CN211740771U - 一种低渗透场地土壤气顶空采集装置和检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型的一种低渗透场地土壤气顶空采集装置和检测系统属于环保领域，在将采集的土壤转移到该装置的瓶体中后，盖紧瓶盖本体，推动阀门，使阀门取样通道与柱体取样通道不在同一条直线上，然后将该装置放置在恒温箱中一段时间，使土壤中的有机物挥发。然后推动阀门，使阀门取样通道与柱体取样通道在同一条直线上，取样针穿过柱体取样通道、密封棒和阀门取样通道并伸入至瓶体中，采集气体样品。该方法操作简单，能够广泛应用于粘土等细颗粒及高含水率场地土壤气中挥发性有机物气体的采集。顶空采集装置结构简单，制作成本低，而且可以重复利用。

Description

一种低渗透场地土壤气顶空采集装置和检测系统

技术领域

本实用新型属于环保领域，具体为一种低渗透场地土壤气顶空采集装置和检测系统。

背景技术

目前针对场地土壤和地下水中挥发性有机物的调查，主要通过采集场地不同区域土壤和地下水样品，并检测挥发性有机物。同时，依据这些介质中目标污染物的检测结果，结合相应的相分配模型、迁移模型以及受体暴露模型，定量计算在特定用地规划条件下，未来人群呼吸土壤和地下水中挥发性有机污染物的健康风险。由于土壤和地下水中的挥发性有机物最终能够被人群吸入的首要条件是污染物能够利用其挥发特性，以气相的形式分配至土壤气中，并在浓度梯度的作用下逐步迁移扩散至地表大气。

目前对于挥发性有机物在土壤颗粒（固相）、土壤水膜（液相）及土壤气（气相）中的平衡分配过程，主要采用三相平衡模型进行定量表征，通过测试采样点土壤样品中目标污染物在固-液-气三相中的总量后，采用三相平衡模型计算赋存于土壤气相中目标污染物的浓度，并作为污染源强带入迁移扩散模型及暴露模型以定量计算人群的健康风险。但是，越来越多的实验研究及现场监测数据显示，因目前采用的三相平衡模型忽略了土壤对目标污染物的“老化”、“锁定”等行为造成的不可逆吸附过程，其预测的土壤气相中目标污染物浓度通常高于实测土壤气浓度1-3个数量级，导致风险评估结果通常过于保守，造成场地过度修复及不必要的资金浪费。

针对这一问题，目前的解决方案之一是直接采集场地挥发性有机物污染区域的土壤气样品进行目标污染物浓度测试。采样方法主要是主动式土壤气采样技术，即在计划采样位置建设土壤气监测井后，在地面采用抽提泵，将不同深度的土壤气样品抽提至样品存储设备中，并及时送往实验室，进行目标污染物浓度分析。土壤气主动式采样技术的应用，要求场地土质以粉土、砂土等透气性相对较高、含水率相对较低的质地为主。对于以粘土等低渗透性、高含水率的场地，主动式土壤气采样技术并不适用，往往难以采集代表性的土壤气样品。

但是，粘土这类低渗透性的土壤，因其有机碳含量相对较高，其对有机污染物的“老化”、“锁定”作用更为明显，传统三相平衡模型预测结果保守性更高。因此，开发适用于此类场地的土壤气测试方法及配套装置，对于刻画粘土类场地挥发性有机物污染状况及定量计算其健康风险具有重要支撑作用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种低渗透场地土壤气顶空采集装置和检测系统，以解决主动式土壤气采样技术无法适用于粘土等低渗透性、高含水率的场地，并且粘土这类低渗透性的土壤对有机污染物的“老化”、“锁定”作用更为明显，传统三相平衡模型预测结果保守性更高的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种低渗透场地土壤气顶空采集装置，包括瓶体和瓶盖系统，所述瓶盖系统包括：

瓶盖本体，盖设在瓶体顶部敞口处并与瓶体顶部可分离连接，所述瓶盖本体包括瓶盖柱体，所述瓶盖柱体沿竖向开设有上下贯通的柱体取样通道；

阀门，水平穿设在瓶盖柱体中并且可沿瓶盖柱体的直径方向移动，所述阀门沿竖向开设有上下贯通的阀门取样通道，所述阀门可移动至使阀门取样通道与柱体取样通道位于同一直线上；

密封棒，设置在阀门的上方，所述密封棒水平穿设在瓶盖柱体中并且通过柱体取样通道；

取样针，其针孔可穿过柱体取样通道、密封棒和阀门取样通道并伸入至瓶体中。

优选地，所述瓶盖系统还包括阀门导杆，所述阀门导杆水平穿设在瓶盖柱体中，并且至少一端超出瓶盖柱体。

优选地，所述阀门导杆与瓶盖柱体固定连接。

优选地，所述阀门导杆上设有刻度。

优选地，所述阀门的两端均设有阀门手柄，与所述阀门导杆超出瓶盖柱体的一端同侧的阀门手柄内开设有与阀门导杆相配合的导杆连接孔。

优选地，所述瓶盖本体还包括瓶盖衬垫和瓶盖壳体，所述瓶盖衬垫为一体成型于瓶盖柱体外侧的圆环结构，所述瓶盖壳体包括与瓶盖本体顶部敞口螺纹连接的壳体侧壁和连接在壳体侧壁顶部并贴合设置在瓶盖衬垫顶部的壳体盖板。

优选地，所述瓶盖本体顶部与瓶盖衬垫之间设有一圈密封圈。

优选地，所述密封圈的外径与瓶体的瓶口处外径相同。

优选地，所述密封棒为硅胶材质。

另外，本实用新型还提供一种低渗透场地土壤气检测系统，包括土壤采集器、土壤取样器、土壤气采集装置、恒温箱和气相色谱-质谱检测仪，所述土壤气采集装置为上述低渗透场地土壤气顶空采集装置。

与现有技术相比，本实用新型的特点和有益效果为：

（1）本实用新型设计了一种低渗透场地土壤气顶空采集装置，在将采集的土壤转移到该装置的瓶体中后，盖紧瓶盖本体，推动阀门，使阀门取样通道与柱体取样通道不在同一条直线上，然后将该装置放置在恒温箱中一段时间，使土壤中的有机物挥发。然后推动阀门，使阀门取样通道与柱体取样通道在同一条直线上，取样针穿过柱体取样通道、密封棒和阀门取样通道并伸入至瓶体中，采集气体样品。操作简单，能够广泛应用于粘土等细颗粒及高含水率场地土壤气中挥发性有机物气体的采集。

（2）本实用新型的低渗透场地土壤气顶空采集装置结构简单，制作成本低，而且可以重复利用。利用该低渗透场地土壤气顶空采集装置测定被动式土壤气中挥发性有机物的方法替代传统三相平衡模型，测定结果更加准确。

附图说明

图1为低渗透场地土壤气顶空采集装置的结构示意图。

图2为瓶盖柱体的俯视结构示意图。

图3为低渗透场地土壤气顶空采集装置中加入土壤样品示意图。

图4为取样针取样示意图。

附图标注：1-瓶体、2-瓶盖本体、21-瓶盖柱体、22-瓶盖衬垫、23-瓶盖壳体、231-壳体侧壁、232-壳体盖板、3-阀门导杆、4-阀门、5-密封棒、6-柱体取样通道、7-密封圈、8-阀门手柄、9-阀门取样通道、10-取样针。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本实用新型进一步说明。

在此记载的实施例为本实用新型的特定的具体实施方式，用于说明本实用新型的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本实用新型实施方式及本实用新型范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1和2所示，一种低渗透场地土壤气顶空采集装置包括瓶体1和瓶盖系统。瓶盖系统包括瓶盖本体2、阀门4、密封棒5和取样针10。

瓶盖本体2盖设在瓶体1顶部敞口处并与瓶体1顶部可分离连接，瓶盖本体2包括瓶盖柱体21，瓶盖柱体21沿竖向开设有上下贯通的柱体取样通道6。

为了提高瓶盖本体2与瓶体1之间的密封性，瓶盖本体2还包括瓶盖衬垫22和瓶盖壳体23，瓶盖衬垫22为一体成型于瓶盖柱体21外侧的圆环结构，瓶盖壳体23包括与瓶盖本体2顶部敞口螺纹连接的壳体侧壁231和连接在壳体侧壁231顶部并贴合设置在瓶盖衬垫22顶部的壳体盖板232。为了进一步提高瓶盖本体2与瓶体1之间的密封性，瓶盖本体2顶部与瓶盖衬垫22之间设有一圈密封圈7。

阀门4水平穿设在瓶盖柱体21中并且可沿瓶盖柱体21的直径方向移动，阀门4沿竖向开设有上下贯通的阀门取样通道9，阀门4可移动至使阀门取样通道9与柱体取样通道6位于同一直线上。为了方便推动阀门4，在阀门4的两端均设有阀门手柄8，与阀门导杆3超出瓶盖柱体21的一端同侧的阀门手柄8内开设有与阀门导杆3相配合的导杆连接孔。

密封棒5设置在阀门4的上方，密封棒5水平穿设在瓶盖柱体21中并且通过柱体取样通道6。

取样针10的针孔可穿过柱体取样通道6、密封棒5和阀门取样通道9并伸入至瓶体1中。

为了方便确认柱体取样通道6与阀门取样通道9之间的相对位置，瓶盖系统还包括阀门导杆3，阀门导杆3水平穿设在瓶盖柱体21中，并且至少一端超出瓶盖柱体21。阀门导杆3与瓶盖柱体21之间优选为固定连接，阀门导杆3上设有刻度。推到阀门4使柱体取样通道6与阀门取样通道9在同一条直线后，观察阀门导杆3上的刻度并标记，以后每次将阀门4推动到该位置，表示柱体取样通道6与阀门取样通道9在同一条直线上，取样通道连通，即可将取样针10插入并取样了。

具体以某试验为例，瓶体1为40 mL螺纹口棕色玻璃顶空瓶，其内径为12mm，外径为18mm。瓶盖壳体23为硬质聚乙烯螺纹瓶盖壳体，瓶盖衬垫22、瓶盖柱体21为聚四氟乙烯材质，阀门导杆3为不锈钢材质，阀门4为聚四氟乙烯直推式气密阀。密封圈7为硅胶材质，其直径与瓶体1的外径一致。密封圈7的截面直径为3mm。瓶盖衬垫22的厚度为3mm。瓶盖柱体21的直径为6mm，长度为25mm，柱体取样通道6的直径为0.5mm。阀门取样通道9的直径为1mm。密封棒5为硅胶材质，其直径为3mm，取样针10可将其穿透，多次使用后如气密性受影响，可进行更换。

利用上述低渗透场地土壤气顶空采集装置采集土壤气的方法具体包括以下步骤：

步骤一、采用直推式等非扰动钻探技术，采集挥发性有机物污染区的非扰动土壤岩芯。

步骤二、根据土壤岩芯表面的污染痕迹与现场异味等信息，确定土壤样品的具体取样位置，采集5g非扰动土壤，迅速转移至上述低渗透场地土壤气顶空采集装置的瓶体1中。

步骤三、将密封圈7平放于瓶体1的瓶口，并立即拧紧瓶盖本体2，沿瓶盖柱体21的直径方向推动阀门4，确保阀门取样通道9与柱体取样通道6不在同一条直线上，如图3所示。

步骤四、将步骤三中装有非扰动土壤的低渗透场地土壤气顶空采集装置放置于18℃的恒温箱中，静置24h后取出。

步骤五、沿瓶盖柱体21的直径方向推动阀门4，确保阀门取样通道9与柱体取样通道6在同一条直线上。

步骤六、将1μL的取样针10穿过柱体取样通道6、密封棒5和阀门取样通道9并伸入至瓶体1的瓶口往下3cm中，采集气体样品，如图4所示，然后拔出取样针10。

一种低渗透场地土壤气检测系统，包括土壤采集器、土壤取样器、土壤气采集装置、恒温箱和气相色谱-质谱检测仪，土壤气采集装置为上述低渗透场地土壤气顶空采集装置。

利用上述低渗透场地土壤气检测系统检测土壤气的方法包括土壤采集和土壤分析，土壤采集为上述低渗透场地土壤气采集方法。土壤采集后，迅速转移至气相色谱-质谱检测仪的进样口，将样品推入检测仪器，进行目标污染物浓度的定量分析，结果可表征此土壤样品所在场地采样位置平衡状况下土壤气中对应目标污染物的浓度。

以上的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种低渗透场地土壤气顶空采集装置，其特征在于包括瓶体（1）和瓶盖系统，所述瓶盖系统包括：

瓶盖本体（2），盖设在瓶体（1）顶部敞口处并与瓶体（1）顶部可分离连接，所述瓶盖本体（2）包括瓶盖柱体（21），所述瓶盖柱体（21）沿竖向开设有上下贯通的柱体取样通道（6）；

阀门（4），水平穿设在瓶盖柱体（21）中并且可沿瓶盖柱体（21）的直径方向移动，所述阀门（4）沿竖向开设有上下贯通的阀门取样通道（9），所述阀门（4）可移动至使阀门取样通道（9）与柱体取样通道（6）位于同一直线上；

密封棒（5），设置在阀门（4）的上方，所述密封棒（5）水平穿设在瓶盖柱体（21）中并且通过柱体取样通道（6）；

取样针（10），其针孔可穿过柱体取样通道（6）、密封棒（5）和阀门取样通道（9）并伸入至瓶体（1）中。

2.根据权利要求1所述的低渗透场地土壤气顶空采集装置，其特征在于：所述瓶盖系统还包括阀门导杆（3），所述阀门导杆（3）水平穿设在瓶盖柱体（21）中，并且至少一端超出瓶盖柱体（21）。

3.根据权利要求2所述的低渗透场地土壤气顶空采集装置，其特征在于：所述阀门导杆（3）与瓶盖柱体（21）固定连接。

4.根据权利要求3所述的低渗透场地土壤气顶空采集装置，其特征在于：所述阀门导杆（3）上设有刻度。

5.根据权利要求2所述的低渗透场地土壤气顶空采集装置，其特征在于：所述阀门（4）的两端均设有阀门手柄（8），与所述阀门导杆（3）超出瓶盖柱体（21）的一端同侧的阀门手柄（8）内开设有与阀门导杆（3）相配合的导杆连接孔。

6.根据权利要求1所述的低渗透场地土壤气顶空采集装置，其特征在于：所述瓶盖本体（2）还包括瓶盖衬垫（22）和瓶盖壳体（23），所述瓶盖衬垫（22）为一体成型于瓶盖柱体（21）外侧的圆环结构，所述瓶盖壳体（23）包括与瓶盖本体（2）顶部敞口螺纹连接的壳体侧壁（231）和连接在壳体侧壁（231）顶部并贴合设置在瓶盖衬垫（22）顶部的壳体盖板（232）。

7.根据权利要求6所述的低渗透场地土壤气顶空采集装置，其特征在于：所述瓶盖本体（2）顶部与瓶盖衬垫（22）之间设有一圈密封圈（7）。

8.根据权利要求7所述的低渗透场地土壤气顶空采集装置，其特征在于：所述密封圈（7）的外径与瓶体（1）的瓶口处外径相同。

9.根据权利要求1所述的低渗透场地土壤气顶空采集装置，其特征在于：所述密封棒（5）为硅胶材质。

10.一种低渗透场地土壤气检测系统，包括土壤采集器、土壤取样器、土壤气采集装置、恒温箱和气相色谱-质谱检测仪，其特征在于，所述土壤气采集装置为权利要求1-9任意一项所述的低渗透场地土壤气顶空采集装置。

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