CN102092908B - 一种底泥污染物释放的模拟装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种底泥污染物释放的模拟装置及其操作方法。所述装置由贮存槽、缓冲槽和污染物释放槽三部分组成。是结合水力学原理和监控技术等，将不同环境条件对底泥污染物释放的影响综合在同一装置中完成。本发明可以用于研究底泥各种污染物(包括TN、NH₄ ⁺-N、TP、各种重金属、特殊性有机物污染物等等)的释放过程。本发明可以用于研究底泥污染物的静态释放和动态释放，可以用于研究pH值、温度、溶解氧等外界环境因素对底泥污染物释放的影响。

Description

一种底泥污染物释放的模拟装置及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种底泥污染物释放的模拟装置及操作方法，尤其适合静态或动态条件下模拟河流、湖泊底泥中氮、磷、各种重金属和特殊性有机污染物等的释放及外部因素对这些污染物释放的影响。

背景技术

随着经济的发展，许多企业成本，由于环保制度不完善，导致许多企业的含有各种污染物的污废水直接排放各种水体中，这些污染物经河流，最后会排入到湖泊、海洋中。河流的水质变化一直与社会的经济发展密切相关。大量的污废水排入河流后，不仅使河流的水体受到污染，而且污染物会大量地积聚在河道底泥中。近年来随着人民生活水平的增长以及建设社会主义和谐社会的需要，国家和地方政府都已经开始采取更加严格的措施，严禁工业废水直接排入河流，也投入大量资金进行污染治理。

底泥是水体生态系统中的重要组成部分，是入河的各种污染物的主要储蓄场所。通过大气沉降、废水排放、雨水冲刷等方式，大量的污染物进入水体中，其中一部分沉积吸附到底泥中，并逐渐富集。目前，底泥污染已成为一个全球性的威胁人类和水生生态系统健康的环境问题。从国外情况来看，许多河流、湖泊底泥的污染都十分严重，如莱茵河流域、荷兰的阿姆斯特港口等。自上世纪80年代起，我国的经济进入了持续高速发展阶段，各地在经济发展过程中往往以牺牲环境为代价，大量工业废水和生活污水就近排入河中，许多河流基本成为为臭水河，其生态功能几乎丧失殆尽。底泥中积累了大量污染物，包括耗氧性有机污染物、重金属、氮磷和各类优先控制有机污染物。其含量往往比背景值高出一至几个数量级。一些河流的底泥已具有生物毒性。作为河流、湖泊污染物的主要蓄积库，底泥不仅可以直接反映水体的污染历史，而且当外部污染源得到有效控制后，污染底泥对上覆水体的影响作用就突显出来，成为水体不容忽视的潜在污染源。

在一定条件下，底泥中污染物会释放出来，向上覆水转移。目前对底泥中污染物的释放研究，包括重金属、氮素、磷素、特殊有机污染物等。底泥与上覆水水体之间的物质交换过程十分复杂，常常包括物质的生物循环、颗粒的沉降与再悬浮，溶解态物质的吸附与解吸、沉淀与溶解等等，这些过程影响的因素众多。其影响因素大致可分为内部因素和外部因素两种，内部因素主要是由底泥组成决定的，包括底泥的性质及组成成分等；外部因素主要包括温度、pH、扰动状况、溶解氧、微生物等。

目前对于底泥中污染物释放的研究通常采用十分简单的装置或玻璃仪器，这些装置通常只能用于研究某些条件下污染物释放，且目前市面上尚无成型、结构合理、功能丰富、用于研究底泥中污染物释放的装置。

发明内容

本发明的目标是开发一种能够用于研究河流或湖泊底泥中污染物的静态或动态释放过程的模拟装置和操作方法；，同时这套装置可以用于研究外部因素对污染物释放的影响。本发明是为了克服目前研究工作中存在的不足，将静态模拟和动态模拟结合在同一个装置中，并实现同一装置中模拟多种外界因素对污染物释放的影响。

为了达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种将结合水力学原理和监测控制技术的模拟装置，在系统中结合pH控制、温度控制、溶解氧控制、机械搅拌、水力输送等过程，它由三个部分组成：贮存槽、缓冲槽和污染物释放槽。

本发明装置包括贮存槽，贮存槽通过一个水泵连接缓冲槽，贮存槽通过管道与释放槽连接，连接管道上设置止水阀；释放槽通过管道连接贮存槽，管道上设置止水阀，释放槽外接一个安装止水阀的管道；缓冲槽和释放槽通过设置止水阀的管道连接，缓冲槽中液体达到一定高度后可通过管道进入释放槽。

贮存槽用来贮存吸收液。当上覆水(吸收底泥释放污染物的吸收液)需要循环时，释放槽中上覆水从管道回到贮存槽中。如不需要循环时，这种上覆水直接排掉。

水泵将贮存槽中的吸收液泵到缓冲槽中。缓冲槽中设置pH值控制系统、溶解氧控制系统和活动式搅拌器，pH值控制系统通过添加酸(6-10M的盐酸)碱(6-10M的氢氧化钠)来调节缓冲槽中水的pH值；溶解氧控制系统通过气泵曝气来调节缓冲槽中水的溶解氧，通过可调速电机控制搅拌速度。

所述pH值控制系统由pH控制仪、pH探头、酸碱贮槽及加酸碱口组成。

所述溶解氧控制系统由溶解氧控制仪、溶解氧探头、空气压缩机和曝气管组成。

污染物释放槽内设置布水板、温度控制系统、活动式搅拌器，活动式取样管和活动隔板等；

释放槽可做成方形、圆柱形或菱形，但为了布水均匀，这个槽体优选做成菱形。释放槽的大小可根据底泥多少而变化。

释放槽连接缓冲槽的管道入口处设置一个布水板，从而使进水均匀分布。在释放槽中设置一个活动式搅拌器，该搅拌器可以根据需要改变在释放槽中的位置和深度，搅拌桨的搅拌速度通过控制器调节。

在释放槽中设置一个温度控制系统来调节槽中的温度，温度控制系统由温度探头、温控仪、加热器组成，温度控制范围为10-37℃。

在释放槽中均匀设置4块活动隔板，这些活动隔板能将释放槽分隔成5个完全独立的小槽。

释放槽中设置一个可移动采样管，该取样管的深度和位置可以需要改变，采样管可以分别采取水样和泥样。

吸收液为去离子水、自来水、原位上覆水、pH值为6.0的自来水或pH值为9.0的自来水；

本发明的操作方法如下：

将自河流或湖泊现场取到的底泥加入到释放槽内。在贮存槽中装满吸收污染物的吸收液，然后用泵将这些吸收液泵入到缓冲槽中，在缓冲槽中通过pH值控制系统、溶解氧控制系统和搅拌系统来调节吸收液的pH值和溶解氧。当吸收液的pH值和溶解氧达到要求后，通过管道的进水口流到释放槽中，经布水板的布水作用，均匀分布流过底泥表面，通过温度控制系统和搅拌器来调节上覆液的温度。通过调节采样管的水平位置和深度来采取不同位置的上覆液和底泥作为样品，进行相关的化学分析。流过底泥表面的吸收液从释放槽另一端排出。当吸收液循环使用时，排出的吸收液循环到贮存槽中。如果进行静态释放试验，则只需等水覆盖底泥达到要求深度时，停止泵水。

本发明的有益效果：本发明的发明特点在于通过可移动的采样管，可以精确模拟底泥污染物释放的过程；通过pH值与溶解氧控制系统在缓冲槽中对吸收液进入调整和释放槽中的温度控制系统与搅拌系统，可以模拟不同环境条件对底泥污染物释放的影响(pH值、溶解氧、温度、扰动等)；通过调节水泵泵入吸收液的速率来控制底泥表面吸收液的流动速率，可以分析上覆液的流动速率对底泥污泥物释放的影响，从而可以模拟底泥在河流或湖泊中状态、更精确模拟底泥污染物在河流或湖泊中的释放过程；通过控制水泵可以分别完成动态释放和静态释放；结合多种控制系统，将多个过程结合到同一个装置中，可以实现底泥污染物释放的静态和动态过程模拟，可以提高装置的利用效率、减少装置的占地，符合装置多功能化的发展方向。

附图说明

附图1为本发明的装置图。

1、污染物释放槽   2、布水板         3、温度探头              4、温控仪

5、加热器         6、活动式搅拌器   7、活动式取样管          8、活动隔板

9、止水阀         10、进水口        11、酸碱贮槽及加酸碱口   12、pH控制仪

13、pH探头        14、溶解氧探头    15、溶解氧控制仪         16、缓冲槽

17、贮存槽        18、空气压缩机    19、曝气管               20、水泵

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

实施例1河流底泥污染物的静态释放

将释放槽中的搅拌桨和温度控制系统取出，安装好4板活动隔板，关闭释放槽两端的止水阀，将取自某河流的底泥放入污染物释放槽的5个小槽中，并铺平，加入量达到释放槽有效高度的1/4。将5种不同吸收液(去离子水、自来水、原位上覆水、pH值为6.0的自来水和pH值为9.0的自来水)沿着隔板加入到这些小槽中，直到释放槽有效高度。通过活动采样管定时采取5个小槽中不同位置的水样和泥样，，然后进行化学分析，得到这些样品中各种污染物(TN、TP、重金属等)的浓度，得到底泥中的污染物在这种吸收液中的静态释放过程。

实施例2河流底泥污染物的动态释放

将释放槽中的活动隔板全部取出，安装好释放槽和缓冲槽中各种控制系统，打开释放槽两端的止水阀，关闭入贮存槽的止水阀。将取自某河流的底泥放入污染物释放槽，并铺平，加入量达到释放槽有效高度的1/4。将作为吸收液的自来水装入贮存槽中。打开水泵，将贮存槽中的自来水泵入到缓冲槽中，通过加入6M盐酸将水的pH值调节到6.0±0.1，同时通过曝气将水的溶解氧调节到2.0～3.0mg/L，然后这种调节好pH值和溶解氧的水流入污染物释放槽中，经布水板的布水作用均匀流过底泥表面，达到释放槽有效高度后，调节水泵泵水的速度来调节释放槽中水流的流速分别在约在1cm/s、2cm/s、4cm/s、6cm/s、10cm/s。通过活动采样管定时采取释放槽中不同位置的水样和泥样，然后进行化学分析，得到这些样品中各种污染物(TN、TP、重金属等)的浓度，得到底泥中的污染物在这些条件下的动态释放过程。

Claims (4)

1.一种底泥污染物释放的模拟装置，其特征在于所述装置由贮存槽、缓冲槽和污染物释放槽组成，所述缓冲槽设置活动式搅拌器、pH值控制系统和溶解氧控制系统，所述污染物释放槽设置分水板、温度控制系统、活动式搅拌器，活动式取样管和活动隔板；所述贮存槽通过一个水泵连接缓冲槽，贮存槽通过管道与释放槽连接，连接管道上设置止水阀；释放槽通过管道连接贮存槽，管道上设置止水阀，释放槽外接一个安装止水阀的管道；缓冲槽和释放槽通过设置止水阀的管道连接。

2.如权利要求1所述的一种底泥污染物释放的模拟装置，其特征在于所述装置在研究pH值、温度和溶解氧对底泥污染物释放影响中的应用。

3.如权利要求1所述的一种底泥污染物释放的模拟装置，其特征在于所述装置用于研究底泥污染物的静态释放和动态释放。

4.一种底泥污染物释放模拟装置的操作方法，包括如下步骤：底泥加入到释放槽中，在贮存槽中装满吸收污染物的吸收液，用泵将吸收液泵入缓冲槽中，在缓冲槽中通过pH值控制系统、溶解氧控制系统和搅拌系统来调节吸收液的pH值和溶解氧；当吸收液的pH值和溶解氧达到要求后，通过管道进入释放槽中，经布水板分布流过底泥表面，通过温度控制系统和搅拌系统来调节上覆液的温度；调节采样管的水平位置和深度来采取不同位置的上覆液和底泥。

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