TWM612722U

TWM612722U - 用於檢測地表下環境污染物的被動式採樣器

Info

Publication number: TWM612722U
Application number: TW110200895U
Authority: TW
Inventors: 梁振儒
Original assignee: 國立中興大學
Priority date: 2021-01-25
Filing date: 2021-01-25
Publication date: 2021-06-01

Abstract

一種用於檢測地表下環境污染物的被動式採樣器，能容裝一用於採樣該污染物的採樣液，包含至少一採樣單元。該至少一採樣單元包括一主體、二外蓋，及二半透膜，該主體具有一能容裝該採樣液的採樣空間，及二位在兩相反端並與該採樣空間連通的採樣口，該等半透膜分別可分離地設置並封閉該等採樣口，該等外蓋分別可拆離地接合在該等採樣口，每一個該外蓋具有一能讓對應的該半透膜與外界環境連通的連通口，以讓該污染物經由該等連通口及該等半透膜進入該採樣空間。

Description

用於檢測地表下環境污染物的被動式採樣器

本新型是有關於一種採樣器，特別是指一種用於檢測地表下環境污染物的被動式採樣器。

常見的土壤及地下水污染物例如氯化有機溶劑為重質非水相液體(Dense Non-Aqueous Phase Liquid，DNAPLs)或輕質非水相液體(Light Non-Aqueous Phase Liquid，LNAPLs)具有疏水性，且液體密度大於水，一旦洩漏進入飽和含水層(Saturated zone，SZ)中，將受到重力影響逐漸向下移動至停留於不透水層，形成高濃度的污染源，並會隨著時間緩慢的溶解釋出而成為溶解相之污染；此外，在DNAPL或LNAPL 移動的過程中通過未飽和含水層(Unsaturated zone, UZ)時，也會受到土壤孔隙大小及毛細作用所影響，導致部分污染物殘留於較細顆粒之土壤孔隙中，並於土壤孔隙間揮發成氣相污染物，複雜之地表下污染情境造成含氯污染物調查之困難度。

現今國內應用於高解析場址調查工具可分為土壤採樣、地下水採樣、水文地質試驗、污染濃度探測等類別，而針對含氯污染物之DNAPL、LNAPL及污染團適用的採樣方式中，其土壤採樣有(1)直接灌入方式(Direct-push methods)可用於鬆散或未壓實之土壤，但受限於地層貫穿阻力無法運用於礫石地質及較深層或受壓實之土壤樣品，常見工具有活塞式採樣器、薄管採樣器、雙套管採樣器等；(2)土壤岩心採樣(Soil/rock core sample examination)可搭配即時監測有機氣體分析、紫外光螢光檢測等技術直接判別污染物濃度，但因需取出岩心量測易造成含氯污染物逸散，而有污染物低估之情形；(3)土壤氣體調查(Soil gas survey)是最些微侵入式調查工作，用以描繪未飽和含水層揮發性有機物(Volatile Organic Compounds，VOC)分佈，藉以限縮判斷可能之污染源頭。

在地下水採樣常見調查技術有(1)垂直向分佈剖析(profiling)可提供井中不同深度污染分佈，但不適用於判別地下水污染團；(2)地下水質垂直向剖析(Groundwater quality profiling) 可提供 3-D地下水污染濃度分佈，協助推估污染範圍，常見工具有Waterloo 水質分析器、多階段採樣監測、聚乙烯被動式擴散採樣器(Polyethylene diffusion bag samplers)。

主動式採樣與被動式採樣技術皆存在其優缺點，進行土壤氣體採樣之操作者可依現場土壤特性及分布，並考慮其採樣需求予以選擇。被動式採樣相較於主動式採樣器雖耗時長需待污染物濃度平衡後始可回收樣本，但靜置於地下污染環境中，不會干擾污染物分佈較有助於提升高解析場址調查之準確性。其中，聚乙烯被動式擴散採樣器是經由被動式擴散採樣，儘管需較長時間，但較能真實反應污染分佈狀況，因此聚乙烯被動式採集器是目前廣泛用於現地採樣之被動式採樣器；然而此聚乙烯被動式採樣器不適合應用於DNAPL可能存在之污染源，其恐有材質溶出之疑慮，此外，採樣後需將水樣倒出至樣本瓶中，此過程可能造成污染物之溢散產生誤差。

因此，本新型之目的，即在提供一種用於檢測地表下環境污染物的被動式採樣器。

於是，本新型用於檢測地表下環境污染物的被動式採樣器，能容裝一用於採樣該污染物的採樣液，該被動式採樣器包含至少一採樣單元。

該至少一採樣單元包括一主體、二外蓋，及二半透膜，該主體具有一能容裝該採樣液的採樣空間，及二位在兩相反端並與該採樣空間連通的採樣口，該等半透膜分別可分離地設置並封閉該等採樣口，該等外蓋分別可拆離地接合在該等採樣口，每一個該外蓋具有一能讓對應的該半透膜與外界環境連通的連通口，以讓該污染物經由該等連通口及該等半透膜進入該採樣空間。

本新型之功效在於，用於檢測地表下環境污染物的被動式採樣器可同時適用於未飽和含水層氣體及飽和含水層地下水採樣之含氯污染物等VOC物質，能在現有的監測井下進行，且在井中採用串聯吊掛數個採樣單元進行高密度多深度採樣，採樣完畢後，透過將該等連通口封閉(例如使用帽蓋)，來阻隔採樣液中之污染物向外溢散，直接將採樣器送至實驗室進行分析，對於垂直向污染濃度分布予以掌控監測，不擾動污染狀態下取得數據，可作為大規模的調查與污染長期追蹤，有助於定位污染源及地下水污染團之分佈，掌握污染物可能之暴露途徑與現地場址污染物之分佈情況，掌握污染潛勢。

參閱圖1，本新型用於檢測地表下環境污染物的被動式採樣器的一實施例，包含多個能容裝一用於採樣該污染物的採樣液4(見圖3)的採樣單元2，及連接該等採樣單元2的連接單元3；其中，圖1是以單一個採樣單元2的分解圖為例做說明。

該採樣單元2包括一主體21、分別設置在該主體21兩端的二半透膜22與二固定密封環23、二對應該等半透膜22設置的外蓋24，及二帽蓋25。

具體地說，該主體21沿一軸向方向延伸而呈一圓筒狀，該主體21界定出一能容裝該採樣液4的採樣空間210，及二位在兩相反端並與該採樣空間210連通的採樣口211。該等半透膜22分別可分離地設置並封閉該等採樣口211，在本實施例中，構成該主體的材質選自鐵氟龍(Polytetrafluoroethene，PTFE)；而該等半透膜22的材質選自聚二甲基矽氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)。

該等外蓋24分別可拆離地接合在該等採樣口211，且每一個該外蓋24具有一界定出一能讓對應的該半透膜22與外界環境連通的連通口240的圍繞壁241，及二對稱地形成在該圍繞壁241而與該連通口240連通的穿孔242；其中，該等採樣口211及該等連通口240分別位在該軸向方向。該污染物能經由該等連通口240及該等半透膜22進入該採樣空間210，且該連接單元3通過設置在該等穿孔242，以將其中一該採樣單元2連接另一該採樣單元2。

較佳地，為了讓該等半透膜22穩固且緊密地位在該主體21與該等外蓋24之間，可透過將該等固定密封環23分別對應該等採樣口211的周緣設置，而使其在該外蓋24與半透膜22之間；其中，在本實施例中，該固定密封環23選自O-ring。該等帽蓋25分別可拆離地封閉該等連通口240。

參閱圖2至圖4，當要使用本新型被動式採樣器進行地表下環境污染物檢測時，依序先將其中一該半透膜22封閉地覆蓋在該主體21一端的該採樣口211上，並將其中一該固定密封環23對應設置於其上，再將其中一該外蓋24對應該半透膜22與該固定密封環23而固定鎖緊在該主體21上，以封閉該主體21的其中一該採樣口211。

接著，將組裝完成的一端朝下，以能由該主體21的另一未經封閉的該採樣口211處，緩慢加入採樣液4，至該採樣液4的液面微凸出該採樣口211，確保填充過程中沒有氣泡，並保持零瓶頂空間。在本實施例中，該採樣液4是以純水為例做說明，但不以此為限。

隨後將剩下的該半透膜22與該固定密封環23配合封閉該採樣口211，並以該外蓋24鎖緊固定，且確認該等半透膜22內無氣泡，使外界污染物可藉由濃度梯度穿透該半透膜22，達到內外平衡。

參閱圖5至圖7，在完成每一個該採樣單元2的組裝後，透過該連接單元3對稱地穿過該等穿孔242，以串接多個組裝好的該採樣單元2。在本實施例中，該連接單元3是以4mm直徑尼龍製的水線為例做說明，但不以此為限，只要能串連該等採樣單元2便可。較佳地，能再以例如束帶等方式，將該連接單元3更穩固地固定在該採樣單元2上，且可視應用在該採樣單元2下端增加重錘進行配重。

最後，將串聯好的該等採樣單元2緩慢地放置在監測井5中的篩管6，並放置到所需要的深度後，將該連接單元3固定在井口，待平衡14天後，便可取出該等採樣單元2進行採樣。要說明的是，串聯該等採樣單元2的數量是根據需求或放置深度進行設置，圖6是以三個為例做說明，但不以此限。

將該等採樣單元2緩慢的從監測井5中拉出，並將該連接單元3剪斷後，為了避免其和空氣接觸導致污染物揮發的可能性，立即將該等帽蓋25分別封閉該等外蓋24的該等連通口240，讓該等採樣單元2密閉。

要說明的是，本新型被動式採樣器中的該半透膜22是利用聚二甲基矽氧烷(PDMS)作為半透膜透析(Dialysis)機制設計開發及製造高解析被動式採樣器。經被動式採樣器對於水相及氣相三氯乙烯污染物(trichloroethylene，TCE)與採樣器之平衡時間評估分析結果得知，以TCE為例，水相TCE 3 mg/L~25 mg/L與採樣器所需之平衡時間需＞10天，進一步平衡反應時間以14天進行試驗得知，此採樣器可應用之水相TCE濃度範圍為0.05~150 mg/L。此外，氣相TCE濃度介於2.6~26 mg/L之間，平衡反應時間需＞12天，因此綜括水相及氣相實驗，本新型被動式採樣器採14天作為取樣所需之平衡時間。上述採樣濃度範圍為實驗室確認之範圍，但不以此為限。

綜上所述，用於檢測地表下環境污染物的被動式採樣器可同時適用於未飽和含水層氣體及飽和含水層地下水採樣之含氯污染物，能在現有的監測井下進行，且在井中採用串聯吊掛數個採樣單元2進行高密度多深度採樣，對於垂直向污染濃度分布予以掌控監測，不擾動污染狀態下取得數據，可作為大規模的調查與污染長期追蹤，有助於定位污染源及地下水污染團之分佈，掌握污染物可能之暴露途徑與現地場址污染物之分佈情況，掌握污染潛勢，因此，確實能達成本新型之目的。

惟以上所述者，僅為本新型之實施例而已，當不能以此限定本新型實施之範圍，凡是依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。

2:採樣單元 21:主體 210:採樣空間 211:採樣口 22:半透膜 23:固定密封環 24:外蓋 240:連通口 241:圍繞壁 242:穿孔 25:帽蓋 3:連接單元 4:採樣液 5:監測井 6:篩管

本新型之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本新型用於檢測地表下環境污染物的被動式採樣器的一實施例的立體分解圖；圖2是該實施例的省略部分元件的立體分解圖；圖3是圖2的組裝立體圖；圖4是該實施例省略部分元件的立體局部分解圖；圖5是該實施例的串聯使用示意圖；圖6是輔助圖5說明該實施例應用在一監測井的使用狀態的示意圖；及圖7是該實施例組裝二帽蓋的示意圖。

2:採樣單元

21:主體

210:採樣空間

211:採樣口

22:半透膜

23:固定密封環

24:外蓋

240:連通口

241:圍繞壁

242:穿孔

25:帽蓋

Claims

一種用於檢測地表下環境污染物的被動式採樣器，能容裝一用於採樣該污染物的採樣液，包含：至少一採樣單元，包括一主體、二外蓋，及二半透膜，該主體具有一能容裝該採樣液的採樣空間，及二位在兩相反端並與該採樣空間連通的採樣口，該等半透膜分別可分離地設置並封閉該等採樣口，該等外蓋分別可拆離地接合在該等採樣口，每一個該外蓋具有一能讓對應的該半透膜與外界環境連通的連通口，以讓該污染物經由該等連通口及該等半透膜進入該採樣空間。
如請求項1所述的用於檢測地表下環境污染物的被動式採樣器，其中，該主體沿一軸向方向延伸而呈一圓筒狀，該等採樣口及該等連通口分別位在該軸向方向。
如請求項2所述的用於檢測地表下環境污染物的被動式採樣器，其中，該至少一採樣單元還包括二固定密封環，每一個該固定密封環對應該採樣口的周緣而設置在該外蓋與半透膜之間。
如請求項1所述的用於檢測地表下環境污染物的被動式採樣器，其中，該至少一採樣單元還包括二分別可拆離地封閉該等連通口的帽蓋。
如請求項1所述的用於檢測地表下環境污染物的被動式採樣器，其中，每一個該外蓋還具有一界定出該出該連通口的圍繞壁，及二對稱地形成在該圍繞壁而與該連通口連通的穿孔。
如請求項5所述的用於檢測地表下環境污染物的被動式採樣器，包含多個採樣單元，及一連接單元，該連接單元通過設置在該等外蓋的該等穿孔，以將其中一該採樣單元連接另一該採樣單元。
如請求項1所述的用於檢測地表下環境污染物的被動式採樣器，其中，構成該主體的材質選自鐵氟龍。
如請求項1所述的用於檢測地表下環境污染物的被動式採樣器，其中，構成該半透膜的材質選自聚二甲基矽氧烷。