CN107290188B - 一种土壤气分层采集装置及监测方法 - Google Patents
一种土壤气分层采集装置及监测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107290188B CN107290188B CN201710652189.6A CN201710652189A CN107290188B CN 107290188 B CN107290188 B CN 107290188B CN 201710652189 A CN201710652189 A CN 201710652189A CN 107290188 B CN107290188 B CN 107290188B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gas
- soil
- sampling
- well
- pipe
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000002680 soil gas Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 51
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 211
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims abstract description 124
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims abstract description 51
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 31
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 50
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 48
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 26
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims description 17
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 14
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 claims description 13
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 claims description 9
- 230000002000 scavenging effect Effects 0.000 claims description 9
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 claims description 8
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 claims description 8
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 claims description 8
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 6
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 claims description 5
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 claims description 5
- 229920011532 unplasticized polyvinyl chloride Polymers 0.000 claims description 5
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 4
- 238000013517 stratification Methods 0.000 claims 7
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 6
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 26
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 17
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 12
- 235000017166 Bambusa arundinacea Nutrition 0.000 description 7
- 235000017491 Bambusa tulda Nutrition 0.000 description 7
- 241001330002 Bambuseae Species 0.000 description 7
- 235000015334 Phyllostachys viridis Nutrition 0.000 description 7
- 239000011425 bamboo Substances 0.000 description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 3
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000012271 agricultural production Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 230000004089 microcirculation Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009527 percussion Methods 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003900 soil pollution Methods 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 231100001234 toxic pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
- G01N1/2294—Sampling soil gases or the like
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
- G01N1/2202—Devices for withdrawing samples in the gaseous state involving separation of sample components during sampling
- G01N1/2205—Devices for withdrawing samples in the gaseous state involving separation of sample components during sampling with filters
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
- G01N1/26—Devices for withdrawing samples in the gaseous state with provision for intake from several spaces
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
-
- G—PHYSICS
- 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
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Soil Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
本发明公开了一种土壤气分层采集装置及监测方法，属于土壤监测技术领域。本发明的装置包括井管本体，井管本体包括过滤段和隔层段，与隔层段对应的井管本体内设有封隔板，通过封隔板将井管本体内部分隔为多个采样容腔，且所述过滤段对应的井管管壁上设有筛孔；所述的井管本体内还设有底部开通并置于不同采样容腔内的多组采气管，每组采气管均包括对应设置的进气管和出气管。将上述采集装置置于井孔中能够用于对不同深度待测气体同时进行采集和监测，并能够有效保证气体的取样质量，进而有利于保证土壤气监测结果的准确性。
Description
技术领域
本发明属于土壤监测技术领域，特别是涉及一种土壤气分层采集装置及监测方法。
背景技术
土壤中的挥发性有机污染物长期以来一直受到人们重视，作为一类特殊的土壤污染，由于其具有不同于其他污染物的隐蔽性、潜伏性、长期性和可挥发性等性质，并因其成分复杂和危害性，被列为环境中潜在危险性大、应优先控制的毒害性污染物。
土壤中挥发性有机污染物主要是石油烃等，这些污染物排放至环境中，会带来严重的后果，如：威胁地下水源的水质安全；污染大气环境；改变土壤特性，影响农业生产等。同时石油烃气体积累于建筑物地下会造成爆炸危险；公用地下管网设施与泄漏烃类接触，也会加速其老化等。土壤挥发性有机污染物(VOCs)的采集是土壤挥发性有机污染物研究的基础，对土壤中VOCs的采集基本要求是尽可能反映土壤中的实际情况、不破坏土壤结构、采样仪器容易操作、能够连续长期进行取样和监测。
目前沿土壤剖面垂直布设采集器的气井法是采集土壤气最普遍的技术，其中的集气装置类型多样，不同的装置适用于不同的地质环境。但是基本采样思路都是先钻取采样气井，钻井过程中为减少对土样的扰动，一般选择无循环钻井方法，主要包括：螺旋钻井法、直推(冲击)钻井法、声频振动钻井法等。但是这三种方法均存在缺陷，或受限于场地地质条件，或只适用于浅层取样，或需要专业的钻机辅助。同时，钻取采样气井之后，上述几种气井的密封性难以得到有效保证，从而影响到土壤VOCs的取样质量。
此外，由于土壤岩性的成层性，VOCs在土壤中的分布会在纵向和横向上有较大的不均匀性，且受气体挥发性的影响，采用现有气井对土壤中的气体进行采集时，不可避免地会发生不同区域采集气的混合，从而导致所得采集气与真实气体之间存在偏差，不能真实反映土壤中的实际情况，进而影响气体的监测结果和土壤挥发性有机污染物的研究结果。因此，就需要设计一种土壤VOCs取样装置和方法，在保证取样过程密封性良好的基础上，能够实现单孔多层取样和长期监测的目的。
经检索，关于土壤气分层采集的专利报道已有相关公开。
如，中国专利申请号为201310214704.4的申请案公开了一种土壤剖面不同深度温室气体采集装置，该申请案包括顶部气体采集筒，至少一个中部气体采集筒，底盖和连接装置，连接装置设于所述顶部气体采集筒和所述中部气体采集筒之间、所述中部气体采集筒和所述底盖之间，用于将所述顶部气体采集筒、所述中部气体采集筒、所述底盖连接为一个可拆卸的整体。又如，中国专利申请号为200810235421.7的申请案公开了一种水旱轮作稻田土壤气体原位采集系统及采集方法，该申请案选用内径40mm的PVC管子，每个气体腔底部管壁交换界面均匀分布共8个小孔；各气体腔之间用PVC板隔断，隔板上打孔让采集气体的尼龙管穿过，尼龙细管从上部穿出，用硅胶管连接到三通阀上。
纵观上述已有的土壤气分层取样技术，均是在采样设备上设计层次分隔来实现分层取样，但是其采样设备均直接与地下介质接触，在进行主动气体取样时，取样器内的负压环境会导致细颗粒土壤通过透气孔进入取样器内，进而堵塞透气孔。另外以上两申请案的取样设备在安装时或需要挖掘侧壁竖直的穴坑，或需要额外引入土钻开孔，安装程序较为复杂。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服采用现有监测井对土壤中的气体进行采集时，由于气井气密性较差，从而影响土壤气的采集质量，所得采集气不能真实反映土壤中气体分布的真实情况的不足，提供了一种土壤气分层采集装置及监测方法。采用本发明的技术方案能够对土壤不同深度的VOCs进行取样，并能够有效保证气体的取样质量，进而有利于保证土壤气监测结果的准确性。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
其一，本发明的一种土壤气分层采集装置，包括井管本体，所述的井管本体包括过滤段和隔层段，与隔层段对应的井管本体内设有封隔板，通过封隔板将井管本体内部分隔为多个采样容腔，且所述过滤段对应的井管管壁上设有筛孔；所述的井管本体内还设有底部开通并延伸至不同采样容腔内的多组采气管，每组采气管均包括对应设置的进气管和出气管。
更进一步的，所述的进气管均与惰性气体瓶相连，惰性气体瓶上设有阀门，且进气管的进气口安装有流量计，所述出气管的出气口均与气体取样装置相连。
更进一步的，所述井管本体的外部设有滤料层，滤料层外部设有带孔的包裹层。
更进一步的，与所述过滤段对应的滤料层采用石英砂，与隔层段对应的滤料层采用为膨润土，所述的包裹层采用纱布或纱网。
更进一步的，所述的封隔板采用低吸附性材料制成，所述的进气管和出气管均采用UPVC或者不锈钢材质。
更进一步的，所述的封隔板上加工有连接孔，连接孔的两端设有连接管，该连接管采用气管快速接头；所述的进气管和出气管均由多段连接而成，相邻两段之间通过上述连接管相连。
其二，本发明的一种土壤气分层监测方法，采用本发明的采集装置对土壤气进行采集与监测，包括如下步骤：将所述采集装置的井管预装后，放入井孔中，待监测土壤中的挥发性有机污染物通过过滤段进入井管内的不同采样容腔内；控制惰性气体瓶的阀门处于关闭状态，使采样容腔内污染物的浓度进行累积，然后通过与各采样容腔内出气管的出口相连的气体取样装置对气体样品进行采集，根据所采集待测气体的摩尔浓度变化即可计算出各采样容腔内待测气体的释放速率，从而实现土壤中不同深度待测气体的监测。
更进一步的，各采样容腔内的待测气体在各个时间段内的释放速率根据如下公式进行计算：
式中：J为气体释放速率，单位：mmol·(m2·h)-1；V为采样容腔体积，单位：m3；A为采样容腔对应井壁面积，单位m2；dc/dt为单位时间内待测气体摩尔浓度的变化，单位：mmol·(m3·h)-1；
然后根据各个时间段内的释放速率求其平均值，即得出各采样容腔内的待测气体在总取样时间内的平均释放速率。
其三，本发明的一种土壤气分层监测方法，将本发明的采集装置的井管预装后，放入井孔中，待监测土壤中的挥发性有机污染物通过过滤段进入井管内的不同采样容腔内，从而对土壤气进行采集与监测，具体包括如下步骤：
(1)洗井：打开惰性气体瓶的阀门，向各进气管内持续通入惰性清扫气，使惰性清扫气进入采样容腔，采样容腔内的气体在清扫气的作用下由对应出气管的出气口流出，待出气口处的气体浓度达到稳定时，即完成洗井过程；
(2)气体采集：完成洗井后，继续保持惰性清扫气的通入，通过气体取样装置对各出气管的出气进行采集；
(3)气体检测：将采集的气体样品利用气象色谱仪或PID控制器进行检测；
(4)根据气体检测结果，对不同深度待测气体样品的浓度进行计算。
更进一步的，所述的惰性清扫气采用N2，清扫气的流速为10-50mL/min，且待测气体样品的浓度根据如下公式进行计算：
式中，C为气体样品的浓度，即为挥发性有机污染物的待测浓度，单位：mmol·m-3；A为气体样品的峰面积；C1、A1分别为惰性清扫气的浓度和峰面积。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种土壤气分层采集装置，其井管本体包括交替设置的过滤段和隔层段，与隔层段对应的井管本体内设有封隔板，通过封隔板将井管本体内部分隔为多个采样容腔，且各采样容腔内均设有采气管，从而可以对土壤不同深度的气体同时进行采集，实现单孔多层的土壤VOCs取样，并能防止不同深度气体间的混合，进而保证土壤气的采集质量，所得采集气能够真实反映土壤中气体分布的真实情况。
(2)本发明的一种土壤气分层采集装置，其进气管均与惰性气体瓶相连，惰性气体瓶上设有阀门，且进气管的进气口安装有流量计，所述出气管的出气口均与气体取样装置相连，从而可以有效实现土壤气的采集，同时通过该种采气装置的设置还可以对待采集气体的浓度直接进行实时监测，便于获得土壤不同深度VOCs的分布情况。
(3)本发明的一种土壤气分层采集装置，井管本体的外部设有滤料层，滤料层外部设有带孔的包裹层，其中，与过滤段对应的滤料层采用石英砂，与隔层段对应的滤料层采用为膨润土，通过在井管本体外部设置滤料层并对滤料层的分布进行优化设计，从而可以有效保证采集过程中井管的密封性，进一步避免不同采样深度气体的相互干扰，确保采样的准确性；同时滤料层能够有效防止细颗粒土壤堵塞透气段，确保取样井的成井质量。
(4)本发明的一种土壤气分层采集装置，所述的封隔板采用低吸附性材料制成，所述的进气管和出气管均采用UPVC或者不锈钢材质，从而可以保证进气管和出气管不易吸附VOCs且抗腐蚀能力较强，使装置能够长期使用，延长其使用寿命，并进一步保证气体监测结果的准确性。
(5)本发明的一种土壤气分层采集装置，现场施工操作方便，一次成井，并可以长期取样和监测，且本发明的装置不仅能够用于土壤VOCs的采集，同时也能够用于土壤中CO2、N2O、H2S等气体的采集。
(6)本发明的一种土壤气分层监测方法，采用本发明的采集装置对不同深度土壤气进行采集，并能根据各采样容腔内待测气体在一段时间内的摩尔浓度变化直接计算出各采样容腔内待测气体的释放速率，实现土壤气的分布监测，操作简单，成本低，且监测结果较为可靠。
(7)本发明的一种土壤气分层监测方法，通过进气管向各采样容腔内通入惰性气体，使待采集气体随惰性气体一起由出气管排出，通过进气管进气口处的流量计对惰性气体进气流量进行监测，并利用气象色谱仪或PID控制器对出气管出气进行检测，从而可以直接计算得到土壤中不同深度VOCs的浓度分布状态，监测操作简单，结果准确可靠。同时，通过上述采气装置的设置还能够对各采样容腔内的气体进行清扫，进一步保证监测结果的准确性。
附图说明
图1为本发明的一种土壤气分层采集装置的结构示意图；
图2为本发明实施例2中第一层封隔板的结构示意图；
图3为本发明实施例2中第二层封隔板的结构示意图。
示意图中的标号说明：
101、隔层段；102、过滤段；201、第一进气管；202、第一出气管；301、第二进气管；302、第二出气管；4、封隔板；401、连接孔；5、连接管；601、第一采样容腔；602、第二采样容腔。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，现结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。
实施例1
如图1所示，本实施例的一种土壤气分层采集装置，包括井管本体，所述的井管本体包括交替设置的过滤段102和隔层段101，与隔层段101对应的井管本体内设有封隔板4，封隔板4上加工有连接孔401，通过封隔板4将井管本体内部分隔为多个采样容腔，且所述过滤段102对应的井管管壁上设有筛孔。所述的井管本体内还设有底部开通的多组采气管，采气管的底部穿过封隔板4上的连接孔401并延伸至不同采样容腔内。本实施例通过单次钻井，利用Eprobe环境钻机将井管放入井中，通过对井管不同深度添加封隔板4形成采样容腔，使土壤气通过过滤段102对应井管管壁上的筛孔进入采样容腔，从而可以利用不同采样容腔内插入的采气管对不同深度的土壤气同时进行收集，实现了单孔多层的土壤VOCs取样，并能防止不同深度气体间的混合，进而保证土壤气的采集质量，所得采集气能够真实反映土壤中气体分布的真实情况，同时其采集操作简单，采集效率高。
上述每组采气管均包括对应设置的进气管和出气管，其中，进气管均与惰性气体瓶相连，惰性气体瓶上设有阀门，且进气管的进气口安装有流量计，出气管的出气口均与气体取样装置相连。通过该采气管的设置可以有效实现土壤气的采集，同时还可以对待采集气体的浓度直接进行计算与实时监测，便于获得土壤不同深度VOCs的分布情况。
具体的，采用该采气管对土壤气进行采集时，可根据实际情况选择如下两种方式。第一种方式是关闭惰性气体瓶的阀门，使待采集气体通过过滤段102分别进入不同采样容腔，使采样容腔内污染物的浓度进行累积，然后通过与各采样容腔内出气管的出口相连的气体取样装置对气体样品进行采集，根据所采集待测气体的摩尔浓度变化即可计算出各采样容腔内待测气体的释放速率，从而实现土壤中不同深度待测气体的监测。第二种方式是打开惰性气体瓶的阀门，通过进气管向各采样容腔内通入惰性气体，使待采集气体随惰性气体一起由出气管排出，通过进气管进气口处的流量计对惰性气体进气流量进行监测，并利用气象色谱仪或PID控制器对出气管出气进行检测，从而可以直接计算得到土壤中不同深度VOCs的浓度分布状态。
本实施例中井管本体的外部设有滤料层，滤料层外部设有带孔的包裹层，与所述过滤段102对应的滤料层采用石英砂，与隔层段101对应的滤料层采用为膨润土，所述的包裹层采用纱布或纱网。通过在井管本体外部设置滤料层并对滤料层的分布进行优化设计，从而可以有效保证采集过程中井管的密封性，进一步避免不同采样深度气体的相互干扰，确保采样的准确性，同时能够确保成井质量。
实施例2
如图1所示，本实施例的一种土壤气分层采集装置，包括井管本体，所述的井管本体包括交替设置的过滤段102和隔层段101，与隔层段101对应的井管本体内设有封隔板4，通过封隔板4将井管本体内部分隔为多个采样容腔，且所述过滤段102对应的井管管壁上设有筛孔；上述井管本体内还设有底部开通并延伸至不同采样容腔内的多组采气管。本实施例的封隔板4采用低吸附性材料制成，进气管和出气管均采用UPVC材质，从而保证进气管和出气管不易吸附VOCs且抗腐蚀能力较强，使装置能够长期使用，延长其使用寿命，并进一步保证气体监测结果的准确性。为了保证整个系统的气封性，进气管和出气管均分成不同长度的管段(各管段长度具体根据待采集气体深度进行确定)，即均由多段连接而成。具体的是在封隔板4上加工有连接孔401，连接孔401内均设有连接管5，通过连接管5对进气管和出气管上相邻两段进行连接，本实施例中连接管5采用气管快速接头。
上述每组采气管均包括对应设置的进气管和出气管，其中，进气管均与惰性气体瓶相连，惰性气体瓶上设有阀门，且进气管的进气口安装有流量计，出气管的出气口均与气体取样装置相连。通过该采气管的设置可以有效实现土壤气的采集，同时还可以对待采集气体的浓度直接进行计算与实时监测，便于获得土壤不同深度VOCs的分布情况。具体的，本实施例的井管本体内设有两块封隔板4，其将井管本体内部分隔为第一采样容腔601和第二采样容腔602，第一采样容腔601内设有第一进气管201和第一出气管202，第二采样容腔602内设有第二进气管301和第二出气管302。上述两块封隔板4的结构示意图如图2、图3所示，其中，井管本体上部的封隔板4上对应加工有四个连接孔401，井管本体下部的封隔板4上对应加工有两个连接孔401。
本实施例中井管本体的外部设有滤料层，滤料层外部设有带孔的包裹层，与所述过滤段102对应的滤料层采用石英砂，与隔层段101对应的滤料层采用为膨润土，所述的包裹层采用纱布。通过在井管本体外部设置滤料层并对滤料层的分布进行优化设计，从而可以有效保证采集过程中井管的密封性，进一步避免不同采样深度气体的相互干扰，确保采样的准确性，同时能够确保成井质量。
本实施例的装置设计为1.5米一根的预装井管，根据预先的场地调查结果，确定土壤VOCs取样和监测的具体深度，从而对井管进行预装。具体的，先根据最大深度选取需要的预装井管数量。根据设计，确定土壤VOCs分层取样监测的深度，在定深位置的井管段开筛形成过滤段102，井管外部以石英砂为滤料填充形成石英砂滤料层；井管其他位置为隔层段101，不开筛，相应位置填充膨润土9，最后整个井管外部使用纱布包裹固定。然后，在井管隔层段101对应管内设置封隔板4，为保证定深内VOCs样品的准确性及定深取样段的密封性，封隔板采用低吸附性材料，本实施例中使用UPVC。将2组采气管通过封隔板4上的连接管5分别放置到取样定深。
上述步骤完成后，通过Eprobe环境钻机的直压式钻井方式，安装可抛弃式钻头，在场地的合适位置钻取与井管直径和深度对应的井孔，依靠Eprobe钻机将预装井管放入该井孔中。本实施例采用预装井的方式，可以大大优化采样装置深度的问题，配合Eprobe环境钻机使用，可以清晰地了解安装点的地层岩性分布，地下水位等信息，在掌握了污染物的垂向分布情况后，有针对性地设置土壤气体取样层段。由于地层具有伸缩性，井孔会出现塌陷情况，井管放入后，根据情况采取完井方式：如果井孔出现塌陷，地层比较松散，井管会在地层弹性作用下与地层紧密接触，同时井管外围已预先包裹物料，省去物料填充的施工操作，也避免了物料填充不均带来的取样井密封问题；如果井孔不出现塌陷，则需要在预装井管周围填充石英砂等物料，在近井口的位置填充膨润土或灌浆，保证井周的密封性，从而完成本实施例的采集装置的安装。
本实施例的一种土壤气分层监测方法，采用上述采集装置对土壤气进行采集与监测，本实施例中使用静态取样法，具体包括如下步骤：将所述采集装置的井管预装后放入井孔中，控制惰性气体瓶的阀门处于关闭状态，使待监测土壤中的挥发性有机污染物通过过滤段102进入井管内的不同采样容腔内，即使VOCs浓度在采样容腔内进行累积，经一定时间内通过与各采样容腔内出气管的出口相连的气体取样装置对气体样品进行采集，根据所采集待测气体的摩尔浓度变化即可计算出各采样容腔内待测气体的释放速率，从而实现土壤中不同深度待测气体的监测。该方法取得的是一段时间内的VOCs累积浓度，可以计算出该取样段某时间段内VOCs的平均释放速率，且设备简单，不需要引入其他设备。
各采样容腔内的待测气体在各个时间段内的释放速率根据如下公式进行计算：
式中：J为气体释放速率，单位：mmol·(m2·h)-1；V为采样容腔体积，单位：m3；A为采样容腔对应井壁面积，单位m2；dc/dt为单位时间内待测气体摩尔浓度的变化，单位：mmol·(m3·h)-1；
然后根据各个时间段内的释放速率求其平均值，即得出各采样容腔内的待测气体在总取样时间内的平均释放速率。
实施例3
如图1所示，本实施例的一种土壤气分层采集装置，包括井管本体，所述的井管本体包括交替设置的过滤段102和隔层段101，与隔层段101对应的井管本体内设有封隔板4，通过封隔板4将井管本体内部分隔为多个采样容腔，且所述过滤段102对应的井管管壁上设有筛孔；上述井管本体内还设有底部开通并延伸至不同采样容腔内的多组采气管。本实施例的封隔板4采用低吸附性材料制成，进气管和出气管均采用不锈钢材质。上述封隔板4上加工有连接孔401，连接孔401的两端设有连接管5，该连接管5采用气管快速接头；所述的进气管和出气管均由多段连接而成，相邻两段之间通过上述连接管5相连。
上述每组采气管均包括对应设置的进气管和出气管，其中，进气管均与惰性气体瓶相连，惰性气体瓶上设有阀门，且进气管的进气口安装有流量计，出气管的出气口均与气体取样装置相连。通过该采气管的设置可以有效实现土壤气的采集，同时还可以对待采集气体的浓度直接进行计算与实时监测，便于获得土壤不同深度VOCs的分布情况。本实施例中井管本体的外部设有滤料层，滤料层外部设有带孔的包裹层，与所述过滤段102对应的滤料层采用石英砂，与隔层段101对应的滤料层采用为膨润土，所述的包裹层采用纱网。通过在井管本体外部设置滤料层并对滤料层的分布进行优化设计，从而可以有效保证采集过程中井管的密封性，进一步避免不同采样深度气体的相互干扰，确保采样的准确性，同时能够确保成井质量。
本实施例的一种土壤气分层监测方法，将本实施例的采集装置的井管预装后，放入井孔中，待监测土壤中的挥发性有机污染物通过过滤段102进入井管内的不同采样容腔内，从而对土壤气进行采集与监测，本实施例中采用动态取样法，具体包括如下步骤：
(1)洗井：打开惰性气体瓶的阀门，向各进气管内持续通入惰性清扫气，使惰性清扫气进入采样容腔，保证出气管处于通气状态，采样容腔内的气体在清扫气的作用下由对应出气管的出气口流出，形成采样容腔内的微循环。上述清扫气的流入时间至少为4-5个置换时间(容腔体积/流入速度)，待出气口处的气体浓度达到稳定时，即完成洗井过程，此时出气口处气体浓度即可代表取样段的土壤中VOCs浓度。本实施例中惰性清扫气采用N2，且控制清扫气的流速为10-50mL/min。
(2)气体采集：完成洗井后，继续保持惰性清扫气的通入，通过气体取样袋对各出气管的出气进行采集，每个样品采集足够量，保留平行样。
(3)气体检测：将采集的气体样品送到相关实验室利用气象色谱仪进行检测，或在现场利用PID进行快速检测，本实施例中采用气象色谱仪进行检测。
(4)VOCs浓度计算：实验室用气象色谱仪测试后，通过面积归一法计算出气体的质量浓度mg/m3，再换算成相应的摩尔浓度mmol.m-3，即为该取样段的污染物浓度。具体地，N2作为已知浓度的吹扫气，气相色谱仪测出的主要峰是N2和待测气体峰，对比待测气体的峰面积和氮气的峰面积，可以计算出待测气体的浓度，待测气体的浓度的面积归一化公式为：
式中，C为气体样品的浓度，即为挥发性有机污染物的待测浓度，单位：mmol·m-3；A为气体样品的峰面积；C1、A1分别为惰性清扫气的浓度和峰面积。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种土壤气分层监测方法，其特征在于：采用土壤气分层采集装置对土壤气进行采集与监测，该装置包括井管本体，井管本体包括交替设置的过滤段(102)和隔层段(101)，与隔层段(101)对应的井管本体内设有封隔板(4)，通过封隔板(4)将井管本体内部分隔为多个采样容腔，且所述过滤段(102)对应的井管管壁上设有筛孔；所述的井管本体内还设有底部开通并延伸至不同采样容腔内的多组采气管，每组采气管均包括对应设置的进气管和出气管；所述的进气管均与惰性气体瓶相连，惰性气体瓶上设有阀门，且进气管的进气口安装有流量计，所述出气管的出气口均与气体取样装置相连；具体采用过程包括如下步骤：将所述采集装置的井管预装后，放入井孔中，待监测土壤中的挥发性有机污染物通过过滤段(102)进入井管内的不同采样容腔内；控制惰性气体瓶的阀门处于关闭状态，使采样容腔内污染物的浓度进行累积，然后通过与各采样容腔内出气管的出口相连的气体取样装置对气体样品进行采集，根据所采集待测气体的摩尔浓度变化即可计算出各采样容腔内待测气体的释放速率，从而实现土壤中不同深度待测气体的监测。
2.根据权利要求1所述的一种土壤气分层监测方法，其特征在于：各采样容腔内的待测气体在各个时间段内的释放速率根据如下公式进行计算：
式中：J为气体释放速率，单位：mmol·(m2·h)-1；V为采样容腔体积，单位：m3；A为采样容腔对应井壁面积，单位m2；dc/dt为单位时间内待测气体摩尔浓度的变化，单位：mmol·(m3·h)-1；
然后根据各个时间段内的释放速率求其平均值，即得出各采样容腔内的待测气体在总取样时间内的平均释放速率。
3.根据权利要求2所述的一种土壤气分层监测方法，其特征在于：所述井管本体的外部设有滤料层，滤料层外部设有带孔的包裹层。
4.根据权利要求3所述的一种土壤气分层监测方法，其特征在于：与所述过滤段(102)对应的滤料层采用石英砂，与隔层段(101)对应的滤料层采用膨润土，所述的包裹层采用纱布或纱网。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种土壤气分层监测方法，其特征在于：所述的封隔板(4)采用低吸附性材料制成，所述的进气管和出气管均采用UPVC或者不锈钢材质。
6.根据权利要求5所述的一种土壤气分层监测方法，其特征在于：所述的封隔板(4)上加工有连接孔(401)，连接孔(401)内设有连接管(5)，该连接管(5)采用气管快速接头；所述的进气管和出气管均由多段连接而成，相邻两段之间通过上述连接管(5)相连。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的一种土壤气分层监测方法，其特征在于：将井管预装后，放入井孔中，待监测土壤中的挥发性有机污染物通过过滤段(102)进入井管内的不同采样容腔内，从而对土壤气进行采集与监测，具体包括如下步骤：
(1)洗井：打开惰性气体瓶的阀门，向各进气管内持续通入惰性清扫气，使惰性清扫气进入采样容腔，采样容腔内的气体在清扫气的作用下由对应出气管的出气口流出，待出气口处的气体浓度达到稳定时，即完成洗井过程；
(2)气体采集：完成洗井后，继续保持惰性清扫气的通入，通过气体取样装置对各出气管的出气进行采集；
(3)气体检测：将采集的气体样品利用气象色谱仪或PID控制器进行检测；
(4)根据气体检测结果，对不同深度待测气体样品的浓度进行计算。
8.根据权利要求7所述的一种土壤气分层监测方法，其特征在于：所述的惰性清扫气采用N2，清扫气的流速为10-50mL/min，且待测气体样品的浓度根据如下公式进行计算：
式中，C为气体样品的浓度，即为挥发性有机污染物的待测浓度，单位：mmol·m-3；A为气体样品的峰面积；C1、A1分别为惰性清扫气的浓度和峰面积。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710652189.6A CN107290188B (zh) | 2017-08-02 | 2017-08-02 | 一种土壤气分层采集装置及监测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710652189.6A CN107290188B (zh) | 2017-08-02 | 2017-08-02 | 一种土壤气分层采集装置及监测方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107290188A CN107290188A (zh) | 2017-10-24 |
| CN107290188B true CN107290188B (zh) | 2023-12-12 |
Family
ID=60105267
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710652189.6A Active CN107290188B (zh) | 2017-08-02 | 2017-08-02 | 一种土壤气分层采集装置及监测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107290188B (zh) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107764979B (zh) * | 2017-11-10 | 2020-02-14 | 深圳鹏基园林有限公司 | 位于土壤特定深度下二氧化碳溶于水的检测装置 |
| CN107918002B (zh) * | 2017-11-10 | 2020-04-28 | 邵崇军 | 一种在线测定下层土壤呼吸强度的装置 |
| CN107716540A (zh) * | 2017-11-21 | 2018-02-23 | 湖南力永环保科技股份有限公司 | 一种土壤包气带挥发半挥发性污染物监测清理装置 |
| CN108844789A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-11-20 | 农业部环境保护科研监测所 | 土壤气体采集装置及土壤气体采集系统 |
| CN109030077A (zh) * | 2018-08-30 | 2018-12-18 | 昆明理工大学 | 一种分层横向取土装置 |
| CN109238807A (zh) * | 2018-11-14 | 2019-01-18 | 南京信息工程大学 | 土壤培养及高分辨原位气液采样装置及其试验方法 |
| CN109738583B (zh) * | 2018-12-29 | 2021-12-28 | 苏州环职安环境工程技术有限公司 | 一种预制土壤气井装置及其制备方法和施工方法 |
| CN109975084B (zh) * | 2019-04-30 | 2024-03-22 | 江苏省环境科学研究院 | 一种土壤气分层采样装置及方法 |
| CN110157607B (zh) * | 2019-06-03 | 2022-11-25 | 中国农业科学院农田灌溉研究所 | 土壤微生物群落特征反应器及测定装置 |
| CN110161145B (zh) * | 2019-06-14 | 2021-10-01 | 扬州大学 | 一种模拟间歇水动力条件下排水沟渠温室气体排放的装置及其实验方法 |
| CN112129591A (zh) * | 2020-09-24 | 2020-12-25 | 辽宁大学 | 一种土壤气VOCs被动采集装置及土壤气VOCs采集检测方法 |
| CN112798378B (zh) * | 2021-01-29 | 2023-03-24 | 四川大学华西医院 | 一种免疫荧光干片恢复剂及其应用 |
| CN113049318A (zh) * | 2021-02-23 | 2021-06-29 | 新疆水清清环境监测技术服务有限公司 | 土壤石油污染检测的土壤气取样装置及取样方法 |
| CN113447635B (zh) * | 2021-05-11 | 2023-09-29 | 江西农业大学 | 一种盆栽类土壤不同深度温室气体释放速率测定装置 |
| CN113375986B (zh) * | 2021-07-23 | 2023-10-13 | 北京爱地地质勘察基础工程公司 | 一种气囊式土壤气监测井结构及其使用方法 |
| CN114414316B (zh) * | 2021-12-29 | 2023-10-27 | 江苏大地益源环境修复有限公司 | 一种原位采集土壤气的工艺与装置 |
| CN115754239B (zh) * | 2022-11-23 | 2023-12-19 | 东南大学 | 一种适用于污染场地污染气体原位监测装置及监测方法 |
| CN116593604B (zh) * | 2023-04-26 | 2023-11-17 | 北京市生态环境保护科学研究院 | 一种基于平衡原理的土壤气定量被动检测系统及使用方法 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003185540A (ja) * | 2001-10-09 | 2003-07-03 | Babcock Hitachi Kk | 土壌ガス試料採取用器具ならびにこれを用いたガス試料採取方法およびガス分析方法 |
| CN102252876A (zh) * | 2011-06-13 | 2011-11-23 | 浙江省农业科学院 | 一种缓冲式土壤气体取样装置 |
| CN202256316U (zh) * | 2011-08-26 | 2012-05-30 | 轻工业环境保护研究所 | 一种土壤气体分层监测井管 |
| CN103235104A (zh) * | 2013-04-10 | 2013-08-07 | 中国石油化工股份有限公司 | Co2驱油区域土壤气多组分累积释放量的监测方法及装置 |
| CN103293030A (zh) * | 2012-02-22 | 2013-09-11 | 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所 | 一种用于测量土壤释放气态汞的采样器 |
| CN103967486A (zh) * | 2014-05-12 | 2014-08-06 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种气体推动式地下流体分层取样装置 |
| CN203772834U (zh) * | 2014-03-21 | 2014-08-13 | 福建中烟工业有限责任公司 | 一种样品中磷化氢残留的检测装置 |
| CN104502163A (zh) * | 2015-01-08 | 2015-04-08 | 安徽理工大学 | 一种可调深度土壤二氧化碳采集装置及其使用方法 |
| CN104614207A (zh) * | 2015-02-13 | 2015-05-13 | 中国科学院地理科学与资源研究所 | 一种土壤气体主动采集装置及采集方法 |
| CN205035094U (zh) * | 2015-09-15 | 2016-02-17 | 常州市环境科学研究院 | 地下水采样及修复的多功能分层井 |
| CN206990285U (zh) * | 2017-08-02 | 2018-02-09 | 南京贻润环境科技有限公司 | 一种土壤气分层采集装置 |
-
2017
- 2017-08-02 CN CN201710652189.6A patent/CN107290188B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003185540A (ja) * | 2001-10-09 | 2003-07-03 | Babcock Hitachi Kk | 土壌ガス試料採取用器具ならびにこれを用いたガス試料採取方法およびガス分析方法 |
| CN102252876A (zh) * | 2011-06-13 | 2011-11-23 | 浙江省农业科学院 | 一种缓冲式土壤气体取样装置 |
| CN202256316U (zh) * | 2011-08-26 | 2012-05-30 | 轻工业环境保护研究所 | 一种土壤气体分层监测井管 |
| CN103293030A (zh) * | 2012-02-22 | 2013-09-11 | 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所 | 一种用于测量土壤释放气态汞的采样器 |
| CN103235104A (zh) * | 2013-04-10 | 2013-08-07 | 中国石油化工股份有限公司 | Co2驱油区域土壤气多组分累积释放量的监测方法及装置 |
| CN203772834U (zh) * | 2014-03-21 | 2014-08-13 | 福建中烟工业有限责任公司 | 一种样品中磷化氢残留的检测装置 |
| CN103967486A (zh) * | 2014-05-12 | 2014-08-06 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种气体推动式地下流体分层取样装置 |
| CN104502163A (zh) * | 2015-01-08 | 2015-04-08 | 安徽理工大学 | 一种可调深度土壤二氧化碳采集装置及其使用方法 |
| CN104614207A (zh) * | 2015-02-13 | 2015-05-13 | 中国科学院地理科学与资源研究所 | 一种土壤气体主动采集装置及采集方法 |
| CN205035094U (zh) * | 2015-09-15 | 2016-02-17 | 常州市环境科学研究院 | 地下水采样及修复的多功能分层井 |
| CN206990285U (zh) * | 2017-08-02 | 2018-02-09 | 南京贻润环境科技有限公司 | 一种土壤气分层采集装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 郑继天 ; 冉德发 ; 叶成明 ; 李小杰 ; .地方病区地下水监测井建造及取样技术.中国地质.(第03期), * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107290188A (zh) | 2017-10-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107290188B (zh) | 一种土壤气分层采集装置及监测方法 | |
| CN206990285U (zh) | 一种土壤气分层采集装置 | |
| CN111157294A (zh) | 压差驱动的被动式地下水分层取样装置、取样系统及方法 | |
| CN109060598B (zh) | 一种充填裂隙溶质运移监测试验装置及方法 | |
| CN111257055A (zh) | 一种便携式地下水定深取样装置、取样系统与取样方法 | |
| CN106018004A (zh) | 一种被动式土壤气体采集装置及采集系统与气体采集方法 | |
| CN201004028Y (zh) | 一种土壤剖面气体采集器 | |
| CN109490500B (zh) | 硬质沉积物水样分层采样与实时监测装置 | |
| CN110681685A (zh) | 污染场地土壤-地下水一体式模拟修复装置及方法 | |
| CN214427419U (zh) | 一种地下水分层监测井 | |
| CN106018182B (zh) | 用于土壤中PAHs扩散通量监测的根系模拟采集系统 | |
| CN101413851B (zh) | 水旱轮作稻田土壤气体原位采集系统及采集方法 | |
| CN115046890A (zh) | 一种地下环境中污染物迁移转化和修复的三维模拟系统及方法 | |
| CN217819570U (zh) | 一种钻孔埋管式土壤气采样系统 | |
| CN210720067U (zh) | 一种可旋转串联式土柱试验装置 | |
| CN110987525A (zh) | 一种适用于污染场地地下水分层采样的管井装置 | |
| CN208579967U (zh) | 一种垃圾填埋场大气污染气体检测装置 | |
| CN111060362A (zh) | 一种多层土壤气体采样器及采样方法 | |
| CN211740741U (zh) | 一种被动式地下水分层取样装置和取样系统 | |
| CN111701342B (zh) | 一种地下水有机污染抽出处理装置及工艺 | |
| RU131872U1 (ru) | Устройство для отбора газообразных или жидких проб из грунта | |
| CN205352764U (zh) | 污染场地取样装置及渗漏污染探测系统 | |
| CN113281235B (zh) | 一种地下水人工回灌渗流模拟监测系统及方法 | |
| CN103234889B (zh) | 一种可渗透反应墙反应材料筛选装置 | |
| CN211505507U (zh) | 一种泥浆震动脱气集气装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |