CN107314951A - 一种固化稳定化污染土壤/固体废弃物中重金属污染物扩散监测装置 - Google Patents

一种固化稳定化污染土壤/固体废弃物中重金属污染物扩散监测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种固化稳定化污染土壤/固体废弃物中重金属污染物扩散监测装置。它包括实验槽单元、浸提剂添加单元、浸出液收集单元和数据自动采集单元；实验槽的侧面设可拆卸板；实验槽顶部设浸提剂入口；实验槽底部设浸出液出口；实验槽内设固化块支架；固化块支架上方设分流装置，分流装置为上端开口的圆柱设计，其底部有许多分流孔。该装置既可满足单独一个固化块的重金属污染物扩散浓度测试，也可满足多个固化块同时开展批次扩散浓度测试实验，可大大缩短实验周期；且在扩散浓度测试实验开展的同时，可实时记录pH值、电导率、氧化还原电位等数据。该装置能反映较长时间内固化稳定化污染土壤中或固体废弃物中重金属污染物的稳定性。

Description

一种固化稳定化污染土壤/固体废弃物中重金属污染物扩散 监测装置
技术领域
本发明属于土壤固化稳定化技术领域，涉及一种固化稳定化污染土壤/固体废弃物中重金属污染物扩散监测装置。
背景技术
土壤固化稳定化技术由于其修复速度快、费用较低、实施方便等特点，已成为目前我国重金属污染土壤修复的主要技术。湖南、湖北、重庆、江苏、浙江和上海等省市均主要采用了固化稳定化技术处理土壤中的重金属污染物，该技术也用于处理合有重金属和某些半挥发性有机物的复合污染土壤。据不完全统计，目前国内实施土壤固化稳定化修复的工程案例已超过100例。
固化和稳定化具有不同的含义。固化是将污染物囊封入惰性基材中，或在污染物外面加上低渗透性材料，通过减少污染物暴露的淋滤面积达到限制污染物迁移的目的。固化技术中，污染土壤与粘结剂之间不可以发生化学反应，只是机械地将污染物固封在结构完整的固化产物(固化体或固化块)中，隔离污染土壤与外界的联系，达到控制污染物迁移的目的。稳定化是指从污染物的有效性出发，通过形态转化，将污染物转化为不易溶解、迁移能力或毒性更小的形式来实现无害化，以降低其对生态系统的危害风险。
固化稳定化后土壤中重金属污染物的长期稳定性是环境主管部门和土壤领域专家学者极为关心的问题，也是土壤固化稳定化修复项目论证和验收时最为关注和争议的问题。稳定剂对污染物固封或水化反应可以持续几年时间，而实际土壤修复工程往往要求在较短时间内完成，稳定剂与土壤养护7至28天内就需要评估其修复效果。现有的毒性浸出测试提取时间仅为18小时，短时间内的提取结果并不能完全反映较长时间土壤污染物的稳定性。在较长时间后(比如5年、10年或30年等)，尤其经过长期酸雨淋溶、干湿交替或冻融作用影响，土壤中稳定态重金属是否重新变得不稳定而释放到环境中，进而对人体健康和生态环境产生危害风险？这是非常值得关注和研究的问题。
目前，还没有一种能完全反映较长时间内，固化稳定化污染土壤中或固体废弃物中重金属污染物的稳定性(即土壤中重金属污染物的长期稳定性)的重金属污染物扩散监测装置。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种固化稳定化污染土壤/固体废弃物中重金属污染物扩散监测装置，该装置能反映较长时间内固化稳定化污染土壤中或固体废弃物中重金属污染物的稳定性。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
一种固化稳定化污染土壤/固体废弃物中重金属污染物扩散监测装置，该装置包括实验槽单元、浸提剂添加单元、浸出液收集单元和数据自动采集单元；其中：
(1)实验槽单元包括一实验槽和若干附属设备，均用惰性材料制成；实验槽顶部设有浸提剂入口；实验槽底部设有浸出液出口；浸出液出口处设有阀门，用于浸出液的排出；实验槽的侧面设有可拆卸板，以便将固化块放入和拿出实验槽；可拆卸板四周边缘设有橡胶密封垫圈，可确保该实验槽具备良好的密封性。实验槽内底部设有固化块支架，固化块支架上放置固化块，固化块支架可将固化块固定于实验槽中。实验槽中固化块支架上方(即放置固化块位置的上方)设有分流装置，分流装置为上端开口的圆柱设计，分流装置的上端固定在实验槽上的浸提剂入口处，分流装置的底部设有许多分流孔。
进一步地，实验槽侧壁沿槽长每隔一段距离(20-30cm)设置一组卡槽，配备隔板若干，每块隔板可紧密插入每组卡槽中，以便在针对不同大小固化块的实验中，可以调节单一扩散实验的容积。也就是说，通过将隔板插入卡槽中，可将整个实验槽分成多个区域空间，每个区域空间可针对性地对不同大小的固化块进行单一扩散实验，可以调节每个单一扩散实验的容积。隔板的壁厚不小于9mm。每个区域空间顶部设有一个浸提剂入口；每个区域空间底部设有一个浸出液出口；每个区域空间内底部设有一个固化块支架；每个区域空间内上部均设有分流装置。
进一步地，分流装置的上部是进水槽，下部是分流槽，分流槽直径比进水槽直径大；进水槽的上端固定在实验槽上的浸提剂入口处，进水槽的上端开口，可与进水管连接；进水槽与分流槽固定连接；分流槽底部有许多分流孔，类似花洒；分馏槽位于固化块支架正上方，即分馏槽位于固化块正上方；分流装置的底部即分馏槽底部与固化块之间的垂直距离为4～5cm。
进一步地，实验槽具体要求如下：实验槽具有良好的封闭性，容积不小于50L，实验槽壁厚不小于6mm。固化块支架的高度(距离底部)不小于2cm。
进一步地，实验槽的制作材料为透明PVC；固化块支架为可移动式的。
进一步地，固化块支架由防水材料做成，固化块支架下面有四个支撑脚，上面是一个方形框架，方形框架的四角设有四个方形支承垫片。
进一步地，在固化块顶端和底端各放置一方形垫片，垫片是活动的，不固定；垫片尺寸与固化块顶端和底端尺寸一致；两块垫片之间用细绳连接，细绳可为2-4根。
(2)浸提剂添加单元包括浸提剂贮存容器，与实验槽顶部的浸提剂入口连接。
进一步地，浸提剂贮存容器为带旋盖的聚乙烯瓶。
(3)浸出液收集单元：浸出液收集单元包括浸出液收集容器，与实验槽底部的浸出液出口连接。
进一步地，浸出液收集单元包括浸出液收集容器和过滤设备；实验槽底部的浸出液出口通过过滤设备与浸出液收集容器连接。
进一步地，浸出液收集容器为带旋盖的聚乙烯瓶。
(4)数据自动采集单元：包括若干插入实验槽中可测定及实时记录实验槽中溶液pH值、电导率、氧化还原电位等的电极，并且包含与这些电极连接的数据采集系统一套。该单元一端为电极探头，可从实验槽顶部的电极探头插入口处插入槽体内的浸出液中，另一端为数据输出端，用来连接计算机，计算机可以显示并存储即时浸出液pH、电导率和氧化还原电位。
进一步地，所述电极探头为三合一电极探头，实验槽顶部的电极探头插入口为三合一电极探头插入口；数据自动采集单元一端为三合一电极探头，从实验槽顶部的三合一电极探头插入口处插入槽体内的浸出液中，另一端为数据输出端，与计算机连接。
本发明的有益效果：
本发明的装置适用于浸提法测试一个或多个固化块的重金属污染物扩散浓度。浸提法(固-液萃取法)是指将固体样品(固化块)浸泡在溶剂(浸提剂)中，将固体样品中的某些组分浸提出来的方法。该装置能反映较长时间内固化稳定化污染土壤中或固体废弃物中重金属污染物的稳定性。
本发明的装置既可满足单独一个固化块的重金属污染物扩散浓度测试，也可满足三个固化块同时开展批次扩散浓度测试实验，可大大缩短实验周期；并且在扩散浓度测试实验开展的同时，可以通过数据自动采集单元实时记录pH值、电导率、氧化还原电位等数据。
本发明的装置可用于测定一定液固体积比(L/L)条件下，分别在不同时候更换新鲜的浸提剂(去离子水)，考察其经过不同浸出时间的长期浸出速率和累计浸出量，研究不同浸出时间和固液比对浸出速率及累计浸出量的影响，为土壤中重金属污染物的长期稳定性评估这一决定土壤再利用方式及配套安全保障措施的重要条件提供技术支撑。
附图说明
图1是本发明的重金属污染物扩散监测装置的结构示意图。
图2是本发明中的固化块支架的结构示意图。
图3是本发明中的分流装置的结构示意图。
图4是本发明中用细绳将固化块固定在两块垫片之间的示意图。
图中：1、实验槽 12、隔板 2、浸提剂入口 3、浸出液出口 4、固化块支架 41、支撑脚 42、支承垫片 5、固化块 51、垫片 52、尼龙细绳 6、分流装置 61、进水槽62、分流槽 63、分流孔 7、pH计电极探头 8、pH计 9、三合一电极探头插入口 10、计算机 11、数据线
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
如图1所示，本发明一种固化稳定化污染土壤/固体废弃物中重金属污染物扩散监测装置，该装置包括实验槽单元、浸提剂添加单元、浸出液收集单元、数据自动采集单元。
1.实验槽单元：
实验槽单元由一实验槽和若干附属设备组成，均用惰性材料制成。
如图1所示，实验槽单元包括一实验槽1，该实验槽为长方体，尺寸为长87cm，宽28cm，高28cm，容积约为68L，该实验槽的一个侧面可自由拆卸，该可拆卸面四周边缘安装橡胶垫圈，可确保该实验槽具备良好的封闭性；该长方体实验槽壁厚为6mm，制作材料为透明PVC。
该长方体实验槽1侧壁沿槽长每隔28cm左右设置一组卡槽和一块隔板12(隔板12的壁厚为9mm)，通过将每块隔板紧密插入每组卡槽中，将整个长方体实验槽分成了三部分即三个正方体区域空间(实验槽每个正方体区域空间的容积为22L)，每个区域空间可针对性地对不同大小的固化块进行单一扩散实验，可以调节每个单一扩散实验的容积。
该长方体实验槽1的顶面(顶部端面)上设有三个浸提剂入口2(进水圆孔)；每个进水孔需安装在该区域空间的上面板的中心位置；该长方体实验槽底部前端位置均匀设置有三个浸出液出口3(浸出液出口3处带阀门)，用于浸出液的排出，也可使整个底部留出足够的面积可以放在桌面或者其它支撑平台上；该装置容许用于实验的固化块尺寸为7cm×10cm×15cm，或小于该尺寸。
实验槽1内底部设有三个可移动式固化块支架4作为固化块底座，用于放置和固定固化块，每个固化块支架4上可放置和固定一个固化块5。根据每个固化块的尺寸(7cm×10cm×15cm)，每个固化块底座的长宽尺寸为7cm×10cm，高度为3cm。固化块支架由防水材料做成，如图2所示，固化块支架下面有四个支撑脚41，上面是一个长方形框架，长方形框架的四角设有四个10mm*10mm不锈钢支承垫片42(四个角上的四个正方形不锈钢支承垫片42用于支承固化块)。
实验槽1中放置固化块后，每个固化块上方均设置有分流装置6，分流装置为上端开口的圆柱设计；如图3所示，分流装置6的上部是进水槽61，下部是分流槽62，分流槽直径比进水槽直径大；进水槽与分流槽之间用硅胶粘结或者法兰连接在一起；进水槽的上端固定在实验槽上的浸提剂入口处；分馏槽底部有许多分流孔63(像水龙头的花洒)，分流孔的尺寸由浸提剂情况而定，进水可均匀散开，可防止进水水流过大或过快对固化块造成冲击；分流装置的分馏槽位于固化块正上方，分馏槽底部与固化块之间的垂直距离4～5cm。
若在实验过程中需要称取固化块重量，则固化块需在一定间隔时间段内提拿出实验槽，并且称重。因此，在固化块顶端和底端各放置一方形垫片51，该垫片是活动的，不固定；该垫片51由聚乙烯材料制成，垫片尺寸与固化块顶端和底端尺寸一致。如图4所示，两块垫片51之间用尼龙细绳52连接(细绳可为2-4根)，通过调整每根尼龙绳的长度可将固化块固定在两块垫片之间。尼龙绳长度需保证尼龙绳一端可从侧面伸出至实验槽外，以实现固化块的拉拽、提拿操作(拆下实验槽侧面的可拆卸板，通过尼龙绳就可以将固化块拉拽出实验槽，也可以用其它夹具将固化块取出来)。
2.浸提剂添加单元：包括浸提剂贮存容器(带旋盖的聚乙烯瓶，即浸提剂贮存瓶)。实验中需添加或更换新鲜的浸提剂时，可将浸提剂贮存瓶靠近(或连接)实验槽顶部的浸提剂入口，将浸提剂倒入(或泵入)实验槽中。
3.浸出液收集单元：包括过滤设备和浸出液收集容器(带旋盖的聚乙烯瓶，即浸出液贮存瓶)。
实验中需排出实验槽中的浸出液时，可将浸出液贮存瓶靠近实验槽底部的浸出液出口，浸出液放入浸出液贮存瓶中；或者浸出液贮存瓶通过过滤设备与实验槽底部的浸出液出口连接，浸出液经过滤后排入浸出液贮存瓶中。
4、数据自动采集单元：包括若干实时记录实验槽中溶液pH值、电导率、氧化还原电位等的电极，同时包括数据采集系统一套。实验槽顶部还设有三合一电极探头插入口9；数据自动采集单元一端为pH计电极探头7从实验槽顶部的三合一电极探头插入口9处插入槽体内的浸出液中；pH计电极探头7与pH计8连接；数据自动采集单元另一端为数据输出端(pH计的输出端)，通过数据线11与计算机10(数据记录电脑)连接，计算机可以显示并存储即时浸出液pH、电导率和氧化还原电位。
该实验装置可用于测定液固体积比(L/L)为5的条件下，分别在8h、1d、2d、4d、9d、16d、36d、64d时更换新鲜的浸提剂(去离子水)，考察其长期浸出速率和累计浸出量，研究不同浸出时间和固液比对浸出速率及累计浸出量的影响，为土壤中重金属污染物的长期稳定性评估这一决定土壤再利用方式及配套安全保障措施的重要条件提供技术支撑。
具体实验过程如下：
1.将实验装置和容器内壁洗净后，填装固化块样品，并安装实验装置。准备完毕后，迅速加入浸提剂，按上述时间节点，将实验槽中的浸提剂排出，即为浸出液，并迅速添加新鲜浸提剂，其他步骤如上所述。实验过程实时记录实验槽中溶液的pH、电导率、氧化还原电位。
2.对每个时间节点得到的浸出液测定重金属污染物浓度。

Claims (10)

1.一种固化稳定化污染土壤/固体废弃物中重金属污染物扩散监测装置，其特征在于，该装置包括实验槽单元、浸提剂添加单元、浸出液收集单元和数据自动采集单元；其中：
实验槽单元包括一实验槽；实验槽的侧面设有可拆卸板；实验槽顶部设有浸提剂入口；实验槽底部设有浸出液出口；浸出液出口处设有阀门；实验槽内底部设有固化块支架，固化块支架上放置固化块；实验槽中放置固化块位置的上方设有分流装置，分流装置为上端开口的圆柱设计，分流装置的上端固定在实验槽上的浸提剂入口处，分流装置的底部设有许多分流孔；
浸提剂添加单元包括浸提剂贮存容器，与实验槽顶部的浸提剂入口连接；浸出液收集单元包括浸出液收集容器，与实验槽底部的浸出液出口连接；
数据自动采集单元：包括若干插入实验槽中可测定实验槽中溶液pH值、电导率、氧化还原电位的电极，还包括与这些电极连接的数据采集系统一套。
2.如权利要求1所述的固化稳定化污染土壤/固体废弃物中重金属污染物扩散监测装置，其特征在于，实验槽侧壁沿槽长每隔一段距离设置一组卡槽，配备隔板若干，通过将隔板插入卡槽中，可将整个实验槽分成多个区域空间，每个区域空间可针对性地对不同大小的固化块进行单一扩散实验；每个区域空间顶部设有一个浸提剂入口，每个浸提剂入口安装在该区域空间的上面板的中心位置；每个区域空间底部设有一个浸出液出口；每个区域空间内底部设有一个固化块支架；每个区域空间内上部均设有分流装置。
3.如权利要求1所述的固化稳定化污染土壤/固体废弃物中重金属污染物扩散监测装置，其特征在于，分流装置的上部是进水槽，下部是分流槽，分流槽直径比进水槽直径大；进水槽的上端固定在实验槽上的浸提剂入口处，进水槽的上端开口，可与进水管连接；进水槽与分流槽固定连接；分流槽底部有许多分流孔；分馏槽位于固化块正上方。
4.如权利要求1、2或3所述的固化稳定化污染土壤/固体废弃物中重金属污染物扩散监测装置，其特征在于，实验槽容积不小于50L，实验槽壁厚不小于6mm；实验槽侧壁沿槽长每隔20-30cm设置一组卡槽，每组卡槽处设置一块隔板，每块隔板的壁厚不小于9mm；固化块支架的高度距离底部不小于2cm；分流装置的底部与固化块之间的垂直距离为4-5cm。
5.如权利要求1、2或3所述的固化稳定化污染土壤/固体废弃物中重金属污染物扩散监测装置，其特征在于，实验槽侧面的可拆卸板四周边缘设有橡胶密封垫圈。
6.如权利要求1、2或3所述的固化稳定化污染土壤/固体废弃物中重金属污染物扩散监测装置，其特征在于，实验槽底部的浸出液出口通过过滤设备与浸出液收集容器连接；浸提剂贮存容器、浸出液收集容器均为带旋盖的聚乙烯瓶。
7.如权利要求1、2或3所述的固化稳定化污染土壤/固体废弃物中重金属污染物扩散监测装置，其特征在于，在固化块顶端和底端各放置一方形垫片，垫片是活动的，不固定；垫片尺寸与固化块顶端和底端尺寸一致；两块垫片之间用2-4根绳连接。
8.如权利要求1、2或3所述的固化稳定化污染土壤/固体废弃物中重金属污染物扩散监测装置，其特征在于，实验槽的制作材料为透明PVC；固化块支架为可移动式的；固化块支架由防水材料做成，固化块支架下面有四个支撑脚，上面是一个方形框架，方形框架的四角设有四个方形支承垫片。
9.如权利要求1、2或3所述的固化稳定化污染土壤/固体废弃物中重金属污染物扩散监测装置，其特征在于，实验槽顶部还设有电极探头插入口；数据自动采集单元一端为电极探头，从实验槽顶部的电极探头插入口处插入槽体内的浸出液中，另一端为数据输出端，与计算机连接。
10.如权利要求9所述的固化稳定化污染土壤/固体废弃物中重金属污染物扩散监测装置，其特征在于，所述电极探头为三合一电极探头，实验槽顶部的电极探头插入口为三合一电极探头插入口；数据自动采集单元一端为三合一电极探头，从实验槽顶部的三合一电极探头插入口处插入槽体内的浸出液中，另一端为数据输出端，与计算机连接。
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