管中，同时将探头浸入到溶液中，最后从控制室得出相关的测试时间与数据，确保系统的整体性与完整性。再根据前期调查与现场踏勘，确定可能存在污染土体和地下水污染的重点关注区域，确定探头点位布设情况。利用钻机将气渗性探头直接贯入地表下，由复合电缆中的加热设备将周围土体中所积存的有机物气化，气化后的有机物穿过左右对称的圆形气体渗透膜进入出气管内，再由氮气将其携带至地表检测器，可直接在现场配合氢火焰离子化检测器(FID)、电子捕获检测器(ECD)和光离子化检测器(PID)等单个或多个检测器来显示有机污染物质的电压反应强度，作为分析污染浓度高低和空间分布的参考。探头下部所附的土体导电度电极可分析纪录探头所触及土体的导电度值，以此分析土体质地与特性。该探头保证了地表下挥发性有机物通过圆形气体渗透膜进入检测器，具有良好的质量控制和可重复性，且准确性高、快速而有效。

Claims (6)

1.一种可定量探测污染土体中挥发性有机物浓度的气渗性探头，其特征在于该探头为一个圆柱状，其内部有复合电缆(1)、加热线(1-1)、电导线(1-2)、2根进气管(2)、2根出气管(3)、2片左右对称的圆形气体渗透膜(4)、2块左右对称的铜垫圈(5)、外套筒(7)、电导率传感器(8)、锥头(9)；其中，复合电缆(1)内部设有加热线(1-1)、电导线(1-2)，复合电缆(1)由该气渗性探头上部的外端沿该气渗性探头的轴线连接到位于下部的电导率传感器(8)，复合电缆(1)外部为进气管(2)、出气管(3)，进气管(2)内为控制室提供的高浓度氮气，出气管(3)内为输出至检测器检测的混合气体，该混合气体包括氮气和挥发性有机物，出气管(3)的外部为两片圆形气体渗透膜(4)，左右对称，圆形气体渗透膜(4)的外部是铜垫圈(5)，铜垫圈(5)的外部是土体中挥发性的有机物(6)，探头的外部为外套筒(7)，探头的下部为电导率传感器(8)，电导率传感器(8)的下部为锥头(9)。
2.根据权利要求1所述的可定量探测污染土体中挥发性有机物浓度的气渗性探头，其特征在于复合电缆(1)为加热线(1-1)与电导线(1-2)的复合，加热线(1-1)的直径3.0mm，长度为50.0cm，电导线(1-2)的直径为3.0mm，长度为80.0cm。
3.根据权利要求1所述的可定量探测污染土体中挥发性有机物浓度的气渗性探头，其特征在于进气管(2)和出气管(3)的直径为0.5cm，进气管(2)的长度为40.0cm，出气管(3)的长度为50.0cm。
4.根据权利要求1所述的可定量探测污染土体中挥发性有机物浓度的气渗性探头，其特征在于左右对称的圆形气体渗透膜(4)的直径为2.0cm，筛孔直径为10-4微米。
5.根据权利要求1所述的可定量探测污染土体中挥发性有机物浓度的气渗性探头，其特征在于左右对称的铜垫圈(5)为圆环状，其内径为1.0cm，外径为2.0cm。
6.根据权利要求1所述的可定量探测污染土体中挥发性有机物浓度的气渗性探头，其特征在于锥头(9)的锥角为60°，锥底截面积为15cm2。
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