CN107024405A - 一种监测土壤中有机污染物降解的二氧化碳野外捕集装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种监测土壤中有机污染物降解的二氧化碳野外捕集装置，涉及一种CO₂捕集装置，用于捕集受监控污染场地释放的CO₂，该捕集装置包括：CO₂接收装置、连接密封管卡、CO₂吸收装置、锥形管帽，其中：CO₂接收装置为两端开口的筒状结构，使用时一端部分插入受监控污染场地，另一端设置有吸附层一，所述吸附层一用于捕集受监控污染场地释放的CO₂；CO₂吸收装置设置在CO₂接收装置上方，为两端开口的筒状结构，其下端设置有隔离层、上端设置有吸附层二，所述吸附层二用于吸收外界环境中的CO₂；连接密封管卡设置在CO₂接收装置和CO₂吸收装置之间，用于连接CO₂接收装置和CO₂吸收装置，并使连接处常压密封；锥形管帽设置在CO₂吸收装置之上，用于防护吸附剂。本发明的捕集装置既能消除大气CO₂的影响又节省人员劳力，而且选材简单易得测量计算简单，比起传统的测量计算方法大大节省了测试费用。

Description

一种监测土壤中有机污染物降解的二氧化碳野外捕集装置

【技术领域】

本发明属于环境检测和环境污染处理技术领域，具体涉及对地下水污染及土壤污染自然衰减过程中释放到环境中的二氧化碳的收集和量化。

【背景技术】

受监控的自然衰减作为一种污染治理的备选方案，在欧美发达国家它和传统的污染治理方法有着同等的地位和重要性，且在很多污染场地的修复过程中得到了广泛的应用。但是在国内，受监控的自然衰减方面的研究才刚刚起步，甚至还没有人把自然衰减看做是一种污染治理的方法方案被普遍接受。

受监控的自然衰减(MNA)，美国环保局给MNA的定义是：在没有人为介入的前提下，土壤或地下水中的污染物在物理、化学或生物的作用下其质量减少、毒性降低、可移动性降低、体积减小或浓度降低的过程。就MNA的实施，关键在于通过人为的有效检测方法去判定和证实自然衰减的发生及其有效性。

上个世纪90年代至今，受监控的自然衰减从理论研究到逐步认识再到实际场地应用，科研工作者提出并完善了一些方法来实现有效的监测以证明自然衰减的发生及其有效性。其中，对污染源区污染物自然衰减释放到环境中的CO₂的捕集检测就是一种极为有效的监测方法。

对于污染源区土壤-地下水体系中CO₂的捕捉收集和检测，其准确性依赖于现场对于特定来源的CO₂的捕集是否完全，这就要求选择更合适的且易制易得的捕集装置才能实现；还有捕集的精准度(捕集所得是土壤中有机物降解生成的CO₂而非其他)，这就要求捕集方式上更合理且操作简易可行。

【发明内容】

为了解决现有技术中的上述技术问题，本发明提出了一种用于污染场地现场捕集CO2的捕集装置：

一种CO₂捕集装置，用于捕集受监控污染场地释放的CO₂，该捕集装置包括：CO₂接收装置(1)、连接密封管卡(3)、CO₂吸收装置(4)、锥形管帽(5)，其中：

--CO₂接收装置(1)：为两端开口的筒状结构，使用时一端部分插入受监控污染场地，另一端设置有吸附层一，所述吸附层一用于捕集受监控污染场地释放的CO₂；

--CO₂吸收装置(4)：设置在CO₂接收装置(1)上方，为两端开口的筒状结构，其下端设置有隔离层、上端设置有吸附层二，所述吸附层二用于吸收外界环境中的CO₂；

--连接密封管卡(3)：设置在CO₂接收装置(1)和CO₂吸收装置(4)之间，用于连接CO₂接收装置(1)和CO₂吸收装置(4)，并使连接处常压密封；

--锥形管帽(5)，设置在CO₂吸收装置(4)之上，用于防护吸附剂。

进一步的优选方式为：吸附层一和吸附层二包括：一带网眼的管帽、不锈钢金属网垫、吸附剂，不锈钢金属网垫设置在带网眼的管帽上，用于捕集受监控污染场地释放CO₂的吸附剂放置在不锈钢金属网垫上。

更进一步的优选方式为：吸附剂采用碱石灰或氢氧化锂。

更进一步的优选方式为：CO₂接收装置(1)由一个直径100mm、长300-400mm的PVC管制成，现场用时将其一端部分插入受监控污染场地，空气中留50-100mm。

更进一步的优选方式为：CO₂吸收装置(4)是由一个直径100mm、长50-150mm的PVC管制成。

更进一步的优选方式为：隔离层材料为透气性能好不吸水且不吸附CO₂的材料，具体为不锈钢筒状金属丝网、泡沫材料、玻璃棉之一。

更进一步的优选方式为：连接密封管卡(3)为拷贝林管卡。

本发明还提出了一种利用本发明的CO₂捕集装置测量受监控污染场地释放CO₂量的方法，包括如下步骤：

步骤一：称量吸附层一中吸附剂的重量；

步骤二：将CO₂捕集装置插入受监控污染场地中，待一测量周期后取出；

步骤三：再次称量吸附层一中吸附剂的重量，根据两次称量的重量之差，得出受监控污染场地释放CO₂的量。

本发明的CO2捕集器简单易制，耗材简单来源丰富；借鉴医疗手术用去除CO2的方法选择碱石灰或氢氧化锂作为环境CO2捕集剂用于污染治理，这种固态捕集剂可以达到吸附捕集CO2的作用。而且现场捕捉完成后，可使用减量法计算得到想要的数据，为推算污染物衰减率以及为场地风险评估和污染治理方案比选提供参考依据。

【附图说明】

图1CO₂捕集器各部件位置及连接关系结构图；

图2模拟捕集器捕捉吸收CO₂效果及其性能试验装置；

图3二氧化碳捕集装置的性能曲线。

【具体实施方式】

本发明旨在解决污染场地污染源区污染物自然衰减过程中释放到土壤-地下水体系中的CO₂的收集和污染物降解量的计算。从而为自然衰减的发生及有效性提供可靠证据，进一步为污染场地风险评估提供数据依据。下面就本发明的具体实施方式作进一步介绍。

实施例一：一种CO₂捕集装置(捕集器)，用于捕集受监控污染场地释放的CO₂：

CO₂捕集装置包括：CO₂接收装置(1)、连接密封管卡(3)、CO₂吸收装置(4)、锥形管帽(5)，其中：

--CO₂接收装置(1)：为两端开口的筒状结构，使用时一端部分插入受监控污染场地(例如土层、地下水等)，另一端设置有吸附层一，用于捕集受监控污染场地释放的CO₂；

较佳实现方式中，CO₂接收装置可由一个直径100mm、长300-400mm的PVC管制成，现场用时将其插入土层，空气中只留50-100mm即可。

吸附层一为一个带网眼的管帽(2)(透气帽)，嵌入在CO₂接收装置的上端，其上放置一个与管径大小相同的不锈钢金属网垫(图中未示出)，防止吸附剂掉落，不锈钢金属网垫上放置CO₂吸附剂，用于捕集受监控污染场地(土壤、地下水等)释放的CO₂，吸附剂采用碱石灰或氢氧化锂。

--连接密封管卡：用于连接CO₂接收装置和CO₂吸收装置，并使连接处常压密封；

较佳实现方式中，连接密封管卡选用拷贝林管卡，既起到连接作用又可使得连接处常压密封，达到了采集要求。

--CO₂吸收装置(4)：设置在CO₂捕集器上方，为两端开口的筒状结构，其下端设置有隔离层、上端设置有吸附层二，该吸附层二用于吸收大气中的CO₂；

CO₂吸收装置(4)是捕集装置的核心部分，较佳实现方式中，它也是由一个直径100mm、长50-150mm的PVC管制成，其内部安装有隔离层和吸附层二，该隔离层为一个带网眼的管帽(6)(透气帽)，嵌入在CO₂吸收装置的下端，其上放置一个与管径大小相同的隔离材料，该隔离材料为透气性能好不吸水且不吸附CO₂的材料，具体可选用不锈钢筒状金属丝网、泡沫材料、玻璃棉等。吸附层二设置在CO₂吸收装置(4)的上端，用于吸收外界环境中的CO₂，以避免其对捕集到的污染场地释放的CO₂测量产生影响，该吸附层二与CO₂接收装置(1)中的吸附层一的结构相同，即由带网眼的管帽(7)、不锈钢金属网垫、CO₂吸附剂构成，吸附剂采用碱石灰或氢氧化锂。

--锥形管帽(5)(俗称天帽)，设置在CO₂吸收装置(4)之上，用于防止吸附剂撒出和实际场地测量过程中被雨淋湿导致测量失误。

实施例二：一种利用本发明的CO₂捕集装置测量受监控污染场地释放CO₂量的方法，包括如下步骤：

步骤一：称量吸附层一中吸附剂的重量；

步骤二：将CO₂捕集装置插入受监控污染场地中，待一测量周期后取出；

步骤三：再次称量吸附层一中吸附剂的重量，根据两次称量的重量之差，得出受监控污染场地释放CO₂的量。

为了验证本发明装置的实际效果以及合理性和可实现性，在实验室进行了模拟试验，具体的模拟装置如图2所示。

配制一定浓度的Na₂CO₃溶液备用，按本发明技术方案装填如图2所示结构：玻璃柱中由下至上依次为圆筒状金属网-CO₂吸附剂5-8g-圆筒状金属网-CO₂吸附剂2-3g-圆筒状金属网，柱子直径1cm、长20-25cm。注意装填柱子时要称量所填吸附剂的质量精确到0.0001g并记录。实验前在注射器中吸入一定质量的Na₂CO₃溶液，精确称量到0.0001g并记录。依照图2所示构造准备试验，实验开始，首先慢慢推动注射器注入Na₂CO₃到装有盐酸的通过四氟软管连接到玻璃柱子的三角瓶，两种液体发生化学反应生成CO₂，三角瓶内气体分子增多，通过四氟软管扩散至玻璃柱后被CO₂吸附剂捕捉吸附。等三角瓶内气体自由扩散一定时间，打开氮气瓶，用微量的氮气吹扫，尽可能的把反应生成的CO₂完全带出三角瓶，通过玻璃柱后被CO₂吸附剂捕捉。实验结束，称量注射器质量和玻璃柱内吸附剂质量，精确到0.0001g。最后，可以计算整个模拟装置对CO₂的捕捉吸附率以及吸附剂的最大吸附量。实验结果如下表所示：

表一、实验室模拟实验数据

	吸附剂质量(g)	反应生成CO2质量(g)	捕捉吸附的CO2质量(g)	吸附效率
					1	5.3281	0.2282	0.2283	100％
2	6.0238	0.2997	0.2991	99.7％
					3	6.1434	0.5892	0.5850	99.2％
4	6.1083	0.9266	0.9222	99.5％
					5	6.6051	2.2985	1.6827	已达到吸附饱和

由表一的实验数据可以得到本发明的性能特征，图3所示为本发明二氧化碳捕集装置的性能曲线。前四组数据中反应生成的CO₂均未达到吸附剂的最大吸附量，根据这四组数据计算捕集器对CO₂的捕集效率，平均达到99.6％。第五组数据可知，反应生成的CO₂已经超过吸附剂的最大吸附量，经减量法计算得所选吸附剂的最大吸附量可达到25％(g/g)，比吸附剂生产厂家所标的30％稍低，但是完全可以满足捕集器的实用要求。

本发明由于设计了底部和顶部双层吸附剂，所以它能既有效精准地捕集目标污染区污染物自然降解释放到环境中的CO₂，又不会受到来自大气中CO₂的影响。实际应用时只需将装有足够量吸附剂的捕集器安装到目标场地上，稍作简单防护，人员即可离场，等到一定时间(1-几个星期)后，取回捕集器，用减量法即可计算场地CO₂连续的累计释放量，从而为判断场地的自然衰减提供可靠依据。比起传统的测量场地所释放CO₂的方法，避免了瞬时采样造成的误差；使用这种捕集器既能消除大气CO₂的影响又节省人员劳力，而且选材简单易得测量计算简单，比起传统的测量计算方法大大节省了测试费用。

最后需要注意的是，公布实施方式的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种CO₂捕集装置，用于捕集受监控污染场地释放的CO₂，该捕集装置包括：CO₂接收装置(1)、连接密封管卡(3)、CO₂吸收装置(4)、锥形管帽(5)，其中：

--CO₂接收装置(1)：为两端开口的筒状结构，使用时一端部分插入受监控污染场地，另一端设置有吸附层一，所述吸附层一用于捕集受监控污染场地释放的CO₂；

--CO₂吸收装置(4)：设置在CO₂接收装置(1)上方，为两端开口的筒状结构，其下端设置有隔离层、上端设置有吸附层二，所述吸附层二用于吸收外界环境中的CO₂；

--连接密封管卡(3)：设置在CO₂接收装置(1)和CO₂吸收装置(4)之间，用于连接CO₂接收装置(1)和CO₂吸收装置(4)，并使连接处常压密封；

--锥形管帽(5)，设置在CO₂吸收装置(4)之上，用于防护吸附剂。

2.如权利要求1所述的CO₂捕集装置，其特征在于：

吸附层一和吸附层二包括：一带网眼的管帽、不锈钢金属网垫、吸附剂，不锈钢金属网垫设置在带网眼的管帽上，用于捕集受监控污染场地释放CO₂的吸附剂放置在不锈钢金属网垫上。

3.如权利要求1或2所述的CO₂捕集装置，其特征在于：

CO₂接收装置(1)由一个直径100mm、长300-400mm的PVC管制成，现场用时将其一端部分插入受监控污染场地，空气中留50-100mm。

4.如权利要求1或2所述的CO₂捕集装置，其特征在于：

CO₂吸收装置(4)是由一个直径100mm、长50-150mm的PVC管制成。

5.如权利要求1或2所述的CO₂捕集装置，其特征在于：

隔离层材料为透气性能好不吸水且不吸附CO₂的材料，具体为不锈钢筒状金属丝网、泡沫材料、玻璃棉之一。

6.如权利要求1或2所述的CO₂捕集装置，其特征在于：

连接密封管卡(3)为拷贝林管卡。

7.如权利要求1或2所述的CO₂捕集装置，其特征在于：

吸附剂采用碱石灰或氢氧化锂。

8.一种采用如权利要求1-7之一的CO₂捕集装置测量受监控污染场地释放CO₂量的方法，包括如下步骤：

步骤一：称量吸附层一中吸附剂的重量；

步骤二：将CO₂捕集装置插入受监控污染场地中，待一测量周期后取出；

步骤三：再次称量吸附层一中吸附剂的重量，根据两次称量的重量之差，得出受监控污染场地释放CO₂的量。