CN109596809B - 一种监测与分析淋滤状态下土壤充填物中污染物动态释放的模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明监测与分析淋滤状态下土壤充填物中污染物动态释放的模拟系统，由样品容器外部子系统、样品容器内部子系统、高压供气子系统、淋滤液PH值调控子系统、进水进气管路子系统、传感器电路子系统、电脑控制终端子系统和淋滤液有机物分离子系统八个子系统组成；监测分析系统由高压供气子系统和淋滤液PH值调控子系统通过进水进气管路子系统向样品容器内部子系统提供一定压力气体和具有一定PH值的喷淋液；样品容器内部子系统内部压力、淋滤液中重金属污染物浓度及喷淋液的PH值信号分别通过传感器电路子系统传送至电脑控制终端子系统，同时部分淋滤液通过淋滤液有机物分离子系统分离提纯后进一步进行有机物分析，从而实现对固体废弃物中重金属污染物及有机物污染物释放的动态实时监测和分析。本发明系统具有操作方便、智能化高、动态淋滤模拟效果好和精度高的优点。

Description

一种监测与分析淋滤状态下土壤充填物中污染物动态释放的 模拟系统

技术领域

本发明属于重构土壤污染物监测分析技术领域，具体涉及一种监测与分析淋滤状态下土壤充填物中污染物动态释放的模拟系统。

背景技术

煤矸石是在煤炭形成过程中伴生的一种含碳量较低、比煤硬度大的岩石，含碳量一般在20－30％，断口呈现褐色，有的还夹杂有少量煤炭，发热量一般可达1000～3000大卡/公斤，它主要来源于煤炭采掘和洗选过程。近些年随着采煤过程中机械化的加强和煤炭洗选比例的增加，使得我国煤矸石累计堆存量和年排放量成为世界上最多的国家之一。然而，我国目前煤矸石的利用率较低(不足15％)，除少量煤矸石用于制砖或水泥的煅烧外，大量煤矸石主要是露天堆放，造成周围环境被严重污染的局面。

鉴于此，国家加大了对矿区环境的治理工作，其中一项就是采用煤矸石充填塌陷区复垦土地，这不仅可以解决大量煤矸石堆放造成的环境污染问题，同时还可以解决矿区土地大量塌陷造成的土地面积减少和水土流失现状。然而，煤矸石充填重构土壤后，煤矸石中所含大量重金属和有机物对环境的污染效应问题，不容忽视，必须展开系统地研究。

目前，国内外对该领域的研究绝大部分都是在实验室内采用静态浸泡和动态淋滤将覆土+煤矸石中的污染物溶下，然后利用各种化学手段提取污染物，并采用相关仪器进行检测和分析，从而获得煤矸石中所含污染物的释放规律和机理，并依据该结果对煤矸石充填重构土壤中污染物对矿区环境的影响作用进行系统性地评价。由于矿区塌陷土地修复过程中煤矸石和土壤的填埋深度较深，

因此在实验室内存在模拟土柱高度太长无法实现、淋滤液PH值调控复杂、污染物检测流程复杂和装置运行精度低等问题，因而有必要针对矿区塌陷土地煤矸石充填重构的特殊要求，开发一套操作便利、使用方便、智能化和精确度高的动态淋滤实验监测分析系统。

发明内容

本发明的目的是解决现有实验室模拟装置在充填物充填重构土壤污染物迁移规律的研究过程中存在实际填埋深度较深时，则模拟装置无法模拟相应的土柱高度，同时模拟装置的耦合温度和淋滤液PH值无法精准调控、污染物检测流程复杂、控制系统智能化不高和实验分析结果重复性低等技术问题，提出一种监测与分析淋滤状态下土壤充填物中污染物动态释放的模拟系统。通过该监测分析系统可以实现自动调控淋滤液PH值、自动调控压力减少土柱高度、自动调控温度、在线监测重金属污染物和在线分离有机污染物等功能以模拟充填物充填重构土壤污染物动态淋滤释放规律，为充填物对充填重构土壤的环境影响研究提供一种新的分析检测方法和技术构思。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案。

一种监测与分析淋滤状态下土壤充填物中污染物动态释放的模拟系统，其特征在于：由样品容器外部子系统、样品容器内部子系统、高压供气子系统、淋滤液PH值调控子系统、进水进气管路子系统、传感器电路子系统、电脑控制终端子系统和淋滤液有机物分离子系统八个子系统组成；所述样品容器外部子系统包括高压法兰密封盖、外壳体、内壳体和底座；所述进水进气管路子系统包括高压水路管和高压进气管；所述传感器电路子系统包括高压传感器电路、淋滤液PH感应传感器电路、X射线荧光传感器电路和喷淋液PH感应传感器电路；所述电脑控制终端子系统包括电脑控制终端和电脑显示器；

所述高压供气子系统和喷滤液PH值调控子系统通过进水进气管路子系统的高压水路管和高压进气管分别向样品容器内部子系统设置的水雾空间、样品装填空间和淋滤液收集空间提供一定压力的气体和具有一定PH值的喷淋液；所述水雾空间的上部设置有穿过高压法兰密封盖而通入水雾空间顶端的水雾喷头和高压传感器；所述的样品容器内部子系统包括由内壳体的内壁与从上到下依次设置的压力板、两块侧方挡板和载样板分割围合而成的水雾空间、样品装填空间和淋滤液收集空间，所述压力板、载样板和两块侧方挡板均具有透水性或渗水性；所述淋滤液收集空间的下部安装有X射线荧光传感器和淋滤液PH值感应传感器；所述样品容器内部子系统内部的压力通过传感器电路子系统的高压传感器电路传送至电脑控制终端子系统，所述样品容器内部子系统内部的淋滤液中重金属污染物浓度数据通过传感器电路子系统的X射线荧光传感器电路传送至电脑控制终端子系统，所述样品容器内部子系统内部的淋滤液的PH值信号通过传感器电路子系统的淋滤液PH感应传感器电路传送至电脑控制终端子系统，所述样品容器内部子系统内部的压力、淋滤液中重金属污染物浓度、淋滤液的PH值由电脑控制终端子系统的电脑控制终端进行监测和实时数据分析和转化后显示于电脑显示器；所述样品容器内部子系统部分淋滤液通过淋滤液有机物分离子系统分离提纯后进一步进行有机物分析，从而实现对固体废弃物中重金属污染物及有机物污染物释放的动态实时监测和分析。

上述技术方案中，所述外壳体固定安装在底座上，所述外壳体的顶端留有可密封的注水口，所述外壳体的下部侧表面留有可密封的出水口；所述内壳体的底璧设有可将淋滤液收集空间内收集的淋滤液排放至所述可密封样品容器外的排液管；所述内壳体和外壳体由高压法兰密封盖通过密封螺母形成一个可拆卸的具有腔体的可密闭样品容器，所述腔体的底部设有加热管、搅拌器和温度传感器，所述腔体内工作时由注水口加入适量的热浴介质水或冰水混合物。

上述技术方案中，所述的样品容器内部子系统包括由内壳体的内壁与从上到下依次设置的压力板、两块侧方挡板和载样板分割围合而成的水雾空间、样品装填空间和淋滤液收集空间，所述压力板、载样板和两块侧方挡板均具有透水性或渗水性；所述水雾空间设置有穿过高压法兰密封盖而通入水雾空间顶端的高压水雾喷头和高压传感器；所述内壳体的内壁上部两端和中部两端分别设置有两组可收缩的突出挡块，所述压力板和载样板分别放置于可收缩的突出挡块上；所述淋滤液收集空间的下部安装有X射线荧光传感器和淋滤液PH值感应传感器。一种优选的技术方案为，所述压力板的表面上和所述载样板的表面上均布满一定直径的小孔；所述两块侧方挡板的上部均为实心，下部均布满一定直径的小孔。

上述技术方案中，所述高压供气子系统由带有压力表的的高压氮气瓶、集气箱组成，所述高压氮气瓶依次连接集气箱和进水进气管路子系统的高压进气管；所述高压进气管与所述集气箱连接的管路上设置有截止阀，所述集气箱设有带放压阀的放气管，通过截止阀和放压阀调节所述样品容器内部子系统的气体压力。

上述技术方案中，所述喷滤液PH值调控子系统由带有液体加注口的酸性液体储存罐和带有刻度的喷淋液储存容器组成，所述酸性液体储存罐和所述带有刻度的喷淋液储存容器的连接管路上设置有电磁控制阀，所述带有刻度的喷淋液储存容器内设有喷淋液PH值传感器，所述带有刻度的喷淋液储存容器内喷淋液在高压水泵作用下通过所述进水进气管路子系统的高压水路管以一定的流速流向水雾喷头。一种优选的技术方案为，所述高压水泵与进水进气管路子系统中高压水路管连接的管线部分设置有电磁控制阀，所述高压水路管线通过所述电磁控制阀控制流向水雾喷头的喷淋液的流速。另一种优选的技术方案为，所述酸性液体储存罐的内部设有电动搅拌器，底部设有转速控制仪和电源开关。

上述技术方案中，所述淋滤液有机物分离子系统由分子筛吸附装置、废液收集容器、萃取溶剂储罐、耐腐蚀泵和有机物富集液接收容器组成；所述分子筛吸附装置由软管串联若干个分子筛填装罐而成，所述分子筛填装罐的进液口和出液口分别由软管通过螺栓与进液口三通阀的下端接口、出液口三通阀的上端接口连接；所述进液口三通阀的上端接口与所述可密封样品容器外的排液管相连接，中部接口与耐腐蚀泵连接；所述出液口三通阀的下端接口连接废液收集容器，中部接口连接萃取溶剂储罐；所述萃取溶剂储罐、耐腐蚀泵和有机物富集液接收容器通过三通阀连接。一种优选的技术方案为，所述排液管与进液口三通阀连接的管路部分设有排液阀；所述进液口三通阀与耐腐蚀泵连接的管路部分设有电磁控制阀。

与现有技术相比，本发明一种监测与分析淋滤状态下土壤充填物中污染物动态释放的模拟系统具有如下有益效果：

1)本发明一种监测与分析淋滤状态下土壤充填物中污染物动态释放的模拟系统，首先按照地球科学原理估算不同覆土深度处煤矸石所受压力和温度，然后通过该装置的加热系统或冰水混合物控制温度，外充氮气控制高进气抗水压力板上部的压力，从而降低淋滤土柱的高度，实现在不同温度和压力耦合下动态模拟水流冲刷煤矸石污染物的迁移规律，为该领域的研究开辟了一种新途径和新方法。

2)本发明一种监测与分析淋滤状态下土壤充填物中污染物动态释放的模拟系统，可以采用两种流动方式模拟浸泡淋滤液，即一种时采用淋滤液直接流动进入淋滤收集系统；另一种时采用从侧面流动进入淋滤收集系统。因此，本发明监测分析系统解决了传统淋滤装置中淋滤液只能直接流动淋滤而无法模拟与周围土壤间渗透的困难，使得淋滤模拟更能准确地模拟实际雨水冲刷、浸泡过程中液体的流动过程，因而具有模拟结果更接近于真实状态、测试结果更精确可靠、操作过程更便于标准化等显著的技术效果。

3)本发明一种监测与分析淋滤状态下土壤充填物中污染物动态释放的模拟系统与计算机连接，实现自动化控制，克服了现阶段大部分仪器设备人工操作容易出现的误差缺陷以及传统实验过程中繁杂的重金属和有机物提取过程，具有测试时间短、测试人员劳动强度低、测试过程简便等优点。

附图说明

图1为本发明一种监测与分析淋滤状态下土壤充填物中污染物动态释放的模拟系统整体组成示意图；

图2为本发明一种监测与分析淋滤状态下土壤充填物中污染物动态释放的模拟系统各部分子系统组成及连接示意图；

图1、图2中，1-样品容器外部子系统：11-密封螺母、12-高压法兰密封盖、13-上部密封盖、14-注水口、15-内壳体、16-加热管、17-温度显示仪、18-底座、19-外壳体、110-腔体、111-排液管、112-排液阀、113-搅拌器、114-温度传感器、115-下部密封盖、116-出水口、117-转速控制仪、118-电源开关；

2-高压供气子系统：21-截止阀、22-放气管、23-放压阀、24-高压氮气瓶、25-压力表、26-集气箱；

3-淋滤液PH值调控子系统：31-高压水泵、32-电磁控制阀、33-液体加注口、34-酸性液体储存罐、35-电磁控制阀、36-带有刻度的喷淋液储存容器、37-电动搅拌器、38-电源开关、39-转速控制仪、310-喷淋液PH值传感器；

4-进水进气管路子系统：41-高压水路管、42-高压进气管；

5-样品容器内部子系统：51-水雾喷头、52-压力板、53-可收缩的突出挡块、54-可收缩的突出挡块、55-侧方挡板、56-滤纸、57-载样板、58-X射线荧光传感器、59-淋滤液PH值感应传感器、510-高压传感器；

6-传感器电路子系统：61-高压传感器电路、62-淋滤液PH感应传感器电路、63-X射线荧光传感器电路、64-喷淋液PH感应传感器电路；

7-电脑控制终端子系统：71-高压传感器端口、72-淋滤收集液PH传感器端口、73-X射线荧光传感器端口、74-淋滤液PH传感器端口、75-电脑控制终端、76-电脑显示器；

8-淋滤液有机物分离子系统：81-进液口三通阀、82-螺栓、83-软管、84-分子筛填装罐、85-出液口三通阀、86-废液收集容器、87-有机物富集液接收容器、88-三通阀、89-耐腐蚀泵、810-萃取溶剂储罐、811-电磁控制阀。

具体实施方式

下面结合附图和应用例，对本发明的技术方案作进一步详细说明。

如图1、图2所示，本发明一种监测与分析淋滤状态下土壤充填物中污染物动态释放的模拟系统包括8个子系统，即样品容器外部子系统1、样品容器内部子系统5、高压供气子系统2、淋滤液PH值调控子系统3、进水进气管路子系统4、传感器电路子系统6、电脑控制终端子系统7和淋滤液有机物分离子系统8，所述监测分析系统由高压供气子系统2和喷滤液PH值调控子系统3通过进水进气管路子系统4的高压水路管41和高压进气管42分别向样品容器内部子系统5设置的水雾空间、样品装填空间和淋滤液收集空间提供一定压力的气体和具有一定PH值的喷淋液；所述水雾空间的上部设置有穿过高压法兰密封盖12而通入水雾空间顶端的水雾喷头51和高压传感器510；所述样品容器内部子系统5内部的压力、淋滤液中重金属污染物浓度及喷淋液的PH值信号分别通过传感器电路子系统6的高压传感器电路61、淋滤液PH感应传感器电路62、X射线荧光传感器电路63和喷淋液PH感应传感器电路64传送至电脑控制终端子系统7，并由电脑控制终端子系统7的电脑控制终端75进行监测和实时数据分析和转化后显示于电脑显示器76，同时部分淋滤液通过淋滤液有机物分离子系统8分离提纯后进一步进行有机物分析，从而实现对固体废弃物中重金属污染物及有机物污染物释放动态的实时动态监测和分析。

如图1、图2所示，所述样品容器外部子系统1包括高压法兰密封盖12、外壳体19、内壳体15和底座18；所述外壳体19固定安装在底座18上，所述外壳体19的顶端留有可密封的注水口14，所述外壳体19的下部侧表面留有可密封的出水口116；所述内壳体15的底璧设有可将淋滤液收集空间内收集的淋滤液排放至所述可密封样品容器外的排液管111；所述内壳体15和外壳体19由高压法兰密封盖12通过密封螺母11形成一个可拆卸的具有腔体110的可密闭样品容器，所述腔体110的底部设有加热管16、搅拌器113和温度传感器114，所述腔体110内工作时由注水口14加入适量的热浴介质水或冰水混合物。作为一种优选的技术方案，本发明一种模拟固体废弃物充填重构土壤过程中污染物释放动态的监测分析系统中，所述挡板52最好采用抗水抗压的材料制作。作为另一种优选的技术方案，所述样品容器外部子系统1中，底座18上设置有温度显示仪17、转速控制仪117和电源开关118。

如图1、图2所示，所述高压供气子系统2由带有压力表25的高压氮气瓶24和集气箱26组成，所述高压氮气瓶24依次连接集气箱26和进水进气管路子系统4的高压进气管42；所述高压进气管42与所述集气箱26连接的管路上设置有截止阀21，所述集气箱26设有带放压阀23的放气管22，通过截止阀21和放压阀23调节所述样品容器内部子系统5的气体压力。作为一种优选的技术方案，本发明一种监测与分析淋滤状态下土壤充填物中污染物动态释放的模拟系统中，所述载样板57最好采用抗水抗压且渗水性和透气性较好的材料制作。

如图1、图2所示，所述喷滤液PH值调控子系统3由带有液体加注口33的酸性液体储存罐34和带有刻度的喷淋液储存容器36组成，所述酸性液体储存罐34和所述带有刻度的喷淋液储存容器36的连接管路上设置有电磁控制阀35，所述带有刻度的喷淋液储存容器36内设有喷淋液PH值传感器310，所述带有刻度的喷淋液储存容器36内喷淋液在高压水泵31作用下通过所述进水进气管路子系统4的高压水路管41以一定的流速流向所述水雾空间顶端设置的水雾喷头51。一种优选的技术方案为，所述高压水泵31与进水进气管路子系统4中高压水路管41连接的管线部分设置有电磁控制阀32，所述高压水路管线41通过所述电磁控制阀32控制流向水雾喷头51的喷淋液的流速。另一种优选的技术方案为，所述酸性液体储存罐34的内部设有电动搅拌器37，底部设有转速控制仪39和电源开关38。

如图1、图2所示，所述进水进气管路子系统4包括高压水路管41和高压进气管42；所述监测分析系统由高压供气子系统2和喷滤液PH值调控子系统3通过所述高压进气管42和高压水路管41分别向样品容器内部子系统5内部提供一定压力的气体和具有一定PH值的喷淋液。

如图1、图2所示，所述样品容器内部子系统5内水雾空间、样品装填空间和淋滤液收集空间分别由内壳体15的内壁与从上到下依次设置的压力板52、两块侧方挡板55和载样板57分割围合而成，其中所述水雾空间设置有穿过高压法兰密封盖12而通入水雾空间顶端的高压水雾喷头51和高压传感器510；所述内壳体15的内壁上部两端和中部两端分别设置有两组可收缩的突出挡块53、54，所述压力板52和载样板57分别放置于可收缩的突出挡块53、54上；所述淋滤液收集空间的下部安装有X射线荧光传感器58和淋滤液PH值感应传感器59。所述压力板52、载样板57和两块侧方挡板55均具有透水性或渗水性，作为一种优选的技术方案为，所述压力板52、载样板57可以制作成表面上均布满一定直径的小孔的结构，而两块侧方挡板55则可以制作成上部均为实心，下部均布满一定直径的小孔的结构。

如图1、图2所示，所述传感器电路子系统6由高压传感器电路61、淋滤液PH感应传感器电路62、X射线荧光传感器电路63和喷淋液PH感应传感器电路64组成；所述高压传感器电路61的一端、喷淋液PH感应传感器电路64的一端分别连接高压传感器510、喷淋液PH值传感器310，所述高压传感器电路61的另一端、喷淋液PH感应传感器电路65的另一端分别连接电脑控制终端子系统7的高压传感器端口71、喷淋液PH传感器端口74；所述淋滤液PH感应传感器电路62连接淋滤液PH感应传感器59的一端、X射线荧光传感器电路63连接X射线荧光传感器58的一端均由外向内依次穿过外壳体19、腔体110和内壳体15伸入淋滤液收集空间的底部，所述淋滤液PH感应传感器电路62的另一端、X射线荧光传感器电路63的另一端分别连接电脑控制终端子系统7的淋滤液PH传感器端口72、X射线荧光传感器端口73。

如图1、图2所示，所述电脑控制终端子系统7包括电脑控制终端75和电脑显示器76，所述电脑控制终端75设置有高压传感器端口71、淋滤液PH传感器端口72、X射线荧光传感器端口73、喷淋液PH传感器端口74四个传感器端口接口。

如图1、图2所示，所述淋滤液有机物分离子系统8由分子筛吸附装置、废液收集容器86、萃取溶剂储罐810、耐腐蚀泵89和有机物富集液接收容器87组成；所述分子筛吸附装置由软管83串联若干个分子筛填装罐84而成，所述分子筛填装罐84的进液口和出液口分别由软管83通过螺栓82与进液口三通阀81的下端接口、出液口三通阀85的上端接口连接；所述进液口三通阀81的上端接口与所述可密封样品容器外的排液管111相连接，中部接口与耐腐蚀泵89连接；所述出液口三通阀85的下端接口连接废液收集容器86，中部接口连接萃取溶剂储罐810；所述萃取溶剂储罐810、耐腐蚀泵89和有机物富集液接收容器87通过三通阀88连接。一种优选的技术方案为，所述排液管111与进液口三通阀81连接的管路部分设有排液阀112；所述进液口三通阀81与耐腐蚀泵89连接的管路部分设有电磁控制阀811。

上述任一项技术方案中，所述可密封样品容器的内壳体5和外壳体16优选采用不锈钢材料制成。

此外，在本发明系统模拟固体废弃物充填重构土壤过程中污染物释放的动态监测分析的应用过程中，所述萃取溶剂储罐810中的萃取溶剂可以采用二氯甲烷萃取剂，淋滤液中有机物萃取分离后提纯的方法可以采用旋转蒸发仪旋转蒸发。

应用例。

本发明系统可以应用于工业废弃物(包括采矿废石、冶炼废渣、各种煤矸石、炉渣等)等固体废物作为充填物在充填重构土壤过程中污染物释放的动态监测分析研究。

本应用例以煤矸石为例，模拟大同煤矿集团忻州窑矿煤矸石山综合治理项目中煤矸石对环境的污染，以覆土地下10米处的煤矸石污染物迁移规律为研究对象，地下10米处的压力按照水柱来处理应该为0.2MPa，温度按照大同地区夏季平均气温为26℃，地下10米处应该恒定为17℃。

具体操作方法为，首先将本发明一种监测与分析淋滤状态下土壤充填物中污染物动态释放的模拟系统中样品容器内的内壳体15内水雾空间、样品装填空间和淋滤液收集空间等清洗干净，然后将载样板57放置好，上部垫滤纸56，把400g不同直径大同新鲜煤矸石装填在滤纸56上，上部均匀填充30cm厚的黄土，再将高进气抗水压力板52安装好，盖好高压法兰密封盖12，并用密封螺母11将其密紧。开启电脑控制终端75和电脑显示器76，检查高压传感器电路61、淋滤液PH感应传感器电路62、X射线荧光传感器电路63、淋滤液PH感应传感器电路64信号是否正常。开启高压氮气瓶24，将高压截止阀21开启，同时给样品容器内充压，通过电脑控制终端75监测样品容器内压力变化，当充压达到0.2MPa时停止充压，保持读数持续两小时，如果压力没有发生变化，则说明气密性良好，即可开始后续实验，否则需要放掉压力重新密封检测直至气密性良好。通过注水口14将去离子水与冰的混合物注入样品容器的腔体110内，达到一定高度，停止注水，开启底座18上电源开关118，将温度显示仪17调至17℃、转速控制仪117调至1000rap/min，开始加热搅拌。

当温度达到设定温度时，首先在酸性液体储存罐34内注入PH等于4.17的盐酸溶液，然后在带有刻度的喷淋液储存容器36内注入去离子水，保证煤矸石与去离子水的液固比为1:2，调整电磁控制阀35缓慢的将盐酸溶液注入带有刻度的喷淋液储存容器36内，并不断搅拌和通过带有刻度的喷淋液储存容器36内喷淋液PH值传感器310监测溶液PH值，当带有刻度的喷淋液储存容器36内溶液PH值达到6.93时，关闭电磁控制阀35。开启高压水泵31相连的电磁控制阀32，并保持一定流量，开启高压水泵31，将喷淋液传输至水雾喷头51，动态淋滤实验开始，淋滤所用去离子水经压力板52上面的小孔进入所装土样和煤矸石区，浸泡之后的液体分为两部分，一部分通过载样板57上面的孔进入淋滤液收集部分，一部分从侧方挡板55的小孔向两侧渗透后进入淋滤液收集空间。

淋滤液收集空间底部的X射线荧光传感器58探头和淋滤液PH值感应传感器59探头每20分钟对煤矸石淋滤液中的重金属离子浓度和淋滤液PH值进行监测，将监测到的重金属离子浓度信号和PH值信号传给电脑控制终端75，电脑控制终端75接收并记录每次测试点重金属离子浓度信号和PH值信号，然后将其进行实时数据分析和转化后显示于电脑显示器76。部分时间段重金属和PH值监测数据如表1所示。

表1重金属实时监测数据

当带有刻度的喷淋液储存容器36内PH值为6.93的去离子水全部被抽完时，关闭高压水泵31和电磁阀控制阀32，通过X射线荧光传感器58探头和淋滤液PH值感应传感器59探头监测样品容器内的重金属数据和PH值长时间不发生改变后，关闭底座18上转速控制仪117和电源开关118。缓慢开启截止阀21和放压阀23将样品容器内的气压将为常压，关闭电脑控制终端75和电脑显示器76等控制系统，打开密封螺母11将高压密封法兰盖12打开。

打开排液阀112和进液口三通阀81将样品容器内的淋滤液在一定流速下缓慢地放入已经装填有分子筛的过滤装置内，使其所含有机污染物被分子筛所吸附，直至所有淋滤液都流入废液收集容器86内，一般淋滤时间设定为6小时。此时，关闭上述排液阀112和进液口三通阀81，打开萃取溶剂储罐810相连的出液口三通阀85、电磁控制阀811和三通阀88，开启耐腐蚀泵89，调整电磁控制阀811到一定流量，通过萃取溶剂(如二氯甲烷)将分子筛吸附装置内所吸附的有机污染物全部溶出，一般时间设定为10小时，操作完成后，关闭耐腐蚀泵89和电磁控制阀811。开启三通阀88出液口，将萃取溶剂储罐内溶解有有机物的富液收集至有机物富集液接收容器87(例如，可以是烧瓶等玻璃容器)，然后将收集到的有机物富集液蒸馏，除去萃取溶剂，所剩残液即为较为纯净的有机污染物混合物。在该污染物中添加适量的硫酸钠将所含水分脱除，随后分别通过内部填充硅胶和二氧化铝的层析柱，层析液分别选取正己烷、二氯甲烷和甲醇将该污染物分离为烷烃、芳香族和极性物质，并对相关物质进行气质联用分析，即可找到覆土深度10米煤矸石充填重构土壤中有机物污染物的迁移规律。

当前述所有实验完毕时，将样品容器内的内壳体15内样品装填空间内的固体煤矸石样品取出并清洗干净内壳体15内水雾空间、样品装填空间和淋滤液收集空间，并更换分子筛吸附装置内的分子筛吸附剂，即可开始下一组实验。

以上具体实施方式的描述仅是为了说明本发明一种监测与分析淋滤状态下土壤充填物中污染物动态释放的模拟系统的发明构思和基本技术原理而已，本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，还可以利用上述技术内容在本发明精神的教导下做出其他改进或等价变形，因此，凡是在本发明精神的教导下做出其他改进的发明均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种监测与分析淋滤状态下土壤充填物中污染物动态释放的模拟系统，其特征在于：由样品容器外部子系统（1）、样品容器内部子系统（5）、高压供气子系统（2）、淋滤液PH值调控子系统（3）、进水进气管路子系统（4）、传感器电路子系统（6）、电脑控制终端子系统（7）和淋滤液有机物分离子系统（8）八个子系统组成；所述样品容器外部子系统（1）包括高压法兰密封盖（12）、外壳体（19）、内壳体（15）和底座（18）；所述进水进气管路子系统（4）包括高压水路管（41）和高压进气管（42）；所述传感器电路子系统（6）包括高压传感器电路（61）、淋滤液PH感应传感器电路（62）、X射线荧光传感器电路（63）和喷淋液PH感应传感器电路（64）；所述电脑控制终端子系统（7）包括电脑控制终端（75）和电脑显示器（76）；

所述高压供气子系统（2）和喷滤液PH值调控子系统（3）通过进水进气管路子系统（4）的高压水路管（41）和高压进气管（42）分别向样品容器内部子系统（5）设置的水雾空间、样品装填空间和淋滤液收集空间提供一定压力的气体和具有一定PH值的喷淋液；所述水雾空间的上部设置有穿过高压法兰密封盖（12）而通入水雾空间顶端的水雾喷头（51）和高压传感器（510）；所述的样品容器内部子系统（5）包括由内壳体（15）的内壁与从上到下依次设置的压力板（52）、两块侧方挡板（55）和载样板（57）分割围合而成的水雾空间、样品装填空间和淋滤液收集空间，所述压力板（52）、载样板（57）和两块侧方挡板（55）均具有透水性或渗水性；所述淋滤液收集空间的下部安装有X射线荧光传感器（58）和淋滤液PH值感应传感器（59）；所述样品容器内部子系统（5）内部的压力通过传感器电路子系统（6）的高压传感器电路（61）传送至电脑控制终端子系统（7），所述样品容器内部子系统（5）内部的淋滤液中重金属污染物浓度数据通过传感器电路子系统（6）的X射线荧光传感器电路（63）传送至电脑控制终端子系统（7），所述样品容器内部子系统（5）内部的淋滤液的PH值信号通过传感器电路子系统（6）的淋滤液PH感应传感器电路（62）传送至电脑控制终端子系统（7），所述样品容器内部子系统（5）内部的压力、淋滤液中重金属污染物浓度、淋滤液的PH值由电脑控制终端子系统（7）的电脑控制终端（75）进行监测和实时数据分析和转化后显示于电脑显示器（76）；所述样品容器内部子系统（5）部分淋滤液通过淋滤液有机物分离子系统（8）分离提纯后进一步进行有机物分析，从而实现对固体废弃物中重金属污染物及有机物污染物释放的动态实时监测和分析。

2.根据权利要求1所述的监测与分析淋滤状态下土壤充填物中污染物动态释放的模拟系统，其特征在于：所述内壳体（15）和外壳体（19）由高压法兰密封盖（12）通过密封螺母（11）形成一个可拆卸的具有腔体（110）的可密封样品容器，所述腔体（110）的底部设有加热管（16）、搅拌器（113）和温度传感器（114），所述腔体（110）内工作时由注水口（14）加入适量的热浴介质水或冰水混合物；所述外壳体（19）固定安装在底座（18）上，所述外壳体（19）的顶端留有可密封的注水口（14），所述外壳体（19）的下部侧表面留有可密封的出水口（116）；所述内壳体（15）的底壁设有可将淋滤液收集空间内收集的淋滤液排放至所述可密封样品容器外的排液管（111）。

3.根据权利要求1所述的监测与分析淋滤状态下土壤充填物中污染物动态释放的模拟系统，其特征在于：所述内壳体（15）的内壁上部两端设置有一组可收缩的突出挡块（53），中部两端设置有一组可收缩的突出挡块（54），所述压力板（52）放置于上部两端设置的突出挡块（53）上，所述载样板（57）放置于中部两端设置的可收缩的突出挡块（54）上。

4.根据权利要求3所述的监测与分析淋滤状态下土壤充填物中污染物动态释放的模拟系统，其特征在于：所述压力板（52）的表面上和所述载样板（57）的表面上均布满一定直径的小孔；所述两块侧方挡板（55）的上部均为实心，下部均布满一定直径的小孔。

5.根据权利要求1所述的监测与分析淋滤状态下土壤充填物中污染物动态释放的模拟系统，其特征在于：高压供气子系统（2）由带有压力表（25）的高压氮气瓶（24）、集气箱（26）组成，所述高压氮气瓶（24）依次连接集气箱（26）和进水进气管路子系统（4）的高压进气管（42）；所述高压进气管（42）与所述集气箱（26）连接的管路上设置有截止阀（21），所述集气箱（26）设有带放压阀（23）的放气管（22），通过截止阀（21）和放压阀（23）调节所述样品容器内部子系统（5）的气体压力。

6.根据权利要求1所述的监测与分析淋滤状态下土壤充填物中污染物动态释放的模拟系统，其特征在于：所述喷滤液PH值调控子系统（3）由带有液体加注口（33）的酸性液体储存罐（34）和带有刻度的喷淋液储存容器（36）组成，所述酸性液体储存罐（34）和所述带有刻度的喷淋液储存容器（36）的连接管路上设置有电磁控制阀（35），所述带有刻度的喷淋液储存容器（36）内设有喷淋液PH值传感器（310），所述带有刻度的喷淋液储存容器（36）内喷淋液在高压水泵（31）作用下通过所述进水进气管路子系统（4）的高压水路管（41）以一定的流速流向水雾喷头（51）。

7.根据权利要求6所述的监测与分析淋滤状态下土壤充填物中污染物动态释放的模拟系统，其特征在于：所述高压水泵（31）与进水进气管路子系统（4）中高压水路管（41）连接的管线部分设置有电磁控制阀（32），所述高压水路管（41）通过所述电磁控制阀（32）控制流向水雾喷头（51）的喷淋液的流速。

8.根据权利要求6所述的监测与分析淋滤状态下土壤充填物中污染物动态释放的模拟系统，其特征在于：所述酸性液体储存罐（34）的内部设有电动搅拌器（37），底部设有转速控制仪（39）和电源开关（38）。

9.根据权利要求2所述的监测与分析淋滤状态下土壤充填物中污染物动态释放的模拟系统，其特征在于：所述淋滤液有机物分离子系统（8）由分子筛吸附装置、废液收集容器（86）、萃取溶剂储罐（810）、耐腐蚀泵（89）和有机物富集液接收容器（87）组成；所述分子筛吸附装置由软管（83）串联若干个分子筛填装罐（84）而成，所述分子筛填装罐（84）的进液口和出液口分别由软管（83）通过螺栓（82）与进液口三通阀（81）的下端接口、出液口三通阀（85）的上端接口连接；所述进液口三通阀（81）的上端接口与所述可密封样品容器外的排液管（111）相连接，中部接口与耐腐蚀泵（89）连接；所述出液口三通阀（85）的下端接口连接废液收集容器（86），中部接口连接萃取溶剂储罐（810）；所述萃取溶剂储罐（810）、耐腐蚀泵（89）和有机物富集液接收容器（87）通过三通阀（88）连接。

10.根据权利要求9所述的监测与分析淋滤状态下土壤充填物中污染物动态释放的模拟系统，其特征在于：所述萃取溶剂储罐（810）中的萃取溶剂为二氯甲烷，淋滤液中有机物萃取分离后提纯的方法为采用旋转蒸发仪旋转蒸发。

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