CN112098633B - 一种底泥污染物释放速率测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于市政工程领域的一种底泥污染物释放速率测定装置，技术方案为包括实验装置和底泥采样装置；实验装置的主体结构为一缸体，缸体下部位于底部平台以下设有多个储泥槽，储泥槽的大小与底泥采样装置的底部相配套；缸体设有出水和进水的循环水回路；缸体内储泥槽的上方，分别设置水平方向可拉伸及卷起的上层帘幕和下层帘幕；底泥采样装置可垂直插入储泥槽内，泥样采集罐带有活动密封斜底板。其更好地解决目前底泥污染物释放速率测定所存在的问题，还原水体实地底泥污染物释放速率。拥有与实验装置配套的底泥采样装置，并注重底泥放置及装置充水过程中对底泥现有层级结构的保护工作，较好地还原水体实地底泥污染物释放速率。

Description

一种底泥污染物释放速率测定装置

技术领域

本发明属于市政工程领域，具体涉及一种测定底泥污染物释放速率的装置。

背景技术

在城市水环境综合整治中，底泥污染物释放在黑臭水体以及大面积湖泊中占据较大的污染负荷比重。合理评估底泥污染物释放速率以及释放速率主要影响因素，可以为水环境底泥整治措施提供合理有据的意见建议。

但是底泥污染物释放速率测定工作开展过程中，未重视底泥的层级结构保护、还原工作，采样底泥反复混合搅动，使得实验室底泥污染物释放速率测定工作中，底泥的沉积层、孔隙层、上覆水层等层级结构被破坏，底泥内部污染物加速释放，底泥释放速率测定结果失真。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种底泥污染物释放速率测定装置，更好地解决现有技术中底泥污染物释放速率测定所存在的问题，还原水体实地底泥污染物释放速率。其拥有与实验装置配套的底泥采样装置，并注重底泥放置及装置充水过程中对底泥现有层级结构的保护工作，可较好地还原水体实地底泥污染物释放速率。

本发明的技术方案为：一种底泥污染物释放速率测定装置，包括实验装置和底泥采样装置。

实验装置的主体结构为一无盖的缸体，缸体下部设有多个储泥槽，储泥槽的底部形状与底泥采样装置的底部相配套；缸体设有进水和出水的循环水回路；出水孔和进水孔分别位于缸体的顶部两侧；缸体的内部，在储泥槽的上方，分别设置水平方向可拉伸及卷起的上层帘幕和下层帘幕；上层帘幕和下层帘幕可分别卷起置于缸体的缸壁上；

底泥采样装置可垂直插入储泥槽内，底泥采样装置的主体结构为泥样采集罐；泥样采集罐上部密封、底部带有活动密封斜底板；储泥槽内设置相应的斜板从底部托住泥样采集罐；泥样采集罐的立面上设置有多个带有闭水橡皮塞的放水孔；活动密封斜底板可从泥样采集罐的底部斜向拔出或插入。

基于上述技术特征：出水管与出水口连接，出水管上设有流量计，并与调温装置连接；调温装置设有补水口；进水管与进水口连接；进水管上设置输水泵；输水管的一端与调温装置连接，另一端与进水管连接构成循环水回路。

基于上述技术特征：出水管在出水口处连接出水渐收段，出水渐收段的小端与出水管相连，大端与出水布水孔板顶部相连，出水布水孔板为多孔板结构，背部固定于缸体内壁上，孔口指向缸体内部，出水布水孔板布置在上层帘幕的上部；进水管在进水口处连接进水渐扩段，进水渐扩段的小端与进水管连接；进水渐扩段的大端与进水布水孔板顶部相连，进水布水孔板为多孔板结构，背部固定于缸体内壁上，孔口指向缸体内部，并与出水布水孔板相对；进水布水孔板布置在上层帘幕的上部。

基于上述技术特征：下层帘幕为细网孔结构帘幕；上层帘幕为粗网孔结构帘幕。

基于上述技术特征：上层帘幕和下层帘幕的卷开方向为沿缸体的长边方向。

基于上述技术特征：上层帘幕的一侧固定有上层帘幕拉杆，上层帘幕拉杆与上层帘幕吊杆垂直连接，上层帘幕的另一侧可卷入上层帘幕卷轴，上层帘幕卷轴设置在缸体的内壁上；上层帘幕吊杆的上端安装有上层帘幕吊杆滚轮；下层帘幕的一侧固定有下层帘幕拉杆，下层帘幕拉杆与下层帘幕吊杆垂直连接，下层帘幕的另一侧可卷入下层帘幕卷轴，下层帘幕卷轴设置在缸体的内壁上；下层帘幕吊杆的上端安装有下层帘幕吊杆滚轮，上层帘幕吊杆滚轮与下层帘幕吊杆滚轮位于滚轮导轨上不同轨道内，滚轮导轨安装在缸体的顶面。

基于上述技术特征：数储泥槽沿缸体长边方向前后排列，位于最前的储泥槽前放设置活动的前挡泥块；位于最后的储泥槽后方设置活动的后挡泥块，前挡泥块和后挡泥块均贴近缸体的内壁布置。

基于上述技术特征：泥样采集罐的立面底部设置有斜向的活动密封斜底板导轨和活动密封斜底板插口，活动密封斜底板可从活动密封斜底板插口沿活动密封斜底板导轨插入，活动密封斜底板的插入路径处设有橡胶密封垫。

所述活动密封斜底板上设置活动密封斜底板抓点发明的有益效果在于：

1、本发明采用实验装置与底泥采样装置联协设计，从采样到试验的各个流程中，保护底泥的原有层级结构，还原水体实地底泥污染物释放速率。

2、实验装置内有活动拉伸的上层帘幕，下层帘幕。可移动式双层帘幕在装置注水过程中可有效避免垂向流动对底泥的扰动。

3、挡泥块在防止底泥流动的同时，起到缓冲注水垂向冲击的作用。初期注水由进水布水孔板，经过上层帘幕、下层帘幕，最后落到挡泥块表面，充分缓冲后流向底泥上方。

4、实验装置下方布置有储泥槽，储泥槽斜面与采样装置泥样采集罐相匹配，泥样采集完成后，泥样采集罐可整体放置于储泥槽上方，抽去活动密封斜底板，采样底泥与储泥槽的槽底接触，放置完毕所有泥样采集罐、后挡泥块和前挡泥块后，打开放水孔后泥样采集罐上部真空状态，将泥样采集罐抽离储泥槽，提出缸体，可是实现底泥的低扰动转移。

5、泥样采集罐设置有放水孔，可在采样后放空顶部存水，方便运输。

6、泥样采集罐的底部为斜面设计，无法直立运输，其上设置有放水孔，运输过程中采用放水孔实现悬挂式运输，进一步减少运输过程中的底泥扰动。

7、实验装置配有调温装置、流量计等的循环系统，配合上层帘幕，下层帘幕可实现低扰动换水及低扰动控温操作。

8、实验装置配有调温装置、流量计等的循环系统，配合上层帘幕，下层帘幕可实现水平换水，避免以往加热柱加热水体引起的上下对流，影响底泥释放速率测定。

附图说明

图1实验装置正视图。

图2实验装置俯视图。

图3实验装置左视图。

图4底泥采样装置的正视图。

图5底泥采样装置的俯视图。

图6底泥采样装置的左视图。

图7底泥采样装置放置操作步骤图。

图8底泥采样装置完毕操作步骤图。

图9注水完毕操作步骤图。

图中的标号示意为：

调温装置1，流量计2，出水管3，出水渐收段4，出水布水孔板5，上层帘幕卷轴6，下层帘幕卷轴7，上层帘幕8，下层帘幕9，上层帘幕拉杆10，下层帘幕拉杆11，上层帘幕吊杆12，下层帘幕吊杆13，上层帘幕吊杆滚轮14，下层帘幕吊杆滚轮15，进水渐扩段16，进水布水孔板17，进水管18，输水泵19，输水管20，滚轮导轨21，缸体22，后挡泥块23，前挡泥块24，储泥槽25，底部平台26，平台支架27，泥样采集罐28，放水孔29，闭水橡皮塞30，活动密封斜底板导轨31，活动密封斜底板插口32，活动密封斜底板33，活动密封斜底板抓点34。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本发明包括实验装置主体结构和与之配套的底泥采样装置构成。

如图1、图2和图3所示，试验装置主体结构为缸体22。缸体22上部可位于底部平台26以上，为长方体结构。缸体22下部位于底部平台26以下设有多个储泥槽25，用于与底泥采样装置相配套。数储泥槽25可沿缸体的长边方向前后排列，位于最前的储泥槽25前部设置活动的前挡泥块24；位于最后的储泥槽25后部设置活动的后挡泥块23，前挡泥块24和后挡泥块23均可设置在底部平台26上并贴近缸体22的内壁。前后两侧分别可放置移动式的挡泥块，可根据泥样厚度选用不同高度方块，用于固定底泥。

底部平台26下部设置平台支架27，支撑底部平台26。

缸体22设有出水和进水的循环水回路；出水孔和进水孔分布位于缸体22的顶部两侧。如图1和图2所示，缸体22右侧、底部平台26上固定有调温装置1，可为双向热泵，对试验水体进行加温或者降温操作，调温装置1进口处具有补水口。调温装置1出口处连接有出水管3，出水管3垂向管路上安装有流量计2。出水管3与位于顶部的缸体22的出水孔连接，出水管3在缸体22内的出口处连接出水渐收段4，出水渐收段4的竖向截面可为梯形，出水渐收段4的小端与出水管3相连，出水渐收段4的大端与出水布水孔板5顶部相连。出水布水孔板5为多孔板结构，背部固定于缸体22上，孔口指向缸体22内部。

如图1和图3所示，进水管18与位于顶部的缸体22的进水孔连接。缸体22内部左侧壁面上，与右侧壁面上呈对称式布置有进水渐扩段16，进水布水孔板17。进水渐扩段16的截面为梯形，小端与进水孔处的进水管18连接，大端与进水布水孔板17连接；进水布水孔板17固定于缸体22内部左侧壁面上，孔口指向缸体22内部，与出水布水孔板5相对。如图1和图2所示，缸体22外的进水管18的下端与输水泵19相连。输水管20的一端与调温装置1连接，另一端与进水管18连接，从而构成循环水路。

图1和图2所示的循环水路为外部的水从补水口进入调温装置1，然后经过输水管20后经输水泵19向上通过进水管18进入缸体；缸体22内的水可通过出水管3、经过流量计2回至调温装置1再次供水。此处的循环水路仅为一种示意，也可采取其它布置方式实现水流的循环。

缸体22内部、出水布水孔板5和进水布水孔板17下方，缸壁上固定有上层帘幕卷轴6，上层帘幕卷轴6可绕轴向方向转动，其上卷有上层帘幕8。上层帘幕8为粗网孔结构帘幕，网孔密度宜为100至300目之间。上层帘幕8左端固定于上层帘幕拉杆10上，上层帘幕拉杆10两端固定于左右对称的两根上层帘幕吊杆12上。上层帘幕吊杆12的上端分别连接有上层帘幕吊杆滚轮14。

缸体22内部、上层帘幕卷轴6下方，固定有下层帘幕卷轴7；下层帘幕卷轴7可绕轴向方向转动，其上卷有下层帘幕9。下层帘幕9为细网孔结构帘幕，网孔目数宜为300至400目之间。下层帘幕9左端固定于下层帘幕拉杆11上，下层帘幕拉杆11两端固定于左右对称的两根下层帘幕吊杆13上。下层帘幕吊杆13的上端分别连接有下层帘幕吊杆滚轮15。

上层帘幕吊杆滚轮14与下层帘幕吊杆滚轮15位于滚轮导轨21上不同轨道内，滚轮导轨21安装在所述缸体22的顶面；上层帘幕吊杆滚轮14与下层帘幕吊杆滚轮15互不干扰移动。如图3所示，具体实施的一种举例为：下层帘幕9宽度大于上层帘幕8。上层帘幕吊杆滚轮14与下层帘幕吊杆滚轮15位于滚轮导轨21上不同轨道内，上层帘幕吊杆滚轮14位于外侧轨道上，下层帘幕吊杆滚轮15位于内侧轨道上。上层帘幕吊杆滚轮14较大，其半径大于下层帘幕吊杆滚轮15直径。上层帘幕吊杆滚轮14与下层帘幕吊杆滚轮15即可实现互不干扰的移动。当然也可采取其它方式实现上层帘幕卷轴6和下层帘幕卷轴7之间互不干扰的水平延伸滑动。

上层帘幕8，下层帘幕9的卷开方向宜为沿所述缸体的长边方向，图1中所示的上层帘幕卷轴6和下层帘幕卷轴7固定在右侧的缸壁上，也可以固定在左侧的缸壁上，图中仅为一种示意。

底泥采样装置可垂直插入储泥槽25内。如图4、图5和图6所示，底泥采样装置的主体结构为泥样采集罐28、泥样采集罐28为带有活动密封斜底板的上部密封的立方体；储泥槽25内设置相应的斜板从底部托住泥样采集罐28；泥样采集罐28的梯形立面上设置有多个带有闭水橡皮塞30的放水孔29，孔间距可为5cm。活动密封斜底板33可从所述泥样采集罐28的底部插入和拔出，泥样采集罐28梯形立面下部设置有活动密封斜底板导轨31，泥样采集罐28的矩形立面底部设有活动密封斜底板插口32，活动密封斜底板33的插入路径处设有橡胶密封垫。活动密封斜底板33通过活动密封斜底板插口32，沿活动密封斜底板导轨31插入泥样采集罐28底部，实现泥样采集，防止泥样流失。活动密封斜底板33上设有活动密封斜底板抓点34，方便其抓取、插入、抽离。

底泥污染物释放速率测定装置的放置及底泥污染物动水释放速率测定应用：

首先进行底泥取样。具体的：到达需要进行底泥采样的水域，保持泥样采集罐28上的放水孔29处于敞开状态，将泥样采集罐28垂直插入底泥中，然后使用闭水橡皮塞30进行密封放水孔29，抓取活动密封斜底板抓点34将活动密封斜底板33插入活动密封斜底板插口32，沿活动密封斜底板导轨31插入到位。将泥样采集罐28提进水面，从上往下依次打开放水孔29上的闭水橡皮塞30，放出泥面存水，不宜完全方干，可保留小于5cm存水。放水完毕后，重新使用闭水橡皮塞30密封将泥样采集罐28上的放水孔29。根据装置储泥槽25个数进行底泥重复采样。将采集到的底泥悬挂于架子上，运输回实验室。

然后将样品放置在速率测定装置中。具体的：如图7所示，回卷上层帘幕卷轴6，下层帘幕卷轴7，将上层帘幕拉杆10，下层帘幕拉杆11拉至缸体22最右侧。在调温装置1补水口处缓慢补水，出水经调温装置1调节后，达到试验需要水温，经输水管20及输水泵19依次送至进水管18、进水渐扩段16、进水布水孔板17对缸体22预先注水，注水面不低于储泥槽25的高度，即应满足随后泥样采集罐28的活动密封斜底板33在水下拔出。根据采集底泥高度放置相近高度的前挡泥块24。放置在最右侧储泥槽25上放置泥样采集罐28，保持泥样采集罐28上的放水孔29处于密封状态，缓慢抽离活动密封斜底板33，因泥样采集罐内部底泥的上部处于密封状态，活动密封斜底板33在水下抽出，底泥可保持原有分层结构未溢出。依次在各个储泥槽25上放置泥样采集28罐，并抽离活动密封斜底板33。根据采集底泥高度放置相近高度的后挡泥块23。从右到左依次通过打开放水孔29后抽离泥样采集罐28。

清洗泥样采集罐28、放水孔29、闭水橡皮塞30、活动密封斜底板导轨31、活动密封斜底板插口32和活动密封斜底板33晾干备用。

最后进行释放速率测量工作。具体的：

如图8所示，将上层帘幕拉杆10和下层帘幕拉杆拉11拉至缸体22最左侧。调温装置1补水口处缓慢补水，出水经调温装置1调节后，达到试验需要水温，经输水管20及输水泵19依次送至进水管18、进水渐扩段16、进水布水孔板17下端流出。水流流出后，下落至上层帘幕8及下层帘幕9上，受帘幕作用水流得到缓冲并进一步散布。散布水流以水滴的形式落在后挡泥块23上方，最后流至底泥表面。注水后期，水面逐步提高，水流对底泥的冲击作用逐渐减小。如图9所示，当水位淹没出水布水孔板5时，停止注水，关闭输水泵19、收起上层帘幕8和下层帘幕9。此时，底泥上部的水为静态，可在不同时间采集水样，通过浓度时间变化关系，开始静水底泥污染物释放速率测量工作。

如需进行动水底泥污染物释放速率测量工作，可开启循环水回路，模拟底泥上部活动流水状态，此时上层帘幕8和下层帘幕9仍处于卷起状态。再次开启输水泵19，调节流量，水流经出水布水孔板5、出水渐收段4、出水管3后进入循环水回路，从而使缸体22内，底泥上部的水处于流动状态，水的泥面流速可通过输水泵19调整为试验所需流速，。在不同时间采集水样，通过浓度时间变化关系，开始动水底泥污染物释放速率测量工作。

试验结束后，可人工挖出、冲洗清除底泥，装置干放备用。

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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种底泥污染物释放速率测定装置，其特征在于：包括实验装置和底泥采样装置；

所述实验装置的主体结构为一无盖的缸体(22)，所述缸体(22)下部设有多个储泥槽(25)，所述储泥槽(25)的底部形状与所述底泥采样装置的底部相配套；所述缸体(22)设有进水和出水的循环水回路；出水孔和进水孔分别位于所述缸体(22)的顶部两侧；所述缸体(22)的内部，在所述储泥槽(25)的上方，分别设置水平方向可拉伸及卷起的上层帘幕(8)和下层帘幕(9)；所述上层帘幕(8)和所述下层帘幕(9)可分别卷起置于所述缸体(22)的缸壁上；

所述底泥采样装置可垂直插入所述储泥槽(25)内，所述底泥采样装置的主体结构为泥样采集罐(28)；所述泥样采集罐(28)上部密封、底部带有活动密封斜底板(33)；所述储泥槽(25)内设置相应的斜板从底部托住所述泥样采集罐(28)；所述泥样采集罐(28)的立面上设置有多个带有闭水橡皮塞(30)的放水孔(29)；所述活动密封斜底板(33)可从所述泥样采集罐(28)的底部斜向拔出或插入；

出水管(3)与所述出水口连接，所述出水管(3)上设有流量计(2)，并与调温装置(1)连接；所述调温装置(1)设有补水口；进水管(18)与所述进水口连接；所述进水管(18)上设置输水泵(19)；输水管(20)的一端与所述调温装置(1)连接，另一端与所述进水管(18)连接构成所述循环水回路；

所述出水管(3)在所述出水口处连接出水渐收段(4)，所述出水渐收段(4)的小端与出水管(3)相连，大端与出水布水孔板(5)顶部相连，所述出水布水孔板(5)为多孔板结构，背部固定于所述缸体(22)内壁上，孔口指向所述缸体(22)内部，所述出水布水孔板(5)布置在所述上层帘幕(8)的上部；所述进水管(18)在所述进水口处连接进水渐扩段(16)，所述进水渐扩段(16)的小端与所述进水管(18)连接；所述进水渐扩段(16)的大端与进水布水孔板(17)顶部相连，所述进水布水孔板(17)为多孔板结构，背部固定于所述缸体(22)内壁上，孔口指向所述缸体(22)内部，并与所述出水布水孔板(5)相对；所述进水布水孔板(17)布置在所述上层帘幕(8)的上部。

2.根据权利要求1所述的一种底泥污染物释放速率测定装置，其特征在于：所述下层帘幕(9)为细网孔结构帘幕；所述上层帘幕(8)为粗网孔结构帘幕。

3.根据权利要求1或2所述的一种底泥污染物释放速率测定装置，其特征在于：所述上层帘幕(8)和所述下层帘幕(9)的卷开方向为沿所述缸体(22)的长边方向。

4.根据权利要求1或2所述的一种底泥污染物释放速率测定装置，其特征在于：所述上层帘幕(8)的一侧固定有上层帘幕拉杆(10)，所述上层帘幕拉杆(10)与上层帘幕吊杆(12)垂直连接，所述上层帘幕(8)的另一侧可卷入上层帘幕卷轴(6)，所述上层帘幕卷轴(6)设置在所述缸体(22)的内壁上；所述上层帘幕吊杆(12)的上端安装有上层帘幕吊杆滚轮(14)；所述下层帘幕(9)的一侧固定有下层帘幕拉杆(11)，所述下层帘幕拉杆(11)与下层帘幕吊杆(13)垂直连接，所述下层帘幕(9)的另一侧可卷入下层帘幕卷轴(7)，所述下层帘幕卷轴(7)设置在所述缸体(22)的内壁上；所述下层帘幕吊杆(13)的上端安装有下层帘幕吊杆滚轮(15)，所述上层帘幕吊杆滚轮(14)与所述下层帘幕吊杆滚轮(15)位于滚轮导轨(21)上不同轨道内，所述滚轮导轨(21)安装在所述缸体(22)的顶面。

5.根据权利要求1所述的一种底泥污染物释放速率测定装置，其特征在于：数所述储泥槽(25)沿所述缸体(22)长边方向前后排列，位于最前的所述储泥槽(25)前放设置活动的前挡泥块(24)；位于最后的所述储泥槽(25)后方设置活动的后挡泥块(23)，所述前挡泥块(24)和所述后挡泥块(23)均贴近所述缸体(22)的内壁布置。

6.根据权利要求1所述的一种底泥污染物释放速率测定装置，其特征在于：所述泥样采集罐(28)的立面底部设置有斜向的活动密封斜底板导轨(31)和活动密封斜底板插口(32)，所述活动密封斜底板(33)可从所述活动密封斜底板插口(32)沿所述活动密封斜底板导轨(31)插入，所述活动密封斜底板(33)的插入路径处设有橡胶密封垫。

7.根据权利要求1或6所述的一种底泥污染物释放速率测定装置，其特征在于：所述活动密封斜底板(33)上设置活动密封斜底板抓点(34)。

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