CN204165805U - 一种垃圾填埋场土壤剖面气体自动取样器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种垃圾填埋场土壤剖面气体自动取样器，属于气体采集设备技术领域。本实用新型的一种垃圾填埋场土壤剖面气体自动取样器，包括钻头装置、取气装置、缓冲装置、固定装置和真空泵箱；本实用新型的一种垃圾填埋场土壤剖面气体自动取样器取样方法主要步骤为：使用前通过取气装置和缓冲装置隔断气体；通过给固定装置上的法兰盘施加外力控制下降深度；通过真空泵箱抽吸除掉取气装置中的多余气体；通过阀门启闭和对取气装置的旋转控制进气口的启闭；通过三通控制气体按一定时间进行剖面气体的抽取。本实用新型能够测量不同深度土壤剖面的气体释放情况，同时有效提高样品采集效率，且操作简单、结构紧凑、维护方便、携带方便。

Description

一种垃圾填埋场土壤剖面气体自动取样器

技术领域

本发明涉及气体采集设备技术领域，更具体的说，涉及一种垃圾填埋场土壤剖面气体自动取样器。

背景技术

全球变暖已日益成为重大的环境问题，而急待减排的主要温室气体包括CH₄、CO₂和N₂O等。统计表明：生活垃圾填埋场是CO₂、CH₄等温室气体重要的人为排放源。

目前，有关垃圾填埋场不同深度气体释放情况测定主要通过手工挖掘具有一定深度、形状相对规则、体积相对确定的洞井，将取样器埋入洞井中进行气体捕集，通过捕集不同深度剖面的释放气体进而得到填埋场内部气体排放量。该方法存在以下不足：(1)在测定不同深度的剖面气体释放情况时，需要挖掘若干个对应深度的洞井，造成表层覆盖土的改变较大，对测量结果产生影响；(2)在测定较深剖面的气体释放情况时，洞井开挖口径和挖方量较大，会增加气流的扰动，破坏剖面气体释放的真实情况，造成较大的测量误差；(3)纯手工挖掘作业量大、测量误差大、操作繁琐、效率低，远不能满足实际需要。

中国专利申请号：CN01133334.0，申请日：2001.10.24，发明创造名称为：一种土壤剖面梯度气体样本的负压同步采集方法及专用装置，该申请案公开了一种土壤剖面梯度气体样本的负压同步采集方法及专用装置。方法是将一组气井单元垂直置入待测土壤同一剖面不同位置处，每个气井单元与管件和负压装置相连；气体采集前，用负压装置除去气井及管件中的残留气体，土壤剖面不同位置处的待测气体经气井单元的进气孔扩散置管件，在充分平衡之后进行气体同步采集；装置主要由气井、负压装置组成，其中气井由多个具有进出气孔的气井单元组成，负压装置由与气井匹配连接的多个负压引流器、置于其上的施加外力的施力板以及置于其下的支撑板构成；气井单元中出气孔分别通过与其安装在一起的管件与负压装置中的负压引流器衔接。它对同一土壤剖面不同梯度及不同土壤剖面不同梯度的气体实现同步采集。该申请案虽然解决了单一采集的不足，但还是没有解决纯手工挖掘作业量大、测量误差大、操作繁琐、效率低的技术问题。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的纯手工挖掘作业量大、测量误差大、操作繁琐、效率低的问题，本发明提供一种垃圾填埋场土壤剖面气体自动取样器。采用本发明的技术方案，能够还原剖面气体释放的真实情况，减小测量误差，同时有效提高样品采集效率，减少人工作业时间，且操作简单、结构紧凑、维护方便、携带方便、经济适用。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种垃圾填埋场土壤剖面气体自动取样器，包括钻头装置、取气装置、缓冲装置、固定装置和真空泵箱，所述的钻头装置是一个整体，包括钻头、连接杆和外壳；其中钻头呈实心圆锥形，位于钻头装置的最下端，并与外壳固定连接；所述的外壳呈圆筒形结构，其直径与钻头最上端圆面直径相同；所述连接杆呈细长圆柱形，垂直固定连接在钻头最上端圆面圆心处，并与外壳形成环状空腔；所述的外壳外壁有外进气口，内壁有内螺纹；所述的缓冲装置包括减震片和橡胶条，其中所述的减震片呈环状实心结构，铺设在所述钻头最上端圆面上，并且所述的减震片内壁与所述连接杆下部外壁紧密结合，所述的减震片外壁与所述外壳内壁紧密结合；其中所述的橡胶条也呈环状实心结构，铺设在所述减震片上端面，并与所述连接杆下部外壁形成环形空隙；所述的取气装置包括抽气杆、集气室和导气管，其中所述集气室呈两端密封的环状空心结构，垂直固定在减震片上端面橡胶条与所述连接杆下部外壁形成环形空隙中；所述集气室外侧壁设有外螺纹，下半部分的外侧壁开有内进气口，上端面开有导气管接头；所述的抽气杆呈圆筒状，垂直套在所述集气室上；所述抽气杆外侧壁设有外螺纹，与所述的外壳内壁的内螺纹配合使用；所述抽气杆内侧壁设有内螺纹，与所述集气室外侧壁设有的外螺纹配合使用；所述的导气管进气口与所述导气管接头相连接；所述的导气管穿过所述的抽气杆的圆筒状空腔与外界连通；所述的固定装置包括三角支架和水平仪，其中所述三角支架上端是环状部件，固定在所述连接杆上半部分，三角支架的下端固定在地面上；所述水平仪固定在所述三角支架的环状部件上端面；所述的真空泵箱包括左进气管、左阀门、右进气管、右阀门；三通、真空泵进气口；其中所述真空泵进气口为双管双阀门控制，所述左阀门控制左进气管，右阀门控制右进气管；所述左进气管进气口和右进气管进气口都和真空泵进气口连接，左进气管出气口通过橡皮软管和三通连接，右进气管(18)出气口直通外界大气；所述的取气装置中的导气管的出气口与所述的真空泵箱中的真空泵进气口相连接。

优选地，所述连接杆上端连接有若干根扩增杆，连接杆和扩增杆通过法兰盘连接。

优选地，所述钻头、抽气杆及外壳的材质采用型号为W18Cr4V的白钢；所述减震片的材质采用C.R橡胶；所述橡胶条的材质采用丁基橡胶。

优选地，还包括水准尺；所述外壳的直径为40cm；所述连接杆高92cm，直径为5cm；所述集气室的直径为36cm，高40cm；所述橡胶条宽度为2cm；所述减震片高度为5cm；所述钻头高度8cm。

优选地，所述的外进气口沿外壳外侧面竖向3排均匀布置；所述内进气口在集气室的外侧面竖向3排均匀布置。

优选地，所述的导气管采用乳胶材质。

优选地，所述扩增杆长度为1m，扩增杆两端均设置法兰盘。

优选地，所述扩增杆及连接杆上设有标尺。

本发明的一种垃圾填埋场土壤剖面气体自动取样器的取样方法，其步骤为：

1)选好野外试验垃圾填埋场，准备好所述的气体自动取样器；

2)向下旋转抽气杆使其触及橡胶条，以保证集气室和外部气体隔断；

3)在垃圾填埋场中选取地势平坦的场地，通过三角支架和水平仪的共同作用控制所述的气体自动取样器的入土在垂直方向上；

4)以连接杆上的法兰盘为基准，通过水准尺确定所述的气体自动取样器入土深度；然后通过给连接杆上的法兰盘施加外力，使所述的气体自动取样器下降到指定的深度；

5)开启真空泵箱的右阀门，通过真空泵抽吸除掉集气室中的气体，之后关闭右阀门并打开左阀门；

6)再向上旋转抽气杆使其上升5cm，以保证外进气口和内进气口完全打开，剖面气体通过外进气口和内进气口进入集气室，并依次流经导气管、真空泵进气口和左阀门进入左进气管；

7)此后每隔一段时间打开与左进气管相连接的三通抽取气体样品，每次抽取完样品都关闭三通；

8)采集好一个剖面的气体后向下旋转抽气杆使其触及橡胶条以保证集气室和外部气体隔断；

9)重复以上步骤即可进行不同深度的剖面气体采集。

优选地，步骤4)中所述的指定深度为18cm，采集地下10cm处释放的气体；步骤7)中所述的时间间隔为1min，每隔1min打开三通并使用针筒抽取气体样品，共抽取5次，之后按同样的步骤使所述的气体自动取样器下降到指定的深度28cm、38cm、48cm、58cm、68cm、78cm、88cm、98cm、108cm处，分别采集地下20cm、30cm、40cm、50cm、60cm、70cm、80cm、90cm、100cm处的气体样品；这样就能获得垃圾填埋场内部离地面在10-100cm的不同深度剖面气体。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种垃圾填埋场土壤剖面气体自动取样器，通过内外螺纹的密闭作用，在捕集某一深度的剖面气体时，很好地隔断了其它深度剖面气体释放带来的影响；通过真空泵的作用，排除了集气室及导气管中剩余剖面气体对测量造成的影响；而且造价低廉，结构简洁，维护方便，使用快捷。不存在复杂的电子模块，通过简单的操作即可实现剖面气体的捕集，缩短了作业时间，同时也减少了维修费用和难度；

(2)本发明的一种垃圾填埋场土壤剖面气体自动取样器，连接杆上端连接有若干根扩增杆，理论上讲能捕集任意深度剖面气体；

(3)本发明的一种垃圾填埋场土壤剖面气体自动取样器，钻头、抽气杆及外壳的材质选用的W18Cr4V的白钢的材质坚固耐用；减震片的材质采用C.R橡胶、橡胶条的材质采用丁基橡胶，减震效果好；

(4)本发明的一种垃圾填埋场土壤剖面气体自动取样器，取样器整体口径较小、设计精巧、精确度高，对填埋土壤空间的挤占较小，减小了气流扰动对气体采集的影响，能够还原剖面气体释放的真实情况，大大减小测量误差；

(5)本发明的一种垃圾填埋场土壤剖面气体自动取样器，外进气口和内进气口位置布局合理，便于取气通路畅通；

(6)本发明的一种垃圾填埋场土壤剖面气体自动取样器，导气管采用乳胶材质保证了导气管的经久耐用和防腐蚀；

(7)本发明的一种垃圾填埋场土壤剖面气体自动取样器，扩增杆长度为1m和连接杆加钻头的长度一致，便于取样深度的计算；

(8)本发明的一种垃圾填埋场土壤剖面气体自动取样器，扩增杆及连接杆上设有标尺，便于取样深度的对比验证；

(9)本发明的一种垃圾填埋场土壤剖面气体自动取样器的取样方法，步骤简单易懂，通过水准尺及标尺的联用，能准确控制取气器的入土深度，很好地还原了剖面气体释放的真实情况；而且不需要手工挖掘，减小了人工作业时间，有效提高了样品采集效率，同时也减小了人为因素对气体采集造成影响；

(10)本发明的一种垃圾填埋场土壤剖面气体自动取样器的取样方法，可采集任意深度的剖面气体，适用性强。该方法除适用于垃圾填埋场剖面气体采集，还可用于林地、农地及沼泽地等各类场地，可拆卸和折叠，便于携带用于野外样本采集。

附图说明

图1为本发明的一种垃圾填埋场土壤剖面气体自动取样器的结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为图1的B-B剖视图；

图4为本发明的一种垃圾填埋场土壤剖面气体自动取样器中的真空泵箱的俯视图。

示意图中的标号说明：1、钻头；2、减震片；3、橡胶条；4、外进气口；5、内进气口；6、内螺纹；7、集气室；8、导气管接头；9、导气管；10、三角支架；11、扩增杆；12、水平仪；13、抽气杆；14、连接杆；15、外壳；16、左进气管；17、左阀门；18、右进气管；19、右阀门；20、三通；21、真空泵进气口；22、真空泵箱；23、水准尺。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。

实施例1

如图1所示，本实施例的一种垃圾填埋场土壤剖面气体自动取样器，包括钻头装置、取气装置、缓冲装置、固定装置和真空泵箱22。钻头装置是一个整体，包括钻头1、连接杆14和外壳15；其中钻头1呈实心圆锥形，位于钻头装置的最下端，并与外壳15固定连接。所述的外壳15呈圆筒形结构，其直径与钻头1最上端圆面直径相同；所述连接杆14呈细长圆柱形，垂直固定连接在钻头1最上端圆面圆心处，并与外壳15形成环状空腔；在本实施例中，所述连接杆14上端连接有1根扩增杆11，连接杆14和扩增杆11通过法兰盘连接，所述钻头1、连接杆14及外壳15的材质采用型号为W18Cr4V的白钢；所述的外壳15外壁有外进气口4，在本实施例中，所述的外进气口4沿外壳15外侧面竖向3排均匀布置；所述的外壳15内壁有内螺纹6；所述的缓冲装置包括减震片2和橡胶条3，其中所述的减震片2呈环状实心结构，铺设在所述钻头1最上端圆面上，并且所述的减震片2内壁与所述连接杆14下部外壁紧密结合，所述的减震片2外壁与所述外壳15内壁紧密结合；其中所述的橡胶条3如图2所示：也呈环状实心结构，铺设在所述减震片2上端面，并与所述连接杆14下部外壁形成环形空隙；所述的取气装置包括抽气杆13、集气室7和导气管9，其中所述集气室7如图3所示：呈两端密封的环状空心结构，垂直固定在减震片2上端面橡胶条3与所述连接杆14下部外壁形成环形空隙中；所述集气室7外侧壁设有外螺纹，下半部分的外侧壁开有内进气口5，本实施例中，所述内进气口5在集气室7的外侧面竖向3排均匀布置；集气室7上端面开有导气管接头8；所述的抽气杆13呈圆筒状，垂直套在所述集气室7上；所述抽气杆13外侧壁设有外螺纹，与所述的外壳15内壁的内螺纹6配合使用；所述抽气杆13内侧壁设有内螺纹，与所述集气室7外侧壁设有的外螺纹配合使用；所述的导气管9进气口与所述导气管接头8相连接；所述的导气管9穿过所述的抽气杆13的圆筒状空腔与外界连通；所述的固定装置包括三角支架10和水平仪12，其中三角支架10上端是环状部件，固定在所述连接杆14上半部分；三角支架10的下端固定在地面上；所述水平仪12固定在所述三角支架10的环状部件上端面；所述的真空泵箱22如图4所示；包括左进气管16、左阀门17、右进气管18、右阀门19；三通20、真空泵进气口21；其中所述真空泵进气口21为双管双阀门控制，所述左阀门17控制左进气管16，右阀门19控制右进气管18；所述左进气管16进气口和右进气管18进气口都和真空泵进气口21连接，左进气管16出气口通过橡皮软管和三通20连接，右进气管(18)出气口直通外界大气；所述的取气装置中的导气管9的出气口与所述的真空泵箱22中的真空泵进气口21相连接；在本实施例中所述的一种垃圾填埋场土壤剖面气体自动取样器，还包括水准尺23，所述减震片2的材质采用C.R橡胶，所述橡胶条3的材质采用丁基橡胶，所述的导气管9采用乳胶材质，所述外壳15的直径为40cm，所述连接杆14高92cm，直径为5cm，所述扩增杆11长度为1m，所述集气室7的直径为36cm，高40cm，所述橡胶条3宽度为2cm，所述减震片2高度为5cm，所述钻头1高度8cm，所述扩增杆11及连接杆14上设有标尺。

本实施例的一种垃圾填埋场土壤剖面气体自动取样器的取样方法，其步骤为：

1)选好野外试验垃圾填埋场，准备好所述的气体自动取样器；

2)向下旋转抽气杆13使其触及橡胶条3，以保证集气室7和外部气体隔断；

3)在垃圾填埋场中选取地势平坦的场地，通过三角支架10和水平仪12的共同作用控制所述的气体自动取样器的入土在垂直方向上；

4)以连接杆14上的法兰盘为基准，通过水准尺23确定所述的气体自动取样器入土深度；然后通过给连接杆14上的法兰盘施加外力，使所述的气体自动取样器下降到指定的深度18cm处；

5)开启真空泵箱22的右阀门19，通过真空泵抽吸除掉集气室7中的气体，之后关闭右阀门19并打开左阀门17；

6)再向上旋转抽气杆13使其上升5cm，以保证外进气口4和内进气口5完全打开，剖面气体通过外进气口4和内进气口5进入集气室7，并依次流经导气管9、真空泵进气口21和左阀门17进入左进气管16；

7)此后每隔1min时间打开与左进气管16相连接的三通20抽取气体样品，每次抽取完样品都关闭三通20，共抽取5次；

8)采集好一个剖面的气体后向下旋转抽气杆13使其触及橡胶条3以保证集气室7和外部气体隔断；

9)按同样的步骤使所述的气体自动取样器下降到指定的深度28cm、38cm、48cm、58cm、68cm、78cm、88cm、98cm、108cm处，分别采集地下20cm、30cm、40cm、50cm、60cm、70cm、80cm、90cm、100cm处的气体样品；这样就能获得垃圾填埋场内部离地面在10-100cm的不同深度剖面气体。

本实施例中CO₂、CH₄和N₂O释放通量f可表示为：f为负值时表示被监测区从大气中吸收该气体(汇)，正值时表示被监测区向大气中释放该气体(源)。其中：f为CO₂、CH₄和N₂O释放通量(mg CO₂m^-2·h^-1、mg CH₄m^-2·h^-1或μg N₂O-N m^-2·h^-1)；V为集气室7的空间体积(m³)；A为集气室7的覆盖面积(m²)；ΔC/Δt为单位时间内集气室7中CO₂、CH₄和N₂O摩尔浓度图的变化(mol·m^-3·h^-1)。

实施例2

与实施例1不同之处在于：增添一根扩增杆11，并通过法兰盘和连接杆14连接，给扩增杆11上的法兰盘施加外力，取气器下降到指定的深度118cm处，采集地下110cm处释放的气体，每隔1min打开三通20并使用针筒抽取气体样品，共抽取5次。之后按同样的步骤使取气器下降到指定的深度128cm、138cm、148cm、158cm、168cm、178cm、188cm、198cm、208cm处，分别采集地下120cm、130cm、140cm、150cm、160cm、170cm、180cm、190cm、200cm处的气体样品；这样就能获得填埋场内部离地面在110-200cm的不同深度剖面气体，以及确定深度剖面处释放气体随时间的变化情况。

以上示意性地对本发明创造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创造的实施方式之一，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，均应属于本专利的保护范围。

Claims (8)

1.一种垃圾填埋场土壤剖面气体自动取样器，包括钻头装置、取气装置、缓冲装置、固定装置和真空泵箱(22)，其特征在于：

所述的钻头装置是一个整体，包括钻头(1)、连接杆(14)和外壳(15)；其中钻头(1)呈实心圆锥形，位于钻头装置的最下端，并与外壳(15)固定连接；所述的外壳(15)呈圆筒形结构，其直径与钻头(1)最上端圆面直径相同；所述连接杆(14)呈细长圆柱形，垂直固定连接在钻头(1)最上端圆面圆心处，并与外壳(15)形成环状空腔；所述的外壳(15)外壁有外进气口(4)，内壁有内螺纹(6)；

所述的缓冲装置包括减震片(2)和橡胶条(3)，其中所述的减震片(2)呈环状实心结构，铺设在所述钻头(1)最上端圆面上，并且所述的减震片(2)内壁与所述连接杆(14)下部外壁紧密结合，所述的减震片(2)外壁与所述外壳(15)内壁紧密结合；其中所述的橡胶条(3)也呈环状实心结构，铺设在所述减震片(2)上端面，并与所述连接杆(14)下部外壁形成环形空隙；

所述的取气装置包括抽气杆(13)、集气室(7)和导气管(9)，其中所述集气室(7)呈两端密封的环状空心结构，垂直固定在减震片(2)上端面橡胶条(3)与所述连接杆(14)下部外壁形成环形空隙；所述集气室(7)外侧壁设有外螺纹，下半部分的外侧壁开有内进气口(5)，上端面开有导气管接头(8)；所述的抽气杆(13)呈圆筒状，垂直套在所述集气室(7)上；所述抽气杆(13)外侧壁设有外螺纹，与所述的外壳(15)内壁的内螺纹(6)配合使用；所述抽气杆(13)内侧壁设有内螺纹，与所述集气室(7)外侧壁设有的外螺纹配合使用；所述的导气管(9)进气口与所述导气管接头(8)相连接；所述的导气管(9)穿过所述的抽气杆(13)的圆筒状空腔与外界连通；

所述的固定装置包括三角支架(10)和水平仪(12)，其中所述三角支架(10)上端是环状部件，固定在所述连接杆(14)上半部分；三角支架(10)的下端固定在地面上；所述水平仪(12)固定在所述三角支架(10)的环状部件上端面；

所述的真空泵箱(22)包括左进气管(16)、左阀门(17)、右进气管(18)、右阀门(19)；三通(20)、真空泵进气口(21)；其中所述真空泵进气口(21)为双管双阀门控制，所述左阀门(17)控制左进气管(16)，右阀门(19)控制右进气管(18)；所述左进气管(16)进气口和右进气管(18)进气口都和真空泵进气口(21)连接，左进气管(16)出气口通过橡皮软管和三通(20)连接，右进气管(18)出气口直通外界大气；

所述的取气装置中的导气管(9)的出气口与所述的真空泵箱(22)中的真空泵进气口(21)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种垃圾填埋场土壤剖面气体自动取样器，其特征在于：所述连接杆(14)上端连接有若干根扩增杆(11)，连接杆(14)和扩增杆(11)通过法兰盘连接。

3.根据权利要求1所述的一种垃圾填埋场土壤剖面气体自动取样器，其特征在于：所述钻头(1)、抽气杆(13)及外壳(15)的材质采用型号为W18Cr4V的白钢；所述减震片(2)的材质采用C.R橡胶；所述橡胶条(3)的材质采用丁基橡胶。

4.根据权利要求1所述的一种垃圾填埋场土壤剖面气体自动取样器，其特征在于：还包括水准尺(23)；所述外壳(15)的直径为40cm；所述连接杆(14)高92cm，直径为5cm；所述集气室(7)的直径为36cm，高40cm；所述橡胶条(3)宽度为2cm；所述减震片(2)高度为5cm；所述钻头(1)高度8cm。

5.根据权利要求1所述的一种垃圾填埋场土壤剖面气体自动取样器，其特征在于：所述的外进气口(4)沿外壳(15)外侧面竖向3排均匀布置；所述内进气口(5)在集气室(7)的外侧面竖向3排均匀布置。

6.根据权利要求1所述的一种垃圾填埋场土壤剖面气体自动取样器，其特点在于：所述的导气管(9)采用乳胶材质。

7.根据权利要求2所述的一种垃圾填埋场土壤剖面气体自动取样器，其特征在于：所述扩增杆(11)长度为1m，扩增杆(11)两端均设置法兰盘。

8.根据权利要求4或7所述的一种垃圾填埋场土壤剖面气体自动取样器，其特征在于：所述扩增杆(11)及连接杆(14)上设有标尺。