CN108362833A - 一种测定大气沉降重金属在沉积物中的转移的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种测定大气沉降重金属在沉积物中的转移的方法，通过在沉积柱中构建沉积相、海水相和空气相，模拟自然界条件。沉积相为粒径为0.001‑0.004mm的粘土。本发明采用电动沉积物分割装置，通过手动遥控装置控制低速电机的启闭，配合沉积柱上的标尺，能够将沉积物进行精细分割，使每一层的沉积物厚度＜1cm，通过测定不同深度的沉积相中的重金属通量，有利于探究重金属在沉积物中的转移机制。
Description
技术领域
本发明涉及环境领域，特别涉及一种测定大气沉降重金属在沉积物中的转移的方法。
背景技术
随着经济的发展和社会的进步空气污染已经成为了中国最重要的环境问题。大气污染对生态和人类健康的主要威胁来自于暴露于大气中的化学污染，在空气污染的各个污染中，重金属是最重要的种类，因为他们具有生物积累性，对活体的循环系统和神经系统造成不可逆的伤害。在北方，由燃煤供热等带来的大气中的重金属含量的变化特征在近来已经引起了特殊的重视，每年沉降到海洋中并进一步保存于沉积物中的重金属的含量高达数吨，然而这些重金属在沉积物中的转移机制如何？是否能够将通过海水中全部沉降转移进入沉积物里的重金属全盘接收中？会随着间隙水向下延伸还是会再次溶解进入海水，进而被浮游植物吸收并再次进入食物链？都是我们希望得到解决的问题。
目前多数研究仍然采取分层测定的手段分析重金属的垂向分布，但是传统的分割手段采用的分割装置，需要通过手动调节，层高固定且厚度较大，一般是以1-2cm为一个分层厚度，由于没有考虑到重金属在固体中迁移的缓释性和微量性，导致测定样品基数过大，层与层之间的差异缩小，进而使研究结果不明显，难以直观了解大气沉降的重金属在沉积物的分布动力学特征。
发明内容
本发明提出一种测定大气沉降重金属在沉积物中的转移的方法。
一种测定大气沉降重金属在沉积物中的转移的方法，包括如下步骤：
a.将海水注入到沉积柱2中，形成海水相22，测定海水相22中的重金属总量；
b.将泥状沉积物过筛，选择粒径为0.001-0.004mm的粘土，放入底端封闭的沉积柱2中，静置，形成沉积相23，用以模拟表层沉积物，测定沉积相23中的重金属总量；
c.所述海水相22上方为空气相21，所述空气相21与大气相通；
d.在海水储存装置1中放入海水，待沉积柱2中沉积相23、海水相22和空气相21稳定后，将沉积柱2的海水相22中部与海水储存装置1连通，用水泵11使海水在海水储存装置1和沉积柱2之间流通；
e.以月为时间间隔，取下沉积柱2，分别测定沉积相23和海水相22中的重金属总量，通过计算得到大气沉降的重金属通量。
上述方法中海水储存装置1、沉积柱2和水泵11的连接关系如图1所示。
在自然条件下大气中的重金属沉降到海洋中，并进一步保存于沉积物中，本发明构建了测定大气沉降重金属的测定方法，重金属由空气相21进入海水相22，最后进入沉积相23，在沉积相23中继续发生纵向的迁移。通过本发明的方法，可以对大气沉降的重金属的通量进行测定。
具体计算方法为，在试验前预先测定海水相22中的重金属总量、沉积相23中的重金属总量，二者之和作为背景值，如果是12个沉积柱2，分别测定各自背景值，开始实验后，每个月取下一个沉积柱2，测定海水相22和沉积相23中的重金属的含量，二者之和与之前的背景值之差就是重金属本月沉降的总量，每个月重金属沉降总量除以沉积柱2的横截面积，得到每月大气沉降的重金属通量。
在某些实施方式中，步骤e中所述沉积柱2取下后，将其中的沉积相23分割为若干层，分别对每一层中的重金属通量进行测定。
如此，可以测定一定时间内，不同深度的沉积相中的重金属通量。
在某些实施方式中，步骤e中所述沉积柱2取下后，将其中的沉积相23分割为若干层，分别对每一层中的重金属通量进行测定。进一步地，沉积相23的分割层厚＜1cm，通过对沉积相23中沉积物的精细分层，层层测定重金属的含量，以获取重金属在沉积物中向下转移的特征。
重金属在固体中迁移具有缓释性和微量性，本发明将沉积物的层厚由1～2cm降至1cm以下，能够充分体现出层与层之间的重金属含量差异，更加直观地了解大气沉降的重金属在沉积物的分布动力学特征。
在自然界中存在多种类型的沉积物，例如粘土、粉砂，其中粘土保留重金属的能力较强，粉砂等其他沉积物对重金属的固定能力较弱，为了屏蔽其他类型的沉积物的扰动，筛选了粒径为0.001～0.004mm的粘土。
由于粘土对重金属具有保留能力，随着时间的变化，重金属在粘土中的分布呈现出分层趋势，测定不同深度的沉积相23中的重金属通量，有利于探究重金属在沉积物中的转移机制。
在某些实施方式中，采用电动沉积物分割装置对沉积相进行分层，电动沉积物分割装置的结构如图2、3所示，电动沉积物分割装置包括：支撑平台3、升降平台4、丝杠升降机和低速电机52。使用时，将沉积柱2下端的盖体24打开，快速放置于支撑平台3上，沉积柱2的上端通过连接件31与支撑平台3四角固定连接；升降平台4位于沉积柱2内部，升降平台4的外径等于沉积柱2的内径，升降平台4固定安装于丝杠升降机的丝杆51顶端；丝杠升降机的蜗杆与低速电机52的输出轴通过联轴器连接；低速电机52和丝杠升降机设置于支撑平台3下方。
低速电机52驱动丝杠升降机，进而带动升降平台4上升，沉积柱2内的沉积物由沉积柱2的上端向外推出，可将沉积物层层分割出来，对于不同深度的沉积物，进一步测定沉积相中的重金属通量。
在某些实施方式中，沉积柱2为透明，沉积柱2的壁上具有刻度或所述沉积柱2外侧壁上固接刻度尺。
如此，使沉积物取出的层高可控，对准标尺可以自主选择分割厚度，绑定标尺分割厚度直观可见。
在某些实施方式中，所述低速电机52和地面之间设置橡胶垫6。
如此，电动沉积物分割装置能够防滑，在平面上放置更加稳定。
低速电机52与升降平台4之间也可以通过其他的传动机构连接，只要能使低速电机52输出轴的转动转换为升降平台4的升、降即可。
低速电机52通过驱动丝杆51向上移动，继而推动升降平台4移动。低速电机52能够避免将沉积相推出过快，破坏待测组分的分布状态，也能够提升分层工作的可操作性，使分层更精细。
在某些实施方式中，沉积柱2为透明，沉积柱2上具有刻度或所述沉积柱2外侧壁上固接刻度尺。
如此，使沉积物取出的层高可控，对准标尺可以自主选择分割厚度，绑定标尺分割厚度直观可见。
在某些实施方式中，支撑平台3两侧固定安装有调节机构，连接件31的一端与调节机构连接，另一端形成钩状挂置于沉积柱2的上端。
如此，沉积柱2在支撑平台3上更加稳固，连接件31的钩状端挂置于沉积柱2上，便于拆卸和固定。连接件31为四个，如图2所示，调节机构为4个，调节机构呈四角分布，如此，沉积柱2稳定性进一步增强。
在某些实施方式中，调节机构包括固定块32和螺栓33，固定块32固定安装于支撑平台3上，固定块32开设螺栓槽，螺栓33与固定块32的螺栓槽相配适，连接件31缠绕于螺栓上，连接件31的端部穿过螺栓33中部并固定。
在某些实施方式中，所述连接件31可弯曲变形。
如此，通过转动螺栓33，控制连接件31缠绕圈数的增减，由此使连接件31能够连接固定不同高度的沉积柱2，或者是调节对沉积柱2固定的松紧。
在某些实施方式中，连接件31为铁条。具体地，铁条由一侧穿过螺栓33中部并在另一侧打结，使铁条与螺栓33相固定。
在某些实施方式中，还包括用于遥控低速电机52启闭的手动遥控装置。手动遥控装置和低速电机52之间的电路连接方式，参照现有的即可，本发明不涉及对程序控制的改进。
在某些实施方式中，所述沉积柱2、海水储存装置1和水泵11之间通过硅胶管连接。
在某些实施方式中，所述沉积柱2长1m，直径11cm，所述海水相22高度30cm，沉积相23高度为30～40cm。
由于自然界表层的沉积物的高度通常为≤30cm，为了贴近真实表层的沉积物的状态，故选择30～40cm高度；沉积柱2的体积适中，便于开展测定，且海水相22的高度可以模拟30cm深的浅海环境。
在某些实施方式中，所述沉积柱2的底端设置卡扣连接的盖体24进行封堵，所述沉积柱2的顶端为敞口。
如此，打开底盖24可以将沉积柱2放置于升降平台4上进行测定。
在某些实施方式中，如图1所示，所述沉积柱2数量为12个并呈“一”字形排开，12个沉积柱2的中部依次连通，第一个和最后一个沉积柱2与海水储存装置1连通；所述步骤f每月测定时取下一个沉积柱2，其余的沉积柱2保持连通并与海水储存装置1连通。
如此，可以每月取下一个沉积柱2，将其余沉积柱2保持连通，对取下的沉积柱2进行测量，得到截止取下时为止，沉积柱2中的重金属通量，沉积柱2陆续被取下测量后，通过差值计算，可以得到一年中每个月的重金属沉积通量。
在空气相21和沉积相23之间设置海水相22，可以最大限度的隔绝大气流动和外部环境的扰动，更好地保护沉积相23，使测定结果能够准确的反应本区域沉积物中能够保存下来的来自大气沉降的重金属的真实数值。
本发明的有益效果是：
(1)本发明采用电动沉积物分割装置，使沉积物能够被精细分割，通过测定不同深度的沉积相中的重金属通量，有利于探究重金属在沉积物中的转移机制。为了便于控制沉积物分割厚度，采用手动遥控装置控制低速电机的启闭，在沉积柱上设置标尺，分割厚度直观可见，对准标尺可以自主选择分割厚度，使分割层高可控。
(2)本发明沉积相和海水相中的重金属通量可以提前测定，因此能够有效地摒除重金属背景值；选用沉积相为粒径0.001～0.004mm的粘土，能够避免沉积类型的变化给重金属通量产生的扰动；选用室内实验的手段能够有效隔绝来自污水径流和人类活动带来的水体当中的重金属的干扰，准确测定大气沉降的重金属通量。
(3)用沉积物隔海水的方法能够最大限度的隔绝大气流动和外部环境的扰动，很好的保护沉积物，使测定结果能够准确的反应本区域来自大气沉降的重金属的真实数值。将本发明测定的结果与陆架海中的沉积柱的测定的结果相互结合能够直接剥离大气沉降的扰动，获得河流入海的重金属污染物质的数值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明海水储存装置、沉积柱和水泵的组合图；
图2是电动沉积物分割装置的主视图；
图3是图2的俯视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
a.将海水注入到沉积柱2中，形成海水相22，测定海水相22中的重金属总量；
b.将泥状沉积物过筛，选择粒径为0.003mm的粘土，放入底端封闭的沉积柱2中，静置，形成沉积相23，用以模拟表层沉积物，测定沉积相23中的重金属总量；
c.海水相22上方为空气相21，所述空气相21与大气相通，空气相高度30cm；如此制作12个沉积柱2，沉积相23高度均为40cm；
d.将12个沉积柱2呈“一”字排列，沉积柱2的中部依次通过硅胶管连通，第一个沉积柱2和最后一个沉积柱2均与海水储存装置1连通，用水泵11使海水在海水储存装置1和沉积柱2之间流通；
f.以月为时间间隔，每次取下一个沉积柱2，测定沉积相23和海水相22中的重金属总量，测定时取下沉积柱2，断开其与海水储存装置1之间的连通，测定周期为1年。
实施例2
将实施例1中的沉积柱2取下后，打开盖体24，放置于电动沉积物分割装置上，启动低速电机52，将沉积相23缓缓向上推，将沉积物每0.5cm为一层进行分割，对每一层中的重金属通量进行测定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种测定大气沉降重金属在沉积物中的转移的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.将海水注入到沉积柱(2)中，形成海水相(22)，测定海水相(22)中的重金属总量；
b.将泥状沉积物过筛，选择粒径为0.001-0.004mm的粘土，放入底端封闭的沉积柱(2)中，静置，形成沉积相(23)，用以模拟表层沉积物，测定沉积相(23)中的重金属总量；
c.所述海水相(22)上方为空气相(21)，所述空气相(21)与大气相通；
d.在海水储存装置(1)中放入海水，待沉积柱(2)中沉积相(23)、海水相(22)和空气相(21)稳定后，将沉积柱(2)的海水相(22)中部与海水储存装置(1)连通，用水泵(11)使海水在海水储存装置(1)和沉积柱(2)之间流通；
e.以月为时间间隔，取下沉积柱(2)，分别测定沉积相(23)和海水相(22)中的重金属总量，通过计算得到大气沉降的重金属通量。
2.根据权利要求1所述的测定大气沉降重金属在沉积物中的转移的方法，其特征在于，步骤e中所述沉积柱(2)取下后，将其中的沉积相(23)进行分割，并分别对每一层中的重金属通量进行测定。
3.根据权利要求2所述的测定大气沉降重金属在沉积物中的转移的方法，其特征在于，所述沉积相(23)被分割成厚度＜1cm的若干层，通过对沉积相(23)中沉积物的精细分层，层层测定重金属的含量，以获取重金属在沉积物中向下转移的特征。
4.根据权利要求3所述的测定大气沉降重金属在沉积物中的转移的方法，其特征在于，采用电动沉积物分割装置对沉积相进行分层，所述电动沉积物分割装置包括：支撑平台(3)、升降平台(4)、丝杠升降机和低速电机(52)，所述沉积柱(2)取下后打开下端的盖体(24)并快速放置于支撑平台(3)上，所述沉积柱(2)的上端通过连接件(31)与支撑平台(3)四角固定连接；所述升降平台(4)位于沉积柱(2)内部，所述升降平台(4)的外径等于沉积柱(2)的内径，所述升降平台(4)固定安装于丝杠升降机的丝杆(51)顶端；所述丝杠升降机的蜗杆与低速电机(52)的输出轴通过联轴器连接；所述低速电机(52)和丝杠升降机设置于支撑平台(3)下方。
5.根据权利要求4所述的测定大气沉降重金属在沉积物中的转移的方法，其特征在于，所述沉积柱(2)为透明，所述沉积柱(2)的壁上具有刻度或所述沉积柱(2)外侧壁上固接刻度尺。
6.根据权利要求4所述的测定大气沉降重金属在沉积物中的转移的方法，其特征在于，所述低速电机(52)和地面之间设置橡胶垫(6)。
7.根据权利要求4所述的测定大气沉降重金属在沉积物中的转移的方法，其特征在于，所述连接件(31)可弯曲变形。
8.根据权利要求4所述的测定大气沉降重金属在沉积物中的转移的方法，其特征在于，所述沉积柱(2)数量为12个并呈“一”字形排开，12个沉积柱(2)的中部依次连通，第一个和最后一个沉积柱(2)与海水储存装置(1)连通；所述步骤f每月测定时取下一个沉积柱(2)，其余的沉积柱(2)保持连通并与海水储存装置(1)连通。
9.根据权利要求8所述的测定大气沉降重金属在沉积物中的转移的方法，其特征在于，所述沉积柱(2)的底端设置卡扣连接的盖体(24)进行封堵，所述沉积柱(2)的顶端为敞口，测定时取下沉积柱(2)后打开盖体(24)，将沉积柱(2)放置于升降平台上测定。
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