CN110567756A - 一种用于原位热修复场地的土壤热采样方法 - Google Patents

一种用于原位热修复场地的土壤热采样方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于原位热修复场地的土壤热采样方法，该方法包含：步骤1，选择土壤热采样的方式、设备与器具；步骤2，制定并落实土壤热采样的安全保障措施；步骤3，进行土壤钻探、急冷降温与样品采集。本发明提供的方法是在土壤原位热修复过程中，在落实相关安全保障措施的前提下，通过原状取土器具将土壤样品直接从地下热环境采出，并通过快速冷却使样品迅速降温至环境温度，从而控制样品采集过程中的污染物损失在可接受范围内。该方法具有具有设备器具易于获取，技术要求可操作性强，安全风险可防可控等特点，能最大程度的降低土壤热采样过程中污染物的损失，满足原位热修复工程中各类土壤污染物去除效果过程监测与评价的要求。

Description

一种用于原位热修复场地的土壤热采样方法
技术领域
本发明涉及一种土壤热采样方法，具体地，涉及一种用于原位热修复场地的土壤热采样方法。
背景技术
原位热修复技术可广泛应用于挥发性有机物、半挥发性有机物、石油烃类或汞等污染场地的原位修复。原位热修复技术通过直接或间接加热的方式，将污染土壤加热至接近甚至超过目标污染物的沸点，通常加热至100摄氏度左右，从而使目标污染物气化、脱附或分解后与土壤介质分离并去除，从而实现污染场地修复的目的。
在污染土壤的原位热修复工程实施过程中，为有效评估污染场地的热修复进程，有必要针对原地加热后的土壤进行直接热采样，通过样品检测数据分析，获取目标污染物去除程度与修复目标是否达成等相关信息。
然而，将土壤样品从地下热环境中直接采出意味着采样器具或材料必须满足相应的耐热要求；同时，高温环境更为容易引起土壤样品中的污染物在采样过程中发生明显损失，从而影响样品检测数据的有效性；此外，原位热修复场地的高温环境也增加了土壤热采样作业过程中人员和设备危害风险。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于原位热修复的土壤热采样方法，针对现有土壤采样方法在原位热修复场地应用中存在的不足，是一种将土壤样品直接从地下热环境采出，并通过技术手段控制样品采集过程中污染物损失在可接受范围内的土壤采样方法。
为了达到上述目的，本发明提供了一种用于原位热修复场地的土壤热采样方法，其中，所述的方法包含：步骤1，选择土壤热采样的方式、设备与器具；步骤2，制定并落实土壤热采样的安全保障措施；步骤3，进行土壤钻探、急冷降温与样品采集。
上述的用于原位热修复场地的土壤热采样方法，其中，所述的步骤1中选择土壤热采样的方式，是结合原位热修复区域的现场实际情况确定的采样条件与采样需求，选择经济有效、扰动小、钻探设备易获取且满足热采样要求的钻探方式，通过将原状取土器具压入地下指定深度进行取土。
上述的用于原位热修复场地的土壤热采样方法，其中，所述的钻探方式是包含直推钻探、冲击钻探或轻型钻探的适用于热采样的土壤钻探方式。
上述的用于原位热修复场地的土壤热采样方法，其中，所述的步骤1中还包含，根据原位热修复区域的实际温度范围，原状取土器具选用包含不锈钢或聚四氟乙烯的满足相应采样环境耐热要求的材质的取土管。
上述的用于原位热修复场地的土壤热采样方法，其中，所述的步骤2包含：土壤热采样钻探区域设置符合耐火阻燃要求的围挡与安全警示标识；钻探过程中针对钻探点位区域进行强制通风；采用便携式有机物快速测定仪对钻探区域进行有机物浓度连续监测；采用带有封盖的耐热金属容器收集钻探过程可能产生的剩余土壤，并设置物理屏障与安全标识，待土壤降温后进一步处置；土壤钻孔点位在采样完成后及时封堵并恢复覆盖层；作业人员全程佩戴耐高温个人防护用品，避免皮肤与污染土壤的直接接触，同时根据作业时长进行钻探采样人员轮换。
上述的用于原位热修复场地的土壤热采样方法，其中，所述的步骤2还包含：所述的原位热修复过程采用包含加热系统和真空抽提系统的原位热修复系统进行，在土壤热采样钻探前停止钻探区域原位热修复加热系统的运行，同时原位热修复的维持真空抽提系统运行以控制钻探区域土壤维持在微负压状态。
上述的用于原位热修复场地的土壤热采样方法，其中，所述的步骤3是在土壤原位热修复过程中，在落实相关安全保障措施的前提下，通过原状取土器具将土壤样品直接从地下热环境采出，并通过快速冷却使样品迅速降温至环境温度，从而控制样品采集过程中的污染物损失在可接受范围内。
上述的用于原位热修复场地的土壤热采样方法，其中，所述的步骤3包含：在土壤热采样的钻探施工至预定深度后，将钻具提起并取出原状取土器具，完成取土并立刻对原状取土器具进行密封，再立即置于预先准备好的冰浴槽中急冷降温，待原状取土器具在冰浴槽中快速降温至环境温度后，根据样品分析采集需求进行土壤样品的分割、装样。
上述的用于原位热修复场地的土壤热采样方法，其中，所述的对原状取土器具进行密封采用包含管帽封盖和聚四氟乙烯胶带缠绕的密封方式。
上述的用于原位热修复场地的土壤热采样方法，其中，所述的冰浴槽底部设有排水口，及时排除冰块融化产生的水分。
本发明提供的用于原位热修复场地的土壤热采样方法具有以下优点：
本发明是为了克服传统土壤采样方法在原位热修复场地应用时存在的局限性，而开发的一种能够应用于原位热修复场地的土壤热采样方法，在满足土壤热采样的设备器具材料要求的基础上，达到原位热修复过程效果监测所能接受的样品污染物损失水平，并确保热采样过程中的人员与设备的安全。
本发明提供的方法包括选取设备器具、带热钻探取土、样品急冷采集等主要步骤，以及确定热采样过程中需要满足的安全与技术条件等。具有设备器具易于获取，技术要求可操作性强，安全风险可防可控等特点，能最大程度的降低土壤热采样过程中污染物的损失，满足原位热修复工程中挥发性有机物、半挥发性有机物、石油烃类及汞等各类土壤污染物去除效果过程监测与评价的要求。
附图说明
图1为本发明的用于原位热修复场地的土壤热采样方法的流程示意图。
图2为本发明的实施例中对典型有机污染替代物在土壤热采样过程中加标回收率的验证结果图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。
如图1所示，本发明提供的用于原位热修复场地的土壤热采样方法，该方法包含：步骤1，选择土壤热采样的方式、设备与器具；步骤2，制定并落实土壤热采样的安全保障措施；步骤3，进行土壤钻探、急冷降温与样品采集。
步骤1是选取合适的设备和器具，将不同深度的土壤样品直接从地下热环境采出。选择土壤热采样的方式是指结合原位热修复区域的现场实际情况确定的采样条件与采样需求，选择经济有效、扰动小、钻探设备易获取且满足热采样要求的钻探方式，通过将原状取土器具压入地下指定深度进行取土。
钻探方式是包含直推钻探、冲击钻探或轻型钻探等的适用于热采样的土壤钻探方式。
步骤1中还包含，根据原位热修复区域的实际温度范围，原状取土器具选用包含不锈钢或聚四氟乙烯等的满足相应采样环境耐热要求的材质的直推取土管等。
步骤2包含：土壤热采样钻探区域设置符合耐火阻燃要求的围挡与安全警示标识；钻探过程中针对钻探点位区域进行强制通风；采用便携式有机物快速测定仪对钻探区域进行有机物浓度连续监测；采用带有封盖的耐热金属容器收集钻探过程可能产生的剩余土壤，并设置物理屏障与安全标识，待土壤降温后进一步处置；土壤钻孔点位在采样完成后及时封堵并恢复覆盖层；作业人员全程佩戴耐高温个人防护用品，避免皮肤与污染土壤的直接接触，同时根据作业时长进行钻探采样人员轮换。
步骤2还包含：原位热修复过程采用现有的、包含加热系统和真空抽提系统的原位热修复系统进行，在土壤热采样钻探前停止钻探区域原位热修复加热系统的运行，同时原位热修复的维持真空抽提系统运行以控制钻探区域土壤维持在微负压状态。
步骤3是在土壤原位热修复过程中，在落实相关安全保障措施的前提下，通过直推取土管等原状取土器具将土壤样品直接从地下热环境采出，并通过快速冷却使样品迅速降温至环境温度，从而控制样品采集过程中的污染物损失在可接受范围内。即，采用有效的技术手段，使土壤样品快速冷却，并控制土壤样品中污染物损失在可接受范围。
步骤3包含：在土壤热采样的钻探施工至预定深度后，将钻具提起并取出直推取土管等原状取土器具，完成取土并立刻对原状取土器具进行密封，再将密封后的原状取土器具立即置于预先准备好的冰浴槽中急冷降温，待原状取土器具在冰浴槽中快速降温至环境温度后，根据样品分析采集需求进行土壤样品的分割、装样。
优选地，对原状取土器具进行密封采用包含管帽封盖和聚四氟乙烯胶带缠绕的密封方式，即采用管帽封盖和聚四氟乙烯胶带缠绕等方式进行器具密封。冰浴槽底部设有排水口，及时排除冰块融化产生的水分。
下面结合实施例对本发明提供的用于原位热修复场地的土壤热采样方法做更进一步描述。
实施例1：对原位热修复场地的土壤进行热采样。
如图1所示，一种用于原位热修复场地的土壤热采样方法，该方法包含：
(一)选择土壤热采样设备与器具。
结合原位热修复区域的土壤采样条件，选择经济有效、扰动小、钻探设备易获取且满足热采样要求的钻探方法，包括直推钻探、冲击钻探和轻型钻探等。
直推钻探方法：通常为履带式一体钻机，通过机械液压或高频冲击将钻杆钻具压入土中，土壤样品从钻具开口进入中空钻杆内的直推取土管，形成原状连续土样。
冲击钻探方法：通常为履带式一体钻机，通过搭设钻架利用钢绳悬吊重锤或钻具自由下落产生的冲击力将钻具压入土中，土壤样品从钻具开口进入原状取土器具，形成原状土壤样品。
轻型钻探方法：包括分体式轻型钻机或手持式钻探工具，通过高频震动或冲击将钻杆钻具压入土中，土壤样品从钻具开口进入中空钻杆内的直推取土管，形成原状连续土样。
同时，根据原位热修复区域的实际温度范围，直推取土管等原状取土器具选用不锈钢或聚四氟乙烯等满足相应采样环境耐热要求的材质。
(二)落实安全保障措施。
针对原位热修复场地的土壤热采样实施过程进行工作危害分析，依照工作危害分析结果制定并落实相应的安全保障措施，主要包括：
(1)土壤热采样钻探点位及作业区域设置围挡与安全警示标识，围挡和标识的材质应符合耐火阻燃要求。
(2)土壤热采样钻探前停止钻探区域原位热修复加热系统的运行，同时维持原位热修复的真空抽提系统运行以控制钻探点位附近土壤维持在微负压状态。
(3)土壤热采样钻探过程中针对钻探点位区域进行强制通风。
(4)土壤热采样钻探过程中利用光离子化检测器(PID)等便携式有机物快速测定仪对钻探点位、作业区域进行有机物浓度连续监测，并制定相应的作业响应策略。
(5)土壤热采样钻探过程中如有剩余土壤产生，采用带有封盖的耐热金属容器进行收集，并在容器周围设立物理屏障与安全警示标识，待土壤温度降至常温后再做进一步处置。
(6)土壤热采样钻探点位应在采样完成后立即进行封堵，并恢复钻孔处覆盖层。
(7)土壤热采样钻探过程中作业人员应全程佩戴耐高温个人防护用品(包括耐高温手套、防护面罩、热防护服、安全鞋等)，避免皮肤与污染土壤的直接接触，同时根据作业时长进行钻探采样人员轮换。
(三)土壤钻探、急冷降温与样品采集。
土壤热采样钻探施工至预定深度后，将钻具提起并取出直推取土管等原状取土器具，随后采用管帽封盖和聚四氟乙烯胶带缠绕等方式进行密封，密封后的原状取土器具立即置于预先准备好的冰浴槽中急冷降温。其中，冰浴槽底部设有排水口，及时排除冰块融化产生的水分。
密封后的直推取土管等原状取土器具在冰浴槽中快速降温至环境温度后，根据样品采集需求进行土壤样品分割、装样，采用非扰动采样器优先采集用于挥发性有机物检测的土壤样品并转移至预装甲醇并预称重的吹扫瓶中，用于其他项目检测或者用于测定干物质含量的土壤样品统一装样品瓶或将取土管分段切割后封盖密封。
实施例2：对热采样土壤样品进行加标回收验证。
对某土壤原位热修复场地(地下加热温度约85摄氏度)的、根据本发明提供的方法取得的热采样土壤样品进行加标回收率的实验验证。
具体过程如下：
(1)热采样带热取出的取土管立即封盖并用聚四氟乙烯胶带密封。
(2)将取土管分为2组，在A组样品中通过注射器加入一定量的替代物1,1,1-三氯乙烷(1,1,1-TCA)，B组不做处理。
(3)将两组取土管置于冰浴槽内冷却。
(4)样品冷却至环境温度后，取出检查取土管密封情况，并在B组中通过注射器加入相同量的替代物1,1,1-TCA。
(5)将2组取土管内采集的土壤样品分别转移至预称重预装甲醇保护剂的吹扫瓶中并拧紧瓶盖，随后送至实验室分析并计算加标回收率。
实验室分析结果如图2所示。可以看出，样品急冷过程中替代物(VOCs)无明显损失，A组、B组替代物加标回收率无明显差异，说明本专利所述的土壤热采样急冷降温技术能够将热采样土壤样品在冷却及转移过程中的污染物损失控制在可接受范围内，满足原位热修复过程监测与评价的精度要求。
本发明提供的用于原位热修复场地的土壤热采样方法，是在土壤原位热修复过程中，在落实相关安全保障措施的前提下，通过原状取土器具将土壤样品直接从地下热环境采出，并通过快速冷却使样品迅速降温至环境温度，从而控制样品采集过程中的污染物损失在可接受范围内。该方法具有具有设备器具易于获取，技术要求可操作性强，安全风险可防可控等特点，能最大程度的降低土壤热采样过程中污染物的损失，满足原位热修复工程中挥发性有机物、半挥发性有机物、石油烃类及汞等各类土壤污染物去除效果过程监测与评价的要求。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种用于原位热修复场地的土壤热采样方法，其特征在于，所述的方法包含：步骤1，选择土壤热采样的方式、设备与器具；步骤2，制定并落实土壤热采样的安全保障措施；步骤3，进行土壤钻探、急冷降温与样品采集。
2.根据权利要求1所述的用于原位热修复场地的土壤热采样方法，其特征在于，所述的步骤1中选择土壤热采样的方式，是结合原位热修复区域的现场实际情况确定的采样条件与采样需求，选择经济有效、扰动小、钻探设备易获取且满足热采样要求的钻探方式，通过将原状取土器具压入地下指定深度进行取土。
3.根据权利要求2所述的用于原位热修复场地的土壤热采样方法，其特征在于，所述的钻探方式是包含直推钻探、冲击钻探或轻型钻探的适用于热采样的土壤钻探方式。
4.根据权利要求2所述的用于原位热修复场地的土壤热采样方法，其特征在于，所述的步骤1中还包含，根据原位热修复区域的实际温度范围，原状取土器具选用包含不锈钢或聚四氟乙烯的满足相应采样环境耐热要求的材质的取土管。
5.根据权利要求1所述的用于原位热修复场地的土壤热采样方法，其特征在于，所述的步骤2包含：土壤热采样钻探区域设置符合耐火阻燃要求的围挡与安全警示标识；钻探过程中针对钻探点位区域进行强制通风；采用便携式有机物快速测定仪对钻探区域进行有机物浓度连续监测；采用带有封盖的耐热金属容器收集钻探过程可能产生的剩余土壤，并设置物理屏障与安全标识，待土壤降温后进一步处置；土壤钻孔点位在采样完成后及时封堵并恢复覆盖层；作业人员全程佩戴耐高温个人防护用品，避免皮肤与污染土壤的直接接触，同时根据作业时长进行钻探采样人员轮换。
6.根据权利要求5所述的用于原位热修复场地的土壤热采样方法，其特征在于，所述的步骤2还包含：所述的原位热修复过程采用包含加热系统和真空抽提系统的原位热修复系统进行，在土壤热采样钻探前停止钻探区域原位热修复加热系统的运行，同时原位热修复的维持真空抽提系统运行以控制钻探区域土壤维持在微负压状态。
7.根据权利要求1所述的用于原位热修复场地的土壤热采样方法，其特征在于，所述的步骤3是在土壤原位热修复过程中，在落实相关安全保障措施的前提下，通过原状取土器具将土壤样品直接从地下热环境采出，并通过快速冷却使样品迅速降温至环境温度，从而控制样品采集过程中的污染物损失在可接受范围内。
8.根据权利要求7所述的用于原位热修复场地的土壤热采样方法，其特征在于，所述的步骤3包含：在土壤热采样的钻探施工至预定深度后，将钻具提起并取出原状取土器具，完成取土并立刻对原状取土器具进行密封，再立即置于预先准备好的冰浴槽中急冷降温，待原状取土器具在冰浴槽中快速降温至环境温度后，根据样品分析采集需求进行土壤样品的分割、装样。
9.根据权利要求8所述的用于原位热修复场地的土壤热采样方法，其特征在于，所述的对原状取土器具进行密封采用包含管帽封盖和聚四氟乙烯胶带缠绕的密封方式。
10.根据权利要求8所述的用于原位热修复场地的土壤热采样方法，其特征在于，所述的冰浴槽底部设有排水口，及时排除冰块融化产生的水分。
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