CN111521524A - 土气界面有机物迁移通量测定模拟系统及其模拟测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土气界面有机物迁移通量测定模拟系统及其模拟测定方法，该系统包括空气加湿器、采样测定模拟容器、干燥器、有机物采集器、抽气泵和监测仪，采样土壤置于采样测定模拟容器内，空气加湿器的出风端口与所述的进风孔相通，所述的出风孔与干燥器相通，干燥器、有机物采集器、抽气泵依次连接；所述出风孔或进风孔处设有空气流量调节阀。由于采用上述的模拟系统，大大提高了土气界面有机物迁移通量的检测精度。由于本专利方法能通过采集不同的环境模拟参数以及采样土壤的参数下的有机物的散发量，从而得到不同参数环境下的土气界面有机物迁移通量，以充分了解环境对土气界面有机物迁移通量的影响。

Description

土气界面有机物迁移通量测定模拟系统及其模拟测定方法

技术领域

本发明涉及一种土壤有机污染物迁移通量的检测领域，具体涉及一种土气界面有机物迁移通量测定系统及其测定方法。

背景技术

持久性有机污染物是指在环境中长期残留、迁移并在生物体中蓄积的高毒性疏水有机物。持久性有机污染物经排放后进入自然环境，主要赋存于沉积物与土壤。随着时间累积，土壤成为有机污染物巨大的“汇”。由污染物本身的易挥发性以及自然环境中诸多因素（如温度、空气流通、生物活动等）的共同作用下，土壤中持久性有机污染物很容易迁移到大气中。此外，土壤的多孔性结构进一步促进了这一过程。因此，测定土壤中持久性有机污染物迁移到空气中的通量是环境科学研究与环境监测的重要内容。

通常情况下，土壤污染的区域较大，常规的测定土壤中持久性有机污染物的土气界面迁移通量是先测定局部的通量，然后由局部估算整体。主要的实施办法是定量抽取受污染区域中某些区域，在这些区域中定量抽取一定时间内的空气，用吸附相富集空气中的有机污染物，再用空气流量进行区域估算。这种方法受到很多气候因素以及土壤环境的影响，且不同因素，如风速、温度、土壤表面覆盖物以及土壤结构对于污染物的土-气迁移通量的影响较难估算等，所以估算的精度不高。因此，需建立测定持久性有机污染物土-气迁移通量室内模拟系统。

经检测发现，国家知识产权局于2015年05月27日公开了公开号为CN104655824A的专利文献，一种测定土壤中污染物迁移通量的装置，其包括带灌溉液输入端的土壤模拟装置，该土壤模拟装置的内部充填土体，且该土壤模拟装置的外壁面环设有径流液收集装置，底部设有土体渗透支撑底座；该土体渗透支撑底座的底部设有淋洗液收集孔，该淋洗液收集孔连通淋洗液收集装置，该径流液收集装置和淋洗液收集装置分别连通位于该土壤模拟装置下方的回收桶，该回收桶连接水泵的输入端，该水泵的输出端经进水管的出水口连通该土壤模拟装置的灌溉液输入端。该土壤模拟装置为一桶状敞口容器。该淋洗液收集装置为一锥状容器。 该径流液收集装置设置于该土壤模拟装置的开口端外侧。该径流液收集装置和淋洗液收集装置分别与土壤模拟装置壁面相吻合，并通过防水胶与土壤模拟装置相连。该土壤模拟装置的顶部设置模拟降雨器，该模拟降雨器的顶部连通该进水管的出水口，该模拟降雨器的底部设置多个与该土壤模拟装置的灌溉液输入端相通的雨水孔。该土壤模拟装置外侧的不同深度位置设置排水孔。

上述专利文献的技术是用来测定土壤中污染物迁移通量的，不是用来测定土气界面有机物迁移通量的，可见目前还没有土气界面有机物迁移通量测定方面的模拟装置或系统。

发明内容

为了克服上述之不足，本发明的目的在于提供一种能提高检测精度的土气界面有机物迁移通量测定模拟系统。

本发明的另一目的在于提供一种利用土气界面有机物迁移通量测定模拟系统的测定方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

土气界面有机物迁移通量测定模拟系统，包括空气加湿器、采样测定模拟容器、干燥器、有机物采集器、抽气泵和监测仪，所述采样测定模拟容器的左侧壁和右侧壁分别设有出风孔和进风孔，采样土壤置于采样测定模拟容器内且位于出风孔和进风孔的下方，空气加湿器的出风端口与所述的进风孔相通，所述的出风孔与干燥器相通，干燥器、有机物采集器、抽气泵依次连接，所述监测仪用以监测采样测定模拟容器内的环境模拟参数以及采样土壤的参数；所述出风孔或进风孔处设有空气流量调节阀。

进一步地，所述环境模拟参数为空气温度、空气湿度、风速，所述采样土壤的参数为土壤中的温度和土壤含水率；所述空气加湿器的进风端口连接有空气有机物过滤器。空气有机物过滤器能够去除空气中的有机物，以提高检测土气界面迁移通量的精度。

进一步地，所述有机物采集器采用一级有机物采集器和二级有机物采集器，所述的一级有机物采集器与所述的二级有机物采集器串接。

进一步地，所述一级有机物采集器的进气口处设有孔径为0.7μm的玻璃纤维滤膜；所述一级有机物采集器和二级有机物采集器中均设有用于采集有机化合物的聚氨酯泡沫体（PUF）。

玻璃纤维滤膜的作用在于过滤气流中的扬尘，以减少对测试结果的影响。采用二级有机物采集的方式，当很少部分的有机物从一级有机物采集器穿过后，二级有机物采集器对该部分漏掉的有机物进行收集。

进一步地，所述的采样测定模拟容器内且位于采样土壤的表面设有表面覆盖物。通过在土壤表面添加表面覆盖物来探究表面覆盖物对有机物土气界面迁移通量的影响。

进一步地，所述表面覆盖物为草皮或秸秆，所述草皮的覆盖厚度为3－5cm，所述秸秆的覆盖厚度3－5cm，秸秆的切成2－4cm长的小段。

进一步地，所述出风孔设有2－6个和进风孔设有2－6个，所述的出风孔和进风孔处分别连接有出风管接头和进风管接头，所述出风孔的中心线和进风孔的中心线在同一平面上且位于同一高度；出风孔和进风孔距离采样测定模拟容器的底面11－13 cm，并且出风孔和进风孔高出表面覆盖物的距离不小于2cm。采用多个进风孔和出风孔，能起到均匀土壤表面流速的作用。

进一步地，所述采样测定模拟容器包括圆形桶体和圆形桶盖，所述圆形桶盖设有传感器安装孔，传感器安装孔处安装有温湿度传感器和风速传感器，圆形桶体的上端口处的周边设有下环形连接板，所述圆形桶盖的端口处的周边设有上环形连接板，上环形连接板和下环形连接板之间设有环形密封垫，通过多个木工夹将上环形连接板和下环形连接板固定在一起；所述上环形连接板的下表面和下环形连接板的上表面均为磨砂面；所述采样测定模拟容器由透视的玻璃材料制成；所述环形密封垫采用的是硅胶垫。环形密封垫的作用是为了更好的密封整个采样测定模拟容器。

进一步地，所述空气加湿器包括水箱和雾化器，所述雾化器设在水箱内，所述水箱的两侧壁上且位于液面的上方分别设有出风口和进风口，进风口通过进气管路A与空气有机物过滤器，出风口通过进气管路B与所述的进风管接头连接；所述的出风管接头与抽风管路的管接头连接，所述干燥器、有机物采集器、抽气泵串接在抽风管路上；所述进气管路A、进气管路B和抽风管路采用的是硅胶管。

利用土气界面有机物迁移通量测定模拟系统进行环境模拟测定的方法，包括以下步骤：步骤A、打开采样测定模拟容器，将采样土壤置于采样测定模拟容器内且位于出风孔和进风孔的下方，适当压实采样土壤以控制土壤的孔隙率，并加水调控土壤的含水率，将监测仪的土壤含水率探头和土壤温度传感器插入到采样土壤中，必要时，在土壤中添加生物或者在采样土壤表面增加表面覆盖物，以模拟生物活动带来的影响；然后将采样测定模拟容器的圆形桶盖盖上并用木工夹连接固定，将采样测定模拟容器封闭；然后将采样测定模拟容器的圆形桶盖盖上并用木工夹连接固定，将采样测定模拟容器封闭；步骤B、启动抽气泵，空气经空气有机物过滤器过滤，以去除空气中含有有机物成分，然后经空气加湿器进行湿度调节后送入采样测定模拟容器中，在采样测定模拟容器内用来模拟风的流动气流从采样土壤的表面流过时，带有采样土壤散发出来的有机物，此时，记录下采样测定模拟容器中的空气湿度、温度，以及采样土壤中的湿度、温度；含有有机物的气流经干燥器去除气流中的水分后，进入一级有机物采集器中，一级有机物采集器先对气流中的粉尘进行过滤后再收集气流中的有机物，气流经一级有机物采集器流出后，进入二级有机物采集器中，气流中残余的有机物被二级有机物采集器收集后，气流由抽气泵排出；抽气泵工作一定时间后，关闭抽气泵，将一级有机物采集器和二级有机物采集器中的有机物，按常规方法进行收集和计算，得到土气界面迁移通量；步骤C、重复步骤A和步骤B，在不同的环境模拟参数以及采样土壤的参数下，进行土气界面迁移通量检测，得到不同环境下的土气界面迁移通量。

本发明的有益效果在于：由于采用上述的模拟系统，本发明可以实时监测腔体中的风速，温度以及湿度，通过调控各个通气口的流速可以达到控制腔体内风速风向的效果，可以有效地模拟环境中的实际情况，大大提高了土气界面有机物迁移通量的检测精度。

本发明通过本模拟系统来改变土壤、气流和温度等因素，来探究室外各种环境因素对土壤中有机污染物的土气界面迁移通量产生的影响。具体来讲，本专利方法能调控土壤的湿度、孔隙率和含水率来模拟不同土壤条件下的土壤，以及土壤所处的周边环境，通过采集不同的环境模拟参数以及采样土壤的参数下的有机物的散发量，从而得到不同参数环境下的土气界面有机物迁移通量，以充分了解环境对土气界面有机物迁移通量的影响。可以有效避免因测量区域过大和自然环境因素的不可预知性变化对测量结果带来的影响，以有效地解决土壤中有机污染物的土气迁移通量的预测难题。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1所示一级有机物采集器的结构示意图；

图3为图1所示采样测定模拟容器的结构示意图；

图4为图3所示的俯视图；

图5为图3所示的立体图；

图6为图1所示空气加湿器的示意图。

图中：1、空气有机物过滤器；2、空气加湿器；3、采样测定模拟容器；4、干燥器；5、一级有机物采集器；6、二级有机物采集器；7、抽气泵；8、监测仪；9、出风孔；10、进风孔；11、采样土壤；12、空气流量调节阀；13、玻璃纤维滤膜；14、聚氨酯泡沫体；15、表面覆盖物；16、出风管接头；17、进风管接头；18、圆形桶体；19、圆形桶盖；20、传感器安装孔；21、下环形连接板；22、上环形连接板；23、环形密封垫；24、木工夹；25、温湿度传感器；26、风速传感器；27、水箱；28、雾化器；29、出风口；30、进风口；31、[WR1] A；33、进气管路B；34、抽风管路；35、土壤含水率探头；36、土壤温度传感器。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上表面”、“下表面”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“正转”、“反转”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，土气界面有机物迁移通量测定模拟系统，包括空气有机物过滤器1、空气加湿器2、采样测定模拟容器3、干燥器4、有机物采集器、抽气泵7和监测仪8，所述有机物采集器采用一级有机物采集器5和二级有机物采集器6，所述的一级有机物采集器5与所述的二级有机物采集器6串接。采样测定模拟容器3的左侧壁和右侧壁分别设有出风孔9和进风孔10，采样土壤11置于采样测定模拟容器3内且位于出风孔9和进风孔10的下方，空气加湿器2的出风端口与所述的进风孔10相通，所述的出风孔9与干燥器4连通，干燥器4、一级有机物采集器5、二级有机物采集器6、抽气泵7依次连接，[WR2] 进风孔10处设有空气流量调节阀12，所述监测仪8用以监测采样测定模拟容器内的环境模拟参数以及采样土壤的参数，所述环境模拟参数为空气温度、空气湿度、风速，所述采样土壤的参数为土壤中的温度和土壤含水率。

如图2所示，一级有机物采集器5的进气口处设有孔径为0.7μm的玻璃纤维滤膜13；一级有机物采集器5和二级有机物采集器6中均设有用于采集有机化合物的聚氨酯泡沫体14。

采样测定模拟容器3内且位于采样土壤11的表面设有表面覆盖物15。所述表面覆盖物15为草皮或秸秆，所述草皮的覆盖厚度为3－5cm，所述秸秆的覆盖厚度3－5cm，秸秆的切成2－4cm长的小段。出风孔9和进风孔10高出表面覆盖物15的距离不小于2cm。

如图3、4、5所示，出风孔9设有3个和进风孔10设有3个，出风孔9和进风孔10处分别连接有出风管接头16和进风管接头17，出风孔9的中心线和进风孔10的中心线在同一平面上且位于同一高度；出风孔9和进风孔10距离采样测定模拟容器3的底面11－13 cm。

采样测定模拟容器3包括圆形桶体18和圆形桶盖19，所述圆形桶盖19设有传感器安装孔20，传感器安装孔20处安装有温湿度传感器25和风速传感器26，圆形桶体18的上端口处的周边设有下环形连接板21，圆形桶盖19的端口处的周边设有上环形连接板22，上环形连接板22和下环形连接板21之间设有环形密封垫23，通过多个木工夹24将上环形连接板22和下环形连接板21固定在一起；上环形连接板22的下表面和下环形连接板21的上表面均为磨砂面；采样测定模拟容器3由透视的玻璃材料制成；环形密封垫23采用的是硅胶密封垫。

采样测定模拟容器3采用透视的玻璃材料，一方面玻璃对所研究的目标污染物没有吸收富集作用，另一方面透明的特性可以方便观察圆形桶体18内的实时情况，透视的玻璃材料还使接口部分密封处理简单易操作。

如图1、6所示，空气加湿器2包括水箱27和雾化器28，所述雾化器28设在水箱27内，所述水箱27的两侧壁上且位于液面的上方分别设有出风口29和进风口30，进风口30通过进气管路A31与空气有机物过滤器1，出风口29通过进气管路B33与所述的进风管接头17连接；所述的出风管接头16与抽风管路34的管接头连接，所述干燥器、有机物采集器、抽气泵串接在抽风管路34上；所述进气管路A31、进气管路B33和抽风管路34采用的是硅胶管。

利用土气界面有机物迁移通量测定模拟系统进行环境模拟测定的方法，包括以下步骤：步骤A、打开采样测定模拟容器，将采样土壤置于采样测定模拟容器内且位于出风孔和进风孔的下方，适当压实采样土壤11以控制土壤的孔隙率，并加水调控土壤的含水率，将监测仪的土壤含水率探头35和土壤温度传感器36插入到采样土壤11中，必要时，在土壤中添加生物以模拟生物活动带来的影响，在采样测定模拟容器内的采样土壤表面增加表面覆盖物15；然后将采样测定模拟容器的圆形桶盖盖上并用木工夹20连接固定，将采样测定模拟容器封闭；步骤B、启动抽气泵，空气经空气有机物过滤器过滤，以去除空气中含有有机物成分，然后经空气加湿器进行湿度调节后送入采样测定模拟容器中，在采样测定模拟容器内用来模拟风的流动气流从采样土壤的表面流过时，带有采样土壤散发出来的有机物，此时，记录下采样测定模拟容器中的空气湿度、温度，以及采样土壤中的湿度、温度；含有有机物的气流经干燥器去除气流中的水分后，进入一级有机物采集器中，一级有机物采集器先对气流中的粉尘进行过滤后再收集气流中的有机物，气流经一级有机物采集器流出后，进入二级有机物采集器中，气流中残余的有机物被二级有机物采集器收集后，气流由抽气泵排出；抽气泵工作一定时间后，关闭抽气泵，将一级有机物采集器和二级有机物采集器中的有机物，按常规方法进行收集和计算，得到土气界面迁移通量；步骤C、重复步骤A和步骤B，在不同的环境模拟参数以及采样土壤的参数下，进行土气界面迁移通量检测，得到不同环境下的土气界面迁移通量。本专利方法考虑到了环境对土气界面有机物迁移通量的影响，从而大大提高了土气界面有机物迁移通量测定精度。

采样土壤置于桶底部平铺开，可以适当压实控制土壤孔隙率，加水调控含水率，土壤中添加生物模拟生物活动带来的影响，土壤的上表面距离进气孔和出气孔设定不应小于2cm的高度，以防土壤颗粒随气体被吹出，干扰测定结果。通过控制水箱中雾化器的工作时间控制流经采样测定模拟容器内气体的湿度，从而达到控制土壤含水率的目的；通过空气流量调节阀12来控制气体流速来控制采样测定模拟容器内的风速和风向，从而模拟自然条件下的风吹情况，处于同一平面上进出气孔不易造成装置内部的气体流向紊乱；通过在土壤的表面添加表面覆盖物来探究表面覆盖物对有机物土气界面迁移通量的影响。

另外，本发明方案中采用的各个通气口，为了更好将其与外部通气管连接，采用市场标准规格的直通玻璃活塞抽气接头，为了防止在工作中，出现管路的脱落，采用法兰夹夹住相连接的接头部分。

此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.土气界面有机物迁移通量测定模拟系统，其特征在于：包括空气加湿器、采样测定模拟容器、干燥器、有机物采集器、抽气泵和监测仪，所述采样测定模拟容器的左侧壁和右侧壁分别设有出风孔和进风孔，采样土壤置于采样测定模拟容器内且位于出风孔和进风孔的下方，空气加湿器的出风端口与所述的进风孔相通，所述的出风孔与干燥器相通，干燥器、有机物采集器、抽气泵依次连接，所述监测仪用以监测采样测定模拟容器内的环境模拟参数以及采样土壤的参数；所述出风孔或进风孔处设有空气流量调节阀。

2.根据权利要求1所述的土气界面有机物迁移通量测定模拟系统，其特征在于：所述环境模拟参数为空气温度、空气湿度、风速，所述采样土壤的参数为土壤中的温度和土壤含水率；所述空气加湿器的进风端口连接有空气有机物过滤器。

3.根据权利要求2所述的土气界面有机物迁移通量测定模拟系统，其特征在于：所述有机物采集器采用一级有机物采集器和二级有机物采集器，所述的一级有机物采集器与所述的二级有机物采集器串接。

4.根据权利要求3所述的土气界面有机物迁移通量测定模拟系统，其特征在于：所述一级有机物采集器的进气口处设有玻璃纤维滤膜；所述一级有机物采集器和二级有机物采集器中均设有用于采集有机化合物的聚氨酯泡沫体。

5.根据权利要求4所述的土气界面有机物迁移通量测定模拟系统，其特征在于：所述的采样测定模拟容器内且位于采样土壤的表面设有表面覆盖物。

6.根据权利要求5所述的土气界面有机物迁移通量测定模拟系统，其特征在于：所述表面覆盖物为草皮或秸秆，所述草皮的覆盖厚度为3－5cm，所述秸秆的覆盖厚度3－5cm，秸秆的切成2－4cm长的小段。

7.根据权利要求6所述的土气界面有机物迁移通量测定模拟系统，其特征在于：所述出风孔设有2－6个和进风孔设有2－6个，所述的出风孔和进风孔处分别连接有出风管接头和进风管接头，所述出风孔的中心线和进风孔的中心线在同一平面上且位于同一高度；出风孔和进风孔距离采样测定模拟容器的底面11－13 cm，并且出风孔和进风孔高出表面覆盖物的距离不小于2cm。

8.根据权利要求5所述的土气界面有机物迁移通量测定模拟系统，其特征在于：所述采样测定模拟容器包括圆形桶体和圆形桶盖，所述圆形桶盖设有传感器安装孔，传感器安装孔处安装有温湿度传感器和风速传感器，圆形桶体的上端口处的周边设有下环形连接板，所述圆形桶盖的端口处的周边设有上环形连接板，上环形连接板和下环形连接板之间设有环形密封垫，通过多个木工夹将上环形连接板和下环形连接板固定在一起；所述上环形连接板的下表面和下环形连接板的上表面均为磨砂面；所述采样测定模拟容器由透视的玻璃材料制成；所述环形密封垫采用的是硅胶垫。

9.根据权利要求8所述的土气界面有机物迁移通量测定模拟系统，其特征在于：所述空气加湿器包括水箱和雾化器，所述雾化器设在水箱内，所述水箱的两侧壁上且位于液面的上方分别设有出风口和进风口，进风口通过进气管路A与空气有机物过滤器，出风口通过进气管路B与所述的进风管接头连接；所述的出风管接头与抽风管路的管接头连接，所述干燥器、有机物采集器、抽气泵串接在抽风管路上；所述进气管路A、进气管路B和抽风管路采用的是硅胶管。

10.根据权利要求1至9任一项所述的土气界面有机物迁移通量测定模拟系统进行环境模拟测定的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A、打开采样测定模拟容器，将采样土壤置于采样测定模拟容器内且位于出风孔和进风孔的下方，适当压实采样土壤以控制土壤的孔隙率，并加水调控土壤的含水率，将监测仪的土壤含水率探头和土壤温度传感器插入到采样土壤中，必要时，在土壤中添加生物或者在采样土壤表面增加表面覆盖物，以模拟生物活动带来的影响；然后将采样测定模拟容器的圆形桶盖盖上并用木工夹连接固定，将采样测定模拟容器封闭；

步骤B、启动抽气泵，空气经空气有机物过滤器过滤，以去除空气中含有有机物成分，然后经空气加湿器进行湿度调节后送入采样测定模拟容器中，在采样测定模拟容器内用来模拟风的流动气流从采样土壤的表面流过时，带有采样土壤散发出来的有机物，此时，记录下采样测定模拟容器中的空气湿度、温度，以及采样土壤中的湿度、温度；含有有机物的气流经干燥器去除气流中的水分后，进入一级有机物采集器中，一级有机物采集器先对气流中的粉尘进行过滤后再收集气流中的有机物，气流经一级有机物采集器流出后，进入二级有机物采集器中，气流中残余的有机物被二级有机物采集器收集后，气流由抽气泵排出；抽气泵工作一定时间后，关闭抽气泵，将一级有机物采集器和二级有机物采集器中的有机物，按常规方法进行收集和计算，得到土气界面迁移通量；

步骤C、重复步骤A和步骤B，在不同的环境模拟参数以及采样土壤的参数下，进行土气界面迁移通量检测，得到不同环境下的土气界面迁移通量。

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