CN109799172A - 一种矿区重金属污染土壤中锑的释放迁移及模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿区重金属污染土壤中锑的释放迁移及模拟实验装置，本发明采用蠕动泵送的原理，真实的模拟土壤中的动力吸附环境，可以有效的分析磷元素与锑元素在土壤中的竞争吸附问题，实现对不同磷元素对锑活性的影响的分析，通过设置陶瓷纳米膜，可以降低圆筒体内壁的不透气、不透水性对土壤内迁移释放的影响，最大程度的提高实验模拟的真实性，同时，导流套的设置，可以提高溶液在土壤中流动的均匀性，提高实验模拟的可靠性，以便以最佳的条件模拟锑的释放迁移，本发明的集液可以实现自动化，并能够实现各个集液管的自动集液，便于后续的分析。

Description

一种矿区重金属污染土壤中锑的释放迁移及模拟实验装置

技术领域

本发明涉及一种矿区重金属污染土壤中锑的释放迁移及模拟实验装置，属于矿区重金属锑的释放迁移模拟实验技术领域。

背景技术

锑是有毒重金属，对人体健康具有很强的毒性，因此，锑在环境中存在的形式以及地球化学行为受到科学界的广泛关注。对于长期大规模的锑矿开采、冶炼所产生的废石、废渣、废水和废气造成大量的有毒元素释放到水、土壤中，严重破坏矿区的生态环境，威胁人体健康。虽然重金属锑在土壤中大部分以不溶解的残渣存在，其活性较低，对土壤危害目前还没有特别严重的证据，但是，环境会改变锑元素的活性，甚至会大大的增大其活动性，进而增大其生物有效性，促进向植物体内迁移，最终危害人体健康。

同时，目前为了提高农作物产量，在农业生产中大量施加磷肥，而且在土壤修复中，也会加入一些含磷物质，目前研究发现，元素磷与锑之间存在竞争吸附作用，土壤中的磷会降低锑的吸附作用，增强锑的活性，那么，大量的磷进入土壤中，其对磷的释放可能会产生影响，进而可能会使得锑迁移转移至生物体内，通过食物链对人体健康产生影响，因此，如何模拟研究用于对矿区重金属污染土壤中锑的释放迁移寄模拟实验，具有极其重要的作用。

本发明针对以上问题，提供一种矿区重金属污染土壤中锑的释放迁移及模拟实验装置，实现锑与磷之间的关系进行研究，便于对矿区重金属污染土壤的科学治理。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种矿区重金属污染土壤中锑的释放迁移及模拟实验装置，其包括多个溶液箱、多组蠕动泵送组件、多组实验玻璃土柱、集液管、集液转动台、移动驱动组件和控制器，其中，每个所述溶液箱内容纳有不同磷浓度的磷元素溶液，每组所述实验玻璃土柱内存储有矿区采样土壤；其特征在于，

每个所述溶液箱均采用各自的蠕动泵送组件和玻璃输液管连接至所述实验玻璃土柱的底端，所述实验玻璃土柱的顶端采用玻璃出液管连接至所述集液管的正上方；

所述集液转动台的上端面圆周边缘内侧圆周阵列设置有多个集液管，且集液管的个数是所述实验玻璃土柱组数的n倍，n为大于等于5的整数；

各个玻璃出液管正好位于相邻的各个集液管的正上方，以便使得各个玻璃出液管流出的溶液正好落入各自的集液管内；

所述控制器控制所述集液转动台间歇转动，且所述集液转动台每次转动的角度为使得所有已接收溶液的集液管正好离开所述玻璃出液管，并使得下一批集液管位于各个玻璃出液管的正下方；

所述移动驱动组件位于所述集液转动台的底部，以便使得所述集液转动台转动时，所述控制器控制所述移动驱动组件驱动所述集液转动台离开所述玻璃出液管的正下方。

进一步，作为优选，所述蠕动泵送组件采用蠕动泵，且所述蠕动泵的泵送速率使得所述实验玻璃土柱内的溶液在达西流速下进行实验。

进一步，作为优选，所述实验玻璃土柱包括上盖、下盖、圆筒体和陶瓷纳米膜，其中，所述圆筒体内设置有圆柱腔，所述圆筒体的上下两端均密封设置有上盖和下盖，所述玻璃输液管和玻璃出液管分别置于所述下盖和上盖上，且与所述圆柱腔连通，所述圆筒体的圆柱腔内同轴设置有圆环结构的陶瓷纳米膜，所述陶瓷纳米膜与所述圆筒体的内壁之间设置有空腔，且陶瓷纳米膜的外壁与所述圆筒体的内壁之间的间距至少为圆筒体的圆柱腔直径的四分之一，所述圆柱腔内均填充有矿区的土壤样品。

进一步，作为优选，所述上盖和下盖的靠近土壤样品的内侧均套设有导流套，所述导流套内位于所述陶瓷纳米膜的位置设置有一圈隔水套，所述隔水套延伸至所述陶瓷纳米膜的端部，且所述隔水套与所述陶瓷纳米膜之间有部分重叠且紧密贴合布置，且所述隔水套的轴向端部均紧密的贴合所述上盖的内壁设置，以便使得玻璃出液管中的流出溶液为陶瓷纳米膜所围成空间内的溶液。

进一步，作为优选，所述集液转动台的上端面的边缘处内侧圆周阵列设置有多个间隔布置的涨紧定位套，所述集液管可拆卸拔出的定位在所述涨紧定位套内。

进一步，作为优选，所述移动驱动组件包括工作台和驱动气缸，所述工作台的上端面一侧设置有所述驱动气缸，所述驱动气缸的活塞端连接至底座，所述集液转动台采用转轴支撑在所述底座上，所述底座内设置有分度驱动电机，所述分度驱动电机驱动所述转轴分度间歇转动，所述工作台的上端面还设置有沿着驱动气缸的延伸方向延伸的滑槽，所述底座的底部设置有与所述滑槽配合的滑块。

进一步，作为优选，所述工作台的上端面位于所述滑槽的一侧设置有限位开关一和限位开关二，所述限位开关一和限位开关二的位置控制所述底座的移动范围。

进一步，作为优选，所述工作台的一侧固定设置有竖直布置的支架，所述支架上可上下滑动的设置有滑座，所述滑座上设置有水平延伸的弧形定位座，各个所述玻璃出液管向下穿过的定位在所述弧形定位座上。

进一步，作为优选，所述蠕动泵送组件与所述实验玻璃土柱之间的玻璃输液管上还设置有电磁阀。

进一步，作为优选，本发明提供了一种矿区重金属污染土壤中锑的释放迁移寄模拟实验方法，其特征在于，其包括以下步骤：

(1)将各个集液管布置于集液转动台上的涨紧定位套上，配置好各个溶液箱内磷溶液的浓度，并使得各个溶液箱内的溶液处于同一温度下，并将各个玻璃输液管和玻璃出液管连接好，调试好蠕动泵；

(2)将矿区同一位置采集的同一批土壤样品分别等量的至于各个实验玻璃土柱中，并使得各个实验玻璃土柱中的陶瓷纳米膜的位置和尺寸均相同；

(3)连接好各个部件好，开启蠕动泵，间隔相同时间后，启动移动驱动组件，使得各个集液管均位于各自的玻璃出液管的正下方，进行收集各个实验玻璃土柱内流出的溶液；

(4)收集一定时间后，开启移动驱动组件，使得集液转动台移动，使得各个集液管离开各自的玻璃出液管，然后开启分度转动驱动电机，使得集液转动台转动一定角度，进行下一批的集液管的收集；

(5)启动移动驱动组件，使得下一批的各个集液管均位于各自的玻璃出液管的正下方，进行收集各个实验玻璃土柱内流出的溶液，依次循环，直至收集到所需批量的溶液；

(6)将各个集液管内的溶液分成两份，其中一份加酸保存用于测定溶解态锑的含量，另一份不加酸用离子色谱测定磷酸离子含量，并根据各个集液管的分析的含量绘制不同磷元素下锑元素的浓度在一定时间内的变化曲线。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明本发明采用蠕动泵送的原理，真实的模拟土壤中的动力吸附环境，可以有效的分析磷元素与锑元素在土壤中的竞争吸附问题，实现对不同磷元素对锑活性的影响的分析，通过设置陶瓷纳米膜，可以降低圆筒体内壁的不透气、不透水性对土壤内迁移释放的影响，最大程度的提高实验模拟的真实性，同时，导流套的设置，可以提高溶液在土壤中流动的均匀性，提高实验模拟的可靠性，以便以最佳的条件模拟锑的释放迁移，本发明的集液可以实现自动化，并能够实现各个集液管的自动集液，便于后续的分析。

附图说明

图1是本发明一种矿区重金属污染土壤中锑的释放迁移及模拟实验装置的俯视结构示意图；

图2是本发明一种矿区重金属污染土壤中锑的释放迁移及模拟实验装置的集液转动台、移动驱动组件位置主视结构示意图；

图3是本发明一种矿区重金属污染土壤中锑的释放迁移及模拟实验装置的实验玻璃土柱内部示意图；

图4是本发明一种矿区重金属污染土壤中锑的释放迁移及模拟实验装置的溶液箱、蠕动泵送组件、实验玻璃土柱的连接关系结构示意图；

图5是本发明一种矿区重金属污染土壤中锑的释放迁移及模拟实验装置的集液管固定安装布置结构示意图；

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。

请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种矿区重金属污染土壤中锑的释放迁移及模拟实验装置，其包括多个溶液箱1、多组蠕动泵送组件2、多组实验玻璃土柱4、集液管8、集液转动台9、移动驱动组件和控制器，其中，每个所述溶液箱1内容纳有不同磷浓度的磷元素溶液，每组所述实验玻璃土柱4内存储有矿区采样土壤23；其特征在于，

每个所述溶液箱1均采用各自的蠕动泵送组件2和玻璃输液管连接至所述实验玻璃土柱的底端，所述实验玻璃土柱4的顶端采用玻璃出液管连接至所述集液管的正上方；

所述集液转动台9的上端面圆周边缘内侧圆周阵列设置有多个集液管8，且集液管8的个数是所述实验玻璃土柱组数的n倍，n为大于等于5的整数；

各个玻璃出液管6的出液管管口正好位于相邻的各个集液管的正上方，以便使得各个玻璃出液管6流出的溶液正好落入各自的集液管8内；

所述控制器控制所述集液转动台9间歇转动，且所述集液转动台9每次转动的角度为使得所有已接收溶液的集液管正好离开所述玻璃出液管，并使得下一批集液管位于各个玻璃出液管的正下方；

所述移动驱动组件位于所述集液转动台的底部，以便使得所述集液转动台转动时，所述控制器控制所述移动驱动组件驱动所述集液转动台离开所述玻璃出液管的正下方。

在本实施例中，所述蠕动泵送组件2采用蠕动泵，且所述蠕动泵的泵送速率使得所述实验玻璃土柱内的溶液在达西流速下进行实验。

所述实验玻璃土柱4包括上盖19、下盖20、圆筒体21和陶瓷纳米膜22，其中，所述圆筒体21内设置有圆柱腔，所述圆筒体21的上下两端均密封设置有上盖19和下盖20，所述玻璃输液管和玻璃出液管分别置于所述下盖19和上盖20上，且与所述圆柱腔连通，所述圆筒体的圆柱腔内同轴设置有圆环结构的陶瓷纳米膜22，所述陶瓷纳米膜22与所述圆筒体的内壁之间设置有空腔，且陶瓷纳米膜22的外壁与所述圆筒体的内壁之间的间距至少为圆筒体的圆柱腔直径的四分之一，所述圆柱腔内均填充有矿区的土壤样品23。

作为更佳的实施例，所述上盖和下盖的靠近土壤样品的内侧均套设有导流套25，所述导流套25内位于所述陶瓷纳米膜的位置设置有一圈隔水套24，所述隔水套24延伸至所述陶瓷纳米膜22的端部，且所述隔水套24与所述陶瓷纳米膜22之间有部分重叠且紧密贴合布置，且所述隔水套24的轴向端部均紧密的贴合所述上盖的内壁设置，以便使得玻璃出液管中的流出溶液为陶瓷纳米膜所围成空间内的溶液。

所述集液转动台9的上端面的边缘处内侧圆周阵列设置有多个间隔布置的涨紧定位套12，所述集液管可拆卸拔出的定位在所述涨紧定位套12内。

所述移动驱动组件包括工作台18和驱动气缸14，所述工作台18的上端面一侧设置有所述驱动气缸14，所述驱动气缸14的活塞端连接至底座13，所述集液转动台采用转轴支撑在所述底座13上，所述底座13内设置有分度驱动电机，所述分度驱动电机驱动所述转轴分度间歇转动，所述工作台18的上端面还设置有沿着驱动气缸14的延伸方向延伸的滑槽，所述底座13的底部设置有与所述滑槽17配合的滑块。

所述工作台的上端面位于所述滑槽17的一侧设置有限位开关一15和限位开关二16，所述限位开关一和限位开关二的位置控制所述底座的移动范围。

所述工作台的一侧固定设置有竖直布置的支架10，所述支架10上可上下滑动的设置有滑座11，所述滑座11上设置有水平延伸的弧形定位座7，各个所述玻璃出液管6向下穿过的定位在所述弧形定位座7上。

所述蠕动泵送组件与所述实验玻璃土柱之间的玻璃输液管上还设置有电磁阀3。

此外，本发明提供了一种矿区重金属污染土壤中锑的释放迁移寄模拟实验方法，其特征在于，其包括以下步骤：

(1)将各个集液管8布置于集液转动台上的涨紧定位套12上，配置好各个溶液箱内磷溶液的浓度，并使得各个溶液箱1内的溶液处于同一温度下，并将各个玻璃输液管和玻璃出液管6连接好，调试好蠕动泵2；

(2)将矿区同一位置采集的同一批土壤样品分别等量的至于各个实验玻璃土柱中，并使得各个实验玻璃土柱中的陶瓷纳米膜22的位置和尺寸均相同；

(3)连接好各个部件好，开启蠕动泵，间隔相同时间后，启动移动驱动组件，使得各个集液管均位于各自的玻璃出液管的正下方，进行收集各个实验玻璃土柱4内流出的溶液；

(4)收集一定时间后，开启移动驱动组件，使得集液转动台移动，使得各个集液管离开各自的玻璃出液管6，然后开启分度转动驱动电机，使得集液转动台转动一定角度，进行下一批的集液管的收集；

(5)启动移动驱动组件，使得下一批的各个集液管均位于各自的玻璃出液管的正下方，进行收集各个实验玻璃土柱内流出的溶液，依次循环，直至收集到所需批量的溶液；

(6)将各个集液管内的溶液分成两份，其中一份加酸保存用于测定溶解态锑的含量，另一份不加酸用离子色谱测定磷酸离子含量，并根据各个集液管的分析的含量绘制不同磷元素下锑元素的浓度在一定时间内的变化曲线。

本发明采用蠕动泵送的原理，真实的模拟土壤中的动力吸附环境，可以有效的分析磷元素与锑元素在土壤中的竞争吸附问题，实现对不同磷元素对锑活性的影响的分析，通过设置陶瓷纳米膜，可以降低圆筒体内壁的不透气、不透水性对土壤内迁移释放的影响，最大程度的提高实验模拟的真实性，同时，导流套的设置，可以提高溶液在土壤中流动的均匀性，提高实验模拟的可靠性，以便以最佳的条件模拟锑的释放迁移，本发明的集液可以实现自动化，并能够实现各个集液管的自动集液，便于后续的分析。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种矿区重金属污染土壤中锑的释放迁移及模拟实验装置，其包括多个溶液箱、多组蠕动泵送组件、多组实验玻璃土柱、集液管、集液转动台、移动驱动组件和控制器，其中，每个所述溶液箱内容纳有不同磷浓度的磷元素溶液，每组所述实验玻璃土柱内存储有矿区采样土壤；其特征在于，

每个所述溶液箱均采用各自的蠕动泵送组件和玻璃输液管连接至所述实验玻璃土柱的底端，所述实验玻璃土柱的顶端采用玻璃出液管连接至所述集液管的正上方；

所述集液转动台的上端面圆周边缘内侧圆周阵列设置有多个集液管，且集液管的个数是所述实验玻璃土柱组数的n倍，n为大于等于5的整数；

各个玻璃出液管正好位于相邻的各个集液管的正上方，以便使得各个玻璃出液管流出的溶液正好落入各自的集液管内；

所述控制器控制所述集液转动台间歇转动，且所述集液转动台每次转动的角度为使得所有已接收溶液的集液管正好离开所述玻璃出液管，并使得下一批集液管位于各个玻璃出液管的正下方；

所述移动驱动组件位于所述集液转动台的底部，以便使得所述集液转动台转动时，所述控制器控制所述移动驱动组件驱动所述集液转动台离开所述玻璃出液管的正下方。

2.根据权利要求1所述的一种矿区重金属污染土壤中锑的释放迁移及模拟实验装置，其特征在于：所述蠕动泵送组件采用蠕动泵，且所述蠕动泵的泵送速率使得所述实验玻璃土柱内的溶液在达西流速下进行实验。

3.根据权利要求1所述的一种矿区重金属污染土壤中锑的释放迁移及模拟实验装置，其特征在于：所述实验玻璃土柱包括上盖、下盖、圆筒体和陶瓷纳米膜，其中，所述圆筒体内设置有圆柱腔，所述圆筒体的上下两端均密封设置有上盖和下盖，所述玻璃输液管和玻璃出液管分别置于所述下盖和上盖上，且与所述圆柱腔连通，所述圆筒体的圆柱腔内同轴设置有圆环结构的陶瓷纳米膜，所述陶瓷纳米膜与所述圆筒体的内壁之间设置有空腔，且陶瓷纳米膜的外壁与所述圆筒体的内壁之间的间距至少为圆筒体的圆柱腔直径的四分之一，所述圆柱腔内均填充有矿区的土壤样品。

4.根据权利要求3所述的一种矿区重金属污染土壤中锑的释放迁移及模拟实验装置，其特征在于：所述上盖和下盖的靠近土壤样品的内侧均套设有导流套，所述导流套内位于所述陶瓷纳米膜的位置设置有一圈隔水套，所述隔水套延伸至所述陶瓷纳米膜的端部，且所述隔水套与所述陶瓷纳米膜之间有部分重叠且紧密贴合布置，且所述隔水套的轴向端部均紧密的贴合所述上盖的内壁设置，以便使得玻璃出液管中的流出溶液为陶瓷纳米膜所围成空间内的溶液。

5.根据权利要求1所述的一种矿区重金属污染土壤中锑的释放迁移及模拟实验装置，其特征在于：所述集液转动台的上端面的边缘处内侧圆周阵列设置有多个间隔布置的涨紧定位套，所述集液管可拆卸拔出的定位在所述涨紧定位套内。

6.根据权利要求1所述的一种矿区重金属污染土壤中锑的释放迁移及模拟实验装置，其特征在于：所述移动驱动组件包括工作台和驱动气缸，所述工作台的上端面一侧设置有所述驱动气缸，所述驱动气缸的活塞端连接至底座，所述集液转动台采用转轴支撑在所述底座上，所述底座内设置有分度驱动电机，所述分度驱动电机驱动所述转轴分度间歇转动，所述工作台的上端面还设置有沿着驱动气缸的延伸方向延伸的滑槽，所述底座的底部设置有与所述滑槽配合的滑块。

7.根据权利要求1所述的一种矿区重金属污染土壤中锑的释放迁移及模拟实验装置，其特征在于：所述工作台的上端面位于所述滑槽的一侧设置有限位开关一和限位开关二，所述限位开关一和限位开关二的位置控制所述底座的移动范围。

8.根据权利要求6所述的一种矿区重金属污染土壤中锑的释放迁移及模拟实验装置，其特征在于：所述工作台的一侧固定设置有竖直布置的支架，所述支架上可上下滑动的设置有滑座，所述滑座上设置有水平延伸的弧形定位座，各个所述玻璃出液管向下穿过的定位在所述弧形定位座上。

9.根据权利要求1所述的一种矿区重金属污染土壤中锑的释放迁移及模拟实验装置，其特征在于：所述蠕动泵送组件与所述实验玻璃土柱之间的玻璃输液管上还设置有电磁阀。

10.一种矿区重金属污染土壤中锑的释放迁移及模拟实验方法，其特征在于，其采用权利要求1-9任意一项所述的一种矿区重金属污染土壤中锑的释放迁移及模拟实验装置进行模拟实验，其包括以下步骤：

(1)将各个集液管布置于集液转动台上的涨紧定位套上，配置好各个溶液箱内磷溶液的浓度，并使得各个溶液箱内的溶液处于同一温度下，并将各个玻璃输液管和玻璃出液管连接好，调试好蠕动泵；

(2)将矿区同一位置采集的同一批土壤样品分别等量的至于各个实验玻璃土柱中，并使得各个实验玻璃土柱中的陶瓷纳米膜的位置和尺寸均相同；

(3)连接好各个部件好，开启蠕动泵，间隔相同时间后，启动移动驱动组件，使得各个集液管均位于各自的玻璃出液管的正下方，进行收集各个实验玻璃土柱内流出的溶液；

(4)收集一定时间后，开启移动驱动组件，使得集液转动台移动，使得各个集液管离开各自的玻璃出液管，然后开启分度转动驱动电机，使得集液转动台转动一定角度，进行下一批的集液管的收集；

(5)启动移动驱动组件，使得下一批的各个集液管均位于各自的玻璃出液管的正下方，进行收集各个实验玻璃土柱内流出的溶液，依次循环，直至收集到所需批量的溶液；

(6)将各个集液管内的溶液分成两份，其中一份加酸保存用于测定溶解态锑的含量，另一份不加酸用离子色谱测定磷酸离子含量，并根据各个集液管的分析的含量绘制不同磷元素下锑元素的浓度在一定时间内的变化曲线。