一种液体预警的土壤挥发性污染物检测钻头和检测装置的制作方法

1.本发明涉及土壤挥发性污染物检测技术领域，尤其涉及一种液体预警的土壤挥发性污染物检测钻头和检测装置。


背景技术：

2.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。
3.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。
4.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。
5.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。并且由于土壤各个地质层中含水量不同，检测探头在下行过程中经过高含水量的地质层时，水流会通过气体进口流入气体采样腔内，致使气体检测腔堵塞，影响检测效果，甚至影响探头使用寿命。
6.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。


技术实现要素：

7.为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种液体预警的土壤挥发性污染物检测钻头和检测装置。
8.本发明提出的一种液体预警的土壤挥发性污染物检测钻头，所述检测钻头上端设有载气入口和载气出口，所述载气入口和载气出口之间形成u型载气通道，所述载气通道侧壁设有与外部连通的气体入口，所述气体入口将u型载气通道分隔为靠近所述载气入口一侧的进气腔和靠近所述载气出口一侧的出气腔，所述气体入口处设有用于通断所述u型载气通道与外部连通的第一阀门；
9.所述检测钻头外壁还设有液体预警部，所述液体预警部位于所述气体入口下方，所述液体预警部设有从外壁向内延伸的液体检测通道，且所述液体检测通道内设有液体探头。
10.优选地，所述液体检测通道包括依次连通的引流部和检测部，所述引流部从所述检测钻头外壁向下延伸，所述检测部向远离所述引流部方向向上延伸，液体探头位于所述检测部内。
11.优选地，液体探头采用接近传感器。
12.优选地，第一阀门与液体探头连接根据液体探头的检测结果打开/关闭。
13.优选地，所述检测钻头内部还设有加热机构。
14.优选地，所述气体入口处设有滤网。
15.优选地，所述滤网采用金属网，加热机构与滤网连接用于对滤网进行加热。
16.优选地，所述进气腔内设有用于通断所述进气腔的第二阀门。
17.本发明中，所提出的液体预警的土壤挥发性污染物检测钻头，所述载气通道侧壁设有与外部连通的气体入口，u型载气通道分为气体入口两侧的进气腔和出气腔，所述气体入口处设有用于通断所述u型载气通道与外部连通的第一阀门，所述气体入口下方设有液体预警部，所述液体预警部设有从外壁向内延伸的液体检测通道，且所述液体检测通道内设有液体探头；上述检测钻头用于土壤中的气体检测，通过载气将气体在土壤中向下插入过程中，当待检测的土壤层中存在的水流流入液体检测通道内，通过液体探头检测水流，避免检测钻头插入土壤过程中，土壤中的水流倒灌进载气通道，并且利用载气将进入载气通道的挥发性污染物送出，避免挥发性污染物在出气腔内附着，无需渗透膜即可实现挥发性污染物的有效精确检测。
18.本发明还提出一种液体预警的土壤挥发性污染物检测装置，包括上述的液体预警的土壤挥发性污染物检测钻头。
19.优选地，还包括真空泵，真空泵与所述载气出口连通用于在所述出气腔内形成负压。
20.本发明中，所提出的液体预警的土壤挥发性污染物检测装置，其技术效果与上述液体预警的土壤挥发性污染物检测钻头类似，因此不再赘述。
附图说明
21.图1为本发明提出的一种液体预警的土壤挥发性污染物检测钻头的结构示意图。
22.图2为图1的所述气体入口的局部放大示意图。
具体实施方式
23.如图1和2所示，图1为本发明提出的一种液体预警的土壤挥发性污染物检测钻头
的结构示意图，图2为图1的所述气体入口的局部放大示意图。
24.参照图1和2，本发明提出的一种液体预警的土壤挥发性污染物检测钻头，所述检测钻头上端设有载气入口和载气出口，所述载气入口和载气出口之间形成u型载气通道，所述载气通道侧壁设有与外部连通的气体入口1，所述气体入口1将u型载气通道分隔为靠近所述载气入口一侧的进气腔21和靠近所述载气出口一侧的出气腔22，所述气体入口1处设有用于通断所述u型载气通道与外部连通的第一阀门31；
25.所述检测钻头外壁还设有液体预警部，所述液体预警部位于所述气体入口1下方，所述液体预警部设有从外壁向内延伸的液体检测通道4，且所述液体检测通道4内设有液体探头5。
26.在本实施例中，所提出的液体预警的土壤挥发性污染物检测钻头，所述载气通道侧壁设有与外部连通的气体入口，u型载气通道分为气体入口两侧的进气腔和出气腔，所述气体入口处设有用于通断所述u型载气通道与外部连通的第一阀门，所述气体入口下方设有液体预警部，所述液体预警部设有从外壁向内延伸的液体检测通道，且所述液体检测通道内设有液体探头；上述检测钻头用于土壤中的气体检测，通过载气将气体在土壤中向下插入过程中，当待检测的土壤层中存在的水流流入液体检测通道内，通过液体探头检测水流，避免检测钻头插入土壤过程中，土壤中的水流倒灌进载气通道，并且利用载气将进入载气通道的挥发性污染物送出，避免挥发性污染物在出气腔内附着，无需渗透膜即可实现挥发性污染物的有效精确检测。
27.本实施例的液体预警的土壤挥发性污染物检测钻头的具体工作过程包括下列步骤：
28.s1、关闭第一阀门31，通过液体探头5对所述检测钻头周围液体环境进行检测；
29.在具体液体检测过程中，所述液体检测通道4包括依次连通的引流部和检测部，所述引流部从所述检测钻头外壁向下延伸，所述检测部向远离所述引流部方向向上延伸，液体探头5位于所述检测部内；当土壤中存在含水层时，土壤中的水流通过钻头外壁的引流部入口流入液体检测通道，在重力的作用下向下流动，然后由于液体检测通道内外的液位，检测部内的液位逐渐升高，直至被液体探头检测到；避免液体探头直接设置在引流部或检测钻头外壁而造成的液体检测误差。
30.s2、当上述液体探头5未检测到土壤中的水流时，打开第一阀门31，使土壤中的挥发性污染物通过所述气体入口1进入所述u型载气通道内；
31.具体地，第一阀门31与液体探头5连接根据液体探头5的检测结果打开/关闭，当液体探头检测到液体时，即检测探头处于高含水量层，则第一阀门关闭，避免水流进入载气通道。
32.在其他具体实施方式中，所述检测钻头内部还设有加热机构；通过对所述检测钻头周围土壤进行加热，提高土壤中污染物的挥发量，使得蒸发形成的挥发性污染物通过所述气体入口1进入所述u型载气通道内，从而提高污染物气体的检测精度。
33.s3、关闭第一阀门31，通过所述载气入口向所述u型载气通道内通入载气，通过载气将所述u型载气通道内的挥发性污染物经由所述载气出口送出。
34.在所述检测钻头的具体设计方式中，所述气体入口1处设有滤网6，通过滤网避免周围土壤进入气体入口。
35.在进一步具体实施方式中，所述滤网6采用金属网，加热机构与滤网6连接用于对滤网6进行加热，在s2中，通过所述气体入口1设置的滤网6对检测钻头周围土壤进行加热；通过滤网对周围土壤直接加热，使得周围土壤中受热蒸发的vocs气体经由滤网的网孔直接进入u型载气通道内，提高加热效率和vocs气体采样效率；具体地，滤网可以采用金属网结构，提高加热传导率。
36.在其他具体设计方式中，所述进气腔21内设有用于通断所述进气腔21的第二阀门32，通过第二阀门32将所述进气腔21阻断。在具体进气过程中，当第一阀门开启且第二阀门关闭时，挥发性污染物气体入口与所述出气腔连通，形成挥发性污染物气体进气通路，使得挥发性污染物气体进气时，进气腔内的载气不对其造成影响，提高其进入出气腔的效率；当第一阀门关闭且第二阀门打开时，进气腔和出气腔连通形成载气送气通路，此时，载气将出气腔内的挥发性污染物气体经由载气出口带出；在此过程中，载气经由挥发性污染物气体入口被滤网进行加热升温，从而在其运送挥发性污染物气体时保证挥发性污染物气体温度，避免其降温发生二次凝结，从而附着在出气腔侧壁上。
37.同样，也可以在所述出气腔22内设置用于通断所述出气腔22的第三阀门33，通过第三阀门5将所述出气腔22阻断；当第一阀门和第二阀门打开且第三阀门关闭时，进气腔与挥发性污染物气体入口连通形成冲洗气体通路，可以通过向进气腔内通入载气，实现对挥发性污染物气体入口处附着的挥发性污染物进行反向冲洗；或者，当检测到土壤中的挥发性污染物含量较高时，也可以通过进气腔通过挥发性污染物气体入口向周围土壤喷洒挥发性污染物处理药剂，进而通过一个探头插入土壤就实现土壤中voc的原位检测和处理。
38.在液体探头的具体选择方式中，液体探头5采用接近传感器。
39.本实施例还提出一种液体预警的土壤挥发性污染物检测装置，包括上述的液体预警的土壤挥发性污染物检测钻头。
40.在具体实施方式中，还包括真空泵，真空泵与所述载气出口连通用于在所述出气腔内形成负压，相应地，在s2中，进气时在所述出气腔22内形成负压，增大气体进入u型载气通道的进气效率。
41.在本实施例的实际设计中，可以将u形管组件插入钻头外套管内，在钻头外套管内形成所需的气流路径。
42.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。