CN112485160B - 湿底板情形下VOCs侵入室内过程的评估装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种湿底板情形下VOCs侵入室内过程的评估装置及方法,该评估装置包括:建筑物腔体;与筑物腔体下端连接的地下水腔体;设在地下水腔体与建筑物腔体之间的建筑物底板;进气系统,包括:通过惰性导气管与建筑物腔体连通的惰性气体气瓶、设在惰性导气管上的进气调节阀;设在建筑物腔体上的气体采样口,设有气体采样调节阀;水循环系统,包括:通过循环管路与地下水腔体连接的储液罐、设在循环管路上的循环泵;储液罐上设有水样采样口,水样采样口上设有水样采样调节阀。本发明可以模拟地下水中的VOCs直接通过扩散的方式穿越建筑地下构筑物的底板和墙体进入室内的“湿底板情形”。

Description

湿底板情形下VOCs侵入室内过程的评估装置及方法
技术领域
本发明涉及VOCs侵入过程模拟评估技术领域,尤其涉及一种湿底板情形下VOCs侵入室内过程的模拟评估装置以及运用该评估装置对湿底板情形下VOCs侵入室内过程的数值分析方法。
背景技术
本部分描述仅提供与本发明公开相关的背景信息,而不构成现有技术。
挥发性有机物(Volatile Organic Compounds,VOCs)是土壤和地下水中常见的一大类污染物,我国近年发生的很多场地污染社会事件都与VOCs的污染和人体暴露直接相关。因此,VOCs风险评估是工业污染地块调查评估的重点工作之一。一般人为地下污染源中的VOCs通过包气带运移进入室内,并通过室内空气的呼吸造成人体暴露是污染场地VOCs最重要的人体暴露途径,这条暴露途径也被成为“蒸气入侵”。蒸气入侵途径计算出的风险水平往往决定了VOCs的整体风险,因此也决定场地的修复范围和修复目标值划定。
传统理论认为,地下污染源中的VOCs会通过挥发成为气态污染物并通过包气带中土壤气相扩散或对流等机制从污染源向地表建筑迁移,但是在沿海、沿江、沿湖或者其他地下水位较浅的区域,建筑物的地下结构往往位于地下水潜水面以下。如果地下水是受污染的,则地下水中的VOCs会直接通过扩散的方式穿越建筑地下构筑物的底板和墙体进入室内,这也被称为“湿底板情形”。湿底板情形与传统的蒸气入侵概念模型的根本差异是:在湿底板情形中,建筑物的地板侵泡的污染的地下水里,污染物是以溶解态形式从污染地下水直接穿越湿底板进入室内。而传统的蒸气入侵途径中,污染物是以气态形式从地下污染源(土壤或者地下水)穿越包气带中的土壤孔隙中的土壤气到达建筑物底板下,然后穿越干底板进入室内。
目前,包括中国在内的许多国家都制定了涉及到VOCs的污染场地调查评估技术指南,现有的调查评估方法都是针对“VOCs通过包气带气相传质进入室内”,然而基于这种情形开发出的场地调查方法和环境风险评估模型均不适用于湿底板情形。由于我国经济发达、人口稠密的城市大多位于沿海、沿江、沿湖区域,因此亟需开发一套湿底板情形下VOCs蒸气入侵过程的模拟研究装置并在此基础上开发一套方法,以为后续的风险评估工作提供技术支撑。
应该注意,上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明,并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
发明内容
基于前述的现有技术缺陷,本发明实施例提供了一种湿底板情形下VOCs侵入室内过程的评估装置以及运用该评估装置对湿底板情形下VOCs侵入室内过程的数值分析方法,可较佳的解决上述技术问题。
为了实现上述目的,本发明提供了如下的技术方案。
一种湿底板情形下VOCs侵入室内过程的评估装置,包括:
建筑物腔体,设有用于检测其内部温度和气压的温压监测组件;
设在所述建筑物腔体上的气体采样口和排气口,所述气体采样口上设有气体采样调节阀,所述排气口上设有排气调节阀;
地下水腔体,与所述建筑物腔体下端连接;
建筑物底板,夹设在所述地下水腔体与所述建筑物腔体之间;
进气系统,包括:惰性气体气瓶、连接所述惰性气体气瓶与建筑物腔体的惰性导气管;所述惰性导气管上设有进气调节阀、气压计和流量计;
水循环系统,包括:通过循环管路与所述地下水腔体连接的储液罐、设在所述循环管路上的循环泵;所述储液罐上设有水样采样口,所述水样采样口上设有水样采样调节阀。
优选地,所述建筑物腔体的下端设有水平的第一密封圈,所述地下水腔体的上端设有水平的第二密封圈;所述第一密封圈与第二密封圈可拆卸连接;所述第一密封圈、第二密封圈与所述建筑物底板之间分别压设有第一密封件和第二密封件。
优选地,所述第一密封圈上设有多个沿周向均匀排布的多个第一通孔;所述第一密封圈下表面向内凹陷形成有至少一个将所述第一密封件收纳在其中的第一凹槽,所述第一凹槽位于所述第一通孔的内侧。
优选地,所述第二密封圈上设有多个沿周向均匀排布的多个第二通孔;所述第二密封圈上表面向内凹陷形成有至少一个将所述第二密封件收纳在其中的第二凹槽,所述第二凹槽位于所述第二通孔的内侧。
优选地,所述储液罐上还设有补液口,补液口上分别设有补液调节阀。
一种利用如上述任意一个实施例所述评估装置进行模拟湿底板情形下VOCs侵入室内过程的方法,包括如下步骤:
步骤S1:装置安装;
步骤S2:进气系统运行调试;
子步骤S21:打开进气调节阀和排气调节阀;
子步骤S22:通过对进气调节阀的调控,使得流量计的读数与设计的进气流量吻合;
子步骤S23:保持气路中气流稳定,对所有管路和连接部位进行气密性测试,保证整个气路系统的气密性良好;
子步骤S24:保持气路中气流稳定,打开气体采样调节阀,用气密采样针从气体采样口进行气体样品试采;
步骤S3:配制污染地下水;
步骤S4:地下水腔体及水循环系统运行调试;
子步骤S41:将配置好的污染地下水注入储液罐,在加液的同时开启循环泵,将储液罐中的污染地下水通过循环管路泵入地下水腔体,直至污染地下水充满整个储液罐、循环管路、地下水腔体;
子步骤S42:向储液罐中加入杀菌剂,保证储液罐、循环管路和地下水腔体内不滋生微生物和生物膜;
子步骤S43:在循环泵开启后,检查储液罐、循环管路、地下水腔体是否有漏液情况;如果有漏液发生,则关闭循环泵,排空液路,更换或者修复漏点后再重启;
子步骤S44:通过水样采样口采集储液罐中的水样,对水样进行VOCs浓度检测,以便检验储液罐中水样的污染物浓度是否达到预设标准;
步骤S5:装置运行和样品采集;
子步骤S51:打开进气调节阀和排气调节阀,通过对进气调节阀调控使流量计的读数与设计的进气流量吻合;
子步骤S52:维持系统运行,期间温压监测组件按照设定的时间间隔记录气压和温度,定期检查流量计的读数是否稳定在设定值;
子步骤S53:在系统稳定运行后进行采样,定期采集气体样品和水样;
步骤S6:数据分析计算:
子步骤S61:基于子步骤S53中采集得到的所有气体样品中检测出的污染物的浓度Cgas在平台期的算术平均值Cgas-mean,以及建筑物底板的规格参数,获取用于评估污染物侵入室内空气风险的评价参数;其中,所述规格参数包括建筑物底板的厚度、孔隙度、密度和建筑物腔体与建筑物底板的接触面积,所述评价参数包括建筑物底板的衰减系数α、污染物在建筑物底板中的有效扩散系数Deff、建筑物底板对污染物的特征迟滞系数R、建筑物底板对污染物的特征分配系数K中的至少一种。
优选地,所述步骤S6还包括:
子步骤S62:利用公式(1)、(2)计算得污染物挥发进入建筑物腔体的质量流量E(μg/min)和质量通量F
(μg/min/m2):
E=Cgas-mean×Q 公式(1)
其中,进气系统的气流速率为Q(m3/min),建筑物腔体的与建筑物底板的接触面积为A(m2);
子步骤S63:将子步骤S53中采集得到的水样中检测得到的污染物浓度CH2O(μg/m3)求算术平均值CH2O-mean,利用公式(3)计算得到建筑物底板的衰减系数α(无量纲);
其中,污染物的亨利常数为H(无量纲)。
优选地,所述步骤S6还包括:
子步骤S64:污染物在建筑物底板中的有效扩散系数Deff用公式(4)计算:
其中,σ是建筑物底板的厚度。
优选地,所述步骤S6还包括:
子步骤S65:污染物穿越建筑物底板进入建筑物腔体的时间tno-retardation用公式(5)计算:
建筑物底板对污染物的特征迟滞系数R用公式(6)计算:
其中,θ是建筑物底板的孔隙度。
优选地,所述步骤S6还包括:
子步骤S66:建筑物底板对污染物的特征分配系数K用公式(7)计算:
其中,ρ是建筑物底板的密度。
借助本发明实施例的技术方案,可以模拟地下水中的VOCs直接通过扩散的方式穿越建筑地下构筑物的底板和墙体进入室内的“湿底板情形”。而在沿海、沿江、沿湖或者其他地下水位较浅的区域,湿底板是普遍存在的。本发明解决了现有的科学研究以及场地调查评估对于“湿底板情形”几乎没有涉及的问题,提供了一种能够有效模拟湿底板情形下的VOCs扩散侵入室内空气过程的模拟评估直至和基于上述装置的数据方法。
由此,本发明实施例的湿底板情形下VOCs侵入室内过程的评估装置以及基于该评估装置方法,具有如下有益的技术效果:
(1)本发明提出的评估装置在常见的通量箱采样装置的基础上增加了模拟“湿底板情景”的系统,具体包括:地下水腔体、储液罐、循环泵和气路系统。这套系统可以模拟污染地下水直接接触建筑物底板后VOCs经由渗透穿越建筑底板进入室内的过程。
(2)本发明提出了一套“湿底板情景”的实验方法,包括:污染地下水配置、地下水循环、气体进气排气、气体样品和水样的采集分析,该方法可以有效评估湿底板情景中的VOCs迁移过程。
(3)本发明通过循环泵维持储液罐中的地下水持续进入地下水腔体,并且定期监测和调节地下水中污染物浓度,可以维持接触建筑底板的污染源强恒定(地下水浓度恒定),这样有利于具体的机理研究。
参照后文的说明和附图,详细公开了本发明的特定实施例,指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解,本发明的实施例在范围上并不因而受到限制。
针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用,与其它实施例中的特征相组合,或替代其它实施例中的特征。
应该强调,术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在,但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的,而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外,图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的,用于帮助对本发明的理解,并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下,可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。在附图中:
图1为现有技术一种已知实施例的结构示意图;
图2为本发明实施例的湿底板情形下VOCs侵入室内过程的评估装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是,当元件被称为“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的,并不表示是唯一的实施例。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
事实上,现有技术对VOCs入侵早有研究。例如,公告号为CN108732068A的已知实施例提供了一种模拟土壤气入侵的实验装置及其用于室内空气三氯乙烷浓度评估的方法。为方便下文描述,将该已知实施例的模拟土壤气入侵的实验装置简称为现有装置。
如图1所示,该现有装置包括:第一箱体、第二箱体和第三箱体,三个箱体均包括室内空气层、地基板、迁移层、污染源层、功能层。
其中,室内空气层位于最上层,用于模拟实际污染场地的室内环境。其中,室内空气层的一侧壁中间开一条缝隙,对面侧壁开孔设置软管接口,使用连接管连接气泵。
迁移层位于室内环境层下方,用于铺干净无污染土壤。三个箱体的迁移层厚度不同,用以模拟污染源深度的不同。迁移层的一侧壁设置内外两个软管接口,内侧接埋藏管,外侧接连接管。
污染源层位于迁移层下方,用于填铺1,1,1-TCA污染土壤。污染源层中设有埋管,取样口A内接口连接埋管,其外接口连接连接管,用于污染源层1,1,1-TCA蒸气样品的采集。
功能层位于污染源下方,由干净无污染且恢复至室温的土壤构成,用于模拟包气带中污染源下方干净土壤。移层及污染源层中埋设内径为2mm的硬质聚四氟乙烯管。
该现有装置进行室内空气TCA浓度评估的方法如下:
步骤1、取样,利用手动压力泵分别连接取样口并抽取第一箱体、第二箱体和第三箱体各层气体样品,抽取体积控制在10-50ml;气体样品封存于铝箔气体样品带,并放置于4℃冰箱中冷藏,待测;
步骤2、样品检测前,设置气相色谱分析条件:进样口温度设置为220℃;柱流量设置为1.5mL·min-1;柱箱温度先以35℃保持8min,后以5℃·min-1的速率升温到100℃,再以10℃·min-1升温到200℃,并保持5min;检测器温度设置为320℃;尾吹流量设置为60mL·min-1;
步骤3、分别配置浓度为2ppm、20ppm、50ppm、100ppm、200ppm的标准TCA气体,采用步骤2中设置的条件测量,并绘制标线;
步骤4、样品测试,采用步骤2中设置好的气相色谱条件对步骤1中采集的气体样品进行测量;
步骤5、样品的分析,根据步骤4测量结果,以时间为横坐标,TCA浓度为纵坐标作图,得到不同时间装置内各层中的TCA气体含量。
不过,本申请发明人在仔细研究该现有装置后发现,其存在如下缺陷:
1、该现有装置模拟了VOCs从污染土壤穿越一定厚度的干净土壤后到达建筑物下方,然后再以对流的方式进入建筑物室内的过程。也就是,该装置仍然是模拟“VOCs通过包气带气相传质”的情形的,无法模拟“湿底板”情形。
2、该现有装置的建筑物底与腔体之间特意留有缝隙,因此其针对的是由于室内外压差引起的土壤气体对流而导致的VOCs侵入室内,而非通过底板的扩散侵入室内。具体可在说明书中[0030]的记载得到依据:“室内空气层和迁移层中间,即顶部向下25cm内壁处设置一周2mm凸起,放置地基板,该地基板厚度为1.5cm,长度和宽度分别为29.8cm和39.8cm,使放置在凸起上后存在一定的缝隙,以模拟建筑物地基以及地基周围墙体裂缝,地基板中间开口设置直径为2.5mm的软管接口,接连接管。”
3、该现有装置的密封腔内采用抽气的方式模拟室内空气交换,具体可在说明书[0035]的记载得到依据:“空气交换条件设置:第一箱体、第二箱体和第三箱体顶部盖上盖板,软管接口D使用连接管连接QS-1C型大气采样仪持续抽气,模拟室内空气交换”。这种空气交换方式的流速控制性能较差,气流稳定性不佳。
有鉴于此,本发明实施例提供了一种湿底板情形下VOCs侵入室内过程的评估装置以及运用该评估装置对湿底板情形下VOCs侵入室内过程的数值方法,可较佳的解决上述技术问题。
如图2所示,本发明实施例的评估装置包括:建筑物腔体1、地下水腔体2、进气系统、温压监测组件3、水循环系统、建筑物底板4。
建筑物腔体1需要选用内壁经过惰性化处理的不锈钢材料制成,其整体为半球形。建筑物腔体1的下端设有一圈水平延展出来的第一密封圈101,第一密封圈101上沿周向等间距排列多个用于供密封螺帽插入的第一通孔。第一密封圈101下表面向内凹陷有形成有至少一个位于第一通孔内侧的第一凹槽(例如:两个),第一凹槽内收纳预装第一密封件(例如:橡胶垫圈)。第一密封件压设在第一密封圈101与建筑物底板4之间,用于对第一密封圈101与建筑物底板4之间的缝隙进行密封。建筑物腔体1固定有一个连接进气系统的进气短管102、气体采样口103和排气口104,气体采样口103和排气口104上都带一个阀门,分别为气体采样调节阀105和排气调节阀106,可以调节气路的开闭。
地下水腔体2同样需要选用内壁经过惰性化处理的不锈钢材料制成,其整体为圆柱体,直径与建筑物腔体1保持一致。地下水腔体2的上端沿也设有一圈沿水平延展出来的第二密封圈202,第一密封圈101与第二密封圈202可拆卸连接。具体的,第二密封圈202上沿周向等间距排列多个用于供密封螺帽插入的第二通孔,第二通孔与第一通孔一一对应。第二密封圈202上表面向内凹陷形成有至少一个位于第二通孔内侧的第二凹槽(例如:两个),第二凹槽内收纳预装第二密封件(例如:橡胶垫圈)。第二密封件压设在第二密封圈202与建筑物底板4之间,用于对第二密封圈202与建筑物底板4之间的缝隙进行密封。
在一个可选的实施例中,第一凹槽与第二凹槽错开,即第一凹槽和第二凹槽沿上下方向并不存在一一对应的关系。这样,可在不同的位置对建筑物底板4与密封圈之间的缝隙进行密封,以提高密封效果。
进气系统包括惰性气体气瓶5、连接惰性气体气瓶5与建筑物腔体1的惰性导气管6,惰性导气管6上设有进气调节阀7、气压计8和流量计9。进气调节阀7、气压计8和流量计9均通过惰性导气管6与建筑物腔体1上设置的进气短管102密闭连接。惰性导气管6需选用惰性材料,包括但不限于:惰性话处理的不锈钢、聚酰胺、聚四氟乙烯、聚醚醚酮等。
温压监测组件3设在建筑物腔体1上,包括一个气压计和一个温度计,可以人工测量和读数,用于检测建筑物腔体1中的温度和气压。
水循环系统包括通过循环管路与地下水腔体2连接的储液罐10、设在循环管路上的循环泵11。循环管路包括:连接储液罐10出水口与地下水腔体2底部的进液管12,以及,连接储液罐10进水口与地下水腔体2侧壁的回液管13,循环泵11设在进液管12或回液管13上。储液罐10上设有水样采样口14和补液口15,水样采样口14和补液口15上分别设有水样采样调节阀和补液调节阀。储液罐10中存储人工污染地下水,人工污染地下水从补液口15注入储液罐10,在循环泵11的作用下通过进液管12输入地下水腔体2,同时地下水腔体2内的液体通过回液管13回流进入储液罐10。通过储液罐10上的水样采样口14可以定期采集水样进行污染物浓度监测。
建筑物底板4夹在建筑物腔体1和地下水腔体2之间,测定时用密封螺帽将建筑物腔体1和地下水腔体2的第一密封圈101和第二密封圈202紧密旋紧,第一密封件和第二密封件可以起到密封的作用。
本发明实施例提出一套基于上述的评估装置的通量数据方法,具体包括以下步骤:
步骤S1:装置安装
子步骤S11:选择平整的实验台面,按照图2所示,将各个部件用管路连接起来;
子步骤S12:将建筑物底板4夹在建筑物腔体1和地下水腔体2之间,用密封螺帽将建筑物腔体1和地下水腔体2的密封圈紧密旋紧;
子步骤S13:检查整个装置,保证装置稳固;
步骤S2:进气系统运行调试
子步骤S21:打开进气调节阀7和排气调节阀106,检查气压计8和流量计9是否有读数,排气口104是否有气体流出;
子步骤S22:通过对进气调节阀7的调控,使流量计9的读数与设计的进气流量吻合,观察气压计8读数是否正常;
子步骤S23:保持气路中气流稳定,用肥皂水对所有管路和连接部位进行气密性测试,保证整个气路系统的气密性良好;
子步骤S24:保持气路中气流稳定,打开气体采样调节阀105,用气密采样针从气体采样口103进行气体样品试采;
步骤S25:检查温压监测组件3的读数和数据存储是否正常;
步骤S3:配制污染地下水
根据研究目的,选用一种有机污染物或者几种有机污染物的混合物,配置污染地下水。从实验简便性和评估保守性角度,可以加入过量的污染物(高于其溶解度)。这样有机污染物会在形成自由相,水中污染物的浓度恒定维持在其溶解度。
步骤S4:地下水腔体2及水循环系统运行调试
子步骤S41:将配置好的污染地下水通过补液口15注入储液罐10,在加液的同时开启循环泵11,将储液罐10中的污染地下水通过循环管路泵入地下水腔体2,直至污染地下水充满整个储液罐10、循环管路、地下水腔体2,在系统中尽量不留顶空;
子步骤S42:通过补液口15加入小剂量高浓度叠氮化钠作为杀菌剂,保证储液罐10、循环管路和地下水腔体2内不滋生微生物和生物膜;
子步骤S43:在循环泵11开启后,检查储液罐10、循环管路、地下水腔体2是否有漏液情况;如果有漏液发生,则关闭循环泵11,排空液路,更换或者修复漏点后再重启系统;
子步骤S44:通过水样采样口14采集储液罐10中的水样,水样用吹扫捕集联合气质联用进行VOCs浓度检测,以便检验储液罐10中水样的污染物浓度是否达到预设标准。如果浓度误差超过5%,则需要查找原因并解决该问题,直至污染物浓度误差低于5%。
步骤S5:装置运行和样品采集
子步骤S51:打开进气调节阀7和排气调节阀106,通过对进气调节阀7调控使流量计9的读数与设计的进气流量吻合,观察气压计8读数是否正常;
子步骤S52:维持系统运行,期间温压监测组件3按照设定的时间间隔记录气压和温度,定期检查流量计9的读数是否稳定在设定值;
子步骤S53:在系统稳定运行后进行采样,定期(例如:每天)采集一次气体样品和水样;其中,气体样品用气密针采集后直接采用手动进样,用气质联用进行检测,气密针采集的气体样品采集后需要立即进行检测,不能存放超过半个小时。水样采集后采用吹扫捕集联合气质联用进行VOCs浓度检测,存放实验不超过24个小时。
步骤S6:数据分析计算
步骤S6可以计算用于评估污染物侵入室内空气风险的评价参数,评价参数包括:建筑物底板4的衰减系数α、污染物在建筑物底板4中的有效扩散系数Deff、建筑物底板4对污染物的特征迟滞系数R、建筑物底板4对污染物的特征分配系数K。
地下水腔体1中溶解在地下水的污染物穿越建筑物底板4进入建筑物腔体1的过程是一个动态变化的过程。溶解态的污染物主要通过分子扩散穿越建筑物底板4的多孔介质材料,在这个过程当中,一部分污染物会被建筑物底板4的多孔介质吸附锁定。只有当建筑物底板4被污染物饱和后,过量的污染物经过一定时间的运移才能到达建筑物底板的另一侧,并通过挥发以气态污染物的形式进入建筑物腔体1的空气中。因此,按照理想状态下,建筑物腔体1中检测到的气态污染物浓度在实验开始时为零,然后经过一定的时间后其浓度开始缓慢上升并最终到达平台期,然后围绕这个平台峰值上下波动。将子步骤S53中采集得到的所有气体样品中检测出的污染物的浓度Cgas进行作图,Cgas从浓度为零经过一定时间到达平台期,平台期的平均浓度为Cgas-mean
子步骤S61:获取子步骤S53中采集得到的所有气体样品中检测出的污染物的浓度Cgas在平台期的算术平均值Cgas-mean,以及建筑物底板4的规格参数,获取用于评估污染物侵入室内空气风险的评价参数;规格参数包括建筑物底板4的厚度、孔隙度、密度和建筑物腔体1与建筑物底板4的接触面积;
子步骤S62:利用公式(1)、(2)计算得污染物挥发进入建筑物腔体1的质量流量E(μg/min)和质量通量F(μg/min/m2):
E=Cgas-mean×Q 公式(1)
其中,进气系统的气流速率为Q(m3/min),为调查员人为设定;建筑物腔体1的与建筑物底板4材料的接触面积A(m2)在装置设计时已经确定,为建筑物腔体1的横截面面积;
子步骤S63:将子步骤S53中采集得到的水样中检测得到的污染物浓度CH2O(μg/m3)求算术平均值CH2O-mean,利用公式(3)计算得到建筑物底板4的衰减系数α(无量纲);
其中,污染物的亨利常数为H(无量纲)。
建筑物底板4的衰减系数α表征污染物通过湿底板途径穿越建筑物底板4前后的浓度衰减程度,以及建筑物底板4对污染物的阻隔效果,其数值越小表明污染物浓度的衰减程度越大,建筑物底板4对于污染物的阻隔效果越好。衰减系数α是污染物侵入室内空气风险评估的一个重要参数。
子步骤S64:污染物在建筑物底板4中的有效扩散系数Deff用公式(4)计算:
其中,σ是建筑物底板的厚度,可以利用专门的仪器准确测定。污染物在建筑物底板4中的有效扩散系数Deff直接反应了该污染物在待测建筑物底板材料中的扩散迁移能力。Deff越大,则该污染物的扩散迁移能力越强。有效扩散系数Deff是污染物侵入室内空气风险评估的一个重要参数。
子步骤S65:如果忽略吸附迟滞效应,污染物穿越建筑物底板4进入建筑物腔体1的时间tno-retardation用公式(5)计算:
本申请借鉴有机物在地下水中的运移理论,创立了建筑物底板4对污染物的特征迟滞系数R和特征分配系数K这两个概念。建筑物底板4对污染物的特征迟滞系数R用公式(6)计算:
其中,θ是建筑物底板的孔隙度,可以通过实验测定。建筑物底板材料对于污染物的特征迟滞系数R可以用来表征待测的底板材料对于特定污染物穿越底板的迟滞效应,R越大表示该种底板材料对于污染物的迟滞效应越强,该污染物穿越底板进入室内空气后的室内空气浓度到达平台期的时间越晚。参数R是污染物侵入室内空气风险评估的一个重要参数。
子步骤S66:特征分配系数K用公式(7)计算:
其中,ρ是建筑物底板4的密度,可以通过专门的方法测定。建筑物底板4对于污染物的特征分配系数K可以用来表征待测的底板材料对于特定污染物的吸附锁定能力,K越大表示该种底板材料对于污染物的吸附锁定能力越强。参数K是污染物侵入室内空气风险评估的一个重要参数。
由此,本发明实施例的湿底板情形下VOCs侵入室内过程的评估装置以及基于该评估装置方法,具有如下有益的技术效果:
(1)本发明提出的评估装置在常见的通量箱采样装置的基础上增加了模拟“湿底板情景”的系统,具体包括:地下水腔体2、储液罐10、循环泵11和气路系统。这套系统可以模拟污染地下水直接接触建筑物底板后VOCs经由渗透穿越建筑底板进入室内的过程。
(2)本发明提出了一套“湿底板情景”的实验方法,包括:污染地下水配置、地下水循环、气体进气排气、气体样品和水样的采集分析,该方法可以有效评估湿底板情景中的VOCs迁移过程。
(3)本发明通过循环泵11维持储液罐10中的地下水持续进入地下水腔体2,并且定期监测和调节地下水中污染物浓度,可以维持接触建筑物底板4的污染源强恒定(地下水浓度恒定),这样有利于具体的机理研究。
借助本发明实施例的技术方案,可以模拟地下水中的VOCs直接通过扩散的方式穿越建筑地下构筑物的底板和墙体进入室内的“湿底板情形”。而在沿海、沿江、沿湖或者其他地下水位较浅的区域,湿底板是普遍存在的。本发明解决了现有的科学研究以及场地调查评估对于“湿底板情形”几乎没有涉及的问题,提供了一种能够有效模拟湿底板情形下的VOCs扩散侵入室内空气过程的模拟评估直至和基于上述装置的数据方法。
需要说明的是,在本发明的描述中,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象,两者之间并不存在先后顺序,也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外,在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
以上所述仅为本发明的几个实施例,本领域的技术人员依据申请文件公开的内容,可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种湿底板情形下VOCs侵入室内过程的评估装置,其特征在于,包括:
建筑物腔体,设有用于检测其内部温度和气压的温压监测组件;
设在所述建筑物腔体上的气体采样口和排气口,所述气体采样口上设有气体采样调节阀,所述排气口上设有排气调节阀;
地下水腔体,与所述建筑物腔体下端连接,用于充满含有污染物的地下水;
建筑物底板,夹设在所述地下水腔体与所述建筑物腔体之间;
进气系统,包括:惰性气体气瓶、连接所述惰性气体气瓶与建筑物腔体的惰性导气管;所述惰性导气管上设有进气调节阀、气压计和流量计;
水循环系统,包括:通过循环管路与所述地下水腔体连接的储液罐、设在所述循环管路上的循环泵;所述储液罐上设有水样采样口,所述水样采样口上设有水样采样调节阀。
2.如权利要求1所述的评估装置,其特征在于,所述建筑物腔体的下端设有水平的第一密封圈,所述地下水腔体的上端设有水平的第二密封圈;所述第一密封圈与第二密封圈可拆卸连接;所述第一密封圈、第二密封圈与所述建筑物底板之间分别压设有第一密封件和第二密封件。
3.如权利要求2所述的评估装置,其特征在于,所述第一密封圈上设有多个沿周向均匀排布的多个第一通孔;所述第一密封圈下表面向内凹陷形成有至少一个将所述第一密封件收纳在其中的第一凹槽,所述第一凹槽位于所述第一通孔的内侧。
4.如权利要求3所述的评估装置,其特征在于,所述第二密封圈上设有多个沿周向均匀排布的多个第二通孔;所述第二密封圈上表面向内凹陷形成有至少一个将所述第二密封件收纳在其中的第二凹槽,所述第二凹槽位于所述第二通孔的内侧。
5.如权利要求1所述的评估装置,其特征在于,所述储液罐上还设有补液口,所述补液口上分别设有补液调节阀。
6.一种利用如权利要求1至5任意一项所述评估装置进行模拟湿底板情形下VOCs侵入室内过程的方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤S1:装置安装;
步骤S2:进气系统运行调试;
子步骤S21:打开进气调节阀和排气调节阀;
子步骤S22:通过对进气调节阀的调控,使流量计的读数与设计的进气流量吻合;
子步骤S23:保持气路中气流稳定,对所有管路和连接部位进行气密性测试,保证整个气路系统的气密性良好;
子步骤S24:保持气路中气流稳定,打开气体采样调节阀,用气密采样针从气体采样口进行气体样品试采;
步骤S3:配制污染地下水;
步骤S4:地下水腔体及水循环系统运行调试;
子步骤S41:将配置好的污染地下水注入储液罐,在加液的同时开启循环泵,将储液罐中的污染地下水通过循环管路泵入地下水腔体,直至污染地下水充满整个储液罐、循环管路、地下水腔体;
子步骤S42:向储液罐中加入杀菌剂,保证储液罐、循环管路和地下水腔体内不滋生微生物和生物膜;
子步骤S43:在循环泵开启后,检查储液罐、循环管路、地下水腔体是否有漏液情况;如果有漏液发生,则关闭循环泵,排空液路,更换或者修复漏点后再重启;
子步骤S44:通过水样采样口采集储液罐中的水样,对水样进行VOCs浓度检测,以便检验储液罐中水样的污染物浓度是否达到预设标准;
步骤S5:装置运行和样品采集;
子步骤S51:打开进气调节阀和排气调节阀,通过对进气调节阀调控使流量计的读数与设计的进气流量吻合;
子步骤S52:维持系统运行,期间温压监测组件按照设定的时间间隔记录气压和温度,定期检查流量计的读数是否稳定在设定值;
子步骤S53:在系统稳定运行后进行采样,定期采集气体样品和水样;
步骤S6:数据分析计算;
子步骤S61:基于子步骤S53中采集得到的所有气体样品中检测出的污染物的浓度Cgas在平台期的算术平均值Cgas-mean,以及建筑物底板的规格参数,获取用于评估污染物侵入室内空气风险的评价参数;其中,所述规格参数包括建筑物底板的厚度、孔隙度、密度和建筑物腔体与建筑物底板的接触面积,所述评价参数包括建筑物底板的衰减系数α、污染物在建筑物底板中的有效扩散系数Deff、建筑物底板对污染物的特征迟滞系数R、建筑物底板对污染物的特征分配系数K中的至少一种。
7.如权利要求6所述的方法,其特征在于,所述步骤S6还包括:
子步骤S62:利用公式(1)、(2)计算得污染物挥发进入建筑物腔体的质量流量E和质量通量F,E的单位为μg/min,F的单位为μg/min/m2
E=Cgas-mean×Q 公式(1)
其中,进气系统的气流速率为Q,Q的单位为m3/min,建筑物腔体的与建筑物底板的接触面积为A(m2);
子步骤S63:将子步骤S53中采集得到的水样中检测得到的污染物浓度CH2O,CH2O的单位为μg/m3,求算术平均值CH2O-mean,利用公式(3)计算得到建筑物底板的衰减系数α;
其中,污染物的亨利常数为H。
8.如权利要求6所述的方法,其特征在于,所述步骤S6还包括:
子步骤S64:污染物在建筑物底板中的有效扩散系数Deff用公式(4)计算:
其中,σ是建筑物底板的厚度。
9.如权利要求6所述的方法,其特征在于,所述步骤S6还包括:
子步骤S65:污染物穿越建筑物底板进入建筑物腔体的时间tno-retardation用公式(5)计算:
建筑物底板对污染物的特征迟滞系数R用公式(6)计算:
其中,θ是建筑物底板的孔隙度。
10.如权利要求6所述的方法,其特征在于,所述步骤S6还包括:
子步骤S66:建筑物底板对污染物的特征分配系数K用公式(7)计算:
其中,ρ是建筑物底板的密度。
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