一种土壤气监测井气密性测试以及土壤气采样装置的制作方法

一种土壤气监测井气密性测试以及土壤气采样装置
[技术领域]
[0001]
本实用新型涉及土壤气监测技术领域，具体地说是一种土壤气监测井气密性测试以及土壤气采样装置。
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背景技术：
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[0002]
在挥发性有机污染地块的调查中，土壤气采样监测有以下应用：1)土壤气监测数据可作为判断地块污染程度的直接依据，据此决定目标地块是否需要进行详细调查、风险评估、修复治理；2)土壤气监测数据可作为地下污染溯源的关键指标；3)土壤气浓度数据可作为输入参数代入风险评估模型，进行呼吸摄入量、致癌风险及非致癌风险的定量风险评估计算；4)土壤气监测可在地块修复工程实施及修复效果评估中为修复工程过程监管和修复效果评估提供直接判定依据；5)可帮助涉及挥发类有机物的在产企业自行监测、预警挥发性有机物的泄漏；6)在污染地块长期风险管控中，土壤气监测可指示土壤和地下水污染状况、环境风险及其变化趋势。
[0003]
与土壤监测相比，土壤气监测具有以下优势：
[0004]
1)捕捉vocs污染区域的能力更强。vocs在地层中的分布空间异质性较大，有限的土壤监测点位无法完整反映地层中vocs的污染分布和环境风险。土壤气是一种流体，气态vocs在土壤气中通过扩散、对流等物理机制不断迁移，因此，vocs土壤气浓度的空间异质性往往小于其土壤浓度。特别是对于离散点状分布的小规模污染源，通行的40m
×
40m土壤网格布点很容易遗漏这类污染源。而由于vocs存在扩散迁移特性，通过土壤气监测捕捉到这类污染源的概率要高很多。
[0005]
2)更准确地反映vocs的气态扩散迁移过程和呼吸暴露风险。呼吸暴露是地块vocs最重要的人体暴露途径。呼吸暴露定量风险评估中最终决定暴露风险的是气态vocs的暴露量。对于vocs风险的评估，国内通行做法是以《建设用地土壤污染风险评估技术导则》(hj 25.3-2019)指南中的推荐方法，基于相平衡假设通过vocs土壤或地下水浓度计算vocs土壤气的浓度，然后根据vocs迁移模型(分室内、室外)预测空气中的vocs浓度。已有研究证实，基于相平衡计算出的vocs土壤气浓度与实测数据差异较大。因此，vocs土壤气监测得到的数据，可更准确反映地层中气态vocs的分布、气相迁移过程及呼吸暴露风险。
[0006]
3)长期监测成本较低。除土壤气监测井的建设有一定经济成本外，土壤气的采样监测成本很低。进行长期监测时，土壤气监测比反复钻孔的土壤监测成本更低，且效果更好。因此，土壤气监测在企业自行监测及场地长期风险管控方面均能发挥作用。
[0007]
然而，目前国内还缺乏相应的土壤气采样技术规范。土壤气采样过程对于监测数据的影响较大，土壤气监测井不密闭、土壤气采样体统不密闭、采样过程不规范等均会降低监测数据的精确性。土壤气监测在国内尚处于起步阶段。
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技术实现要素：
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[0008]
本实用新型的目的就是要解决上述的不足而提供一种土壤气监测井气密性测试
以及土壤气采样装置，能够实现土壤气监测井气密性测试以及土壤气样品的采集，解决了目前国内土壤气采样技术规范中存在的不足。
[0009]
为实现上述目的设计一种土壤气监测井气密性测试以及土壤气采样装置，包括集气罩a和采样集合系统b，所述集气罩a为长方体箱式结构，所述集气罩a底部开设有圆孔1，所述圆孔1用于土壤气监测井中导气管的接入，所述集气罩a的一个侧板上开设有气体进出端口一7、气体进出端口二8和气体进出端口三9，所述集气罩a的另一个相对的侧板上开设有气体进出端口四10和气体进出端口五11；所述采样集合系统b安装在集气罩a内，并与集气罩a的侧板配合连接，所述采样集合系统b包括阀门一12、阀门二13、阀门三14和电子负压表6，所述阀门一12、阀门二13分别通过不锈钢导管4连接在电子负压表6两侧，所述阀门一12、电子负压表6、阀门二13构成“一”字型，所述阀门一12上设置有接口一15和接口二16，所述阀门二13上设置有接口三17，所述阀门三14通过不锈钢导管4连接在阀门二13与电子负压表6之间，并与阀门二13与电子负压表6构成“t”字型，所述阀门三14上设置有接口四18。
[0010]
进一步地，所述集气罩a底部配备有底板一19和底板二20，所述底板一19、底板二20上分别开设有圆孔一2和圆孔二3，所述圆孔一2和圆孔二3的直径不同，且圆孔一2的直径大于圆孔二3的直径，从而可以完成不同直径(土壤气监测井直径小于30厘米均能完成)的土壤气监测井的气密性测试以及土壤气样品的采集。
[0011]
进一步地，所述气体进出端口一7、气体进出端口二8和气体进出端口三9设置在集气罩a的一个短边侧板上，且靠近底部圆孔1，所述气体进出端口四10和气体进出端口五11设置在集气罩a的另一个短边侧板上。
[0012]
进一步地，所述阀门一12与电子负压表6之间，电子负压表6与阀门二13之间，以及电子负压表6与阀门三14之间连接均采用卡套接头5连接，所述卡套接头5为不锈钢或者铜质卡套接头，从而能够满足气密性要求。
[0013]
进一步地，所述集气罩a侧板开设的气体进出端口一7、气体进出端口二8、气体进出端口三9、气体进出端口四10和气体进出端口五11配合连接采样集合系统b相应的接口完成土壤气监测井气密性测试以及土壤气样品的采集。
[0014]
进一步地，所述集气罩a置于土壤气监测井中，所述土壤气监测井通过导管连接至采样集合系统b的接口一15，所述采样集合系统b的接口三17采用特氟龙导管连接气体进出端口四10，所述气体进出端口四10外侧连接真空泵或者抽气泵，以进行采样集合系统的气密性测试。
[0015]
进一步地，所述气体进出端口五11连接示踪气体罐，所述气体进出端口一7采用特氟龙管连接至接口二16，所述集气罩a上铺设塑料薄膜，所述集气罩a四边弹上皮筋或者盖设有中空的盖子，所述气体进出端口二8和气体进出端口三9与空气联通，所述气体进出端口一7外侧连接抽气泵，以进行土壤气监测井气密性测试。
[0016]
进一步地，还包括采样容器，所述采样容器为苏玛罐、吸附剂管或者气袋采样箱，所述苏玛罐、吸附剂管或者气袋采样箱连接至气体进出端口四10或直接连接至接口四18，以进行土壤气样品的采集。
[0017]
本实用新型同现有技术相比，具有如下优点：
[0018]
(1)本实用新型集气罩由近长方体塑料箱子制作而成，在短边侧开设五个端口，用于气体的导入或者抽出；集气罩底部开设圆孔，用于土壤气监测井中导气管的接入，集气罩
配备两块底板，并在底板上各开一个不同直径圆孔，且该圆孔相比集气罩底部开设的圆孔小，可以完成不同直径的土壤气监测井的气密性测试。
[0019]
(2)本实用新型采样集合系统由一系列金属导管、卡套接头、电子负压表、若干阀门组装而成，该套集合系统的核心功能在其密封性；同时，由于采样集合系统是用于采集土壤气进行挥发性有机物的测试，因此各部件的组装不能使用任何胶水、胶带、密封圈或者其他可能带入干扰土壤气检测结果的物质。
[0020]
(3)本实用新型采样集合系统组装未使用上述任何干扰物料，并且各部件之间连接采用不锈钢或者铜质卡套接头连接方式，能够满足气密性要求；该采样集合系统采用电子负压表，精度更高并且读取直观，提高现场工作效率和读数准确。
[0021]
(4)本实用新型采样集合系统组装末端安装阀门能够控制土壤气的流向，可以用于不同方式的采样容器，包括苏玛罐、吸附剂管、气袋采样箱等，从而满足土壤气不同采样介质和土壤气分析方法的要求。
[0022]
(5)本实用新型为国内尚处于起步阶段的土壤气采样技术提供参考，解决了现行少量国内技术规范中存在的不足，且土壤气监测井气密性测试以及土壤气采样装置重量轻、结构紧凑，易于从一个监测井移至另一个监测井。
[附图说明]
[0023]
图1是本实用新型的结构示意图；
[0024]
图2是本实用新型集气罩的结构示意图；
[0025]
图3是本实用新型集气罩配套底板一的结构示意图；
[0026]
图4是本实用新型集气罩配套底板二的结构示意图；
[0027]
图5是本实用新型采样集合系统的结构示意图；
[0028]
图中：1、圆孔 2、圆孔一 3、圆孔二 4、不锈钢导管 5、套接头 6、电子负压表 7、气体进出端口一 8、气体进出端口二 9、气体进出端口三 10、气体进出端口四 11、气体进出端口五 12、阀门一 13、阀门二 14、阀门三 15、接口一 16、接口二 17、接口三 18、接口四 19、底板一 20、底板二 a、集气罩 b、采样集合系统。
[具体实施方式]
[0029]
下面结合附图对本实用新型作以下进一步说明：
[0030]
本实用新型提供了一种土壤气监测井气密性测试以及土壤气采样装置，包括集气罩a和采样集合系统b，集气罩a为长方体箱式结构，集气罩a底部开设有圆孔1，圆孔1用于土壤气监测井中导气管的接入；集气罩a的一个侧板上开设有气体进出端口一7、气体进出端口二8和气体进出端口三9，集气罩a的另一个相对的侧板上开设有气体进出端口四10和气体进出端口五11；采样集合系统b安装在集气罩a内，并与集气罩a的侧板配合连接，采样集合系统b包括阀门一12、阀门二13、阀门三14和电子负压表6，可具体由一系列金属导管、卡套接头、电子负压表、若干阀门(阀门一、阀门二和阀门三)组装而成，阀门一12、阀门二13分别通过不锈钢导管4连接在电子负压表6两侧，阀门一12、电子负压表6、阀门二13构成“一”字型，阀门一12上设置有接口一15和接口二16，阀门二13上设置有接口三17，阀门三14通过不锈钢导管4连接在阀门二13与电子负压表6之间，并与阀门二13与电子负压表6构成“t”字
型，阀门三14上设置有接口四18；各部件之间连接采用不锈钢或者铜质卡套接头连接方式，能够满足气密性要求，同时，采样集合系统组装不使用任何干扰土壤气挥发性有机物测试的物质，如胶水、胶带、密封圈等。
[0031]
其中，集气罩a底部配备有底板一19和底板二20，底板一19、底板二20上分别开设有圆孔一2和圆孔二3，圆孔一2和圆孔二3的直径不同，且圆孔一2的直径大于圆孔二3的直径，从而可以完成不同直径(土壤气监测井直径小于30厘米均能完成)的土壤气监测井的气密性测试以及土壤气样品的采集。气体进出端口一7、气体进出端口二8和气体进出端口三9设置在集气罩a的一个短边侧板上，且靠近底部圆孔1，气体进出端口四10和气体进出端口五11设置在集气罩a的另一个短边侧板上。阀门一12与电子负压表6之间，电子负压表6与阀门二13之间，以及电子负压表6与阀门三14之间连接均采用卡套接头5连接，卡套接头5为不锈钢或者铜质卡套接头，能够满足气密性要求。
[0032]
集气罩a侧板开设的气体进出端口一7、气体进出端口二8、气体进出端口三9、气体进出端口四10和气体进出端口五11配合连接采样集合系统b相应的接口，可以完成土壤气监测井气密性测试，以及土壤气样品的采集。金属导管、卡套接头、电子负压表、若干阀门(阀门一、阀门二和阀门三)组装而成的各部件之间连接采用不锈钢或者铜质卡套接头连接方式，能够满足气密性要求；且金属导管、卡套接头、电子负压表、若干阀门(阀门一、阀门二和阀门三)组件对测试结果不干扰。采用电子负压表6，则精度更高并且读取直观；若干阀门(阀门一、阀门二和阀门三)能够控制土壤气的流向，可以用于不同方式的采样容器，包括苏玛罐、吸附剂管、气袋采样箱等。
[0033]
为了使土壤气采集的样品具有代表性，需要确定建设的土壤气监测井以及土壤气采样系统均满足气密性要求，本实用新型能开展上述土壤气监测井气密性及土壤气采样系统本身气密性的测试工作。为了能够对不同直径的土壤气监测井进行气密性测试，本实用新型中的气罩配备底板，可以完成不同直径(土壤气监测井直径小于30厘米均能完成)的土壤气监测井的气密性测试。为了确保土壤气采样系统本身的气密性，本实用新型各部件之间连接采用不锈钢或者铜质卡套接头连接方式，能够满足气密性要求。为了确保对采集的样品测试没有干扰，本实用新型采样集合系统组件不使用任何干扰土壤气挥发性有机物测试的物质，如胶水、胶带、密封圈等。为了提高现场效率和读数准确以及气密性测试精度，本实用新型采用电子负压表，精度更高并且读取直观。为了满足土壤气不同采样媒介，本实用新型土壤气采样装置末端安装阀门能够控制土壤气的流向，可以用于不同方式的采样容器，包括苏玛罐、吸附剂管、气袋采样箱等。
[0034]
本实用新型所述的土壤气监测井气密性测试以及土壤气采样装置中，集气罩可由近长方体塑料箱子制作而成，在短边侧开设5个端口(一边2个，另外一边3个)，用于气体的导入或者抽出。具体地，集气罩a的底部开设圆孔1，用于土壤气监测井中导气管的接入；集气罩a的一个短边侧，靠近底部圆孔开设3个气体进出端口(端口一、端口二和端口三)，用于测试集气罩内的示踪气体，以及抽取土壤气监测井中的气体以评估土壤气监测井的气密性；集气罩a的另一个短边侧，开设2个气体进出端口(端口四和端口五)，用于连接抽气泵，与采样集合系统b连接使用，可以评估采样集合系统b的气密性，另一端口用于释放示踪气体；集气罩a配备两块块底板(底板一和底板二)，底板各开一个不同直径圆孔，可以用于可以完成不同直径(土壤气监测井直径小于30厘米均能完成)的土壤气监测井的气密性测试
以及土壤气样品的采集。
[0035]
采样集合系统b由一系列金属导管、卡套接头、电子负压表、若干阀门(阀门一、阀门二和阀门三)组装而成，各部件之间连接采用不锈钢或者铜质卡套接头连接方式，能够满足气密性要求。同时，金属导管、卡套接头、电子负压表、若干阀门组件均为不锈钢管材连接，采集过程中不会对采集的土壤气样品测试有干扰。采用电子负压表，精度更高并且读取直观，提高现场工作效率和准确性。设置的若干阀门(阀门一、阀门二和阀门三)能够控制土壤气的流向，可以用于不同方式的采样容器，包括苏玛罐、吸附剂管、气袋采样箱等。
[0036]
本实用新型的工作原理为：实际使用时，将集气罩a，放置到土壤气监测井中，如果土壤气监测井孔径较小，可以配合底板一或者底板二使用。将土壤气监测井中的导管，连接到采样集合系统b的接口一。用特氟龙导管连接接口三和端口四，同时端口四外侧连接真空泵或者抽气泵。完成连接后，可以进行采样集合系统b的气密性测试，该气密性测试具体步骤如下：
[0037]
(1)关闭阀门一和阀门三，打开阀门二；
[0038]
(2)开启电子负压表，观察读数应该是0；
[0039]
(3)开启连接到端口四的真空泵或者抽气泵，进行抽气。满足以下条件表明采样集合系统b的气密性采样系统气密性符合技术要求：抽至负压表显示35kpa的读数或负压表读数稳定后关闭阀门二并关闭真空泵或抽气泵，持续观察负压表读数5分钟并每隔1分钟记录读数，负压表读数变化小于1.5kpa。否则应对连接处进行逐个排查，直至系统气密性符合以上技术要求。
[0040]
样集合系统b气密性完成检测符合技术要求后，可以开展土壤气监测井气密性的测试工作，其具体步骤如下：
[0041]
(1)连接示踪气体罐到端口五，通常选用氦气作为示踪气体；
[0042]
(2)用特氟龙管连接端口一和接口二；
[0043]
(3)集气罩a铺上塑料薄膜，保持薄膜蓬松，集气罩a四边弹上皮筋或者用中空的盖子盖上，不让气体直接逸散即可；
[0044]
(4)保持端口二和端口三与空气联通；
[0045]
(5)端口一外侧连接抽气泵；
[0046]
(6)阀门一，阀门二和阀门三均保持关闭状态；
[0047]
(7)开启示踪气源调节阀，使示踪气体进入集气罩。每隔一段时间在端口二和端口三处采集集气罩内气样，分析惰性示踪气的浓度。选用氦气作为示踪气，集气罩内氦气体积百分数应不低于50％。采用其它示踪气，其浓度应高于对应气体现场便携式检测仪检出限至少2个数量级；
[0048]
(8)待集气罩内示踪气体浓度达到要求值后，把阀门一转到接口一和端口一的联通状态，开启端口一外侧连接抽气泵进行抽气采样并分析采集土壤气样品中示踪气体浓度，如低于10％，认为该土壤气监测井气密性符合技术要求，否则该井废弃，并在该井直径1.5m范围外新建符合气密性技术要求的土壤气监测井；土壤气监测井的气密性符合技术要求，其后每次采样前不需重新进行气密性测试。
[0049]
土壤气监测井气密性测试完成，满足要求后，就可以开展土壤气样品的采集工作，其具体步骤如下：
[0050]
(1)取掉覆盖在集气罩上的塑料薄膜；
[0051]
(2)将苏玛罐、吸附剂管或者气袋采样箱连接到端口四或者直接连接到接口四；
[0052]
(3)连接完成后，同步打开阀门一和阀门二(接到端口四时)或者阀门三(直接接到接口四时)，阀门一开启方向为从接口一到电子负压表的方向。要采集土壤气平行样品时，将苏玛罐、吸附剂管或者气袋采样箱连接到接口三和接口四，取样时同步打开阀门一，阀门二和阀门三，阀门一开启方向仍为接口一到电子负压表的方向。
[0053]
(4)连接好系统后，开启阀门及真空泵开始抽气。根据流量计的读数调整洗井速率不高于200ml/min，观察负压表读数，确保系统负压不大于2.5kpa，采样点附近土壤渗透性较差，降低采样速率至100ml/min，系统负压不能高于2.5kpa。如高于该值，应立即停止采样并关闭采样阀，待系统压力恢复后继续采样，如此重复直至采集的样品体积满足分析要求；样品采集量根据要求的检出限及分析方法确定，但不应大于1.0l；
[0054]
(5)样品采集完成后，先关闭阀门二或者阀门三，然后再关闭阀门一，将采集的样品避光保存，并尽快送达实验室进行分析。
[0055]
采集完成后，断开集气罩a和采样集合系统b的连接，整理完毕移动至下一个采样点位完成采样工作。
[0056]
本实用新型并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。