CN102590362B - 一种模拟污染物原位迁移转化的柱状渗滤装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于环境工程、环境生态学领域，提供了一种在室温条件下，模拟天然吸附剂对污染物吸附解吸动态过程的柱状渗滤装置及方法。由管帽、外管、内管三个主要部分构成，内管底部设置双层带孔挡板，夹层中放入过滤膜，自下而上依次填入渗滤层、溶浸剂。离心后，收集外管底部的渗滤液。本发明有效的模拟了自然条件下土壤和沉积物等天然吸附剂中水分的运移情况，实现了渗滤液和吸附剂的有效分离，减少了由于吸附剂再次沉淀而导致的平衡溶液中污染物浓度减低的风险。

Description

一种模拟污染物原位迁移转化的柱状渗滤装置及方法

技术领域

本发明属于环境工程、环境生态学领域，特别涉及一种在室温条件下，模拟天然吸附剂(土壤、沉积物等)对污染物吸附解吸动态过程的柱状渗滤装置及方法。

背景技术

土壤、沉积物中的污染物与地下水、食物链污染风险紧密相连，其迁移转化行为已受到广泛的关注。污染物的迁移行为受到一系列的物理和化学过程的影响，包括胶体表面吸附，以及污染物通过平流、扩散和散布等过程的运移。污染物的吸附程度取决于污染物的种类，以及土壤、沉积物中粘土矿物的特性。因此，对污染物在土壤、沉积物中的迁移转化规律进行定量化的研究是现阶段环境治理中一个重要方面。

实验室条件下，污染物的吸附作用通常应用分批吸附实验来测定，相关参数也通过吸附等温线的模拟来确定。然而这种方法存在一些问题：第一，吸附模拟实验中，固液比相对较高而且变幅很大。土壤、沉积物滞留污染物的能力随着固液比的变化而发生变化，模拟条件与现场环境相差较大，导致试验结果难与真实情况进行比较。第二，分批吸附实验仅仅计算了土壤、沉积物接收污染物后对污染物的吸附，而忽视了像平流和扩散等物理过程，这些过程可能对污染物的迁移有重要的影响。

针对原有方法的局限性，本发明提供了一种模拟污染物原位迁移转化的柱状渗滤装置和方法，该方法更加接近于自然条件下土壤、沉积物对污染物的吸附解析过程。与离心机的结合使用，令操作更加简便，使得在可控和可重复试验条件下系统研究污染物的运移成为可能。

发明内容

本发明的目的在于：根据现有污染物迁移研究的局限和不足，提供一种模拟污染物原位迁移转化的柱状渗滤装置和办法，使污染物的吸附解吸更加接近自然条件。同时，借助离心机快速获取土壤、沉积物渗滤液，通过分析渗滤液中污染物的浓度，运用相关模型进行模拟，最终确定土壤、沉积物等介质对污染物的吸附解吸过程。

本发明的技术方案为：该柱状渗滤装置分为内、外两部分管体，管体均为聚乙烯材质。内管外径与外管内径相当，且不大于2/3外管管长，能固定于外管中，且可以垂直取出。内管顶部开口，底部为双层带孔挡板，在上下两层挡板夹层中放置过滤膜。沿带孔挡板向内管中加入定量的土壤或沉积物等吸附剂，土壤或沉积物需用去离子水浸湿后放置过夜，达到饱和后加入。外管的形状和大小可根据所用离心机的型号而定。将渗滤管密封后放入离心机，离心土壤或沉积物的空隙水。离心结束后，收集分离出的渗滤液。

本发明由于采取以上技术方案，具有以下优点：

1、模拟条件更接近自然土壤和沉积物中水分的运移情况，为污染物在土壤、沉积物等吸附剂中的吸附-解吸过程提供了一个更好的模拟条件。

2、与传统方法相比，本方法实现了渗滤液与渗滤层吸附剂的有效分离，解吸后的污染物不会再次与吸附剂相结合，减少了由于吸附剂再次沉淀而导致的平衡溶液中污染物浓度降低的风险，且本方法不会过高估计固-液相污染物达到相平衡分配的有效分布系数。

3、本发明操作简便，与离心机的结合使用大大缩短了试验周期，提高了工作效率。

附图说明

附图1为本发明的整体结构示意图；

附图2为本发明的内管结构示意图；

附图3为带孔挡板的俯视图。

图中：1为管帽；2为外管；3为内管；4为溶浸剂；5为渗滤层；6为过滤膜；7为带孔挡板；8为圆孔；9为渗滤液，10为刻度线。

具体实施方式

如附图1所示，该柱状渗滤装置由管帽1、外管2、内管3三个主要部分构成，管帽1通过外管2外部螺纹与管体结合。内管3的外径与外管2的内径相一致，长度不大于外管的2/3，通过管体顶部的凹台固定于外管2上部，且可以垂直取出。内管2顶部开口，底部为双层带孔挡板7，上下两层挡板通过螺纹结合，可自由开合。使用本发明的柱状渗滤模拟装置时，先将内管3取出，打开带孔挡板7的下层，根据实验需要放入恰当孔径的过滤膜6，膜直径与挡板内径一致。过滤膜6更换后，将内管3推入外管2中，将管体竖直，加入实验所需量的土壤或沉积物等吸附剂至渗滤层5处。土壤或沉积物需用去离子水浸湿后放置过夜，达到饱和后加入。加入吸附剂后，倒入相应的溶浸剂4，加入时参照内管外壁的刻度10。完成后，盖上管帽1，将渗滤管放入离心机中进行离心，一般以8-16个为一组进行离心。离心机的工作条件为使渗滤管平均受1500-2000×g的作用力，持续运行20-30min，具体视溶浸剂和渗滤层中吸附剂而定。离心结束后，打开管帽1，取出内管3，收集外管2底部的渗滤液9。

实施例

应用本发明，研究沉积物对地表径流中重金属的吸附作用。向PVC管中缓慢加入10mL地表径流，沉积物重量为1g，溶浸剂与吸附剂的比例(V/m)为10∶1。16个渗滤管为一组，放入离心机中，启动离心机，离心机的工作条件为使离心管中平均受1600×g的作用力，持续运行20min。离心结束后，将渗滤管取出，测定沉积物渗滤液中重金属Cr、Cu、Cd、Zn的浓度，与溶浸剂地表径流中的浓度进行对比，得到沉积物吸附重金属的量(结果见表1)。表1中，沉积物吸附重金属的量为正值时表示沉积物吸附了相应的重金属，其对重金属有去除的作用；为负值时，表示沉积物向渗滤液中解吸出了相应的重金属。

表1沉积物对地表径流中重金属的吸附作用

Claims (2)

1.一种模拟污染物原位迁移转化的柱状渗滤装置，其特征在于：由管帽(1)、外管(2)、内管(3)三个主要部分构成；内管(3)的外径与外管(2)的内径相一致，长度不大于外管(2)的2/3，通过管体顶部的凹台固定于外管(2)上部，且可以垂直取出；内管(3)顶部开口，底部为带圆孔(8)的双层带孔挡板(7)，上下两层挡板通过螺纹结合，可自由开合，夹层中放置过滤膜(6)；在双层带孔挡板(7)中装入过滤膜(6)后，向内管(2)中自下而上加入渗滤层(5)、溶浸剂(4)，以1500-2000×g的作用力对渗滤管进行离心，持续时间20-30min，收集外管(2)底部渗滤液(9)。 

2.一种采用如权利要求1所述的模拟污染物原位迁移转化的柱状渗滤装置的渗滤方法，其特征在于，在双层带孔挡板(7)中装入过滤膜(6)后，向内管(2)中自下而上加入渗滤层(5)、溶浸剂(4)，以1500-2000×g的作用力对渗滤管进行离心，持续时间20-30min，收集外管(2)底部渗滤液(9)。 

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