CN104614207A - 一种土壤气体主动采集装置及采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土壤气体主动采集装置及采集方法，包括气体收集袋、气体采样装置、过滤器、尼龙导气管、土壤气体吸滤装置。所述气体采样装置由隔膜泵、调节阀、缓冲器、流量计、电子时控电路、欠压指示电路、电源、进气口和出气口等部分组成。所述土壤气体吸滤装置由固定筒架、滤网、砾石、尼龙导气管、螺纹管接头组成。采集土壤气体时，气体采样装置的进气管经过过滤器，通过转接软管与土壤气体吸滤装置的尼龙导气管连接，气体收集袋与气体采样装置的出气管连接。本装置即可以采集已有监测井中的土壤气体，也可根据试验要求布设在不同深度的土壤中，用于采集不同深度范围的土壤气体，可实现定点土壤中的长期监测，结构简单，土壤气体的采集效率和效果好，操作方便快捷。

Description

一种土壤气体主动采集装置及采集方法

技术领域

本发明属于场地土壤环境调查与监测和土壤气体采集领域，具体涉及一种土壤气体主动采集装置及一种采集土壤气体的方法。

背景技术

目前我国对于土壤中挥发性有机污染监测的研究不多，特别是对于原位土壤气体中挥发性有机物的监测采集全过程缺乏严格的质量控制指标体系，挥发性有机物在土壤中含量小，且土壤气体易挥发，土壤微生物对挥发性有机物降解会影响土壤气体中CO₂、O₂的含量，因此，土壤中挥发性有机物含量监测过程需要更有效的土壤气体采集装置。

准确地采集土壤气体样品是研究土壤气体中CO₂、O₂和挥发性有机污染物含量的前提，研究者多采用定位埋植采样瓶来被动收集土壤气体或者将土壤从地下挖出采集到塑封袋中用便携式分析仪检测土壤中挥发性有机物含量。该两种方法均要破坏土壤原始结构，不能随时随地采集土壤样品(郑乐平，1999)。而且，利用采集后的土壤中的挥发性有机物含量不能代表原始土壤所在土***置中的实际情况。

目前已有的土壤气体采样器可实现的有效采样深度为1-1.5m，需要提前将土壤钻孔到一定深度，将体让气体采样器放入，监测后取出，还需要采样泵、流量计等设备安装调试，费时费力，操作繁琐且采集样品深度有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种土壤气体主动采集装置及其采集方法，要解决目前存在的土壤气体采集设备和方法采集深度有限、操作复杂、耗时费工、不易安装等技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种土壤气体主动采集装置，包括气体收集袋、气体采样装置、过滤器、尼龙导气管、土壤气体吸滤装置；气体采样装置的进气管经过过滤器，通过连接软管与土壤气体吸滤装置的尼龙导气管连接，气体收集袋与气体采样装置的出气管连接。

其中，所述的气体采样装置包括隔膜泵、调节阀、缓冲器、流量计、电子时控电路、欠压指示电路、电源、进气口和出气口；气体采样装置为便携式气体采样器。气体经过滤器进入采样装置进气口，由电子时控电路控制的隔膜泵，进入气体缓冲器，经调节阀调节流量后进入出气口端出气管连接的气体收集袋。气体进入进气口前需接上过滤器。

其中，所述的隔膜泵动力电机采用电子调速，在电压波动及干电池电压下降变化较大的情况下，可确保电机稳速运转，使隔膜泵流量稳定。

其中，所述的土壤气体吸滤装置包括固定筒架、滤网、砾石、尼龙导气管、螺纹管接头；尼龙导气管在土壤气体吸滤装置外的一端带有采样阀门，通过转接软管与过滤器连接，后与采样装置联通。尼龙导气管在吸滤装置内的一端，与土壤气体联通，外包覆小颗粒砾石，砾石由滤网包裹置于固定筒架内，由螺纹接头将尼龙导气管和固定筒架固定成土壤气体吸滤装置。

其中，尼龙导气管在吸滤装置内的一端设有小孔隙纱网。土壤气体经由滤网、砾石孔隙，通过土壤气体吸滤装置中尼龙导气管的小孔隙纱网，进入导气管，土壤气体经过过滤器进入气体采样装置，后从采样装置出气口经由出气管进入气体收集袋。尼龙导气管、气体采样装置进气管与过滤器通过连接软管进行联通，气体采样装置出气管与气体收集袋进口处通过连接软管进行联通。

本发明另外提供一种采集土壤气体的采集方法，利用上述的土壤气体主动采集装置，包括步骤为：

步骤一：根据试验要求采集的土壤深度，将土壤气体吸滤装置(含尼龙导气管)埋设于指定位置土壤中，或者置入已有的土壤监测井的指定深度，并将尼龙导气管在吸滤装置外的一端露出地面以上，关闭尼龙导气管上的采样阀门，让气体稳定48小时以上；

步骤二：将尼龙导气管、采样装置进气管通过连接软管分别与过滤器连接，打开尼龙导气管上的采样阀门，同时开启土壤采样装置的隔膜泵开关，采样装置出气口与大气联通，使抽出气体的体积达到吸滤装置和尼龙导气管有效体积的2-3倍时，关闭隔膜泵；

步骤三：将采样装置出气管与气体收集袋进口处通过连接软管进行连接，使整个采样装置气路连接完整，开启隔膜泵开关，当达到气体收集袋采集要求时关闭隔膜泵和尼龙导气管上的采样阀门，停止样品采集。

步骤四：采集的气体收集袋内的样品需在1个月内送至实验室进行土壤气体相应指标的检测分析。

与现有的土壤气体采集***和采集方法相比，本发明具有以下优势：

(1)本发明中所述的土壤气体主动采集装置能够实现场地不同采样点不同深度土壤的原位土壤气体样品采集和长期有效监测，采样深度和采样时间不受限制。采集的原位土壤气体样品更能代表土体中的实际情况，接近实际气体浓度，更能准确反映挥发性有机物含量。

(2)本发明中所述的土壤气体主动采集装置结构简单，材料容易获取，操作简单方便，气体采集效率高效果好。采集人员无需在现场进行安装调试采样真空泵、流量计等设备，只需简单连接导管与气体采样装置，将土壤气体样品收集到气体收集袋即可。土壤气体吸滤装置可长期保存在土体中不易腐蚀，实现长期有效监测，整套装置可在不同场地不同性质土壤中重复使用，大大节约了土壤气体采集的成本。所述采集方法省时省工，方便快捷，更能满足场地土壤环境质量调查和土壤气体采集的实际需求。

附图说明

下面结合附图对本发明中做进一步详细的说明。

图1是本发明中土壤气体主动采集装置的示意图。

图2土壤气体采样装置示意图。

附图标记：1.固定筒架，2.小孔隙纱网，3.滤网，4.砾石，5.螺纹管接头，6.尼龙导气管，7.采样阀门，8.过滤器，9.连接软管，10.隔膜泵，11.流量计，12.调节阀，13.进气管，14.出气管，15.气体收集袋，I.土壤气体吸滤装置，II.气体采样装置。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明。

实施例参见图1所示，本发明中的土壤气体主动采集装置，包括气体收集袋15、气体采样装置、过滤器8、尼龙导气管6、土壤气体吸滤装置I。气体采样装置的进气管13经过过滤器8，通过连接软管9与土壤气体吸滤装置的尼龙导气管6连接，气体收集袋15与气体采样装置II的出气管14连接。本实施例中，尼龙导气管6为PA-11尼龙管，内径为4mm，内壁光滑，能耐许多化学物质的腐蚀，拉伸和弯曲均有极大的稳定性，使用寿命长。

图2所述的气体采样装置II为便携式气体采样器，由隔膜泵、调节阀、缓冲器、流量计、电子时控电路、欠压指示电路、电源、进气口和出气口等部分组成。气体经过滤器8进入气体采样装置II进气口，由电子时控电路控制的隔膜泵，进入气体缓冲器，经调节阀调节流量后进入出气口端出气管14与大气联通，在采集土壤气体时出气管14连接气体收集袋15。气体进入进气口前需接上过滤器。过滤器直径为50mm，过滤微孔直径为0.3-0.5um。在采样过程中，接上过滤器，一方面对土壤气体中灰尘、气溶胶、酸碱气等杂物进行过滤；另一方面，在发生倒吸溶液时，溶液一旦经过滤器的过滤纤维，纤维会马上膨胀，堵塞进气通道，对隔膜泵机件起到保护作用。

图2所述的隔膜泵动力电机采用电子调速，在电压波动及干电池电压下降变化较大的情况下，可确保电机稳速运转，使隔膜泵流量稳定。隔膜泵最大抽气压力：≥25000pa，额定负载流量：≥1.5L/min，流量使用范围：0.1～1.5L/min。工作温度为5-40℃。隔膜泵可采用外购的标准设备，也可用大气采样器。

图1所述的土壤气体吸滤装置I由固定筒架1、滤网3、砾石4、尼龙导气管6、螺纹管接头5组成。尼龙导气管6在土壤气体吸滤装置I外的一端带有采样阀门7，通过连接软管9与过滤器8连接，后与气体采样装置II联通。尼龙导气6管在土壤气体吸滤装置I内的一端设有小孔隙纱网，与土壤气体联通，外包覆小颗粒砾石4，砾石4由滤网3包裹置于固定筒架1内，由螺纹管接头5将尼龙导气管6和固定筒架1固定成土壤气体吸滤装置I。固定筒架1为PVC材质，内径2.54cm，砾石4规格为1-2mm，滤网3为20目不锈钢滤网，小孔隙纱网为60-100目不锈钢材质，包覆在尼龙导气管6在土壤气体吸滤装置内的一端，防止尼龙导气管6堵塞。螺纹管接头5为标准管接头，将整个土壤气体吸滤装置固定在固定筒架1内部，尼龙导气管6伸出，尼龙导气管6长度根据实际需要预留。

图1所述的气体收集袋15由多层铝箔复合膜制成，装有塑料开关阀或金属开关阀，侧向开关阀附带有针头取样口，适于充装各种混合气体，可在1-3个月内确保低浓度(ppm级)组份恒定不变，亦可在短时间内储存低浓度的腐蚀性和化学活性气体。气体收集袋可采用外购的标准采气袋。

土壤气体采集时，土壤气体经由滤网3、砾石4孔隙，通过土壤气体吸滤装置I中尼龙导气管6的小孔隙纱网，进入尼龙导气管，土壤气体经过过滤器8进入气体采样装置II，后从气体采样装置出气口经由出气管14进入气体收集袋15。尼龙导气管6、气体采样装置进气管13与过滤器8通过连接软管9进行联通，气体采样装置出气管13与气体收集袋15进口处通过连接软管9进行联通。

本发明中的土壤气体主动采集装置采集土壤气体的方法步骤如下：

步骤一：根据采样点试验要求采集的土壤深度，将土壤气体吸滤装置(含尼龙导气管)埋设于指定位置土壤中，或者置入已有的土壤监测井的指定深度，并将尼龙导气管在吸滤装置外的一端露出地面以上，关闭尼龙导气管上的采样阀门，让气体稳定48小时以上；

步骤二：将尼龙导气管、采样装置进气管通过连接软管分别与过滤器连接，打开尼龙导气管上的采样阀门，同时开启土壤采样装置的隔膜泵开关，采样装置出气口与大气联通，使抽出气体的体积达到吸滤装置和尼龙导气管有效体积的2-3倍时，关闭隔膜泵；

步骤三：将采样装置出气管与气体收集袋进口处通过连接软管进行连接，使整个采样装置气路连接完整，开启隔膜泵开关，当达到气体收集袋采集要求时关闭隔膜泵和尼龙导气管上的采样阀门，停止样品采集；

步骤四：采集的气体收集袋内的样品需在1个月内送至实验室进行土壤气体相应指标的检测分析。

实施案例1：本发明已用于某柴油泄漏污染场地的异位生物堆修复***土壤气体采集。根据该场地土壤中污染物的分布情况，在体积为160m³的生物堆中设置了8个土壤气体采集样点，每个样点采样深度分别为0.5m、1.0m和1.5m。在利用生物通风***修复柴油污染土壤的全过程(60天)，可每天采集不同深度土壤位点的土壤气体进行挥发性有机污染物含量测定，采集土壤中挥发性气体浓度范围为：0-718mg/L，判断挥发性有机污染物随时间在土壤中的分布特征，直观地显示土体中污染物地去除情况。

实施案例2：本发明已应用于某化工厂中氯苯污染场地热强化土壤气相抽提过程中的土壤气体采集。根据该场地污染物分布特征和修复***设计，在场地中设计了5个采样点，采样深度为地下7m。定期采集土壤气体进行氯苯含量测定，采集土壤中挥发性气体浓度范围为：40-200mg/L，根据土壤气体中污染物浓度变化可有效指导修复***完善，并监测土壤气体中污染物随抽提时间和抽提速率的削减规律。

本发明中涉及到的本领域公知技术未详细阐述。

Claims (7)

1.一种土壤气体主动采集装置，包括气体收集袋(15)、气体采样装置(II)、过滤器(8)、尼龙导气管(6)、土壤气体吸滤装置(I)，其特征在于：气体采样装置(II)的进气管(13)经过过滤器(8)，通过连接软管(9)与土壤气体吸滤装置(I)的尼龙导气管(6)连接，气体收集袋(15)与气体采样装置(II)的出气管(14)连接。

2.根据权利要求1所述的土壤气体主动采集装置，其特征在于：气体采样装置(II)包括隔膜泵(10)、调节阀(12)、缓冲器、流量计(11)、电子时控电路、欠压指示电路、电源、进气口和出气口；气体采样装置(II)为便携式气体采样器，气体经过滤器(8)进入采样装置进气口，由电子时控电路控制的隔膜泵(10)，进入气体缓冲器，经调节阀(12)调节流量后进入出气口端出气管(14)连接的气体收集袋(15)，气体进入进气口前需接上过滤器(8)，所述的隔膜泵(10)的动力电机采用电子调速，在电压波动及干电池电压下降变化较大的情况下，可确保电机稳速运转，使隔膜泵流量稳定。

3.根据权利要求1所述的土壤气体主动采集装置，其特征在于：土壤气体吸滤装置(I)包括固定筒架(1)、滤网(3)、砾石(4)、尼龙导气管(6)、螺纹管接头(5)；尼龙导气管(6)在土壤气体吸滤装置(I)外的一端带有采样阀门(7)，通过连接软管(9)与过滤器(8)连接，后与气体采样装置(II)联通，尼龙导气管(6)在土壤气体吸滤装置(I)内的一端，与土壤气体联通，外包覆小颗粒的砾石(4)，砾石(4)由滤网(3)包裹置于固定筒架(1)内，由螺纹管接头(5)将尼龙导气管(6)和固定筒架(1)固定成气体吸滤装置。

4.根据权利要求1或2或3所述的土壤气体主动采集装置，其特征在于：土壤气体经由滤网(3)、砾石(4)孔隙，通过土壤气体吸滤装置中尼龙导气管(6)的小孔隙纱网，进入尼龙导气管，土壤气体经过过滤器(8)进入气体采样装置(II)，后从气体采样装置(II)出气口经由出气管(14)进入气体收集袋(15)。

5.根据权利要求1或2或3所述的土壤气体主动采集装置，其特征在于：尼龙导气管(6)在土壤气体吸滤装置(I)内的一端设有小孔隙纱网。

6.根据权利要求1或2或3所述的土壤气体主动采集装置，其特征在于：尼龙导气管(6)、气体采样装置(II)进气管(13)与过滤器(8)通过连接软管(9)进行联通，采样装置出气管(14)与气体收集袋(15)进口处通过连接软管(9)进行联通。

7.一种采集土壤气体的采集方法，其特征在于：利用权利要求1所述的土壤气体主动采集装置，包括如下步骤：

步骤一：根据试验要求采集的土壤深度，将土壤气体吸滤装置埋设于指定位置土壤中，或者置入已有的土壤监测井的指定深度，并将尼龙导气管在吸滤装置外的一端露出地面以上，关闭尼龙导气管上的采样阀门，让气体稳定48小时以上；

步骤二：将尼龙导气管、采样装置进气管通过连接软管分别与过滤器连接，打开尼龙导气管上的采样阀门，同时开启土壤采样装置的隔膜泵开关，采样装置出气口与大气联通，使抽出气体的体积达到吸滤装置和尼龙导气管有效体积的2-3倍时，关闭隔膜泵；

步骤三：将采样装置出气管与气体收集袋进口处通过连接软管进行连接，使整个采样装置气路连接完整，开启隔膜泵开关，当达到气体收集袋采集要求时关闭隔膜泵和尼龙导气管上的采样阀门，停止样品采集；

步骤四：采集的气体收集袋内的样品需在1个月内送至实验室进行土壤气体相应指标的检测分析。