CN109238926A - 一种模拟干湿交替模式下污染物迁移规律的装置及其模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种模拟干湿交替模式下污染物迁移规律的装置，包括支撑平台、支撑平台上安装的干湿交替控制平台、污染物迁移实验柱、滤液收集系统；污染物迁移实验柱通过螺纹连接装置和滤液收集系统的锥形过滤装置连接，其通过软管连接装置和干湿交替控制平台顶部水箱相连；干湿交替控制平台包括顶部水箱和底部电动剪叉式升降装置；污染物迁移实验柱在左右两侧分别设有多个柱式取样口和管式取样口；滤液收集系统还包括可更换滤液收集器。本发明还公开了上述装置的模拟方法。本发明通过调节干湿交替控制平台上升、下降的高度和频率来实现污染物迁移实验柱中上覆水层的高度和干湿交替频率，能有效模拟干湿交替模式下污染物的迁移规律。
Description
技术领域
本发明涉及一种污染物迁移规律的实验模拟装置，属于环境保护领域，具体涉及一种模拟干湿交替模式下污染物迁移规律的装置及其模拟方法。
背景技术
随着我国当代经济的迅猛发展，大量污染物随工业污水、生活污水排入各类水环境系统中，对自然环境甚至人类的健康造成威胁。因此，探究污染物的迁移转化规律，可为污染物控制及生态环境的治理提供有力的科学依据。潮滩、湖岸、湿地、稻田等水环境系统普遍存在上覆水周期性落干与淹没的交替过程，导致系统中污染物的迁移转化过程更加复杂。目前，研究此类干湿交替过程中污染物迁移规律的装置仍不成熟。
现有的一些实验装置还存在许多不足，如：无法很好的模拟干湿交替模式下污染物的迁移转化行为；不能准确分层取土样和间隙水样，实验误差较大；现有的一些装置，存在无法实现操作的自动化，滤液中污染物收集不够准确等缺点。
发明内容
本发明的目的就在于克服上述缺陷，研制一种用于模拟干湿交替模式下污染物迁移规律的装置及模拟方法，本模拟装置利用连通器原理，通过调节干湿交替控制平台上升、下降的高度和频率来实现污染物迁移实验柱中上覆水的高度和干湿交替频率，能有效模拟干湿交替模式下污染物的迁移规律，这种模拟装置具有实用性强，操作简单，结构紧凑，成本低等特点。
为实现上述目的，本发明的一种模拟干湿交替模式下污染物迁移规律的装置，其主要技术特征在于包括干湿交替控制平台、污染物迁移实验柱、滤液收集系统、螺纹连接装置、软管连接装置、支撑平台，所述干湿交替控制平台置于支撑平台上，干湿交替控制平台上部是一水箱，下部是电动剪叉式升降装置，上下部分之间通过铰链结构连接固定，所述污染物迁移实验柱置于支撑平台上，底部通过螺纹连接装置与锥形过滤装置连接，污染物迁移实验柱通过软管连接装置与干湿交替控制平台顶部水箱相连，所述滤液收集系统包括锥形过滤装置和滤液收集器，锥形过滤装置通过螺纹连接装置与污染物迁移实验柱相连，置于支撑平台下方，所述电动剪叉式升降装置底部设有操作按钮，通过控制操作按钮可自动控制干湿交替控制平台的升降高度和升降频率。
作为优选，所述干湿交替控制平台置于支撑平台上，由水箱和电动剪叉式升降装置组成，电动剪叉式升降装置底部设有操作按钮，水箱置于电动剪叉式升降装置上方，通过铰链结构连接，水箱为聚甲基丙烯酸甲酯材质，电动剪叉式升降装置为不锈钢材质。
作为优选，所述污染物迁移实验柱左侧垂向每间距5 cm均匀分布有柱式取样口，柱式取样口用于取土样，右侧垂向每间距2 cm均匀分布有管式取样口，管式取样口用于取间隙水样，污染物迁移实验柱上下均为开口设计，底部出口处固定有一个圆形筛孔板，所述圆形筛孔板的半径为25cm，厚度为1cm，污染物迁移实验柱右侧水土界面处设有第二阀门，通过软管连接装置与干湿交替控制平台顶部水箱左侧第一阀门相连，底部通过螺纹连接装置与锥形过滤装置固定连接，污染物迁移实验柱内壁设有螺纹结构，可有效防止短流现象。
作为优选，所述滤液收集系统由锥形过滤装置和可更换滤液收集器组成，通过螺纹连接装置与污染物迁移实验柱底部固定连接，针对亲水性污染物，锥形过滤装置内填充聚丙烯填料，填充的空隙率为1:8，针对疏水性污染物，锥形过滤装置内填充有惰性高铝球，填充的空隙率为1:9，锥形过滤装置底部设有第三阀门与可更换滤液收集器相连，每个可更换滤液收集器的容积为500 mL。
一种模拟干湿交替模式下污染物迁移规律的方法，其特征在于：采用上述的模拟干湿交替模式下污染物迁移规律的装置，包括以下步骤：
第一步，向锥形过滤装置内填充填料：针对亲水性污染物，向锥形过滤装置内填充聚丙烯填料，填充的空隙率为1:8；针对疏水性污染物，向锥形过滤装置内填充有惰性高铝球，填充的空隙率为1:9；
第二步，装入实验所需的均质化土样：将用于实验的土样均质化后，均匀地铺填入污染物迁移实验柱中；
第三步，向升降水箱中注水：将受污水体通过虹吸作用缓慢注入干湿交替控制平台的顶部水箱内；
第四步，调节土壤上覆水层高度及干湿交替频率：通过控制干湿交替控制平台底部的操作按钮可自动控制顶部升降水箱的升降高度和升降频率；通过控制升降水箱的升降高度实现上覆水层的高度上下限的变化，通过控制升降水箱的升降频率来实现土壤干湿交替频率的变化；
第五步，土样、间隙水样的取样和测试：在干湿交替实验过程中，土样可从污染物迁移实验柱垂向的柱式取样口分层取出，间隙水样可从污染物迁移实验柱垂向的管式取样口分层取出；所有取样操作均可在不同时间节点内进行，随后检测并分析污染物在土样和间隙水样中的浓度和含量；
第六步，深层渗漏液的取样和测试：在干湿交替实验过程中，用滤液收集器收集从滤液过滤装置底部流出的深层渗漏液，随后检测并分析深层渗漏液中污染物的浓度和含量。
本发明的优点和效果：本发明的一种模拟干湿交替模式下污染物迁移规律的装置可通过调节干湿交替控制平台上升、下降的高度和频率来自动实现污染物迁移实验柱中上覆水的高度和土壤的干湿交替频率；污染物迁移实验柱可以分层取土样和间隙水样，实验柱底部垫有筛孔板，筛孔板的设计在于防止土壤流失的同时也便于实验柱中渗滤液的下渗；针对亲水性/疏水性污染物，锥形过滤装置内分别填充有聚丙烯填料/惰性高铝球，极大减少了滤液中污染物在下渗过程中由于吸附作用造成的损失，有利于滤液中污染物的准确收集。
此外，本装置可在室内操作，和野外作业相比，节省了大量的人力、物力、财力，实用性强，操作简单，结构紧凑，成本低，且各环境因素：如温度、光照等实验因素可控，因而，具有很好的推广使用价值。
附图说明
附图1——本发明结构原理示意图。
图中各标号对应的部件名称如下：
1水箱，2电动剪叉式升降装置，3操作按钮，4水箱刻度线，5 第一阀门，6软管连接装置，7 第二阀门，8 污染物迁移实验柱，9 柱式取样口，10 管式取样口，11 锥形过滤装置，12第三阀门，13 滤液收集器，14 万向轮，15 螺纹连接装置，16 支撑平台。
具体实施方式
本发明的技术思路是：
本发明提供一种模拟干湿交替模式下污染物迁移规律的装置。干湿交替控制平台顶部水箱通过软管连接装置和污染物迁移实验柱相连接，形成一个连通器。本模拟装置利用连通器原理，通过控制干湿交替控制平台的升降高度和升降频率来自动控制污染物迁移实验柱中上覆水层高度和土壤的干湿交替频率，达到模拟干湿交替模式下污染物迁移规律的目的。通过在污染物迁移实验柱不同高度处分层取土样、间隙水样及滤液收集系统收集深层渗漏液，进一步确定污染物在上覆水、土壤、间隙水中的时空分异特征及响应机制。
下面结合附图对本发明做更进一步的说明。
如附图1所示，本发明的一种模拟干湿交替模式下污染物迁移规律的装置，包括水箱1、电动剪叉式升降装置2、污染物迁移实验柱8、锥形过滤装置11、滤液收集器13、螺纹连接装置15、软管连接装置6、支撑平台16。所述水箱1置于电动剪叉式升降装置2上，电动剪叉式升降装置2底部设有操作按钮3，水箱1左侧底部设有第一阀门5，并通过软管连接装置6和污染物迁移实验柱8相连接，形成U形连通器结构。通过控制操作按钮3可以控制升降水箱1的升降高度以及升降频率，从而自动控制污染物迁移实验柱8中上覆水层的高度和土壤的干湿交替频率，达到有效模拟干湿交替模式下污染物迁移规律的目的。
在本发明中，所述污染物迁移实验柱8左侧垂向每间距5 cm均匀分布有柱式取样口9，右侧垂向每间距2 cm均匀分布有管式取样口10，通过在污染物迁移实验柱8不同高度处分层取样，来进一步确定污染物在上覆水、土壤、间隙水中的时空分布特征及规律；污染物迁移实验柱8上下均为开口设计，右侧水土界面处设有第二阀门7，通过软管连接装置6与水箱1左侧底部所设第一阀门5相连，形成U形连通器结构，底部通过螺纹连接装置15与锥形过滤装置11固定连接，污染物迁移实验柱8内壁设有螺纹结构，可有效防止短流现象。
在本发明中，所述滤液收集系统包括锥形过滤装置11和滤液收集器13，由聚甲基丙烯酸甲酯制成，通过螺纹连接装置15与污染物迁移实验柱8底部固定连接，针对亲水性污染物，锥形过滤装置11内填充聚丙烯填料，填充的空隙率为1:8，针对疏水性污染物，锥形过滤装置11内填充有惰性高铝球，填充的空隙率为1:9，锥形过滤装置11底部设有第三阀门12与可更换滤液收集器13相连，每个可更换滤液收集器13的容积为500 mL。支撑平台16的四个支撑脚处安装有万向轮14，方便整个装置的移动与安放。
在本发明中，一种模拟干湿交替模式下污染物迁移规律的方法，包括以下步骤：
第一步，向锥形过滤装置11内填充填料：针对亲水性污染物，向锥形过滤装置11内填充聚丙烯填料，填充的空隙率为1:8；针对疏水性污染物，向锥形过滤装置11内填充有惰性高铝球，填充的空隙率为1:9；
第二步，装入实验所需的均质化土样：将用于实验的土样均质化后，均匀地铺填入污染物迁移实验柱8中；
第三步，向水箱1中注水：将受污水体通过虹吸作用缓慢注入干湿交替控制平台4的顶部水箱1内；
第四步，调节土壤上覆水层高度及干湿交替频率：电动剪叉式升降装置2底部所设的操作按钮3上其中一个按钮用来控制水箱1的升降高度，另一个按钮用来控制水箱1的升降频率；通过控制电动剪叉式升降装置2底部的操作按钮3可自动控制顶部水箱1的升降高度和升降频率；通过控制水箱1的升降高度实现上覆水层高度上下限的变化，通过控制水箱1的升降频率来实现土壤干湿交替频率的变化；
第五步，土样、间隙水样的取样和测试：在干湿交替实验过程中，土样可从污染物迁移实验柱8垂向的柱式取样口9分层取出，间隙水样可从污染物迁移实验柱8垂向的管式取样口10分层取出；所有取样操作均可在不同时间节点内进行，随后检测并分析污染物在土样和间隙水样中的浓度和含量；
第六步，深层渗漏液的取样和测试：在干湿交替实验过程中，用滤液收集器13收集从滤液过滤装置11底部流出的深层渗漏液，随后检测并分析深层渗漏液中污染物的浓度和含量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种模拟干湿交替模式下污染物迁移规律的装置，其特征在于：所述装置包括干湿交替控制平台、污染物迁移实验柱（8）、滤液收集系统、螺纹连接装置（15）、软管连接装置（6）、支撑平台（16）；
所述干湿交替控制平台置于支撑平台（16）上，干湿交替控制平台上部是一水箱（1），下部是电动剪叉式升降装置（2），水箱（1）与电动剪叉式升降装置（2）之间通过铰链结构连接；所述电动剪叉式升降装置（2）底部设有操作按钮（3），操作按钮（3）用于自动控制干湿交替控制平台的升降高度和升降频率；
所述污染物迁移实验柱（8）置于支撑平台（16）上，污染物迁移实验柱（8）通过软管连接装置（6）与干湿交替控制平台顶部水箱（1）相连通；
所述滤液收集系统包括锥形过滤装置（11）和可更换滤液收集器（13），锥形过滤装置（11）通过螺纹连接装置（15）与污染物迁移实验柱（8）相连，锥形过滤装置（11）置于支撑平台（16）下方，可更换滤液收集器（13）用于收集从锥形过滤装置（11）底部流出的深层渗漏液。
2.根据权利要求1中所述的一种模拟干湿交替模式下污染物迁移规律的装置，其特征在于：所述水箱（1）为聚甲基丙烯酸甲酯材质，电动剪叉式升降装置（2）为不锈钢材质。
3.根据权利要求1中所述的一种模拟干湿交替模式下污染物迁移规律的装置，其特征在于：所述污染物迁移实验柱（8）一侧垂向每间距5 cm均匀分布有柱式取样口（9），柱式取样口用于取土样，污染物迁移实验柱（8）另一侧垂向每间距2 cm均匀分布有管式取样口（10），管式取样口（10）用于取间隙水样；
污染物迁移实验柱（8）上下均为开口设计；
污染物迁移实验柱（8）底部出口处固定有一个圆形筛孔板，所述圆形筛孔板的半径为25cm，厚度为1cm；
污染物迁移实验柱（8）右侧水土界面处设有第二阀门（7），通过软管连接装置（6）与干湿交替控制平台顶部水箱（1）上的第一阀门（5）相连；
污染物迁移实验柱（8）内壁设有螺纹结构。
4.根据权利要求1中所述的一种模拟干湿交替模式下污染物迁移规律的装置，其特征在于：针对亲水性污染物，所述锥形过滤装置（11）内填充聚丙烯填料，填充的空隙率为1:8，针对疏水性污染物，所述锥形过滤装置（11）内填充有惰性高铝球，填充的空隙率为1:9，所述锥形过滤装置（11）底部设有第三阀门（12）；
每个可更换滤液收集器（13）的容积为500 mL。
5.一种模拟干湿交替模式下污染物迁移规律的方法，其特征在于：模拟方法采用如权利要求1-4任一项中所述的模拟干湿交替模式下污染物迁移规律的装置，模拟方法包括以下步骤：第一步，向锥形过滤装置（11）内填充填料：针对亲水性污染物，向锥形过滤装置内填充聚丙烯填料，填充的空隙率为1:8；针对疏水性污染物，向锥形过滤装置内填充有惰性高铝球，填充的空隙率为1:9；
第二步，装入实验所需的均质化土样：将用于实验的土样均质化后，均匀地铺填入污染物迁移实验柱（8）中；
第三步，向升降水箱（1）中注水：将受污水体通过虹吸作用缓慢注入干湿交替控制平台的顶部水箱（1）内；
第四步，调节土壤上覆水层高度及干湿交替频率：通过控制干湿交替控制平台底部的操作按钮（3）可自动控制顶部升降水箱（1）的升降高度和升降频率；通过控制升降水箱（1）的升降高度实现上覆水层的高度上下限的变化，通过控制升降水箱的升降频率来实现土壤干湿交替频率的变化；
第五步，土样、间隙水样的取样和测试：在干湿交替实验过程中，土样从污染物迁移实验柱（8）垂向的柱式取样口（9）分层取出，间隙水样从污染物迁移实验柱（8）垂向的管式取样口（10）分层取出；所有取样操作均可在不同时间节点内进行，随后检测并分析污染物在土样和间隙水样中的浓度和含量；
第六步，深层渗漏液的取样和测试：在干湿交替实验过程中，用滤液收集器（13）收集从锥形过滤装置（11）底部流出的深层渗漏液，随后检测并分析深层渗漏液中污染物的浓度和含量。
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