一种土壤挥发性有机物采样装置和阻控材料评估方法与流程

1.本技术涉及生态环境监控领域，特别涉及一种土壤挥发性有机物采样装置和阻控材料评估方法。


背景技术：

2.污染场地的挥发性有机物污染是我国生态环境面临的敏感问题之一，来源于被污染土壤再释放的苯、氯仿、四氯乙烯、含硫类和含胺类等挥发性气体，具有土壤-大气跨界面传输特性，扩散面积大，释放持续时间长，对附近环境质量和居民健康有显著的危害。已有的快速阻控和长效阻隔技术已具备高效的挥发性有机物阻控阻控潜力，但是由于其采样方式存在缺陷，致使分析结果难以准确的反映阻控效果，且目前尚未有统一的土壤挥发性有机物阻控技术计算方式，评估终点也不一致，无法进行阻控技术的优劣评价；同一种评估终点的阻控效果评估案例中，未将背景挥发性有机物考虑在内，导致低浓度污染区域高估了阻控效果，高浓度污染区低估了阻控效果。
3.为此，需要一种能够采集到能够准确反映阻控效果的土壤挥发性有机物采样装置及一种能够准确评估阻控材料效果的计算方式。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术的目的在于提供一种土壤挥发性有机物采样装置和阻控材料评估方法，采样气体能够准确反映阻控材料的阻控效果。其具体方案如下：
5.一种土壤挥发性有机物采样装置，包括：采样辅助装置1、第一通气管3和恒流采样装置9；
6.所述采样辅助装置1底部开设有用于吸收土壤挥发性有机物的开口的空心柱体，所述采样辅助装置1在预设高度与所述第一通气管3的进气端连接，所述第一通气管3的出气端与所述恒流采样装置9的采样端连接；
7.所述第一通气管3，用于导通所述采样辅助装置1与所述恒流采样装置9；
8.所述恒流采样装置9，用于从所述采样辅助装置1中按照预设的流量恒流吸气，得到样本气体。
9.可选的，所述采样辅助装置1顶部设置有可打开的顶盖2。
10.可选的，所述恒流采样装置9，包括：真空箱4、采样气袋5、第二通气管8和可控抽气装置10；
11.所述采样气袋5安装在所述真空箱4内，所述采样气袋5的进气口作为所述恒流采样装置9的采样端与所述第一通气管3连接；
12.所述第二通气管8的进气端与所述真空箱4连接，所述第二通气管8的出气端与所述可控抽气装置10的进气端连接；
13.所述可控抽气装置10，用于以预设的流量从所述真空箱4中抽气，以使所述采样气袋5从所述采样辅助装置1中按照预设的流量恒流吸气，得到所述样本气体。
14.可选的，所述可控抽气装置10，包括：阀门6和可控流量抽气泵7；
15.所述阀门6安装在所述第二通气管8中，用于控制所述第二通气管8导通；
16.所述可控流量抽气泵7，用于调节到预设的流量后抽气。
17.可选的，所述采样辅助装置1和所述顶盖2的材料均为聚碳酸酯，所述采样气袋5、所述第一通气管3和所述第二通气管8的材料均为聚四氟乙烯。
18.本发明还公开了一种土壤挥发性有机物阻控材料评估方法，应用于如前述的土壤挥发性有机物采样装置，包括：
19.放置所述土壤挥发性有机物采样装置中的采样辅助装置1至目标采样区域预设的静置时间后，按照预设的流量，恒流采集预设的采样时间，分别得到所述目标采样区域铺设阻控材料前的第一样本气体和所述目标采样区域铺设阻控材料后的第二样本气体；
20.分析所述第一样本气体、所述第二样本气体和利用所述土壤挥发性有机物采样装置采集到的未污染的背景气体，得到样本阻控参数和背景阻控参数；
21.将所述样本阻控参数和所述背景阻控参数代入预设的阻控率公式，得到阻控材料的阻控率；
22.其中，所述阻控率公式为：
[0023][0024]
式中，r
it
表示挥发性有机物i的阻控t(h)时间后的浓度降低率或阻控材料在t(h)内的阻控率(％)；c
i0
为调查区域内挥发性有机物i在进行材料阻控前的初始平均浓度(mg m-3
)；g
i0
为调查区域挥发性有机物i背景初始平均浓度(mg m-3
)；c
it
为调查区域内挥发性有机物i在进行阻控t(h)时间后的平均浓度(mg m-3
)；g
it
为调查区域内挥发性有机物i在t(h)时间后的背景平均浓度(mg m-3
)。
[0025]
本技术中，土壤挥发性有机物采样装置，包括：采样辅助装置1、第一通气管3和恒流采样装置9；采样辅助装置1底部开设有用于吸收土壤挥发性有机物的开口的空心柱体，采样辅助装置1在预设高度与第一通气管3的进气端连接，第一通气管3的出气端与恒流采样装置9的采样端连接；第一通气管3，用于导通采样辅助装置1与恒流采样装置9；恒流采样装置9，用于从采样辅助装置1中按照预设的流量恒流吸气，得到样本气体。
[0026]
本技术设置采样辅助装置1能够提供一个贴合挥发性有机物实际挥发情况的空气样本环境，再利用恒流采样装置9采用恒流采样的方式采集样本气体，保证了单位时间内的采样体积，避免了瞬时采样或累积采样导致的误差，得到更能够精准反映实际挥发性有机物在空气中浓度的样本气体，从而提高后续对阻控材料的阻控率的分析精准度。
附图说明
[0027]
为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0028]
图1为本技术实施例公开的一种土壤挥发性有机物采样装置结构示意图；
[0029]
图2为本技术实施例公开的一种土壤挥发性有机物阻控材料评估方法流程示意
图。
具体实施方式
[0030]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0031]
本技术实施例公开了一种土壤挥发性有机物采样装置，参见图1所示，该装置包括：采样辅助装置1、第一通气管3和恒流采样装置9；
[0032]
采样辅助装置1底部开设有用于吸收土壤挥发性有机物的开口的空心柱体，采样辅助装置1在预设高度与第一通气管3的进气端连接，第一通气管3的出气端与恒流采样装置9的采样端连接；
[0033]
第一通气管3，用于导通采样辅助装置1与恒流采样装置9；
[0034]
恒流采样装置9，用于从采样辅助装置1中按照预设的流量恒流吸气，得到样本气体。
[0035]
具体的，为了有效采集铺设阻控材料后的污染土壤挥发出的挥发性有机物的浓度，设置采样辅助装置1，采样辅助装置1为底部镂空的空心柱体，采样辅助装置1的底部镂空形成用于收集挥发性有机物的开口，这样在进行采样时，通过将采样辅助装置1以底部放置在需要采样的土壤上，土壤中的挥发性有机物就会通过挥发作用穿透土壤自动通过采样辅助装置1底部的开口挥发到采样辅助装置1中，从而实现对采样区域的空气样本的收集。通过采样辅助装置1收集采样区域的空气样本能够避免外界环境中风力等环境因素的干扰，从而能够准确的反映出阻控材料对挥发性有机物的阻控效果，同时采样辅助装置1收集采样区域的空气样本完全依靠土壤中挥发性有机物自行挥发实现区域气体的采集，不会因采用特别的吸气或集气装置例如苏玛罐导致采样时收集的样本气体含有的挥发性有机物过多或过少，无法反应真实环境中的气体浓度。
[0036]
具体的，在通过采样辅助装置1收集完挥发性有机物后，恒流采样装置9通过第一通气管3建立与采样辅助装置1的气体通道连接，通过第一通气管3从采样辅助装置1中收集空气样本从而得到最终的样本气体。
[0037]
具体的，第一通气管3在采样辅助装置1的安装高度和安装位置可以根据试验要求进行设定，例如，试验要求是为了采集铺设阻控材料后对人的影响，则第一通气管3可以在采样辅助装置1的侧面，安装高度可以为距地150cm处，这样恒流采样装置9采集的样本气体就是来自采样辅助装置1中距地150cm处附近的气体，更为贴近人能够吸收到的高度，如果是采集对动物的影响，则可以将第一通气管3设置在采样辅助装置1的侧面距地面50cm处。
[0038]
可以理解的是，由于采样辅助装置1收集带有挥发性有机物的气体时，需要等待挥发性有机物自行挥发，因此，可以根据采样辅助装置1的容积和第一通气管3的高度等参数配合历史数据和经验，设定一个静置时间，在采样辅助装置1放置在采集区域进行采样开始后，在等待预设的静置时间后，能够确保采样辅助装置1中挥发性有机物的挥发程度和与采样辅助装置1中的气体混合程度符合自然场景中的状态，例如，等待5分钟的静置时间后，能够确保采样辅助装置1中的气体已经与挥发性有机物充分混合，混合程度正好贴近自然环
境下的浓度，不会偏高和偏低，此时在静置时间过后，便可以利用恒流采样装置9恒流采集采样辅助装置1中的气体。
[0039]
具体的，恒流采样装置9在从采样辅助装置1中收集气体样本时，按照预设的流速和预设的采集时间匀速恒流采集气体，从而确保能够均匀有效的收集到采样辅助装置1中包含挥发性有机物的气体，得到能够准确反映阻控材料阻控效果的样本气体。例如，恒流采样装置9可以以200ml min-1
的速率匀速采集气体，可以持续采集5分钟，从而采集到1升的样本气体，通过匀速采集避免瞬时采样或累积采样导致的误差。
[0040]
可见，本技术实施例设置采样辅助装置1能够提供一个贴合挥发性有机物实际挥发情况的空气样本环境，再利用恒流采样装置9采用恒流采样的方式采集样本气体，保证了单位时间内的采样体积，避免了瞬时采样或累积采样导致的误差，得到更能够精准反映实际挥发性有机物在空气中浓度的样本气体，从而提高后续对阻控材料的阻控率的分析精准度。
[0041]
需要说明的是，每次利用采样辅助装置1收集气体后，再进行下一次收集前，应该对采样辅助装置1中的气体进行置换，更换为无挥发性有机物污染的气体，从而避免采样辅助装置1中有上一次采样期间残留的挥发性有机物，造成下一次测试不准，置换气体方法可以包括静置或送风换气等。
[0042]
进一步的，本技术实施例还公开了一种土壤挥发性有机物采样装置，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化，参见图1所示。
[0043]
具体的，为了增加采样辅助装置1的使用效率，采样辅助装置1顶部设置有可打开的顶盖2。这样在非采样期间可以打开采样辅助装置1的顶盖2，使得采样辅助装置1底部的开口和顶部打开后的开口能够通风，快速排出采样辅助装置1中的挥发性有机物，避免有残留，影响下次采样结果。
[0044]
需要说明的是，在采样辅助装置1关闭顶盖2时能够确保采样辅助装置1顶部密封，顶盖2和采样辅助装置1之间可以设置相应的密封材料，例如密封垫圈等，确保顶盖2闭合后采样辅助装置1顶部密封，确保采样环境可控。
[0045]
具体的，恒流采样装置9，可以具体包括：真空箱4、采样气袋5、第二通气管8和可控抽气装置10；
[0046]
采样气袋5安装在真空箱4内，采样气袋5的进气口作为恒流采样装置9的采样端与第一通气管3连接；
[0047]
第二通气管8的进气端与真空箱4连接，第二通气管8的出气端与可控抽气装置10的进气端连接；
[0048]
可控抽气装置10，用于以预设的流量从真空箱4中抽气，以使采样气袋5从采样辅助装置1中按照预设的流量恒流吸气，得到样本气体。
[0049]
具体的，可控抽气装置10通过第二通气管8连接真空箱4，建立气体通道，真空箱4中开设有预留给采样气袋5和第一通气管3连接的开口，使采样气袋5和第一通气管3连接导通，真空箱4仅通过第二通气管8与外界导通，在采样气袋5吸气前，真空箱4中可以充满气体，令气体挤压采样气袋5，使得采样气袋5中不存在气体，保证采样气袋5不被污染，在需要采集气体时，采样气袋5连接第一通气管3，真空箱4连接第二通气管8，由可控抽气装置10恒流抽取真空箱4中的气体，使真空箱4中气体逐渐减少，这时因真空箱4中的负压，采样辅助
装置1中的气体会通过第一通气管3进入采样气袋5，进气速率将与可控抽气装置10的抽气速率一致，从而实现恒流采气。
[0050]
其中，采用气袋法进行采样，降低了苏玛罐采样法的设备成本和运输成本，避免了吸附管采样对于挥发性有机物种类和浓度的限制。
[0051]
进一步的，可控抽气装置10，可以具体包括：阀门6和可控流量抽气泵7；
[0052]
阀门6安装在第二通气管8中，用于控制第二通气管8导通；
[0053]
可控流量抽气泵7，用于调节到预设的流量后抽气。
[0054]
具体的，可控抽气装置10不仅可以利用可控流量抽气泵7控制抽气流量，在抽气泵流量固定的情况下，还可以利用阀门6控制抽气流量，当然，如果采用的是可控流量抽气泵7，那么阀门6就可以简单的负责导通和关闭即可，通过设置阀门6可以确保真空箱4在抽气前不会与外界连通，确保其中气压比外界高或持平，不会在正式抽气前仅因连接了第二通气管8就使采样气袋5中进入气体，导致全程不是恒流抽气。
[0055]
具体的，采样辅助装置1和顶盖2的材料可以均为聚碳酸酯，采样气袋5、第一通气管3和第二通气管8的材料可以均为聚四氟乙烯。聚碳酸酯材质具有质量轻、透明性好、不易变形的特点，且对挥发性有机物无吸附影响，可降低材料对挥发性有机物吸附造成的效果评估误差，同时选用透明材质可保证实时观察阻控材料的变化，当然也可采用内有惰性涂层的其他材质替换。第一通气管3和第二通气管8采用聚四氟乙烯是因为聚四氟乙烯耐热、耐寒，且能够抗酸抗碱、抗各种有机溶剂，几乎不溶于所有的溶剂，同时，聚四氟乙烯也具有耐高温的特点，而且它的摩擦系数极低，便于清洗，也是透明材料便于观察内部气体情况。
[0056]
具体的，在一种具体的应用场景中采样辅助装置1可以为高180cm，底面边长60cm的空心圆柱体，在150cm处设有开口用于与第一通气管3连接，采样气袋5容积不小于1l，可控流量抽气泵7流量范围为0～500ml min-1
。
[0057]
相应的，本技术实施例还公开了一种土壤挥发性有机物阻控材料评估方法，参见图2所示，应用于如前述的土壤挥发性有机物采样装置，该方法包括：
[0058]
s11：放置土壤挥发性有机物采样装置中的采样辅助装置1至目标采样区域预设的静置时间后，按照预设的流量，恒流采集预设的采样时间，分别得到目标采样区域铺设阻控材料前的第一样本气体和目标采样区域铺设阻控材料后的第二样本气体。
[0059]
具体的，首先在铺设阻控材料前，布置土壤挥发性有机物采样装置，采样目标采样区域铺设阻控材料前的第一样本气体，然后在铺设阻控材料后，再布置土壤挥发性有机物采样装置，采样目标采样区域铺设阻控材料后的第二样本气体，每次利用土壤挥发性有机物采样装置采样气体时原理和过程相同，均为在放置土壤挥发性有机物采样装置中的采样辅助装置1后，按照预设的静置时间进行静置，例如，5分钟，使得土壤中挥发出的挥发性有机物能够均匀的融入采样辅助装置1，确保采样辅助装置1中的气体能够真实的反映在平常状态下的挥发情况，然后，在静置混合气体之后，便可以进行恒流采样，例如，恒流采样5分钟，以每分钟200ml的速度进行采样，确保采集的样本气体同样均匀，不会因瞬时采样导致的样本气体中的挥发性有机物浓度偏低或偏高。
[0060]
s12：分析第一样本气体、第二样本气体和利用土壤挥发性有机物采样装置采集到的未污染的背景气体，得到样本阻控参数和背景阻控参数。
[0061]
具体的，以s1相同的步骤采集未被污染的背景气体，为了减少背景气体与第一样
本气体和第二样本气体成分差距过大，可以在采样区域的上风向区域的未污染的地区进行采样，得到背景气体，避免因背景气体的采样区域距离目标采样区域过远，导致背景气体与第一样本气体和第二样本气体成分差距过大。
[0062]
s13：将样本阻控参数和背景阻控参数代入预设的阻控率公式，得到阻控材料的阻控率；
[0063]
其中，阻控率公式为：
[0064][0065]
式中，r
it
表示挥发性有机物i的阻控t(h)时间后的浓度降低率或阻控材料在t(h)内的阻控率(％)；c
i0
为调查区域内挥发性有机物i在进行材料阻控前的初始平均浓度(mg m-3
)；g
i0
为调查区域挥发性有机物i背景初始平均浓度(mg m-3
)；c
it
为调查区域内挥发性有机物i在进行阻控t(h)时间后的平均浓度(mg m-3
)；g
it
为调查区域内挥发性有机物i在t(h)时间后的背景平均浓度(mg m-3
)。若现场条件限制，无法获取背景浓度或无需考虑背景浓度的情况下，g
i0
和g
it
均可根据实际情况取零值。
[0066]
其中，样本阻控参数可以包括在进行材料阻控前的初始平均浓度和在进行阻控后的平均浓度。
[0067]
可见，本技术实施例中的阻控率公式充分考虑了背景挥发性有机物的影响情况下，为土壤挥发性有机物的“源—界面—空气扩散”的界面阻控技术提供了一种统一的评估方法，以挥发性有机物浓度为评估终点，规范化阻控效果的评估。
[0068]
以上对本技术实施例所提供的一种土壤挥发性有机物采样装置和阻控材料评估方法进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0069]
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0070]
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
[0071]
以上对本技术所提供的技术内容进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其
核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。