CN112630092A - 一种基于半透膜的土壤污染原位检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于半透膜的土壤污染原位检测装置，探头本体内设有第一加热机构，探头本体侧壁设有气体入口和气体出口，所述气体入口和所述气体出口之间形成检测通腔，所述检测通腔内设有依次设置的主入口半透膜、主阀门和主出口半透膜，主入口半透膜和主阀门之间形成主测压腔室，所述测压腔室内设有主气压传感器；通过在检测通腔内的主入口半透膜和主阀门之间形成主测压腔室，待测气体通过主入口半透膜渗透进入主测压腔室，引起主测压腔室内压强发生变化，实现污染物气体的原位检测，半透膜的设置避免外部其他物质进入，保证检测精度。

Description

一种基于半透膜的土壤污染原位检测装置
技术领域
本发明涉及土壤污染检测技术领域，尤其涉及一种基于半透膜的土壤污染原位检测装置。
背景技术
土地中的污染物不仅包括汞、铬、铅、镉、砷、镍等重金属，还可能含有苯系物、氯代烃类、石油烃、多环芳烃、农药、多氯联苯等有机物，以及氰化物和腐蚀性离子等无机物。生产过程中的原料、中间生成物、催化剂或最终产物等都可能使土地受到污染。受长期工业活动影响，土地污染大多表现为有机与无机复合污染特征。
常见的对人体健康有害的挥发性有机污染物包括挥发性卤代烃类、苯系物类、氯代苯类等。因此，对土壤中的挥发性有机物进行检测对污染的防治有着重要的作用。随着农药、有机溶剂的大量使用以及大量废水、废物的排放，挥发性有机污染物(VOCs)对土壤、沉积物、地表及地下水源和生态系统的严重污染成为一个普遍存在的环境问题。
挥发性有机物是指在常温下，沸点50℃～260℃的各种有机化合物。VOCs进入土壤及地下水系统中之后，会影响农作物的生长并破坏植被，严重危害人们的身体健康。其主要原因为进入土壤中的VOCs的数量和速度超过了土壤的容纳能力和净化速度，使土壤的性质、组成、及性状等发生变化，使污染物的积累过程逐渐占优势。因此，对土壤中的挥发性有机物(VOCs)进行检测对污染的防治有着重要的作用。
目前，针对VOCs的分析包括实验室仪器分析以及现场仪器检测两种方式。VOCs具有极易挥发和流失的特点，因此，虽然实验室仪器分析能够对VOCs准确定性和定量，但样品要经过运输、保存等多个中间环节，大大增加了样品挥发的可能，分析结果缺乏及时性，成本偏高，需要研发现场VOCs实时快速分析装置。
由于土壤深层环境中气体含量低，气体移动路径较长，采用负压直接抽取的方式无法将VOCs气体抽至地面，因此，薄膜界面探测系统(Membrane Interface Probe；MIP)近年来被广泛应用。渗透膜是MIP系统的重要组成部分，在VOCs气体穿过渗透膜的过程中，首先VOCs气体分子与膜接触在膜表面溶解,然后由于膜两侧的浓度梯度使VOCs气体分子向膜另一侧扩散，最后从膜另一侧表面解析。然后，利用载气将VOCs气体分子带走，结合地面上的挥发性有机物检测分析设备，可实现对土壤中不同深度处挥发性有机污染物浓度的连续检测，其可实现土壤中VOCs的即时原位检测，具有高效率低成本的优势，然而，由于渗透膜成本较高，在使土壤中VOCs气化的高温环境中容易损坏，因此不能重复使用，造成MIP检测成本较高。
发明内容
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种基于半透膜的土壤污染原位检测装置。
本发明提出的一种基于半透膜的土壤污染原位检测装置，包括：探头本体；
探头本体内设有第一加热机构，探头本体侧壁设有气体入口和气体出口，所述气体入口和所述气体出口之间形成检测通腔，所述检测通腔内设有依次设置的主入口半透膜、主阀门和主出口半透膜，主入口半透膜和主阀门之间形成主测压腔室，所述主测压腔室内设有主气压传感器。
优选地，主入口半透膜位于所述气体入口处。
优选地，第一加热机构与主入口半透膜连接用于对主入口半透膜进行加热。
优选地，探头本体内设有设有并排布置的多个检测通腔。
优选地，探头本体内还设有二级检测腔，二级检测腔的进气口与所述主测压腔室连通且其出气口与所述气体出口连通，所述二级检测腔内设有向远离所述主测压腔室方向依次布置的二级进气阀门、二级进气半透膜、二级出气阀门和二级出气半透膜，二级进气半透膜和二级出气阀门之间形成二级测压腔室，二级侧压腔室内设有二级气压传感器。
优选地，还包括第二加热机构，第二加热机构与二级进气半透膜连接用于对二级进气半透膜进行加热。
优选地，包括多个并排布置的二级检测腔。
优选地，多个二级检测腔的二级进气半透膜为不同VOCs半透膜。
优选地，还包括第三加热机构，第三加热机构与二级出气半透膜连接用于对二级出气半透膜进行加热。
本发明中，所提出的基于半透膜的土壤污染原位检测装置，探头本体内设有第一加热机构，探头本体侧壁设有气体入口和气体出口，所述气体入口和所述气体出口之间形成检测通腔，所述检测通腔内设有依次设置的主入口半透膜、主阀门和主出口半透膜，主入口半透膜和主阀门之间形成主测压腔室，所述测压腔室内设有主气压传感器；通过在检测通腔内的主入口半透膜和主阀门之间形成主测压腔室，待测气体通过主入口半透膜渗透进入主测压腔室，引起主测压腔室内压强发生变化，实现污染物气体的原位检测，半透膜的设置避免外部其他物质进入，保证检测精度。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于半透膜的土壤污染原位检测装置的结构示意图。
图2为本发明提出的一种基于半透膜的土壤污染原位检测装置的另一实施方式的检测腔布置示意图。
图3为本发明提出的一种基于半透膜的土壤污染原位检测装置的再一实施方式的检测腔布置示意图。
具体实施方式
如图1至3所示，图1为本发明提出的一种基于半透膜的土壤污染原位检测装置的结构示意图，图2为本发明提出的一种基于半透膜的土壤污染原位检测装置的另一实施方式的检测腔布置示意图，图3为本发明提出的一种基于半透膜的土壤污染原位检测装置的再一实施方式的检测腔布置示意图。
参照图1，本发明提出的一种基于半透膜的土壤污染原位检测装置，包括：探头本体100；
探头本体100内设有第一加热机构，探头本体100侧壁设有气体入口和气体出口，所述气体入口和所述气体出口之间形成检测通腔，所述检测通腔内设有依次设置的主入口半透膜1、主阀门2和主出口半透膜3，主入口半透膜1和主阀门2之间形成主测压腔室10，所述主测压腔室10内设有主气压传感器。
本实施例的基于半透膜的土壤污染原位检测装置的具体工作过程中，预先关闭主阀门2，通过主入口半透膜形成针对污染物气体可单向进入的主测压腔室，在第一加热机构的加热下，探头本体周围土壤中污染物蒸发形成污染物气体，利用半透膜的溶解扩散机理，首先气体分子与膜接触，然后在膜表面溶解，由于膜两侧表面产生浓度梯度，使气体分子向膜内侧扩散，最后从膜靠近主测压腔室的表面解析，实现对污染物气体的选择性透过，当污染物气体进入测压腔室内时，引起腔室内气压发生变化，从而通过主气压传感器实现对污染物气体分子的检测；检测结束后，主阀门2打开，使得主测压腔室内的污染物气体通过主出口半透膜单向排出，通过主入口半透膜和主出口半透膜的设置，在二者之间的检测通腔只能供污染物气体通过，从而保证主气压传感器检测的主测压腔室内的气压变化，均由污染物气体引起。
在本实施例中，所提出的基于半透膜的土壤污染原位检测装置，探头本体内设有第一加热机构，探头本体侧壁设有气体入口和气体出口，所述气体入口和所述气体出口之间形成检测通腔，所述检测通腔内设有依次设置的主入口半透膜、主阀门和主出口半透膜，主入口半透膜和主阀门之间形成主测压腔室，所述测压腔室内设有主气压传感器；通过在检测通腔内的主入口半透膜和主阀门之间形成主测压腔室，待测气体通过主入口半透膜渗透进入主测压腔室，引起主测压腔室内压强发生变化，实现污染物气体的原位检测，半透膜的设置避免外部其他物质进入，保证检测精度。
在具体实施方式中，主入口半透膜1位于所述气体入口处，避免污染物在气体入口处沉积。
参照图2，在另一具体实施方式中，探头本体100内设有设有并排布置的多个检测通腔，可将多个检测通腔内的半透膜设计为专用于不同类型污染物，使得每个检测通腔只能进入一种类型污染物气体，从而实现对污染物气体的类型和占比的精确检测。
参照图3，在本实施例的再一种实施方式中，探头本体100内还设有二级检测腔，二级检测腔的进气口与所述主测压腔室10连通且其出气口与所述气体出口连通，所述二级检测腔内设有向远离所述主测压腔室10方向依次布置的二级进气阀门4、二级进气半透膜5、二级出气阀门6和二级出气半透膜7，二级进气半透膜5和二级出气阀门6之间形成二级测压腔室20，二级侧压腔室内设有二级气压传感器；进一步地，本实施方式包括多个并排布置的二级检测腔，多个二级检测腔的二级进气半透膜5为不同VOCs半透膜。
在本实施方式具体工作过程中，首先关闭主阀门和二级进气阀门，通过第一加热机构对周围土壤进行加热，使得土壤中蒸发形成的VOCs气体通过主入口半透膜进入主测压腔室，通过主气压传感器检测VOCs气体引起的腔室内气压变化，当主气压传感器检测到主测压腔室内气压上升时，说明土壤中存在VOCs，当主测压腔室内气压稳定后，关闭二级出气阀门，并打开二级进气阀门，使得不同种类的VOCs分别穿过多个二级进气半透膜进入多个不同的二级测压腔室内，当某一二级气压传感器检测到相应二级测压腔室内的气压变化，则说明土壤中含有与该二级进气半透膜对应的VOC，从而实现对VOC种类的定向精确检测，检测结束后，打开二级出气阀门，使得VOC气体穿过二级出气半透膜排出，同时打开主阀门，使得主测压腔室内的其他种类的VOC气体排出；在此实施方式中，通过主入口半透膜使得VOCs气体在主测压腔室内富集，使得主测压腔室内气体浓度增大，然后VOCs气体进一步经由二级进气半透膜进入二级测压腔室内，从而大大提高VOCs的气体检测灵敏度和检测精度。
在具体加热方式中，第一加热机构与主入口半透膜1连接用于对主入口半透膜进行加热；通过半透膜对周围土壤直接加热，使得周围土壤中受热蒸发的VOCs气体经由半透膜直接进入测压腔室，提高加热效率和VOCs气体采样效率；
相应地，第二加热机构与二级进气半透膜5连接用于对二级进气半透膜5进行加热，对主测压腔室内的VOCs气体进行保温，保证其进一步穿过二级进气半透膜，避免主测压腔室残留，并提高二级测压腔室内的检测精度。
同样地，第三加热机构与二级出气半透膜7连接用于对二级出气半透膜7进行加热，对二级测压腔室内的VOCs气体进行保温，保证其穿过二级出气半透膜排出，避免二级测压腔室内残留。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于半透膜的土壤污染原位检测装置，其特征在于，包括：探头本体(100)；
探头本体(100)内设有第一加热机构，探头本体(100)侧壁设有气体入口和气体出口，所述气体入口和所述气体出口之间形成检测通腔，所述检测通腔内设有依次设置的主入口半透膜(1)、主阀门(2)和主出口半透膜(3)，主入口半透膜(1)和主阀门(2)之间形成主测压腔室(10)，所述主测压腔室(10)内设有主气压传感器。
2.根据权利要求1所述的基于半透膜的土壤污染原位检测装置，其特征在于，主入口半透膜(1)位于所述气体入口处。
3.根据权利要求1所述的基于半透膜的土壤污染原位检测装置，其特征在于，第一加热机构与主入口半透膜(1)连接用于对主入口半透膜(1)进行加热。
4.根据权利要求1所述的基于半透膜的土壤污染原位检测装置，其特征在于，探头本体(100)内设有设有并排布置的多个检测通腔。
5.根据权利要求1所述的基于半透膜的土壤污染原位检测装置，其特征在于，探头本体(100)内还设有二级检测腔，二级检测腔的进气口与所述主测压腔室(10)连通且其出气口与所述气体出口连通，所述二级检测腔内设有向远离所述主测压腔室(10)方向依次布置的二级进气阀门(4)、二级进气半透膜(5)、二级出气阀门(6)和二级出气半透膜(7)，二级进气半透膜(5)和二级出气阀门(6)之间形成二级测压腔室(20)，二级侧压腔室(20)内设有二级气压传感器。
6.根据权利要求5所述的基于半透膜的土壤污染原位检测装置，其特征在于，还包括第二加热机构，第二加热机构与二级进气半透膜(5)连接用于对二级进气半透膜(5)进行加热。
7.根据权利要求5所述的基于半透膜的土壤污染原位检测装置，其特征在于，包括多个并排布置的二级检测腔。
8.根据权利要求7所述的基于半透膜的土壤污染原位检测装置，其特征在于，多个二级检测腔的二级进气半透膜(5)为不同VOCs半透膜。
9.根据权利要求5所述的基于半透膜的土壤污染原位检测装置，其特征在于，还包括第三加热机构，第三加热机构与二级出气半透膜(7)连接用于对二级出气半透膜(7)进行加热。
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