CN104297444A - 用于模拟颗粒物变化对水环境影响过程的实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明用于模拟颗粒物变化对水环境影响过程的实验装置，包括操作柜和放置在操作柜内的多个反应瓶、取样瓶；在每个所述反应瓶中分别设置有水体参数监测装置；在所述操作柜内且位于所述反应瓶的上方设置有酸缓冲液储存罐和碱缓冲液储存罐，在每个所述反应瓶内水样的正上方均设置有一个酸液输送管和一个碱液输送管的出液端；每个所述反应瓶还分别设置有送气装置，所述送气装置包括氧气输送管和氮气输送管。本发明在实验过程中，能够于对整个实验过程中的水体参数进行精确的监测与控制，防止实验过程受到不可控因素的影响。

Description

用于模拟颗粒物变化对水环境影响过程的实验装置

技术领域

本发明属于湖泊环境科学、环境工程范畴，具体涉及一种适用于模拟颗粒物变化对水环境影响过程的实验装置。

背景技术

水体中的悬浮颗粒物是湖泊、河流和海洋生态系统的重要组成部分，是水体重金属、有机污染物和营养元素的重要载体。水体中的悬浮颗粒物不仅会影响到污染物的迁移过程，还是它们进行形态转化的场合。因此，水体中颗粒物的浓度变化会直接对湖泊、河流或者海洋的水质产生影响。以黄河为例，随着大量水利工程的建设，水体颗粒物浓度逐渐减少，颗粒物对水体营养盐、重金属和有机污染物的吸附能力下降，导致其水质出现明显的在恶化。因此，目前利用现场试验研究水体中颗粒物浓度变化对水环境的影响已经成为本领域的一个热点。然而，现场试验存在的问题在于，由于颗粒物与水体间生源要素交换极为活跃，并且会受到水动力、理化因子以及其它不可控因素的影响，导致科研人员在现场试验的过程中，通常难以获得准确、系统的实验数据，对该领域的科学研究产生较大的制约 

由于现场实验的不可控，那么在实验室条件下研究颗粒物浓度变化对水环境的影响机理将最大程度降低外界因素的干扰，并且能够准确、系统地辨析每一种因子或者综合因子的影响机制，这无疑将会获得更为准确和系统的数据。现有技术在进行颗粒物浓度变化的模拟实验时，通常是将含有颗粒物的水样放置在多个敞口瓶中，通对各个敞口瓶中的pH值等初始水体相关参数进行设置后，在磁力搅拌状态下实现对自然水体中溶解氧水平的模拟，从而完成颗粒物对污染物影响的模拟实验。但是，这种简易的模拟装置仍旧存在的缺陷在于，首先，上述简易模拟装置是利用磁力搅拌使得水样中含有一定程度的溶解氧，从而对含氧的自然水体进行模拟，但是在湖泊、海洋等自然水域中，随着深度的变化，水体中的溶解氧含量也会呈现出较大的差异，尤其是某些区域的水体还有可能呈现出厌氧的状态，因此上述利用磁力搅拌模拟含氧水体的方式并不能完成对各种水体的模拟；并且，在进行模拟实验的过程中，水体参数的pH、DO、温度、光照和水体流速值等参数的变化对污染物在颗粒物与水体间的交换有着非常显著的影响，而使用上述简易模拟装置时，并不能对整个实验过程中的水体参数进行精确的监测与控制，从而导致实验过程仍旧会受到不可控因素的影响，难以得到精确的实验数据。

发明内容

本发明解决的是现有技术中用于模拟颗粒物浓度变化对水环境影响的实验装置存在的实验过程会受到不可控因素的影响，难以得到精确实验数据的问题，进而提供一种能够精确监测和控制实验过程中的水体参数、适用于模拟颗粒物变化对水环境影响过程的实验装置。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

一种用于模拟颗粒物变化对水环境影响过程的实验装置，包括：

操作柜，在所述操作柜的顶端设置有光源；在所述操作柜内设置有温度控制装置；

多个反应瓶，放置在所述操作柜内的上层，与每个所述反应瓶配套设置有磁力搅拌器； 

多个取样瓶，放置在所述操作柜内的下层，所述多个取样瓶和所述多个反应瓶一一对应设置，每个所述取样瓶通过取样管与一个所述反应瓶连通设置，在所述取样管上设置有取样阀；

在每个所述反应瓶中分别设置有水体参数监测装置，适宜于监测水体中的氮浓度、磷浓度、重金属浓度、pH值、DO值和Eh值；

在所述操作柜内且位于所述反应瓶的上方设置有酸缓冲液储存罐和碱缓冲液储存罐，与所述酸缓冲液储存罐连通设置有多个酸液输送管，与所述碱缓冲液储存罐连通设置有多个碱液输送管，每个所述酸液输送管和每个所述碱液输送管上均设置有送液阀；在每个所述反应瓶内水样的正上方均设置有一个酸液输送管和一个碱液输送管的出液端；

每个所述反应瓶还分别设置有送气装置，所述送气装置包括一端与所述反应瓶连通设置的氧气输送管和氮气输送管，与所述氧气输送管的另一端连接设置有氧气瓶，与所述氮气输送管的另一端连接设置有氮气瓶。

每个所述反应瓶的送气装置的氧气输送管和氮气输送管通过一根气体输送总管与所述反应瓶连通设置；在所述氧气输送管上设置有氧气流量计和氧气流量调节阀，在所述氮气输送管上设置有氮气流量计和氮气流量调节阀； 

每个所述反应瓶的送气装置还配套设置有控流单元，每个所述控流单元包括流量控制模块和氧气流量输入模块，其中所述流量控制模块分别与配套设置的所述送气装置的氧气流量计、氧气流量调节阀、氮气流量计和氮气流量调节阀连接设置，适宜于接收所述氧气流量计和氮气流量计传递的流量值；在所述流量控制模块内存储有总流量阈值；

所述氧气流量输入模块与所述流量控制模块连接，适宜于输入氧气流量参数并将所述氧气流量参数输送至所述流量控制模块；所述流量控制模块将所述氧气流量参数与所述氧气流量计传递的流量值进行比较，并根据比较结果控制所述氧气流量调节阀，保持所述氧气流量计传递的流量值等于所述氧气流量参数；同时，所述流量控制模块还控制所述氮气流量调节阀，使氮气流量计传递的流量值与氧气流量计传递的流量值之和等于所述总流量阈值。

在所述操作柜的顶端设置有多个光源，所述多个光源与所述多个反应瓶一一对应设置，所述多个光源分别位于所述多个反应瓶的正上方，与所述多个光源连通设置有光照调控装置。

在每个所述反应瓶的顶端设置有透明的顶盖，位于所述反应瓶内水样正上方的所述酸液输送管和碱液输送管贯穿所述顶盖设置，在所述顶盖上设置有排气孔。

还设置有pH参数控制模块，所述pH参数控制模块内存储有每个反应瓶的pH设定值；所述pH参数控制模块分别与每个所述水体参数监测装置和每个所述送液阀连接设置，适宜于接收所述水体参数监测装置传递的每个所述反应瓶中水样的pH测定值，并将每个反应瓶的pH测定值和pH设定值进行比较，根据比较结果控制出液口位于所述反应瓶内水样正上方的酸液输送管和碱液输送管的送液阀的开启和关闭，保持每个反应瓶中的pH测定值等于pH设定值。

还设置有时间控制模块，所述时间控制模块分别与所述pH参数控制模块和每个所述控流单元连接设置；与所述时间控制模块连接设置有设定时间输入模块，适宜于输入设定时间并将所述设定时间输送至所述时间控制模块；当到达所述设定时间后，所述时间控制模块分别下达指令至所述控流单元的流量控制模块和pH参数控制模块，控制关闭所述氧气流量调节阀、氮气流量调节阀和所述送液阀。

每个所述碱液输送管和所述酸液输送管的出液端的开口直径均小于或者等于3mm；所述送液阀每次开启的时间小于或者等于5秒钟，每两次开启操作之间的间隔大于或者等于5秒钟。

所述取样瓶包括由上到下依次连接设置的上筒体、滤芯和下抽滤瓶，所述取样管的出液端位于所述上筒体内；

在所述上筒体的下边缘上设置有第一弹性垫圈，在所述下抽滤瓶的上边缘上设置有第二弹性垫圈；与所述滤芯的一侧固定连接设置有转动轴，所述转动轴沿竖直方向设置；与所述上筒体的一侧固定连接设置有第一连接件；与所述下抽滤瓶的一侧固定连接设置有第二连接件，所述转动轴贯穿所述第一连接件和第二连接件设置，适宜于所述滤芯沿所述转动轴进行旋转；

还设置有升降装置，所述升降装置适宜于沿竖直方向进行往复运动并对所述上筒体施加向下的压力。

在所述上筒体的外表面上设置有环形凸台，所述环形凸台的上表面沿水平方向设置；

所述升降装置包括丝杠和嵌套在所述丝杠上的螺套，所述丝杠沿竖直方向设置，与所述螺套固定连接设置有环形下压件，所述环形下压件环绕所述上筒体的外围设置且位于所述环形凸台的上方，所述环形下压件的内径小于所述环形凸台的外径。

本发明所述的用于模拟颗粒物变化对水环境影响过程的实验装置，优点在于：

（1）本发明用于模拟颗粒物变化对水环境影响过程的实验装置，通过设置所述水体参数监测装置，可对所述反应瓶中的水样参数进行实时监测，以便于实验人员在实验过程中对各个参数进行及时调节，有利于对整个实验过程中的水体参数进行精确的监测与控制，防止实验过程受到不可控因素的影响。并且本申请通过在所述反应瓶的上方设置酸缓冲液储存罐和碱缓冲液储存罐，利用酸液输送管和碱液输送管向所述反应瓶中滴加酸液和碱液，从而可以实现实验过程中对pH值的调节；同时，通过与每个所述反应瓶配套设置送气装置，所述送气装置包括一端与所述反应瓶连通设置的氧气输送管和氮气输送管，与所述氧气输送管的另一端连接设置有氧气瓶，与所述氮气输送管的另一端连接设置有氮气瓶。在实验过程中，当某一反应瓶内水样的DO含量较低时，可通过增加氧气输送量提高其DO值，而当需要模拟厌氧状态时，则可以通过提高氮气的输送量来降低其DO，从而实现了对各种好氧、厌氧状态自然水体的实验模拟。

（2）本发明用于模拟颗粒物变化对水环境影响过程的实验装置，还限定每个所述送气装置的氧气输送管和氮气输送管通过一根气体输送总管与所述反应瓶连通设置；同时限定每个所述反应瓶的送气装置还连接设置有流量控制模块，与所述流量控制模块连接设置有氧气流量输入模块；在实验开始时操作人员可通过所述氧气流量输入模块输入氧气的流量，从而调整水样的DO值；在实验过程中，当水体参数监测装置测定的DO值与设定值有偏差时，操作人员可再次输入提高或者降低了的氧气流量，从而调整水样的DO值；本发明中所述流量控制模块根据所述氧气流量参数下达指令至所述氧气流量调节阀，对氧气流量进行调节；同时，所述流量控制模块还下达指令至所述氮气流量调节阀，对氮气流量进行调节，使氧气流量和氮气流量之和等于所述总流量阈值。这样设置的优点在于能够保持每个反应瓶中的气体输送流量相同，即通过所述一根气体输送总管输送至每个反应瓶水样中的气体流量相同，从而可以避免因各个反应瓶的送气量不同而导致各个水样的环境因素存在差异的问题。

（3）本发明用于模拟颗粒物变化对水环境影响过程的实验装置，还设置有pH参数控制模块，所述pH参数控制模块内存储有每个反应瓶的pH设定值；所述pH参数控制模块适宜于接收所述水体参数监测装置传递的每个所述反应瓶中水样的pH测定值，并根据每个反应瓶的pH测定值和pH设定值的比较结果控制所述送液阀的开启和关闭。本申请通过设置所述pH参数控制模块，可以对各个反应瓶中的水样进行及时快速的调节。作为优选的实施方式，本申请还设置每个所述碱液输送管和所述酸液输送管的出液端的开口直径均小于或者等于3mm；所述送液阀每次开启的时间小于或者等于5秒钟，每两次开启操作之间的间隔大于或者等于5秒钟；这样设置的优点在于能够使得每次滴加的酸液或者碱液保持在较少的水平，并且留出充足的混合时间，避免因水体参数监测装置监测延后而导致酸液或者碱液滴加过量。

（4）本发明用于模拟颗粒物变化对水环境影响过程的实验装置，还限定所述取样瓶包括由上到下依次连接设置的上筒体、滤芯和下抽滤瓶在所述上筒体的下边缘上设置有第一弹性垫圈，在所述下抽滤瓶的上边缘上设置有第二弹性垫圈；与所述滤芯的一侧固定连接设置有转动轴，所述转动轴沿竖直方向设置；与所述上筒体的一侧固定连接设置有第一连接件；与所述下抽滤瓶的一侧固定连接设置有第二连接件，所述转动轴贯穿所述第一连接件和第二连接件设置，适宜于所述滤芯沿所述转动轴进行旋转。现有技术中的取样瓶通常都是由位于上方的玻璃漏斗和位于下方的抽滤瓶组成，玻璃漏斗的下边缘和抽滤瓶的上边缘通过夹子夹在一起，二者之间放置有滤纸，通过所述滤液对水样进行过滤，但是这种取样瓶的缺陷在于，在批量实验的过程中会涉及到大量的取样操作，而上述取样瓶在放置滤纸的过程中需要先拆除夹子将玻璃漏斗和抽滤瓶分离，方能实现滤纸的放置，这就使得操作过程中容易导致玻璃漏斗发生破碎，不便于实验的快速进行。而本发明中的取样瓶在使用过程中，只需将滤芯旋转至所述上筒体和下抽滤瓶的外侧，即可实现滤纸的放置，简化了操作的步骤。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施案例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1所示是本发明所述用于模拟颗粒物变化对水环境影响过程的实验装置的结构图；

图2所示是本发明所述取样瓶的结构图；

图3所示是本发明所述取样瓶的滤芯转开时的结构图；

其中附图标记为：

1-反应瓶；2-玻璃漏斗；3-水体参数监测装置；4-取样管；5-磁力搅拌器；6-磁转子；7-抽滤瓶；8-滤纸；9-控流单元；10-pH参数控制模块；11-时间控制模块；12-光源；13-酸缓冲液储存罐；14-碱缓冲液储存罐；15-取样阀；16-试管；17-抽气装置；18-上筒体；19-滤芯；20-下抽滤瓶；21-第一弹性垫圈；22-第二弹性垫圈；23-转动轴；24-第一连接件；25-螺套；26-丝杠；27-第二连接件；28-环形凸台；29-环形下压件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明的实施方式作进一步地详细描述。    

实施例1

本实施例提供了一种用于模拟颗粒物变化对水环境影响过程的实验装置，如图1所示，该实验装置设置有操作柜，所述操作柜的长×宽×高=1.2m×1m×1.8m，在所述操作柜的一个侧面上设置有柜门，在操作柜的顶端设置有通风孔；在所述操作柜的顶端还设置有4个光源，所述光源为金卤灯；与所述4个光源连通设置有光照调控装置；在所述操作柜内还设置有温度控制装置，所述温度控制装置设置有加热设备和制冷设备。

所述操作柜内设置有上下两层空间，在所述操作柜内的上层放置有4个反应瓶1，所述4个光源分别位于所述4个反应瓶1的正上方；与每个所述反应瓶1配套设置有磁力搅拌器5，所述磁力搅拌器5的磁转子6放置在所述反应瓶1内； 

在所述操作柜内的下层放置有4个取样瓶，所述4个取样瓶和所述4个反应瓶1一一对应设置，每个所述取样瓶通过取样管4与一个所述反应瓶1连通设置，在所述取样管4上设置有取样阀15；每个所述取样瓶包括圆筒形的玻璃漏斗2和抽滤瓶7；在所述玻璃漏斗2的底端和所述抽滤瓶7的顶端分别设置有滤芯，所述抽滤瓶7位于所述玻璃漏斗2的下方，顶端与所述玻璃漏斗2的底面抵触连接；在所述抽滤瓶内还设置有用于承接滤液的试管16；与所述抽滤瓶7连通设置有抽气装置；所述取样管4的出液端与所述玻璃漏斗2连通设置。在每个所述反应瓶1中还分别设置有水体参数监测装置3，所述水体参数监测装置3包括便携式重金属检测仪AVVOR 8000（加拿大AVVOR公司）、氮磷监测探头（深圳市昌鸿科技有限公司，PWN-840型）、5-Star 便携式pH/ORP/溶解氧/电导率多参数测量仪（热电奥立龙公司，美国），适宜于在线检测水体中的氮浓度、磷浓度、重金属浓度、pH值、DO值和Eh值。

在所述操作柜内且位于所述反应瓶1的上方还设置有酸缓冲液储存罐和碱缓冲液储存罐，与所述酸缓冲液储存罐连通设置有4个酸液输送管，与所述碱缓冲液储存罐连通设置有4个碱液输送管，所述4个碱液输送管和4个酸液输送管的出液端液分别位于所述4个反应瓶1的上方；在每个所述反应瓶1内水样的正上方均设置有一个酸液输送管和一个碱液输送管的出液端；在每个所述酸液输送管和每个所述碱液输送管上均设置有送液阀；

每个所述反应瓶1还分别设置有送气装置（图中未示出），所述送气装置包括一端与所述反应瓶1连通设置的氧气输送管和氮气输送管，与所述氧气输送管的另一端连接设置有氧气瓶，与所述氮气输送管的另一端连接设置有氮气瓶。每个所述送气装置的氧气输送管和氮气输送管通过一根气体输送总管与所述反应瓶1连通设置；在所述氧气输送管上设置有氧气流量计和氧气流量调节阀，在所述氮气输送管上设置有氮气流量计和氮气流量调节阀； 

每个所述反应瓶1的送气装置还配套设置有控流单元9（共计4个，图中仅示出1个），每个所述控流单元9包括流量控制模块和氧气流量输入模块，其中所述流量控制模块分别与配套设置的所述送气装置的氧气流量计、氧气流量调节阀、氮气流量计和氮气流量调节阀连接设置，适宜于接收所述氧气流量计和氮气流量计氧气流量计传递的流量值；在所述流量控制模块内存储有总流量阈值；

所述氧气流量输入模块与所述流量控制模块连接，适宜于输入氧气流量参数并将所述氧气流量参数输送至所述流量控制模块；所述流量控制模块将所述氧气流量参数与所述氧气流量计传递的流量值进行比较，并根据比较结果控制所述氧气流量调节阀，保持所述氧气流量计传递的流量值等于所述氧气流量参数；同时，所述流量控制模块还控制所述氮气流量调节阀，使氮气流量计传递的流量值与氧气流量计传递的流量值之和等于所述总流量阈值。本实施例中当控制反应瓶1中DO值为8-10mg/L时（好氧状态），每个所述流量控制模块中的所述总流量阈值为2000ml/min 。

还设置有pH参数控制模块10，所述pH参数控制模块10内存储有每个反应瓶1的pH设定值；所述pH参数控制模块10分别与每个所述水体参数监测装置3和每个所述送液阀连接设置，适宜于接收所述水体参数监测装置3传递的每个所述反应瓶1中水样的pH测定值，并将每个反应瓶1的pH测定值和pH设定值进行比较，根据比较结果控制出液口位于所述反应瓶1内水样正上方的酸液输送管和碱液输送管的送液阀的开启和关闭，保持每个反应瓶1中的pH测定值等于pH设定值。本实施例中每个所述碱液输送管和所述酸液输送管的出液端的开口直径均小于或者等于3mm；所述送液阀每次开启的时间为3秒钟，每两次开启操作之间的间隔为5秒钟。

本实施例中所述的模拟装置还设置有时间控制模块11，所述时间控制模块11分别与所述控流单元和所述pH参数控制模块10连接设置；与所述时间控制模块11连接设置有设定时间输入模块，适宜于输入设定时间并将所述设定时间输送至所述时间控制模块11；当到达所述设定时间后，所述时间控制模块11分别下达指令至每个所述控流单元的流量控制模块和pH参数控制模块10，控制关闭所述氧气流量调节阀、氮气流量调节阀和所述送液阀。

在所述操作柜内设置有电源，用于向所述光源、温度控制装置、磁力搅拌器5、水体参数监测装置3、控流单元、pH参数控制模块10和时间控制模块11进行供电，与所述电源连接设置有总开关，所述总开关设置在所述操作柜的柜门外侧；与所述水体参数监测装置3还连接设置有显示器，所述显示器为安装在所述柜门外侧的液晶屏，用于显示水体参数监测装置3检测的DO值、温度、pH值等参数；所述氧气流量输入模块和所述设定时间输入模块均为安装在所述柜门外侧的触摸屏，用于人工输入氧气流量参数和设定时间。本实施例中所述流量控制模块、pH参数控制模块10和时间控制模块11为现有技术中任意可实现控制功能的控制器，如PLC控制器；作为优选的实施方式，所述控流单元、pH参数控制模块10和时间控制模块11均安装在所述操作柜的顶端，所述操作柜的柜门设置有上柜门、中柜门和下柜门三个，其中中柜门与放置有反应瓶1的操作柜上层相对应；下柜门与放置有取样瓶的操作柜下层相对应。

本实施例中所述的实验装置用于模拟颗粒物变化对水环境影响的实验过程为：

（1）利用柱状采样器采集湖泊中的表层沉积物，对所述表层沉积物进行干燥，利用所述干燥后的沉积物颗粒配置成浓度为100mg/L、200mg/L、300mg/L、400mg/L的4个不同浓度的水样；

（2）初始状态下，操作柜的总开关为关闭状态，每个所述氧气流量调节阀、氮气流量调节阀和所述送液阀也都处于关闭状态；

（3）实验开始时，开启操作柜的总开关，打开操作柜内的光源，利用温控装置调节所述操作柜内的温度为20℃，将4个不同浓度的水样分别放入所述4个反应瓶1中；

（4）开启磁力搅拌器5对水样进行搅拌，控制4个反应瓶1的磁力搅拌器5的转数均为1500r/min；利用水体参数监测装置3对每个水样的氮浓度、磷浓度、重金属浓度、pH值、DO值和Eh值进行监测；设定所述pH参数控制模块10中的每个反应瓶的pH设定值为6.5，所述pH参数控制模块10控制出液口位于所述反应瓶1内水样正上方的酸液输送管和碱液输送管的送液阀的开启和关闭，从而调整每个反应瓶1中的pH检测值均为6.5；将每个所述流量控制模块中的所述总流量阈值设定为2000ml/min，通过每个反应瓶1的送气装置的氧气流量输入模块输入氧气流量参数，所述4个反应瓶1的氧气流量参数均位于1200-1300ml/ min之间, 所述流量控制模块接收到所述氧气流量参数，并开启每个所述氧气流量调节阀和氮气流量调节阀，向所述反应瓶1内的水样进行通气，从而控制每个反应瓶1中的DO值为8mg/L；通过所述设定时间输入模块将设定时间设置为30分钟后。

（5）实验过程中，每个所述控流单元9的所述流量控制模块将所述氧气流量参数与所述氧气流量计实时传递的流量值进行比较，保持所述氧气流量计传递的流量值等于所述氧气流量参数；当水体参数监测装置3检测到某一反应瓶1中的DO值小于8mg/L时，通过该反应瓶1的送气装置的氧气流量输入模块输入新的氧气流量参数，增大氧气的流量，保证DO值为8mg/L；反之，当某一反应瓶1中的DO值大于8mg/L时，则降低氧气的流量；在增大或者降低氧气流量的过程中，所述流量控制模块同时控制所述氮气流量调节阀进行动作，使氮气流量计传递的流量值与氧气流量计传递的流量值之和等于2000ml/min。

同时，所述pH参数控制模块10接收所述水体参数监测装置3传递的每个所述反应瓶1中水样的pH测定值，当某一反应瓶1中水样的pH值小于6.5时，所述pH参数控制模块10向出液口位于所述反应瓶1内水样正上方的碱液输送管的送液阀下达指令，控制所述送液阀开启，直至pH值恢复为6.5；反之，当某一反应瓶1中水样的pH值大于6.5时，所述pH参数控制模块10向出液口位于所述反应瓶1内水样正上方的酸液输送管的送液阀下达指令，控制所述送液阀开启，直至pH值恢复为6.5。

（6）当到达所述设定时间后，实验结束，所述时间控制模块11分别下达指令至所述控流单元和pH参数控制模块10，控制关闭所述氧气流量调节阀、氮气流量调节阀和所述送液阀。

（7）此时开启所述取样阀15进行取样，水样经过所述取样管4进入所述玻璃漏斗2，对所述抽滤瓶7进行抽滤，在所述玻璃漏斗2的底端滤芯和所述抽滤瓶7的顶端滤芯之间夹设有滤纸8，水样经过滤纸8过滤后进入所述抽滤瓶7。

实施例2

本实施例提供了一种用于模拟颗粒物变化对水环境影响过程的实验装置，该实验装置设置有操作柜，所述操作柜的长×宽×高=1.2m×1m×1.8m，在所述操作柜的一个侧面上设置有柜门，在操作柜的顶端设置有通风孔；在所述操作柜的顶端还设置有4个光源，所述光源为金卤灯；与所述4个光源连通设置有光照调控装置；在所述操作柜内还设置有温度控制装置。

所述操作柜内设置有上下两层空间，在所述操作柜内的上层放置有4个反应瓶1，所述4个光源分别位于所述4个反应瓶1的正上方；与每个所述反应瓶1配套设置有磁力搅拌器5，所述磁力搅拌器5的磁转子6放置在所述反应瓶1内； 

在所述操作柜内的下层放置有4个取样瓶，所述4个取样瓶和所述4个反应瓶1一一对应设置，每个所述取样瓶通过取样管4与一个所述反应瓶1连通设置，在所述取样管4上设置有取样阀15；本实施例中所述取样瓶包括由上到下依次连接设置的上筒体、滤芯和下抽滤瓶20，如图2和3所示；所述取样管4的出液端设置在所述上筒体内；在所述上筒体的下边缘上设置有第一弹性垫圈21，在所述下抽滤瓶20的上边缘上设置有第二弹性垫圈22；与所述滤芯的一侧固定连接设置有转动轴23，所述转动轴23沿竖直方向设置；与所述上筒体的一侧固定连接设置有第一连接件24；与所述下抽滤瓶20的一侧固定连接设置有第二连接件27，所述转动轴23贯穿所述第一连接件24和第二连接件27设置，适宜于所述滤芯沿所述转动轴23进行旋转；此外还设置有升降装置，所述升降装置适宜于沿竖直方向进行往复运动并对所述上筒体施加向下的压力；本实施例中在所述上筒体的外表面上设置有环形凸台28，所述环形凸台28的上表面沿水平方向设置；所述升降装置包括丝杠和嵌套在所述丝杠上的螺套，所述丝杠沿竖直方向设置，与所述螺套固定连接设置有环形下压件29，所述环形下压件29环绕所述上筒体的外围设置且位于所述环形凸台28的上方，所述环形下压件29的内径小于所述环形凸台28的外径；与所述丝杠26连接设置有驱动电机，所述驱动电机适宜于带动所述丝杠26进行旋转。作为优选的实施方式，所述环形下压件29的底端向上运动时的最大高度高于所述取样瓶的最顶端，从而适宜于将所述取样瓶取出。

在每个所述反应瓶1中还分别设置有水体参数监测装置3，所述水体参数监测装置3包括便携式重金属检测仪AVVOR 8000（加拿大AVVOR公司）、氮磷监测探头（深圳市昌鸿科技有限公司，PWN-840型）、5-Star 便携式pH/ORP/溶解氧/电导率多参数测量仪（热电奥立龙公司，美国），适宜于在线检测水体中的氮浓度、磷浓度、重金属浓度、pH值、DO值和Eh值；在所述操作柜内且位于所述反应瓶1的上方还设置有酸缓冲液储存罐和碱缓冲液储存罐，与所述酸缓冲液储存罐连通设置有4个酸液输送管，与所述碱缓冲液储存罐连通设置有4个碱液输送管，所述4个碱液输送管和4个酸液输送管的出液端液分别位于所述4个反应瓶1的上方；在每个所述反应瓶1内水样的正上方均设置有一个酸液输送管和一个碱液输送管的出液端；在每个所述酸液输送管和每个所述碱液输送管上均设置有送液阀；

每个所述反应瓶1还分别设置有送气装置，所述送气装置包括一端与所述反应瓶1连通设置的氧气输送管和氮气输送管，与所述氧气输送管的另一端连接设置有氧气瓶，与所述氮气输送管的另一端连接设置有氮气瓶。

在所述操作柜内设置有电源，用于向所述光源、温度控制装置、磁力搅拌器5、水体参数监测装置3进行供电，与所述电源连接设置有总开关，所述总开关设置在所述操作柜的柜门外侧；与所述水体参数监测装置3还连接设置有显示器，所述显示器为安装在所述柜门外侧的液晶屏，用于显示水体参数监测装置3检测的DO值、温度、pH值等参数。

本实施例中所述的实验装置用于模拟颗粒物变化对水环境影响的实验过程为：

（1）利用柱状采样器采集湖泊中的表层沉积物，对所述表层沉积物进行干燥；

（2）开启操作柜的总开关，打开操作柜内的光源，利用温控装置调节所述操作柜内的温度为20℃；利用所述干燥后的沉积物颗粒配置成浓度为   100mg/L、200mg/L、300mg/L、400mg/L的水样，将4个不同浓度的水样分别放入所述4个反应瓶1中；利用所述电机控制丝杆转动带动所述螺套向上移动，进而带动所述环形下压件29向上移动；环形下压件的底端脱离所述环形凸台后，旋转所述滤芯，使所述滤芯旋转至所述上筒体和下抽滤瓶20的外侧（如图3所示），然后将滤纸放置在所述滤芯上，旋转所述滤芯返回至所述上筒体和所述抽滤瓶之间，此时再利用所述电机控制丝杆转动带动所述螺套向下移动，进而带动所述环形下压件29向下移动对所述环形凸台28进行挤压，直至所述下筒体下端的第一弹性垫圈与所述滤芯的上表面紧密抵触；

（3）开启磁力搅拌器5对水样进行搅拌，控制4个反应瓶1的搅拌器的转数为1500r /min；

（4）利用水体参数监测装置3对水样的氮浓度、磷浓度、重金属浓度、pH值、DO值和Eh值进行监测；利用所述氮气输送管和所述氧气输送管向所述反应瓶1中输送氧气和氮气，控制反应瓶1中水样的DO值为8mg/L，当某一反应瓶1中的DO值低于8mg/L时，增大氧气的流量；当某一反应瓶1中的DO值大于8mg/L时，增大氮气的含量，从而使得反应过程中每个反应瓶1中的DO值基本保持在8mg/L；同时，通过调整每个所述反应瓶1内水样正上方的酸液输送管和碱液输送管的送液阀，使得反应过程中每个反应瓶1中水样pH值保持在6.5。

（5）实验结束后，开启所述取样阀15进行取样，水样由取样管的出液端进入所述上筒体；经过所述滤纸过滤后进入下抽滤瓶20，取样结束后，再次利用电机控制所述丝杠旋转，带动所述环形下压件29上移，待环形下压件29上移至所述上筒体的上方后，取出所述取样瓶，旋转所述滤芯和上筒体，将下抽滤瓶20中的滤液倒出并对取样瓶进行清洗，为下一次实验做准备。 

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种用于模拟颗粒物变化对水环境影响过程的实验装置，包括：

操作柜，在所述操作柜的顶端设置有光源；在所述操作柜内设置有温度控制装置；

多个反应瓶，放置在所述操作柜内的上层，与每个所述反应瓶配套设置有磁力搅拌器； 

多个取样瓶，放置在所述操作柜内的下层，所述多个取样瓶和所述多个反应瓶一一对应设置，每个所述取样瓶通过取样管与一个所述反应瓶连通设置，在所述取样管上设置有取样阀；

其特征在于，在每个所述反应瓶中分别设置有水体参数监测装置，适宜于监测水体中的氮浓度、磷浓度、重金属浓度、pH值、DO值和Eh值；

在所述操作柜内且位于所述反应瓶的上方设置有酸缓冲液储存罐和碱缓冲液储存罐，与所述酸缓冲液储存罐连通设置有多个酸液输送管，与所述碱缓冲液储存罐连通设置有多个碱液输送管，每个所述酸液输送管和每个所述碱液输送管上均设置有送液阀；在每个所述反应瓶内水样的正上方均设置有一个酸液输送管和一个碱液输送管的出液端；

每个所述反应瓶还分别设置有送气装置，所述送气装置包括一端与所述反应瓶连通设置的氧气输送管和氮气输送管，与所述氧气输送管的另一端连接设置有氧气瓶，与所述氮气输送管的另一端连接设置有氮气瓶。

2.根据权利要求1所述的用于模拟颗粒物变化对水环境影响过程的实验装置，其特征在于，每个所述反应瓶的送气装置的氧气输送管和氮气输送管通过一根气体输送总管与所述反应瓶连通设置；在所述氧气输送管上设置有氧气流量计和氧气流量调节阀，在所述氮气输送管上设置有氮气流量计和氮气流量调节阀； 

每个所述反应瓶的送气装置还配套设置有控流单元，每个所述控流单元包括流量控制模块和氧气流量输入模块，其中所述流量控制模块分别与配套设置的所述送气装置的氧气流量计、氧气流量调节阀、氮气流量计和氮气流量调节阀连接设置，适宜于接收所述氧气流量计和氮气流量计传递的流量值；在所述流量控制模块内存储有总流量阈值；

所述氧气流量输入模块与所述流量控制模块连接，适宜于输入氧气流量参数并将所述氧气流量参数输送至所述流量控制模块；所述流量控制模块将所述氧气流量参数与所述氧气流量计传递的流量值进行比较，并根据比较结果控制所述氧气流量调节阀，保持所述氧气流量计传递的流量值等于所述氧气流量参数；同时，所述流量控制模块还控制所述氮气流量调节阀，使氮气流量计传递的流量值与氧气流量计传递的流量值之和等于所述总流量阈值。

3.根据权利要求1或2所述的用于模拟颗粒物变化对水环境影响过程的实验装置，其特征在于，在所述操作柜的顶端设置有多个光源，所述多个光源与所述多个反应瓶一一对应设置，所述多个光源分别位于所述多个反应瓶的正上方，与所述多个光源连通设置有光照调控装置。

4.根据权利要求1或2或3所述的用于模拟颗粒物变化对水环境影响过程的实验装置，其特征在于，在每个所述反应瓶的顶端设置有透明的顶盖，位于所述反应瓶内水样正上方的所述酸液输送管和碱液输送管贯穿所述顶盖设置，在所述顶盖上设置有排气孔。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的用于模拟颗粒物变化对水环境影响过程的实验装置，其特征在于，还设置有pH参数控制模块，所述pH参数控制模块内存储有每个反应瓶的pH设定值；所述pH参数控制模块分别与每个所述水体参数监测装置和每个所述送液阀连接设置，适宜于接收所述水体参数监测装置传递的每个所述反应瓶中水样的pH测定值，并将每个反应瓶的pH测定值和pH设定值进行比较，根据比较结果控制出液口位于所述反应瓶内水样正上方的酸液输送管和碱液输送管的送液阀的开启和关闭，保持每个反应瓶中的pH测定值等于pH设定值。

6.根据权利要求5所述的用于模拟颗粒物变化对水环境影响过程的实验装置，其特征在于，还设置有时间控制模块，所述时间控制模块分别与所述pH参数控制模块和每个所述控流单元连接设置；与所述时间控制模块连接设置有设定时间输入模块，适宜于输入设定时间并将所述设定时间输送至所述时间控制模块；当到达所述设定时间后，所述时间控制模块分别下达指令至所述控流单元的流量控制模块和pH参数控制模块，控制关闭所述氧气流量调节阀、氮气流量调节阀和所述送液阀。

7.根据权利要求1-6所述的用于模拟颗粒物变化对水环境影响过程的实验装置，其特征在于，每个所述碱液输送管和所述酸液输送管的出液端的开口直径均小于或者等于3mm；所述送液阀每次开启的时间小于或者等于5秒钟，每两次开启操作之间的间隔大于或者等于5秒钟。

8.根据权利要求1-7任一所述的用于模拟颗粒物变化对水环境影响过程的实验装置，其特征在于，所述取样瓶包括由上到下依次连接设置的上筒体、滤芯和下抽滤瓶，所述取样管的出液端位于所述上筒体内；

在所述上筒体的下边缘上设置有第一弹性垫圈，在所述下抽滤瓶的上边缘上设置有第二弹性垫圈；与所述滤芯的一侧固定连接设置有转动轴，所述转动轴沿竖直方向设置；与所述上筒体的一侧固定连接设置有第一连接件；与所述下抽滤瓶的一侧固定连接设置有第二连接件，所述转动轴贯穿所述第一连接件和第二连接件设置，适宜于所述滤芯沿所述转动轴进行旋转；

还设置有升降装置，所述升降装置适宜于沿竖直方向进行往复运动并对所述上筒体施加向下的压力。

9.根据权利要求8所述的用于模拟颗粒物变化对水环境影响过程的实验装置，其特征在于，在所述上筒体的外表面上设置有环形凸台，所述环形凸台的上表面沿水平方向设置；

所述升降装置包括丝杠和嵌套在所述丝杠上的螺套，所述丝杠沿竖直方向设置，与所述螺套固定连接设置有环形下压件，所述环形下压件环绕所述上筒体的外围设置且位于所述环形凸台的上方，所述环形下压件的内径小于所述环形凸台的外径。