CN106526135A - 一种VOCs模拟试验系统及VOCs浓度测量方法 - Google Patents

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李志星
蔡玮
蔡国庆
郭玉良
肖双全
尤金宝
石清宇
张海生
罗小刚
韩冬冰
刘增强
谢文浩
张曼华
李凌宜
杨爱斌
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Beijing Municipal Administration Road And Bridge Ltd Co
Beijing Jiaotong University
Beijing Municipal Road and Bridge Co Ltd
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/24—Earth materials

Abstract

本发明公开了一种VOCs模拟试验系统及VOCs浓度测量方法，该装置包括系统主体，VOCs添加装置，图像采集装置及气相VOCs检测仪。VOCs添加装置设置在系统主体顶部，图像采集装置设置在系统主体的侧边，气相VOCs检测仪与系统主体连接；所述系统主体内填充有非饱和土层，系统主体沿纵向设置的气体监测孔与气相VOCs检测仪连接。图像采集装置采集液相VOCs的锋面变化，气相VOCs检测仪检测气相VOCs沿系统主体纵向的浓度。本发明提供的VOCs在非饱和土层的模拟试验系统结构合理，不仅可以测试液相VOCs锋面在非饱和土层的变化，同时可实时检测气相和液相VOCs在非饱和土层的浓度变化，对研究液相和气相VOCs的运移及浓度分布规律及二者之间的关联具有现实意义。

Description

一种VOCs模拟试验系统及VOCs浓度测量方法
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，尤其涉及一种VOCs模拟试验系统及VOCs浓度测量方法。
背景技术
随着石油工业的发展，石油勘探、开发以及运输和使用过程中带来的环境污染与危害越来越引起人们的关注，甚至已经影响到了人们的正常生活。
石油污染物会改变土壤有机质组成，破坏土壤结构，影响土壤通透性，阻碍植物根系呼吸。石油等挥发性有机物（Volatile Organic Compounds，VOCs）的污染事件多发生在非饱和带土壤总，土壤污染发生后，土壤中同时存在液相和气相污染物。液相VOCs在重力作用下渗和相间运移，挥发的气相VOCs在浓度梯度的驱动下将不断通过土壤向大气中散逸或向土壤等多空固体介质内部孔隙扩散。
人们对有机污染物对土壤和地下水造成的污染的关注度不断升温，研究人员对液相VOCs在土壤中的分布规律研究较多，但对气相VOCs在土壤中挥发的分布很少涉及。
为了通过实验方法研究VOCs泄漏后，其在非饱和土层中分布规律以及运移过程中所挥发气相VOCs的分布情况，一种量测VOCs渗流实验中气相浓度的方法尤为重要。
目前已有单一研究液相污染物或者气相污染物的运移规律的试验装置，但没有一种在研究模拟液相VOCs渗流的同时，实现挥发的气相VOCs在土层的浓度分布的测量的试验系统及方法。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术问题，提供了一种VOCs模拟试验系统及VOCs浓度测量方法，试验系统结构合理，不仅可以测试液相VOCs锋面在非饱和土层的变化，同时可以实时检测气相和液相VOCs在非饱和土层的浓度变化，对研究液相和气相VOCs的运移及浓度分布规律，以及二者之间的关联具有现实意义。
本发明的技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供的一种VOCs模拟试验系统，具体为一种VOCs在非饱和土层的模拟试验系统，包括系统主体，VOCs添加装置，图像采集装置及气相VOCs检测仪。
VOCs添加装置设置在系统主体顶部，图像采集装置设置在系统主体的侧边，气相VOCs检测仪与系统主体连接；所述系统主体内填充有非饱和土层，系统主体沿纵向设置有气体监测孔，气体监测孔与气相VOCs检测仪连接。
试验时，图像采集装置采集液相VOCs的锋面变化，气相VOCs检测仪检测气相VOCs沿系统主体纵向的浓度。
进一步地，所述系统主体为有机玻璃柱，沿纵向设置的相邻气体监测孔的间距为40-60mm。
进一步地，所述有机玻璃柱的直径为100-150mm。
进一步地，所述非饱和土层分层压实在系统主体内。
进一步地，所述非饱和土层的分层范围为15-20层。
本发明还提供了一种VOCs浓度测量方法，具体为一种同时测量气相和液相VOCs浓度的方法，该方法是在上面所述的VOCs在非饱和土层的模拟试验系统中进行的，其包括以下步骤：
S1，根据含水率及干密度准备土样，并分层压实在系统主体内；
S2，在系统主体的上表面及下表面放置滤纸，将VOCs添加装置安装在系统主体顶部，将图像采集装置设置在系统主体的侧边；
S3，将气相VOCs检测仪上的探头放置在各个气体监测孔处；
S4，打开VOCs添加装置，启动图像采集装置及气相VOCs检测仪，通过图像采集装置记录液相VOCs的锋面变化，通过气相VOCs检测仪检测气相VOCs沿系统主体纵向的浓度；
S5，根据步骤S4中的检测结果，绘制液相VOCs锋面随时间变化曲线、气相VOCs的时空分布曲线，并分析两曲线的关联性。
本发明有益效果：
本发明提供的一种VOCs模拟试验系统及VOCs浓度测量方法，试验系统结构合理，不仅可以测试液相VOCs锋面在非饱和土层的变化，同时可以实时检测气相和液相VOCs在非饱和土层的浓度变化，具有以下有益效果：
（1）在模拟VOCs在非饱和土层中运移试验中，用一种简便的方法直接测量土层中气相VOCs的浓度。
（2）在模拟有机污染物在非饱和土层中运移试验中，同时研究液相和气相VOCs的运移及浓度分布规律，有利于发现二者之间的关联，试验结果更具可靠性。
附图说明
通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：
图1是本发明的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件如下：
1.VOCs添加装置；2.系统主体；3.图像采集装置；4.气相监测孔；5.气相VOCs检测仪。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明的一种VOCs模拟试验系统及VOCs浓度测量方法进行详细说明。
在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。
图1是本发明所述的一种VOCs模拟试验系统的结构示意图。该实验系统具体为一种VOCs在非饱和土层的模拟试验系统，其包括系统主体2，VOCs添加装置1，图像采集装置3及气相VOCs检测仪5。
VOCs添加装置1设置在系统主体2顶部，图像采集装置3设置在系统主体2的侧边，气相VOCs检测仪5与系统主体2连接；所述系统主体2内填充有非饱和土层，系统主体2沿纵向设置有气体监测孔4，气体监测孔4与气相VOCs检测仪5连接。试验时，图像采集装置3采集液相VOCs的锋面变化，气相VOCs检测仪5检测气相VOCs沿系统主体2纵向的浓度。
所述系统主体2为有机玻璃柱，沿纵向设置的相邻气体监测孔4的间距为40-60mm，所述有机玻璃柱的直径为100-150mm。
所述非饱和土层分层压实在系统主体2内，且非饱和土层的分层范围为15-20层。
本申请还公开了一种VOCs浓度测量方法，具体为一种同时测量气相和液相VOCs浓度的方法，该方法是在上面所述的VOCs在非饱和土层的模拟试验系统中进行的，其包括以下步骤：
S1，根据含水率及干密度准备土样，并分层压实在系统主体2内；
S2，在系统主体2的上表面及下表面放置滤纸，将VOCs添加装置1安装在系统主体2顶部，将图像采集装置3设置在系统主体2的侧边；
S3，将气相VOCs检测仪5上的探头放置在各个气体监测孔4处；
S4，打开VOCs添加装置1，启动图像采集装置3及气相VOCs检测仪5，通过图像采集装置3记录液相VOCs的锋面变化，通过气相VOCs检测仪5检测气相VOCs沿系统主体2纵向的浓度；
具体地，在VOCs添加装置1运行过程中，可以向系统主体2中定量添加VOCs，当渗入非饱和土层中的VOCs的液相峰面及气相浓度不再变化时，说明试验结束；具体地，在VOCs添加装置1运行过程中，可以维持定水头的VOCs，若非饱和土层被污染物击穿，表明试验结束。
S5，根据步骤S4中的检测结果，绘制液相VOCs锋面随时间变化曲线、气相VOCs的时空分布曲线，并分析两曲线的关联性。
具体地，当试验结束后，关闭图像采集装置3及气相VOCs检测仪5，并称取试样重量，根据检测结果，绘制相应的曲线，并进行相关性分析。
本发明提供的一种VOCs模拟试验系统及VOCs浓度测量方法，试验系统结构合理，不仅可以测试液相VOCs锋面在非饱和土层的变化，同时可以实时检测气相和液相VOCs在非饱和土层的浓度变化，对研究液相和气相VOCs的运移及浓度分布规律，以及二者之间的关联具有现实意义。
本发明不局限于上述实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种VOCs模拟试验系统，具体为一种VOCs在非饱和土层的模拟试验系统，其特征在于，包括系统主体（2），VOCs添加装置（1），图像采集装置（3）及气相VOCs检测仪（5）；VOCs添加装置（1）设置在系统主体（2）顶部，图像采集装置（3）设置在系统主体（2）的侧边，气相VOCs检测仪（5）与系统主体（2）连接；所述系统主体（2）内填充有非饱和土层，系统主体（2）沿纵向设置有气体监测孔（4），气体监测孔（4）与气相VOCs检测仪（5）连接；试验时，图像采集装置（3）采集液相VOCs的锋面变化，气相VOCs检测仪（5）检测气相VOCs沿系统主体（2）纵向的浓度。
2.根据权利要求1所述VOCs模拟试验系统，其特征在于，所述系统主体（2）为有机玻璃柱，沿纵向设置的相邻气体监测孔（4）的间距为40-60mm。
3.根据权利要求2所述VOCs模拟试验系统，其特征在于，所述有机玻璃柱的直径为100-150mm。
4.根据权利要求1所述VOCs模拟试验系统，其特征在于，所述非饱和土层分层压实在系统主体（2）内。
5.根据权利要求4所述VOCs模拟试验系统，其特征在于，所述非饱和土层的分层范围为15-20层。
6.一种VOCs浓度测量方法，具体为同时测量气相和液相VOCs浓度的方法，其特征在于，该方法是在权利要求1所述的VOCs模拟试验系统中进行的，其包括以下步骤：
S1，根据含水率及干密度准备土样，并分层压实在系统主体（2）内；
S2，在系统主体（2）的上表面及下表面放置滤纸，将VOCs添加装置（1）安装在系统主体（2）顶部，将图像采集装置（3）设置在系统主体（2）的侧边；
S3，将气相VOCs检测仪（5）上的探头放置在各个气体监测孔（4）处；
S4，打开VOCs添加装置（1），启动图像采集装置（3）及气相VOCs检测仪（5），通过图像采集装置（3）记录液相VOCs的锋面变化，通过气相VOCs检测仪（5）检测气相VOCs沿系统主体（2）纵向的浓度；
S5，根据步骤S4中的检测结果，绘制液相VOCs锋面随时间变化曲线、气相VOCs的时空分布曲线，并分析两曲线的关联性。
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