CN103760319B - 一种模拟土壤有机污染物迁移转化的反应装置 - Google Patents

Abstract

一种模拟土壤有机污染物迁移转化的反应装置，它涉及一种反应装置，以解决现有淋溶实验用的设备用于模拟土壤有机污染物迁移转化存在实验误差较大、设备利用率较低以及适应性差的问题，它包括第一水箱、第二水箱、水泵、进水管、稳流管、支架、支撑架、底座、固定板、第一调节阀、第二调节阀、多个流量计、多个筛孔板、多个土柱和多个第五调节阀，第一水箱、支架和支撑架均安装在底座上，固定板与支撑架连接，第二水箱通过支撑架支撑，支架上布置有立式排布的多个土柱，每个土柱的正上方配置有一个流量计，多个流量计固装在固定板上，筛孔板固装在支架上。本发明用于模拟土壤有机污染物迁移转化。

Description

一种模拟土壤有机污染物迁移转化的反应装置

技术领域

本发明涉及一种反应装置，具体涉及一种用于模拟有机污染物在土壤环境中迁移转化的反应装置。

背景技术

在生态学和环境学等学科的研究中，为了准确的掌握有机污染物在土壤环境中的化学行为通常需要进行土柱淋溶模拟试验，现有淋溶实验用的设备多为简易的有机玻璃或PVC土柱等，但是这些简易土柱存在如下缺点：非一体化的处理装置，人为辅助过多，导致试验误差；无法同时进行多组试验，平行性差，导致试验误差；无法准确控制淋溶速度及淋溶量，导致试验误差；受材质限制，部分有机污染物质无法研究，因其成分中含有该种污染物，如酞酸酯类污染物；自身材质容易老化，部分材质内含有毒添加剂和增塑剂，可能渗出造成环境污染的同时也会危害实验人员健康；一些进口的无公害管材价格比较昂贵，难以承担。

发明内容

本发明是为解决现有淋溶实验用的设备用于模拟土壤有机污染物迁移转化存在实验误差较大、设备利用率较低以及适应性差的问题，进而提供一种模拟土壤有机污染物迁移转化的反应装置。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的一种模拟土壤有机污染物迁移转化的反应装置包括第一水箱、第二水箱、水泵、进水管、稳流管、支架、支撑架、底座、固定板、第一调节阀、第二调节阀、多个流量计、多个筛孔板、多个土柱和多个第五调节阀，每个所述土柱为具有防腐涂层的金属土柱，其中流量计、筛孔板和土柱的数量相一致，第一水箱、支架和支撑架均安装在底座上，固定板与支撑架连接，第一水箱位于第二水箱的下方，第二水箱布置在支架的上方，第二水箱通过支撑架支撑，支架上布置有立式排布的多个土柱，每个土柱的正上方配置有一个流量计，多个流量计固装在固定板上，流量计的入口与第二水箱的底部连通，流量计的出口与相对应的土柱的入口连通，每个土柱的底部固装有一个筛孔板，筛孔板通过两个硅胶垫与相应的土柱密封，筛孔板固装在支架上，每个筛孔板的出口安装有一个第五调节阀，进水管的一端与第一水箱连通，进水管的另一端与第二水箱连通，水泵和第一调节阀安装在进水管上，稳流管的一端与第一水箱连通，稳流管的另一端与第二水箱连通，第二调节阀安装在稳流管上，所述稳流管的另一端位于所述进水管的另一端的下方。

本发明的有益效果是：本发明通过水泵、第一调节阀、稳流管及第五调节阀的配合控制使用，能保持第二水箱的水面平稳，进而保持第二水箱底部的水压稳定；筛孔板的设计防止土壤流失的同时便于土柱中的溶液渗滤，能提高有机物迁移转化试验分析的准确性；流量计的流量可分别调节控制，筛孔板的底部安装有第五调节阀，便于控制渗透滤液的流出速度，以保证土柱淋溶实验的准确性和减少实验误差；多个土柱各自独立设置，便于进行多组平行实验，也便于清理维护；土柱采用涂有防腐涂层的金属土柱，适用于酞酸酯等有机污染物迁移转化实验研究，适用范围可涵盖全部种类有机污染物，适应性好；本发明结构简单，设计合理,原料易得且不会出现老化现象,对环境无污染、对实验人员身体健康无危害，造价较低。利用本发明的装置进行土壤有机污染物的淋溶实验进而用于掌握和评价有机污染物在土壤环境中的化学行为，大大降低了人为因素导致的实验误差，实验误差小，准确度提高了55%以上，实验效率提高了30%以上，装置的利用率提高了85%以上。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明，本实施方式的一种模拟土壤有机污染物迁移转化的反应装置包括第一水箱1、第二水箱2、水泵3、进水管4、稳流管5、支架6、支撑架7、底座8、固定板9、第一调节阀10、第二调节阀21、多个流量计11、多个筛孔板12、多个土柱13和多个第五调节阀22，每个所述土柱13为具有防腐涂层的金属土柱，其中流量计11、筛孔板12和土柱13的数量相一致，第一水箱1、支架6和支撑架7均安装在底座8上，固定板9与支撑架7连接，第一水箱1位于第二水箱2的下方，第二水箱2布置在支架6的上方，第二水箱2通过支撑架7支撑，支架6上布置有立式排布的多个土柱13，每个土柱13的正上方配置有一个流量计11，多个流量计11固装在固定板9上，流量计11的入口与第二水箱2的底部连通，流量计11的出口与相对应的土柱13的入口连通，每个土柱13的底部固装有一个筛孔板12，筛孔板12通过两个硅胶垫23与相应的土柱13密封，筛孔板12固装在支架6上，每个筛孔板12的出口安装有一个第五调节阀22，进水管4的一端与第一水箱1连通，进水管4的另一端与第二水箱1连通，水泵3和第一调节阀10安装在进水管4上，稳流管5的一端与第一水箱1连通，稳流管5的另一端与第二水箱2连通，第二调节阀21安装在稳流管5上，所述稳流管5的另一端位于所述进水管4的另一端的下方。

本实施方式的筛孔板可通过螺栓与支架连接。本实施方式的流量计使用时可控制流量。

流量计的出口与相对应的土柱的入口连通，是指进入流量计内的水经流量计的出口能流入土柱内。

具体实施方式二：结合图1说明，本实施方式所述支架6为п形支架。如此设置，结构简单，制造方便，便于使用。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明，本实施方式所述水泵3为管道泵。如此设置，可控制水的流量，便于使用。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1说明，本实施方式所述多个流量计11均为玻璃转子流量计。如此设置，便于控制进入土柱内水的流量，以满足土柱的淋溶实验，更好地掌握和分析土壤有机污染物的迁移转化。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：结合图1说明，本实施方式所述支撑架7包括多个支撑杆7-1，多个支撑杆7-1竖直布置，第二水箱2与底座8通过多个支撑杆7-1连接。如此设置，结构简单，制造方便，便于使用。其它与具体实施方式一、二或四相同。

具体实施方式六：结合图1说明，本实施方式所述装置还包括回流管14和第三调节阀15，回流管14的一端与进水管4连通，回流管14的另一端与第一水箱1连通，第三调节阀15安装在回流管14上。如此设置，增设回流管，便于配合水泵调节进入第二水箱的水量以及稳流管的回流量，充分保证第二水箱内的水位稳定不变，使用时，同时调节第一调节阀10、第二调节阀21和第三调节阀15保持第二水箱2中液面稳定。其它与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：结合图1说明，本实施方式所述装置还包括排水管16和第四调节阀17，排水管16的一端与第一水箱1连通，排水管16的另一端与第二水箱2的底部连通，第四调节阀17安装在排水管16上。如此设置，增设排水管，利用本发明的装置进行淋溶实验，所述排水管的另一端位于所述稳流管的另一端的下方，保证第二水箱内的水位稳定不变的同时；淋溶实验结束后，第二水箱的水也可通过排水管回流至第一水箱，不需要从第二水箱直接取水也，方便利用，实验开始时，先关闭第五调节阀22。其它与具体实施方式一、二、四或六相同。

具体实施方式八：结合图1说明，本实施方式所述装置还包括多个钢管18，流量计11的入口通过钢管18与第二水箱2的底部连通，流量计11的出口通过钢管18与土柱13的入口连通。如此设置，增设钢管，材质强度大，防腐能力强，不易老化，延长了本发明的装置使用寿命，进入流量计内的水经流量计的出口并通过钢管能流入土柱内。其它与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：结合图1说明，本实施方式所述装置还包括多个铜管19，流量计11的入口通过铜管19与第二水箱2的底部连通，流量计11的出口通过铜管19与土柱13的入口连通。如此设置，增设钢管，材质强度大，防腐能力强，不易老化，延长了本发明的装置使用寿命，进入流量计内的水经流量计的出口并通过铜管能流入土柱内。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式十：结合图1说明，本实施方式所述装置还包括多个脚轮20，底座8的下表面安装有多个脚轮20，所述多个脚轮20为万向脚轮。如此设置，本发明装置便于移动，使用灵活。其它与具体实施方式一、二、四、六、八或九相同。

工作过程

1、土柱中填装供试土壤；2、关闭第五调节阀22及多个流量计11；3、将配制好的淋溶液装入第一水箱1中，运行水泵3，通过调节第一调节阀10控制进入第二水箱2中的水流速度；4、同时调节第一调节阀10和第二调节阀21保持第二水箱2中液面稳定；5、待第二水箱2中液面稳定后，调节多个流量计11，控制淋溶液进入土柱中的流速，打开第五调节阀22，取渗滤液；6、停止淋溶后，旋拧出取样孔上安装的螺钉24，取各层土壤样品；7、试验结束后，清洗装置。

实施例

下面结合实施例进一部说明利用本发明装置进行土壤有机污染物淋溶实验进而掌握和分析有机污染物迁移转化的化学行为。

一、取样，首先，在本发明装置使用过程中，得到需要检测的渗滤液及土壤样品，其中渗滤液样品可通过筛孔板上连接的第五调节阀取得；土壤样品可通过土柱的侧壁上加工取样孔取得（初始淋溶实验时，取样孔采用螺钉密封，取样时旋拧出螺栓，用相应的器件取出土壤样品，取得的渗透液和土壤样品均通过使用气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）进行定性及定量分析。

二、利用本发明的装置进行室内分层（0-20cm，20-40cm，40-60cm）土柱淋溶试验，对土壤中四种酞酸酯（DMP、DEHP、DEP和DBP）在供试土壤中淋溶规律及其影响因子进行了研究，其中DMP：邻苯二甲酸二甲酯；DEHP：邻苯二甲酸二（2-乙基）己酯；DEP：邻苯二甲酸二乙酯；DBP：邻苯二甲酸二丁酯。

1、当每个柱子每8h的淋溶量由1.52L增至3.04L时（淋溶速度由0.19L/h增至0.38L/h），通过检测土壤样品及渗滤液中四种酞酸酯的含量，得到在土柱表层（0-20cm）四种酞酸酯含量相比所添加的量均有不同程度的降低，但整体降低不明显，且四种酞酸酯中除DEHP外在20-40cm、40-60cm土层及渗滤液中均有检出。

结果分析：

①酞酸酯类化合物迁移性弱，大量的酞酸酯集中在土壤表层（0-20cm）；

②在土壤表层中，DEHP的浓度高于其他三种酞酸酯类化合物的浓度且在渗滤液中没有检出，得出结论由于DEHP分子量最大，结构最复杂且具有弱水溶性，导致其迁移性极弱，故发生DEHP集中在土壤表层的现象；

③DBP在纵向分布随深度的增加含量降低，在渗滤液中也有少量检出，说明其迁移性较DEHP强；

④DMP、DEP纵向分布出现先随深度增加而增加，到达某一值后，再随深度增加而下降的现象。这是由其自身的性质所决定的。DMP、DEP的饱和蒸气压较小，土壤浅表层的DMP、DEP在光照下，比较容易挥发游离出来，导致表层DMP、DEP浓度变小，另一方面，DMP、DEP较DBP、DEHP易溶于水，土壤吸附系数较小，随灌溉渗透向土壤深层，在垂直分布上呈现一段反常增加现象，说明该两种酞酸酯的迁移性高于DBP、DEHP；

⑤根据计算迁移率及渗滤液中四种酞酸酯的含量可以得到，四种酞酸酯的迁移性由强到弱依次为DEP、DMP、DBP和DEHP。

2、土柱中分别添加不同处理（灭菌与未灭菌）的供试土壤进行试验，在淋溶速度及四种酞酸酯表层添加量相同的情况下，灭菌组的迁移速度及迁移率要远高于未灭菌组。

3、酞酸酯的迁移速率与淋溶液及土壤性质具有相关性，淋溶液中Ｈ＋含量越低或土壤有机质含量越高，均能阻碍酞酸酯化合物在土壤中的迁移与渗滤。

4、酞酸酯投加量增加1倍时，各土层及渗滤液中酞酸酯的检出量要明显高于低投加量组，说明土壤残留量与投加量呈正相关。

5、运用该仪器法对酞酸酯类化合物在土壤中的垂向迁移的研究，从结果分析得出的结论与以往的研究相一致且更准确。通过对不同处理的土柱在不同阶段同时进行取样,对污染物的迁移进行实时监测，能更准确掌握污染物各阶段的迁移状况。

6、运用此仪器对土壤污染的研究可避免室外实验的不可控制因素的干扰，及耗时耗力。

7、针对不同的实验目的可对本仪器功能进行深入挖掘，在下一步要的试验中计划使用该仪器进行试验，建立数学模型，进一步阐明污染物的迁移转化规律。

Claims (8)

1.一种模拟土壤有机污染物迁移转化的反应装置，其特征在于：所述装置包括第一水箱(1)、第二水箱(2)、水泵(3)、进水管(4)、稳流管(5)、支架(6)、支撑架(7)、底座(8)、固定板(9)、第一调节阀(10)、第二调节阀(21)、多个流量计(11)、多个筛孔板(12)、多个土柱(13)和多个第五调节阀(22)，每个所述土柱(13)为具有防腐涂层的金属土柱，其中流量计(11)、筛孔板(12)和土柱(13)的数量相一致，第一水箱(1)、支架(6)和支撑架(7)均安装在底座(8)上，固定板(9)与支撑架(7)连接，第一水箱(1)位于第二水箱(2)的下方，第二水箱(2)布置在支架(6)的上方，第二水箱(2)通过支撑架(7)支撑，支架(6)上布置有立式排布的多个土柱(13)，每个土柱(13)的正上方配置有一个流量计(11)，多个流量计(11)固装在固定板(9)上，流量计(11)的入口与第二水箱(2)的底部连通，流量计(11)的出口与相对应的土柱(13)的入口连通，每个土柱(13)的底部固装有一个筛孔板(12)，筛孔板(12)通过两个硅胶垫(23)与相应的土柱(13)密封，筛孔板(12)固装在支架(6)上，每个筛孔板(12)的出口安装有一个第五调节阀(22)，进水管(4)的一端与第一水箱(1)连通，进水管(4)的另一端与第二水箱(1)连通，水泵(3)和第一调节阀(10)安装在进水管(4)上，稳流管(5)的一端与第一水箱(1)连通，稳流管(5)的另一端与第二水箱(2)连通，第二调节阀(21)安装在稳流管(5)上，所述稳流管(5)的另一端位于所述进水管(4)的另一端的下方；

所述支撑架(7)包括多个支撑杆(7-1)，多个支撑杆(7-1)竖直布置，第二水箱(2)与底座(8)通过多个支撑杆(7-1)连接；

所述装置还包括回流管(14)和第三调节阀(15)，回流管(14)的一端与进水管(4)连通，回流管(14)的另一端与第一水箱(1)连通，第三调节阀(15)安装在回流管(14)上。

2.根据权利要求1所述的一种模拟土壤有机污染物迁移转化的反应装置，其特征在于：所述支架(6)为п形支架。

3.根据权利要求1或2所述的一种模拟土壤有机污染物迁移转化的反应装置，其特征在于：所述水泵(3)为管道泵。

4.根据权利要求1所述的一种模拟土壤有机污染物迁移转化的反应装置，其特征在于：所述多个流量计(11)均为玻璃转子流量计。

5.根据权利要求1、2或4所述的一种模拟土壤有机污染物迁移转化的反应装置，其特征在于：所述装置还包括排水管(16)和第四调节阀(17)，排水管(16)的一端与第一水箱(1)连通，排水管(16)的另一端与第二水箱(2)的底部连通，第四调节阀(17)安装在排水管(16)上。

6.根据权利要求5所述的一种模拟土壤有机污染物迁移转化的反应装置，其特征在于：所述装置还包括多个钢管(18)，流量计(11)的入口通过钢管(18)与第二水箱(2)的底部连通，流量计(11)的出口通过钢管(18)与土柱(13)的入口连通。

7.根据权利要求1所述的一种模拟土壤有机污染物迁移转化的反应装置，其特征在于：所述装置还包括多个铜管(19)，流量计(11)的入口通过铜管(19)与第二水箱(2)的底部连通，流量计(11)的出口通过铜管(19)与土柱(13)的入口连通。

8.根据权利要求1、2、4、6或7所述的一种模拟土壤有机污染物迁移转化的反应装置，其特征在于：所述装置还包括多个脚轮(20)，底座(8)的下表面安装有多个脚轮(20)，所述多个脚轮(20)为万向脚轮。