CN111208277B

CN111208277B - 一种耦合上流式土壤吸附重金属的装置

Info

Publication number: CN111208277B
Application number: CN202010049665.7A
Authority: CN
Inventors: 杜翠凤; 常宝孟; 王远; 常雁红; 孙明康; 魏丁一; 郭丽丽; 刘林东; 于婷; 王璠
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2020-01-16
Filing date: 2020-01-16
Publication date: 2020-12-29
Anticipated expiration: 2040-01-16
Also published as: CN111208277A

Abstract

本发明提供一种耦合上流式土壤吸附重金属的装置，属于尾矿库内尾砂及周边土壤重金属污染研究的技术领域。雨水盛液瓶的出水口通过第一导水管与第一蠕动泵的入水口连接，第一蠕动泵的出水口通过第二导水管与第一淋滤柱的入水口连接，第一淋滤柱的出水口通过第三导水管与磁力搅拌器的入水口连接，磁力搅拌器的出水口通过第四导水管与第二蠕动泵的入水口连接，第二蠕动泵的出水口通过第五导水管与第二淋滤柱的入水口连接，第二淋滤柱的出水口通过第六导水管与淋滤液盛液瓶的入水口连接。本发明同时模拟出雨水对尾砂内重金属浸出规律及其土壤对其吸附规律，可在任意时间对固体及液体样品取样分析，实现均匀淋滤。

Description

一种耦合上流式土壤吸附重金属的装置

技术领域

本发明涉及尾矿库内尾砂及周边土壤重金属污染研究的技术领域，尤其涉及一种耦合上流式土壤吸附重金属的装置。

背景技术

现今，随着矿山开采需求量的增多，开采强度也随之增多，开采过程产生的尾矿也相应增加，除了一部分尾矿用于井下充填，大部分尾矿被堆存至尾矿库中长时间对方。

而这些尾矿内通常含有大量有毒有害重金属元素，在雨水或其他水力作用下尾砂内的重金属会逐渐迁移至周围土壤中，在土壤中长期累积后会进入农作物或者迁移至周围水体中，最终都会危害人类身体健康。

目前针对尾砂重金属对土壤污染评价大都采用现场取样分析的方式，工作量巨大且繁琐。而室内实验通常只研究尾砂内重金属浸出特性或者土壤对重金属溶液的吸附性，方式较为单一，无法准确评价尾砂内重金属浸出特性与土壤对尾砂内浸出的重金属吸附特性的协同效果，同时由于尾砂或土壤样品颗粒的不均质性，水穿过尾砂或土壤样品时无法实现均匀淋滤。

因此，为了同时了解尾砂内重金属在雨水渗透作用下的迁移特性及周边土壤对尾砂内迁移出的重金属吸附性能以及二者的互相影响机理，以采取相应措施实现尾矿库及周边土壤内重金属的固化，降低重金属对环境污染，室内模拟实验装置的设计尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有装置无法同时模拟出雨水对尾砂内重金属浸出规律及其土壤对其吸附规律的问题，且不可以在任意时间对固体及液体样品取样分析，无法实现均匀淋滤，难以用来研究尾矿库内重金属对周边土壤的污染特征。

本发明提供一种耦合上流式土壤吸附重金属的装置，所述装置包括雨水盛液瓶、第一蠕动泵、第一淋滤柱、磁力搅拌器、第二蠕动泵、第二淋滤柱和淋滤液盛液瓶；其中：所述雨水盛液瓶的出水口通过第一导水管与所述第一蠕动泵的入水口连接，所述第一蠕动泵的出水口通过第二导水管与所述第一淋滤柱的入水口连接，所述第一淋滤柱的出水口通过第三导水管与所述磁力搅拌器的入水口连接，所述磁力搅拌器的出水口通过第四导水管与所述第二蠕动泵的入水口连接，所述第二蠕动泵的出水口通过第五导水管与所述第二淋滤柱的入水口连接，所述第二淋滤柱的出水口通过第六导水管与所述淋滤液盛液瓶的入水口连接；

所述第一淋滤柱和所述第二淋滤柱的入水口设置在底部，所述第一淋滤柱和所述第二淋滤柱的出水口设置在顶部，所述第一淋滤柱外侧壁设置有不同位置的若干第一取样孔，所述第二淋滤柱的外侧壁设置有不同位置的若干第二取样孔，所述第一取样孔内插接有第一密封塞，所述第二取样孔内插接有第二密封塞。

优选地，所述第一淋滤柱设置在第一固定装置上，所述第二淋滤柱设置在第二固定装置上。

优选地，所述第一固定装置包括第一底座、第一连接杆、第一中夹块和第一上夹块，所述第一连接杆垂直固定在所述第一底座上，所述第一中夹块和所述第一上夹块分别套设在所述第一连接杆的中部和上部；所述第二固定装置包括第二底座、第二连接杆、第二中夹块和第二上夹块，所述第二连接杆垂直固定在所述第二底座上，所述第二中夹块和所述第二上夹块分别套设在所述第二连接杆的中部和上部。

优选地，所述第一连接杆和所述第二连接杆上分别设置有刻度。

优选地，所述第一上夹块、所述第一中夹块、所述第二上夹块和所述第二中夹块的左侧为一直杆，右侧为一月牙形。

优选地，所述第一淋滤柱包括第一淋滤柱本体、第一淋滤柱上盖和第一淋滤柱下盖，所述第一淋滤柱本体从上到下依次为第一滤纸层、第一石英砂层、尾砂层、第二石英砂层和第二滤纸层，所述第一淋滤柱上盖设置有第一淋滤柱出水口，所述第一淋滤柱下盖设置有第一淋滤柱入水口；所述第二淋滤柱包括第二淋滤柱本体、第二淋滤柱上盖和第二淋滤柱下盖，所述第二淋滤柱本体从上到下依次为第三滤纸层、第三石英砂层、土壤层、第四石英砂层和第四滤纸层，所述第二淋滤柱上盖设置有第二淋滤柱出水口，所述第二淋滤柱下盖设置有第二淋滤柱入水口。

优选地，所述第一淋滤柱上盖和第一淋滤柱下盖通过螺纹与所述第一淋滤柱本体连接，所述第二淋滤柱上盖和第二淋滤柱下盖通过螺纹与所述第二淋滤柱本体连接。

优选地，所述第一滤纸层、第一石英砂层、第二石英砂层、第二滤纸层、第三滤纸层、第三石英砂层、第四石英砂层和第四滤纸层实验开始前浸透至饱和状态。

优选地，所述第一密封塞和所述第二密封塞为橡胶塞或乳胶塞。

优选地，所述雨水盛液瓶出水口的口径与所述第一导水管的直径相匹配，所述淋滤液盛液瓶入水口的口径与所述第六导水管的直径相匹配。

优选地，所述第三导水管靠近所述第一淋滤柱的一端设置有第一止水夹，所述第六导水管靠近所述第二淋滤柱的一端设置有第二止水夹。

本发明提供了一种既可了解尾砂内重金属迁移特性又能研究土壤对迁移出的重金属吸附性能，且可对不同高度尾砂及土壤样品内取样测定其内的重金属含量变化，同时解决了渗透过程存在优势流导致淋滤不均问题的耦合上流式土壤吸附重金属的装置。

本发明可以同时展开尾砂内重金属迁移实验及土壤对迁移出的重金属吸附性能实验，将两者耦合联系一起，对重金属对土壤污染过程更清晰，更重要的是，由于在颗粒充填物内渗滤不均导致重金属浸出及土壤对其吸附能力不同，该装置采用上流式渗透解决了由于存在优势流导致渗透不均的问题。

附图说明

下面将结合本专利实施例中的附图，对本专利实施例中的技术方案进行进一步说明。

图1为本发明耦合上流式土壤吸附重金属的装置的结构示意图；

图2为本发明耦合上流式土壤吸附重金属的装置中第一淋滤柱的结构示意图；

图3为本发明耦合上流式土壤吸附重金属的装置中第二淋滤柱的结构示意图；

附图标记说明如下：

1-雨水盛液瓶；

2-第一蠕动泵；

3-第一淋滤柱；

30-第一淋滤柱本体；

31-第一淋滤柱上盖；

311-第一淋滤柱出水口；

321-第一淋滤柱入水口；

32-第一淋滤柱下盖；

33-第一密封塞；

4-磁力搅拌器；

5-第二蠕动泵；

6-第二淋滤柱；

60-第二淋滤柱本体；

61-第二淋滤柱上盖；

611-第二淋滤柱出水口；

621-第二淋滤柱入水口；

62-第二淋滤柱下盖；

63-第二密封塞；

7-淋滤液盛液瓶；

S1-第一导水管；

S2-第二导水管；

S3-第三导水管；

S4-第四导水管；

S5-第五导水管；

S6-第六导水管；

D1-第一底座；

D2-第二底座；

T1-第一连接杆；

T11-第一中夹块；

T12-第一上夹块；

T2-第二连接杆；

T21-第二中夹块；

T22-第二上夹块；

L1-第一滤纸层；

L2-第二滤纸层；

L3-第三滤纸层；

L4-第四滤纸层；

B1-第一石英砂层；

B2-第二石英砂层；

B3-第三石英砂层；

B4-第四石英砂层；

W1-尾砂层；

R1-土壤层；

J1-第一止水夹；

J2-第二止水夹。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明要解决的技术问题是现有装置无法同时模拟出雨水对尾砂内重金属浸出规律及其土壤对其吸附规律的问题，且不可以在任意时间对固体及液体样品取样分析，无法实现均匀淋滤，难以用来研究尾矿库内重金属对周边土壤的污染特征。

如图1-3所示，为解决上述技术问题，本发明提供了一种耦合上流式土壤吸附重金属的装置，所述装置包括雨水盛液瓶1、第一蠕动泵2、第一淋滤柱3、磁力搅拌器4、第二蠕动泵5、第二淋滤柱6和淋滤液盛液瓶7；其中：雨水盛液瓶1的出水口通过第一导水管S1与第一蠕动泵2的入水口连接，第一蠕动泵2的出水口通过第二导水管S2与第一淋滤柱3的入水口连接，第一淋滤柱3的出水口通过第三导水管S3与磁力搅拌器4的入水口连接，磁力搅拌器4的出水口通过第四导水管S4与第二蠕动泵5的入水口连接，第二蠕动泵5的出水口通过第五导水管S5与第二淋滤柱6的入水口连接，第二淋滤柱6的出水口通过第六导水管S6与淋滤液盛液瓶7的入水口连接；

第一淋滤柱3和第二淋滤柱6的入水口设置在底部，第一淋滤柱3和第二淋滤柱6的出水口设置在顶部，第一淋滤柱3外侧壁设置有不同位置的若干第一取样孔，第二淋滤柱6的外侧壁设置有不同位置的若干第二取样孔，所述第一取样孔内插接有第一密封塞33，所述第二取样孔内插接有第二密封塞63，取样时可打开采集样品观察不同垂直高度尾砂及土壤内重金属变化。

特别地，第一淋滤柱3设置在第一固定装置上，第二淋滤柱6设置在第二固定装置上。

特别地，所述第一固定装置包括第一底座D1、第一连接杆T1、第一中夹块T11和第一上夹块T12，第一连接杆T1垂直固定在第一底座D1上，第一中夹块T11和第一上夹块T12分别套设在第一连接杆T1的中部和上部；所述第二固定装置包括第二底座D2、第二连接杆T2、第二中夹块T21和第二上夹块T22，第二连接杆T2垂直固定在第二底座D2上，第二中夹块T21和第二上夹块T22分别套设在第二连接杆T2的中部和上部，可对第一淋滤柱3和第二淋滤柱6自由拆卸。

特别地，第一连接杆T1和第二连接杆T2上分别设置有刻度。

特别地，第一中夹块T11、第一上夹块T12、第二中夹块T21和第二上夹块T22的左侧为一直杆，右侧为一月牙形。

特别地，第一淋滤柱3包括第一淋滤柱本体30、第一淋滤柱上盖31和第一淋滤柱下盖32，第一淋滤柱本体30从上到下依次为第一滤纸层L1、第一石英砂层B1、尾砂层W1、第二石英砂层B2和第二滤纸层L2，第一淋滤柱上盖31设置有第一淋滤柱出水口311，第一淋滤柱下盖32设置有第一淋滤柱入水口321；第二淋滤柱6包括第二淋滤柱本体60、第二淋滤柱上盖61和第二淋滤柱下盖62，第二淋滤柱本体60从上到下依次为第三滤纸层L3、第三石英砂层B3、土壤层R1、第四石英砂层B4和第四滤纸层L4，第二淋滤柱上盖61设置有第二淋滤柱出水口611，第二淋滤柱下盖62设置有第二淋滤柱入水口621。

特别地，第一淋滤柱上盖31和第一淋滤柱下盖32通过螺纹与第一淋滤柱本体30连接，第二淋滤柱上盖61和第二淋滤柱下盖62通过螺纹与第二淋滤柱本体60连接。

特别地，第一滤纸层L1、第一石英砂层B1、第二石英砂层B2、第二滤纸层L2、第三滤纸层L3、第三石英砂层B3、第四石英砂层B4和第四滤纸层L4实验开始前浸透至饱和状态，防止柱内充填材料流出。

特别地，第一密封塞33和第二密封塞63为橡胶塞或乳胶塞。

特别地，雨水盛液瓶1出水口的口径与第一导水管S1的直径相匹配，淋滤液盛液瓶7入水口的口径与第六导水管S6的直径相匹配；以减少淋滤液蒸发及外界环境污染。

特别地，第三导水管S3靠近第一淋滤柱3的一端设置有第一止水夹J1，第六导水管S6靠近第二淋滤柱6的一端设置有第二止水夹J2。

本发明装置进行室内尾砂淋滤模拟实验过程具体如下所示：

1、实验开始前第一淋滤柱3和第二淋滤柱6内的第一滤纸层L1、第一石英砂层B1、第二石英砂层B2、第二滤纸层L2、第三滤纸层L3、第三石英砂层B3、第四石英砂层B4和第四滤纸层L4用雨水和渗滤液浸透24小时；

2、安装好整个装置，第一淋滤柱3和第二淋滤柱6分别从上到下依次填充第一滤纸层L1、第一石英砂层B1、第二石英砂层B2、第二滤纸层L2以及第三滤纸层L3、第三石英砂层B3、第四石英砂层B4和第四滤纸层L4，根据实验需要选取适量的尾砂及土壤分别装入第一淋滤柱3和第二淋滤柱6的两层石英砂层之间，将第一淋滤柱3和第二淋滤柱6分别放置到第一中夹块T11、第一上夹块T12之间和第二中夹块T21和第二上夹块T22之间，分别通过第一连接杆T1和第二连接杆T2的刻度确定好水平及垂直高度，之后分别利用螺栓将其固定好；

3、打开第一蠕动泵2，调整至需求流速或者流量，将雨水由第一淋滤柱3底部的入水口压入第一淋滤柱3内，当压力足够大后由第一淋滤柱3顶部的出水口渗出进入磁力搅拌器4中，搅拌均匀后将淋滤液以相同条件压入第二淋滤柱6内，通过淋滤液盛液瓶7收集待测的废液；

4、实验过程中取尾砂及土壤样品，根据实验需求确定取尾砂样品的时间，分别打开适当位置的第一淋滤柱3和第二淋滤柱6的第一密封塞33和第二密封塞63，用小勺子掏出需要量的尾砂及土壤，取出后将第一密封塞33和第二密封塞63塞紧，继续淋滤；

5、实验结束，关闭第一蠕动泵2和第二蠕动泵5，拆卸第一淋滤柱3和第二淋滤柱6，进行清洗。

其中：第一蠕动泵2和第二蠕动泵5设置流速考虑第一淋滤柱3和第二淋滤柱6内滤纸和石英砂的渗透性，选择合适流速实现固液两相局部平衡。

综上可见，本发明提供了一种既可了解尾砂内重金属迁移特性又能研究土壤对迁移出的重金属吸附性能，且可对不同高度尾砂及土壤样品内取样测定其内的重金属含量变化，同时解决了渗透过程存在优势流导致淋滤不均问题的耦合上流式土壤吸附重金属的装置。

以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，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

1.一种耦合上流式土壤吸附重金属的装置，其特征在于，所述装置包括雨水盛液瓶、第一蠕动泵、第一淋滤柱、磁力搅拌器、第二蠕动泵、第二淋滤柱和淋滤液盛液瓶；其中：所述雨水盛液瓶的出水口通过第一导水管与所述第一蠕动泵的入水口连接，所述第一蠕动泵的出水口通过第二导水管与所述第一淋滤柱的入水口连接，所述第一淋滤柱的出水口通过第三导水管与所述磁力搅拌器的入水口连接，所述磁力搅拌器的出水口通过第四导水管与所述第二蠕动泵的入水口连接，所述第二蠕动泵的出水口通过第五导水管与所述第二淋滤柱的入水口连接，所述第二淋滤柱的出水口通过第六导水管与所述淋滤液盛液瓶的入水口连接；

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一淋滤柱设置在第一固定装置上，所述第二淋滤柱设置在第二固定装置上。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一固定装置包括第一底座、第一连接杆、第一中夹块和第一上夹块，所述第一连接杆垂直固定在所述第一底座上，所述第一中夹块和所述第一上夹块分别套设在所述第一连接杆的中部和上部；所述第二固定装置包括第二底座、第二连接杆、第二中夹块和第二上夹块，所述第二连接杆垂直固定在所述第二底座上，所述第二中夹块和所述第二上夹块分别套设在所述第二连接杆的中部和上部。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一连接杆和所述第二连接杆上分别设置有刻度。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一上夹块、所述第一中夹块、所述第二上夹块和所述第二中夹块的左侧为一直杆，右侧为一月牙形。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一淋滤柱包括第一淋滤柱本体、第一淋滤柱上盖和第一淋滤柱下盖，所述第一淋滤柱本体从上到下依次为第一滤纸层、第一石英砂层、尾砂层、第二石英砂层和第二滤纸层，所述第一淋滤柱上盖设置有第一淋滤柱出水口，所述第一淋滤柱下盖设置有第一淋滤柱入水口；所述第二淋滤柱包括第二淋滤柱本体、第二淋滤柱上盖和第二淋滤柱下盖，所述第二淋滤柱本体从上到下依次为第三滤纸层、第三石英砂层、土壤层、第四石英砂层和第四滤纸层，所述第二淋滤柱上盖设置有第二淋滤柱出水口，所述第二淋滤柱下盖设置有第二淋滤柱入水口。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一淋滤柱上盖和第一淋滤柱下盖通过螺纹与所述第一淋滤柱本体连接，所述第二淋滤柱上盖和第二淋滤柱下盖通过螺纹与所述第二淋滤柱本体连接。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一滤纸层、第一石英砂层、第二石英砂层、第二滤纸层、第三滤纸层、第三石英砂层、第四石英砂层和第四滤纸层实验开始前浸透至饱和状态。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一密封塞和所述第二密封塞为橡胶塞或乳胶塞。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述雨水盛液瓶出水口的口径与所述第一导水管的直径相匹配，所述淋滤液盛液瓶入水口的口径与所述第六导水管的直径相匹配。