专利名称：便携式土壤中挥发气体采集系统及其采集方法
技术领域：
本发明属于污染场地调查与健康风险评估领域，具体涉及一种采集污染场地挥发性有机气体用的便携式采样装置和一种采集污染场地挥发性有机气体的方法。
背景技术：
目前对于污染场地中挥发性有机污染的健康风险评价主要基于土壤中挥发性有机物的浓度，通过RBCA_toolkit软件进行模拟预测，计算不同暴露情形下人群的暴露浓度及健康风险。但国内外大量工程实践的评价结果显示，采用这种方式的风险结果过于保守， 最终制定的修复目标过于严格，导致修复成本过高。为克服直接采用RBCA_toolkit带来的这一问题，目前，国外通常采用的解决方法之一是采集污染区域内的挥发性有机气体并对关注污染物浓度分析，之后代入相应的迁移模型计算不同情形下的暴露浓度，最后再结合相应的风险计算模型进行后续健康风险计算。但是目前为止，还没有一种能够现场快速采集不同深度挥发性有机气体的便携式装置， 采集人员需携带大量设备(泵体、流量计等)并在现场花费大量的时间和精力安装调试后， 才能采集到挥发性有机气体，并且由于操作非常的繁琐和不方便，可能会导致采集气体浓度与实际气体浓度有一定偏差。
发明内容
本发明的目的是提供一种便携式土壤中挥发气体采集系统及其采集方法，要解决传统采集不同深度挥发性有机气体的设备和方法结构复杂、操作使用繁琐和不易携带的技术问题。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种便携式土壤中挥发气体采集系统，包括有导气装置、导气软管、抽气装置和收集装置，其中导气软管的进气端与导气装置连通，导气软管的出气端通过抽气装置与收集装置连通，导气软管上还设有采样阀门，其特征在于所述抽气装置为便携式采集器，该便携式采集器包括采集器箱体和放置在采集器箱体内的压力表、流量计、抽气泵、电池、进气连接管、出气连接管，所述压力表和流量计设在进气连接管上，所述抽气泵设在出气连接管上并且抽气泵由电池驱动，所述采集器箱体上开有进气孔、出气孔、回气孔和排气孔共四个孔，每个孔中均连接有标准快速接头，所述进气连接管的进气端通过进气孔中的标准快速接头与导气软管的出气端连通，进气连接管的出气端与出气孔中的标准快速接头连接，所述出气连接管的进气端与回气孔中的标准快速接头连接，出气连接管的出气端通过排气孔中的标准快速接头与外界大气连通。所述收集装置为真空采样箱，真空采样箱上开有收气孔和抽气孔，并且收气孔和抽气孔中也均连接有标准快速接头。所述导气装置包括不锈钢筒体和螺纹连接在不锈钢筒体上端的不锈钢闷盖，所述不锈钢筒体包括不锈钢底板和不锈钢侧壁板，所述不锈钢侧壁板上设有竖向间隔分布的横缝，所述导气软管的进气端通过标准快速接头与不锈钢闷盖连接。
所述出气连接管的出气端通过排气孔中的标准快速接头与一根排气管连通，该排气管与大气连通。所述采集器箱体上连接有提手。所述真空采样箱上的收气孔通过标准快速接头与一根采集器出气管的出气端连通，采集器出气管的进气端通过便携式采集器上的出气孔中的标准快速接头与进气连接管的出气端连通；所述真空采样箱上的抽气孔通过标准快速接头与一根采集器进气管的进气端连通，采集器进气管的出气端通过便携式采集器上的回气孔中的标准快速接头与出气连接管的进气端连通。在采集器箱体的外侧，所述出气孔中的标准快速接头与回气孔中的标准快速接头之间连接有一根连接软管。一种应用便携式土壤中挥发气体采集系统采集挥发气体的采集方法，其特征在于步骤一、根据采样点的设计深度埋设导气装置和导气软管，并按相应规范建设监测井， 将导气软管的出气端伸出地面，同时在导气软管上连接采样阀门。步骤二、监测井建好后，关闭采样阀门，稳定48小时以上。步骤三、将导气软管的出气端与便携式采集器上的进气孔中的标准快速接头连接，使导气软管与进气连接管连通，将进气连接管的出气端与出气连接管的进气端连通，即在出气孔中的标准快速接头与回气孔中的标准快速接头之间连接连接软管。步骤四、开启便携式采集器中的抽气泵进行抽气，当抽出气体体积约为导气装置及导气软管的有效体积的3 5倍时，关闭抽气泵。步骤五、断开进气连接管与出气连接管的连通，将采集器出气管的进气端与出气孔中的标准快速接头连接，将采集器出气管的出气端与收气孔中的标准快速接头连接，使进气连接管与真空采样箱连通，同时将采集器进气管的出气端与回气孔中的标准快速接头连接，将采集器进气管的进气端与抽气孔中的标准快速接头连接，使出气连接管与真空采样箱连通。步骤六、开启抽气泵进行样品采集，并将采集好的样品在M小时内送往实验室进行后续的监测结果分析及健康风险计算。与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果本发明提供了一套能够现场快速采集不同深度挥发性有机气体的便携式采集系统和应用这种便携式采集系统采集挥发性有机气体的方法，使用本发明所述的采集系统和采集方法采集到挥发性有机气体后，对关注污染物浓度分析，之后代入相应的迁移模型计算不同情形下的暴露浓度，最后再结合相应的风险计算模型进行后续健康风险计算，就可以克服直接采用RBCA_toolkit计算污染场地土壤中挥发性有机物导致风险结果过于保守、修复目标过于严格、修复成本偏高的缺陷。本发明中的采集系统的结构非常简单，其采集效率和采集效果非常好，采集人员无需携带大量设备并无需在现场花费大量的时间和精力安装，只需打开监测井，将便携式采集器和真空采样箱与导气软管进行简单的安装即可，操作十分简单、方便，并且由于操作变得简便，所以采集气体浓度与实际气体浓度也不再会出现偏差。所述便携式采集器和真空采样箱可随身携带使用，而导气装置、导气软管和采样阀门可一直放置在监测井中而不被腐蚀，因此可以重复使用多年，大大降低了采集挥发性有机气体的成本。所述的采集方法能够快速的采集污染区域的挥发性有机气体样品，使污染场地的调查及风险评价更客观、 科学，满足了对污染场地进行更客观的污染调查及健康风险评价的需要。
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。图1是本发明的示意图。图2是导气装置的示意图。图3是步骤五和六中的便携式采集器的示意图。图4是步骤三和四中的便携式采集器的示意图。图5是真空采样箱的示意图。附图标记1 一导气装置、2 —导气软管、3 —采样阀门、4 一标准快速接头、5 — 采集器箱体、5. 1 一进气孔、5. 2 一出气孔、5. 3 一回气孔、5. 4 一排气孔、6 —真空采样箱、 6. 1 一收气孔、6. 2 一抽气孔、7 —排气管、8 —砾石导气层、9 一干膨润土填充层、10 —湿膨润土填充层、11 一混凝土层、12 —套管、13 —管帽、14 一不锈钢底板、15 —不锈钢侧壁板、 16 一横缝、17 —不锈钢闷盖、18 —压力表、19 一流量计、20 —抽气泵、21 —电池、22 —进气连接管、23 —采集器出气管、24 —采集器进气管、25 —出气连接管、26 —连接软管、27 —提手。
具体实施例方式实施例参见图1-4所示，这种便携式土壤中挥发气体采集系统，包括有导气装置 1、导气软管2、抽气装置和收集装置，其中导气软管2的进气端与导气装置1连通，导气软管 2的出气端通过抽气装置与收集装置连通，导气软管2上还设有采样阀门3。本实施例中， 导气软管2为PU导气软管，耐高压耐腐蚀，导气软管的内径为6mm。参见图1、图2，所述导气装置1包括不锈钢筒体和螺纹连接在不锈钢筒体上端的不锈钢闷盖17，所述不锈钢筒体包括不锈钢底板14和焊接在不锈钢底板上的不锈钢侧壁板15，所述不锈钢侧壁板15上设有竖向间隔分布的横缝16，所述导气软管2的进气端通过标准快速接头4与不锈钢闷盖17连接；本实施例中，导气装置1的内径为60mm，高观5讓， 不锈钢底板14、不锈钢侧壁板15和不锈钢闷盖17均是采用厚度为3mm不锈钢板制作，结实耐用，不锈钢侧壁板15的上端部为外螺纹，不锈钢闷盖17上有与外螺纹对应的内螺纹，不锈钢侧壁板15的上端部与不锈钢闷盖17螺纹连接；不锈钢底板14与不锈钢侧壁板15在连接处采用无缝焊接，横缝16的缝宽度为0. 5mm，横缝与横缝的缝间距为5mm。参见图1、图3、图4，所述抽气装置为便携式采集器，该便携式采集器包括采集器箱体5和放置在采集器箱体5内的压力表18、流量计19、抽气泵20、电池21、进气连接管 22、出气连接管25，所述压力表18和流量计19设在进气连接管22上，所述抽气泵20设在出气连接管25上并且抽气泵20由电池21驱动，所述采集器箱体5上开有进气孔5. 1、出气孔5. 2、回气孔5. 3和排气孔5. 4共四个孔，每个孔中均连接有标准快速接头4，所述进气连接管22的进气端通过进气孔5. 1中的标准快速接头与导气软管2的出气端连通，进气连接管22的出气端与出气孔5.2中的标准快速接头连接，所述出气连接管25的进气端与回气孔5. 3中的标准快速接头连接，出气连接管25的出气端通过排气孔5. 4中的标准快速接头与外界大气连通；所述出气连接管25的出气端通过排气孔5. 4中的标准快速接头与一根排气管7连通，该排气管7与大气连通。所述标准快速接头4是从市场买来的成品，本实施例中，标准快速接头4的内径为6mm。所述采集器箱体5整体采用厚度为3mm不锈钢板制作， 采集器箱体5上还连接有提手27。参见图1、图3、图5，所述收集装置为真空采样箱6，真空采样箱6上开有收气孔 6. 1和抽气孔6. 2，并且收气孔6. 1和抽气孔6. 2中也均连接有标准快速接头4。真空采样箱6也是外购的标准设备。这种应用便携式土壤中挥发气体采集系统采集挥发气体的采集方法，其步骤如下。步骤一、根据采样点的设计深度埋设导气装置1和导气软管2，并按相应规范建设监测井，规范参考Field Sampling Procedures Manual (New Jersey Department of Environmental Protection2005) ；A Practical Strategy for Assessing theSubsurface Vapor-to—Indoor Air Migration Pathway at Petroleum Hydrocarbon Sites (American Petroleum Institute十办I，2005)，帛H^iW 2 的出气端伸出地面，同时在导气软管2上连接采样阀门3 ；步骤二、监测井建好后，关闭采样阀门3，稳定48小时以上；步骤三、将导气软管2的出气端与便携式采集器上的进气孔5. 1 中的标准快速接头4连接，使导气软管2与进气连接管22连通，将进气连接管22的出气端与出气连接管25的进气端连通，即在出气孔5. 2中的标准快速接头与回气孔5. 3中的标准快速接头之间连接连接软管26 ；步骤四、开启便携式采集器中的抽气泵20进行抽气，当抽出气体体积约为导气装置1及导气软管2的有效体积的3 5倍时，关闭抽气泵20 ；步骤五、断开进气连接管22与出气连接管25的连通，将采集器出气管23的进气端与出气孔 5.2中的标准快速接头连接，将采集器出气管23的出气端与收气孔6. 1中的标准快速接头连接，使进气连接管22与真空采样箱6连通，同时将采集器进气管M的出气端与回气孔 5. 3中的标准快速接头连接，将采集器进气管M的进气端与抽气孔6. 2中的标准快速接头连接，使出气连接管25与真空采样箱6连通；步骤六、开启抽气泵20进行样品采集，并将采集好的样品在M小时内送往实验室进行后续的监测结果分析及健康风险计算。参见图4，在上述步骤三和步骤四中，在采集器箱体5的外侧，所述出气孔5. 2中的标准快速接头与回气孔5. 3中的标准快速接头之间连接有一根连接软管26。参见图1、图3、图5，在上述步骤五和步骤六中，所述真空采样箱6上的收气孔6. 1 通过标准快速接头与采集器出气管23的出气端连通，采集器出气管23的进气端通过便携式采集器上的出气孔5. 2中的标准快速接头与进气连接管22的出气端连通；所述真空采样箱6上的抽气孔6. 2通过标准快速接头与采集器进气管M的进气端连通，采集器进气管M 的出气端通过便携式采集器上的回气孔5. 3中的标准快速接头与出气连接管25的进气端连通。所述监测井包括设置于地下的砾石导气层8 (砾石直径3mm)、干膨润土填充层9、 湿膨润土填充层10和混凝土层11，以及插在混凝土层11上的套管12和盖在套管12上端的管帽13，所述导气软管2的进气端从套管12的下端向下依次穿过湿膨润土填充层10和干膨润土填充层9后、插在砾石导气层8中。在不使用时，导气软管2的上端和采样阀门3 放置在套管12中。所述套管12的上端盖有管帽13，可防雨，同时管帽13上还可以做标记，起标识作用。所述套管12为UPVC套管，不但结实，还耐腐蚀。 本发明的发明已用于某焦化厂健康风险评价过程中苯污染区域的气体采集。根据该焦化厂土壤及地下水中苯的污染状况，在粗苯车间及焦油分厂所在区域设置了 7个采样点，采样深度为地面以下1.5m处。当使用本发明采集完挥发性有机气体后，将挥发性有机气体送往实验室分析关注污染物苯，并以苯浓度为基准，结合相应扩散模型及风险计算模型对这两个区域的人群健康风险进行计算；同时，将结果与传统直接采用RBCA_Toolkit软件以土壤中及地下水中苯浓度为基准计算相应暴露情形下的风险结果进行比较发现，前者风险值较后者低，差异最大的点前者风险值为后者的3%，差异最小的点前者风险值为后者的43%，两者差异的平均值是前者风险值为后者的15%。
权利要求
1.一种便携式土壤中挥发气体采集系统，包括有导气装置(1)、导气软管(2)、抽气装置和收集装置，其中导气软管(2)的进气端与导气装置(1)连通，导气软管(2)的出气端通过抽气装置与收集装置连通，导气软管(2)上还设有采样阀门(3)，其特征在于所述抽气装置为便携式采集器，该便携式采集器包括采集器箱体(5)和放置在采集器箱体(5)内的压力表(18)、流量计(19)、抽气泵(20)、电池(21)、进气连接管(22)、出气连接管(25)，所述压力表(18)和流量计(19)设在进气连接管(22)上，所述抽气泵(20)设在出气连接管(25)上并且抽气泵(20)由电池(21)驱动，所述采集器箱体(5)上开有进气孔 (5. 1)、出气孔(5. 2)、回气孔(5. 3)和排气孔(5. 4)共四个孔，每个孔中均连接有标准快速接头(4)，所述进气连接管(22)的进气端通过进气孔(5. 1)中的标准快速接头与导气软管 (2)的出气端连通，进气连接管(22)的出气端与出气孔(5. 2)中的标准快速接头连接，所述出气连接管(25)的进气端与回气孔(5. 3)中的标准快速接头连接，出气连接管(25)的出气端通过排气孔(5. 4)中的标准快速接头与外界大气连通；所述收集装置为真空采样箱(6)，真空采样箱(6)上开有收气孔(6. 1)和抽气孔(6. 2)， 并且收气孔(6. 1)和抽气孔(6. 2 )中也均连接有标准快速接头(4)。
2.根据权利要求1所述的便携式土壤中挥发气体采集系统，其特征在于所述导气装置(1)包括不锈钢筒体和螺纹连接在不锈钢筒体上端的不锈钢闷盖(17)，所述不锈钢筒体包括不锈钢底板(14)和不锈钢侧壁板(15)，所述不锈钢侧壁板(15)上设有竖向间隔分布的横缝(16)，所述导气软管(2)的进气端通过标准快速接头(4)与不锈钢闷盖(17)连接。
3.根据权利要求1所述的便携式土壤中挥发气体采集系统，其特征在于所述出气连接管(25)的出气端通过排气孔(5. 4)中的标准快速接头与一根排气管(7)连通，该排气管 (7)与大气连通。
4.根据权利要求1所述的便携式土壤中挥发气体采集系统，其特征在于所述采集器箱体(5)上连接有提手(27)。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的便携式土壤中挥发气体采集系统，其特征在于 所述真空采样箱(6)上的收气孔(6. 1)通过标准快速接头与一根采集器出气管(23)的出气端连通，采集器出气管(23)的进气端通过便携式采集器上的出气孔(5. 2)中的标准快速接头与进气连接管(22)的出气端连通；所述真空采样箱(6)上的抽气孔(6. 2)通过标准快速接头与一根采集器进气管(24)的进气端连通，采集器进气管(24)的出气端通过便携式采集器上的回气孔(5. 3)中的标准快速接头与出气连接管(25)的进气端连通。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的便携式土壤中挥发气体采集系统，其特征在于 在采集器箱体(5)的外侧，所述出气孔(5. 2)中的标准快速接头与回气孔(5. 3)中的标准快速接头之间连接有一根连接软管(26 )。
7.一种应用便携式土壤中挥发气体采集系统采集挥发气体的采集方法，其特征在于步骤一、根据采样点的设计深度埋设导气装置(1)和导气软管(2)，并按相应规范建设监测井，将导气软管(2)的出气端伸出地面，同时在导气软管(2)上连接采样阀门(3)；步骤二、监测井建好后，关闭采样阀门(3)，稳定48小时以上；步骤三、将导气软管(2)的出气端与便携式采集器上的进气孔(5. 1)中的标准快速接头(4)连接，使导气软管(2)与进气连接管(22)连通，将进气连接管(22)的出气端与出气连接管(25)的进气端连通，即在出气孔(5. 2)中的标准快速接头与回气孔(5. 3)中的标准快速接头之间连接连接软管(26)；步骤四、开启便携式采集器中的抽气泵(20)进行抽气，当抽出气体体积约为导气装置 (1)及导气软管(2)的有效体积的3 5倍时，关闭抽气泵(20)；步骤五、断开进气连接管(22)与出气连接管(25)的连通，将采集器出气管(23)的进气端与出气孔(5. 2)中的标准快速接头连接，将采集器出气管(23)的出气端与收气孔(6. 1) 中的标准快速接头连接，使进气连接管(22)与真空采样箱(6)连通，同时将采集器进气管 (24)的出气端与回气孔(5. 3)中的标准快速接头连接，将采集器进气管(24)的进气端与抽气孔(6. 2)中的标准快速接头连接，使出气连接管(25)与真空采样箱(6)连通；步骤六、开启抽气泵(20)进行样品采集，并将采集好的样品在M小时内送往实验室进行后续的监测结果分析及健康风险计算。
全文摘要
一种便携式土壤中挥发气体采集系统及其采集方法，包括导气装置、导气软管、抽气装置和收集装置，所述抽气装置为便携式采集器，该便携式采集器包括采集器箱体和放置在采集器箱体内的压力表、流量计、抽气泵、电池、进气连接管、出气连接管，所述压力表和流量计设在进气连接管上，所述抽气泵设在出气连接管上并且抽气泵由电池驱动，所述采集器箱体上开有进气孔、出气孔、回气孔和排气孔共四个孔，每个孔中均连接有标准快速接头。本系统的结构非常简单，其采集效率和采集效果非常好，采集人员无需携带大量设备并无需在现场花费大量的时间和精力安装，只需打开监测井，将便携式采集器和真空采样箱与导气软管进行简单的安装即可，操作十分简单、方便。
文档编号G01N1/24GK102288457SQ20111012126
公开日2011年12月21日 申请日期2011年5月11日 优先权日2011年5月11日
发明者夏天翔, 姚珏君, 姜林, 张丹, 张丽娜, 朱笑盈, 梁竞, 王琪, 钟茂生 申请人:北京市环境保护科学研究院