CN112362846A - 适用于河湖底泥氮磷元素释放研究的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种适用于河湖底泥氮磷元素释放研究的装置，包括吸收液槽、释放槽、pH值控制系统、溶解氧控制系统和搅拌系统，其中，所述吸收液槽用于存放吸收液；待所述河湖底泥加入到所述释放槽内之后，将所述吸收液泵入到所述释放槽中；通过所述pH值控制系统来调节所述释放槽内的所述吸收液的pH值；通过所述溶解氧控制系统来调节所述释放槽内的所述吸收液内的溶解氧；通过所述搅拌系统来调节所述释放槽内的所述吸收液的扰动。该装置可以模拟不同环境条件对河湖底泥污染物释放的影响；模拟底泥在河流或湖泊中状态，更精确模拟底泥污染物在河流或湖泊中的释放过程；另外，通过控制计量泵实现河湖底泥污染物释放的静态和动态过程模拟。

Description

适用于河湖底泥氮磷元素释放研究的装置
技术领域
本发明涉及水环境污染控制技术领域，特别涉及一种适用于河湖底泥氮磷元素释放研究的装置。
背景技术
在经济发展和城市建设过程中，河湖污染问题日益凸显，河湖生态系统健康及其恢复实践得到了广泛的关注。24.6％的重点湖泊呈富营养状态，不少流经城镇的河流沟渠黑臭。快速的城市化过程导致大量生活污水与工业废水排放入河，水体容纳的污染物严重超过其自净能力，加速了水生态功能碎片化。此外，地势平坦的地区，水流不畅，污泥易在河道底部淤积，水体自净功能基本丧失。
在河湖的污染源中，既有来自外部的点源、非点源污染，也有来自河湖底泥的内源污染。河渠底泥作为河渠营养物质的一个富集储存库，可以将来自众多途径的各种物质，通过复杂的物理、化学、生化等作用，将其中一部分物质沉积到河渠底部。当水环境污染得到控制后，富积于底泥中的各类污染物再次通过与上覆水体间的物理、化学、生物交换作用，底泥中储存的污染物质将会释放出来造成二次污染。因此底泥是影响河渠富营养化的重要内源污染。为了更加全面的分析河渠的污染物释放量，底泥释放实验可以提供有力的基础数据并协助计算分析河渠中的污染物负荷比。许多已采取截污控源等治理措施的河湖由于未重视底泥的污染释放，使得河湖水质反复甚至恶化。而对于底泥污染释放的研究目前缺乏经济、高效的装置和方法。以往的研究过程中往往采取经验系数法来估算底泥的污染释放，所获得的数据不能有效指导河湖的内源治理。
鉴于上述原因，须要一种适用于河湖底泥氮磷元素释放研究的装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于河湖底泥氮磷元素释放研究的装置，利用该装置开展底泥污染物释放试验，得出上覆水所含污染物浓度后计算出污染物释放量与释放速率，分析底泥的污染物释放对上覆水水质的影响程度。利用底泥污染物释放结果计算河湖底泥的释放总量、分析河湖底泥的污染物负荷比。该装置具有操作简便、维护费用低、结果准确的优点，能为河湖内源污染治理提供科学决策依据。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种适用于河湖底泥氮磷元素释放研究的装置，包括吸收液槽、释放槽、 pH值控制系统、溶解氧控制系统和搅拌系统，其中，所述吸收液槽用于存放吸收液；待所述河湖底泥加入到所述释放槽内之后，将所述吸收液泵入到所述释放槽中，所述吸收液用于吸收所述河湖底泥中的污染物；通过所述pH 值控制系统来调节所述释放槽内的所述吸收液的pH值；通过所述溶解氧控制系统来调节所述释放槽内的所述吸收液内的溶解氧；通过所述搅拌系统来调节所述释放槽内的所述吸收液的扰动。
进一步地，在上述的适用于河湖底泥氮磷元素释放研究的装置中，还包括计量泵，通过所述计量泵将存放在所述吸收液槽内的所述吸收液泵入到所述释放槽中，通过调节所述吸收液的泵入速率来控制所述吸收液在所述河湖底泥表面的流动速率。
进一步地，在上述的适用于河湖底泥氮磷元素释放研究的装置中，还包括取样管，所述取样管的一端伸入所述释放槽内并能够采取所述吸收液和/ 或所述河湖底泥，优选地，通过调节所述取样管水平位置和/或深度来采取不同位置的所述吸收液和/或所述河湖底泥。
进一步地，在上述的适用于河湖底泥氮磷元素释放研究的装置中，还包括温度控制系统，通过所述温度控制系统来调节所述吸收液的温度。
进一步地，在上述的适用于河湖底泥氮磷元素释放研究的装置中，所述温度控制系统由温度探头、温控仪和加热器组成，所述温度探头和所述加热器均置入所述释放槽内。
进一步地，在上述的适用于河湖底泥氮磷元素释放研究的装置中，所述搅拌系统包括升降式搅拌器，所述升降式搅拌器的搅拌端伸入所述释放槽内并能够调整在所述释放槽内的水平位置和深度。
进一步地，在上述的适用于河湖底泥氮磷元素释放研究的装置中，所述溶解氧控制系统由溶解氧探头、溶解氧控制仪、空气压缩机和曝气管组成，所述空气压缩机和所述溶解氧探头均与所述溶解氧控制仪连接，所述溶解氧探头伸入所述释放槽内；所述曝气管的一端与所述空气压缩机连接，所述曝气管的另一端伸入所述释放槽内。
进一步地，在上述的适用于河湖底泥氮磷元素释放研究的装置中，所述 pH值控制系统由酸碱储槽、pH值控制仪和pH值探头组成，所述酸碱储槽和所述pH值探头均与所述pH值控制仪连接，所述pH值探头伸入所述释放槽内。
进一步地，在上述的适用于河湖底泥氮磷元素释放研究的装置中，所述释放槽的侧壁上设置有进水口和出水口，所述进水口和所述出水口分别位于所述释放槽的两个相对的侧壁上；所述进水口连通有进水管，所述进水管与所述吸收液槽连通；所述计量泵设置在所述进水管上，在所述计量泵与所述进水口之间的所述进水管上设置有第一阀门；所述出水口连通有出水管，流过所述河湖底泥表面的所述吸收液经所述出水管排出；所述出水管上设置有第二阀门。
进一步地，在上述的适用于河湖底泥氮磷元素释放研究的装置中，还包括回流管，所述回流管将所述释放槽和所述吸收液槽连通；在所述回流管上设置有第三阀门。
分析可知，本发明公开一种适用于河湖底泥氮磷元素释放研究的装置，该装置通过pH值控制系统、溶解氧控制系统、搅拌系统、温度控制系统可以模拟不同环境条件对河湖底泥污染物释放的影响(pH值、溶解氧、温度、扰动等)；通过调节计量泵泵入吸收液的速率来控制吸收液在河湖底泥表面的流动速率，可以分析吸收液的流动速率对河湖底泥污泥物释放的影响，从而可以模拟底泥在河流或湖泊中状态，更精确模拟底泥污染物在河流或湖泊中的释放过程；另外，通过控制计量泵实现河湖底泥污染物释放的静态和动态过程模拟。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1本发明一实施例的结构示意图。
图2为氨氮释放浓度示意图。
图3为氨氮累计释放量示意图。
图4为氨氮释放速率示意图。
附图标记说明：1释放槽；2温度探头；3温控仪；4加热器；5升降式搅拌器；6取样管；7第一阀门；8酸碱储槽；9 pH值控制仪；10 pH值探头； 11溶解氧探头；12溶解氧控制仪；13空气压缩机；14曝气管；15吸收液槽；16计量泵；17进水管；18出水管；19回流管；20第二阀门；21第三阀门。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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而不是要求本发明必须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。本发明中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，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的具体含义。
如图1所示，根据本发明的实施例，提供了一种适用于河湖底泥氮磷元素释放研究的装置，包括释放槽1、吸收液槽15、pH值控制系统、溶解氧控制系统和搅拌系统，其中，吸收液槽15用于存放吸收液，吸收液可以为纯净水；待河湖底泥加入到释放槽1内之后，将吸收液泵入到释放槽1中，泵入到释放槽1中的吸收液覆盖在河湖底泥上，吸收液用于吸收释放槽1内的河湖底泥中的污染物。
通过pH值控制系统来调节释放槽1内的吸收液的pH值；通过溶解氧控制系统来调节释放槽1内的吸收液内的溶解氧；通过搅拌系统来调节释放槽 1内的吸收液的扰动。
在利用该装置进行河湖底泥氮磷元素释放研究的试验时，首先由河流或湖泊现场采集河湖底泥，并将采集的河湖底泥加入到释放槽1内，然后将吸收液槽15内的吸收液泵入到释放槽1中，通过pH值控制系统、溶解氧控制系统、搅拌系统使释放槽1内的吸收液和河湖底泥的初始pH值、溶解氧达到预定要求，进而可以模拟不同pH值、溶解氧、扰动等环境条件对河湖底泥污染物(氮磷元素)释放的影响，一般情况是模拟自然状态，即不用扰动、不用调整相关pH、也不用溶氧等。
进一步地，该装置还包括温度控制系统，通过温度控制系统和搅拌系统来调节吸收液的温度。进而模拟不同温度(一般是自然环境温度)的环境条件对河湖底泥污染物释放的影响。
进一步地，该装置还包括计量泵16，通过计量泵16将存放在吸收液槽 15内的吸收液泵入到释放槽1中，通过调节吸收液的泵入速率来控制吸收液在河湖底泥表面的流动速率，用于模拟自然条件下的河流的水流流速。通过控制吸收液的流动速率可以分析吸收液的流动速率对河湖底泥的污染物释放的影响，从而可以模拟河湖底泥在河流或湖泊中状态，更精确模拟河湖底泥污染物在河流或湖泊中的释放过程。
进一步地，该装置还包括取样管6，取样管6的一端伸入释放槽1内并能够采取吸收液和/或河湖底泥，取样管6也可称为采样管。取样管6为活动式取样管，通过调节取样管6的水平位置和/或深度来采取不同位置的吸收液和/或河湖底泥。利用取样管6采取的释放槽1内的吸收液和/或河湖底泥作为样品，进行相关的化学分析，进而能够分析河流或湖泊中污染物的释放量，以及河流或湖泊中的污染物的负荷比。
进一步地，温度控制系统由温度探头2、温控仪3和加热器4组成，温度探头2和加热器4均置入释放槽1内。温控仪3通过温度探头2实时监测吸收液的温度，并根据监测结果控制加热器4对释放槽1内的吸收液进行加热，使释放槽1内吸收液的温度符合设定温度。
进一步地，搅拌系统包括升降式搅拌器5，升降式搅拌器5的搅拌端伸入释放槽1内并能够调整在释放槽1内的水平位置和深度。通过温度控制系统和升降式搅拌器5的搅拌能够调节释放槽1内的吸收液的温度。
进一步地，溶解氧控制系统由溶解氧探头11、溶解氧控制仪12、空气压缩机13和曝气管14组成，空气压缩机13和溶解氧探头11均与溶解氧控制仪12连接，溶解氧探头11伸入释放槽1内；曝气管14的一端与空气压缩机 13连接，曝气管14的另一端伸入释放槽1内。溶解氧控制系统的工作过程为：根据设定的溶解氧参数与溶解氧探头11实测的溶解氧值比较，通过溶解氧控制仪12调整空气压缩机13的空气量，继而调节曝气管14的出气量，从而调整水中的溶解氧的含量。
进一步地，pH值控制系统由酸碱储槽8、pH值控制仪9和pH值探头 10组成，酸碱储槽8内存储有酸碱液，酸碱储槽8和pH值探头10均与pH 值控制仪9连接，pH值控制仪9能够向释放槽1内控制输送酸碱液，pH值探头10伸入释放槽1内。pH值控制系统的工作过程为：根据设定的pH值与pH探头10的实测值进行比较，根据这两个值的差异，由pH控制仪9控制调节酸碱储槽8向释放槽1内流入的酸碱液量，从而调节吸收液的pH值。
进一步地，释放槽1的侧壁上设置有进水口和出水口，进水口和出水口分别位于释放槽1的两个相对的侧壁上；进水口连通有进水管17，进水管17 与吸收液槽15连通；计量泵16设置在进水管17上，在计量泵16与进水口之间的进水管17上设置有第一阀门7。出水口连通有出水管18，在释放槽1 内流过河湖底泥表面的吸收液经出水管18排出；出水管18上设置有第二阀门20。
打开第一阀门7，利用计量泵16将吸收液槽15内的吸收液泵入释放槽1 内，当吸收液覆盖河湖底泥达到要求深度时，停止泵入吸收液，实现河湖底泥的污染物释放的静态过程模拟。对释放槽1内河湖底泥的污染物释放进行试验，试验完成后打开第二阀门20，释放槽1内的吸收液通过出水管18排出。
进一步地，该装置还包括回流管19，回流管19将释放槽1和吸收液槽 15连通；在回流管19上设置有第三阀门21。保持第二阀门20关闭状态，打开第三阀门21，在释放槽1内流过河湖底泥表面的吸收液经回流管19流入吸收液槽15内，吸收液槽15、进水管17、释放槽1、回流管19和吸收液槽 15形成用于吸收液循环的通路，通过吸收液的循环实现河湖底泥的污染物释放的动态过程模拟。对释放槽1内河湖底泥的污染物释放进行试验，试验完成后关闭第三阀门21，打开第二阀门20，释放槽1内的吸收液通过出水管 18排出。
实施例1
利用该装置对来自四条河渠的实验样品进行试验，对一号河渠、二号河渠、三号河渠和四号河渠分别进行了9天实验，在试验过程中利用取样管6 采取的释放槽1内的吸收液和/或河湖底泥作为样品，进行相关的化学分析，化学分析结果如下：
(1)氨氮释放浓度，氨氮释放浓度示意图如图2所示
由图2可见一号河渠和三号河渠的氨氮浓度在第二天激增，一号河渠、二号河渠和四号河渠的氨氮浓度从第三天开始逐渐下降。三号河渠的氨氮浓度在整个实验过程并未呈现出浓度减退的现象，可能因为实验时长不够使其没有达到完全释放。二号河渠的氨氮释放浓度变化范围较小，第二天最高值为0.6mg/L，最后一天最低值为0.29mg/L。
(2)氨氮累计释放量，氨氮累计释放量示意图如图3所示
氨氮累计释放量的计算公式为：氨氮累计释放量＝氨氮释放浓度×释放槽中的液体量×天数。
由图3可以看出氨氮累计释放量为持续增长的过程，其中三号河渠一直持续增长状态一直未有减退。其余河渠从第八天开始逐渐呈现减退的现象。因为实验时长限制的关系，部分河渠的释放时间不充足，以至于实验中并未呈现出减退。二号河渠和四号河渠两条渠氨氮累计释放量变化范围较小，一号河渠由第五天开始，氨氮累计释放量增长变得较为平稳。
(3)氨氮释放速率，氨氮释放速率示意图如图4所示
氨氮释放速率的计算公式为：氨氮释放速率＝氨氮累计释放量÷释放槽中平铺的底泥面积。
由图4可以看出一号河渠氨氮释放速率最大值为129.5mg/m2d，最小值为12.79mg/m2d。二号河渠氨氮释放速率呈递减状态，释放速率最大值为37mg/m2d，最小值为2.67mg/m2d。三号河渠氨氮释放速率波动范围较大，最大值的一天为163mg/m2d，最小值的一天为34mg/m2d。四号河渠氨氮释放速率在9.35mg/m2d-40mg/m2d范围内变化。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
一种适用于河湖底泥氮磷元素释放研究的装置，包括吸收液槽15、释放槽1、pH值控制系统、溶解氧控制系统、搅拌系统和温度控制系统。该装置通过pH值控制系统、溶解氧控制系统、搅拌系统、温度控制系统可以模拟不同环境条件对河湖底泥污染物(氮磷元素)释放的影响(pH值、溶解氧、温度、扰动等)；通过调节计量泵16泵入吸收液的速率来控制吸收液在河湖底泥表面的流动速率，可以分析吸收液的流动速率对河湖底泥污泥物释放的影响，从而可以模拟底泥在河流或湖泊中状态，更精确模拟底泥污染物在河流或湖泊中的释放过程；另外，通过控制计量泵16实现河湖底泥污染物释放的静态和动态过程模拟。
通过该装置开展河湖底泥污染物的释放试验，得出覆盖在河湖底泥上的吸收液所含污染物的浓度后计算出污染物释放量与释放速率，分析河湖底泥的污染物释放对吸收液水质的影响程度。并可以利用河湖底泥污染物释放结果计算河湖底泥的释放总量、分析河湖底泥的污染物负荷比。该装置具有操作简便、维护费用低、结果准确的优点，能为河湖内源污染治理提供科学决策依据。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于河湖底泥氮磷元素释放研究的装置，其特征在于，
包括吸收液槽、释放槽、pH值控制系统、溶解氧控制系统和搅拌系统，其中，
所述吸收液槽用于存放吸收液；
待所述河湖底泥加入到所述释放槽内之后，将所述吸收液泵入到所述释放槽中，所述吸收液用于吸收所述河湖底泥中的污染物；
通过所述pH值控制系统来调节所述释放槽内的所述吸收液的pH值；
通过所述溶解氧控制系统来调节所述释放槽内的所述吸收液内的溶解氧；
通过所述搅拌系统来调节所述释放槽内的所述吸收液的扰动。
2.根据权利要求1所述的适用于河湖底泥氮磷元素释放研究的装置，其特征在于，还包括计量泵，
通过所述计量泵将存放在所述吸收液槽内的所述吸收液泵入到所述释放槽中，
通过调节所述吸收液的泵入速率来控制所述吸收液在所述河湖底泥表面的流动速率。
3.根据权利要求1所述的适用于河湖底泥氮磷元素释放研究的装置，其特征在于，还包括取样管，
所述取样管的一端伸入所述释放槽内并能够采取所述吸收液和/或所述河湖底泥，
优选地，通过调节所述取样管水平位置和/或深度来采取不同位置的所述吸收液和/或所述河湖底泥。
4.根据权利要求1所述的适用于河湖底泥氮磷元素释放研究的装置，其特征在于，还包括温度控制系统，
通过所述温度控制系统来调节所述吸收液的温度。
5.根据权利要求4所述的适用于河湖底泥氮磷元素释放研究的装置，其特征在于，
所述温度控制系统由温度探头、温控仪和加热器组成，所述温度探头和所述加热器均置入所述释放槽内。
6.根据权利要求1所述的适用于河湖底泥氮磷元素释放研究的装置，其特征在于，
所述搅拌系统包括升降式搅拌器，所述升降式搅拌器的搅拌端伸入所述释放槽内并能够调整在所述释放槽内的水平位置和深度。
7.根据权利要求1所述的适用于河湖底泥氮磷元素释放研究的装置，其特征在于，
所述溶解氧控制系统由溶解氧探头、溶解氧控制仪、空气压缩机和曝气管组成，所述空气压缩机和所述溶解氧探头均与所述溶解氧控制仪连接，所述溶解氧探头伸入所述释放槽内；
所述曝气管的一端与所述空气压缩机连接，所述曝气管的另一端伸入所述释放槽内。
8.根据权利要求1所述的适用于河湖底泥氮磷元素释放研究的装置，其特征在于，
所述pH值控制系统由酸碱储槽、pH值控制仪和pH值探头组成，所述酸碱储槽和所述pH值探头均与所述pH值控制仪连接，所述pH值探头伸入所述释放槽内。
9.根据权利要求2所述的适用于河湖底泥氮磷元素释放研究的装置，其特征在于，
所述释放槽的侧壁上设置有进水口和出水口，所述进水口和所述出水口分别位于所述释放槽的两个相对的侧壁上；
所述进水口连通有进水管，所述进水管与所述吸收液槽连通；
所述计量泵设置在所述进水管上，
在所述计量泵与所述进水口之间的所述进水管上设置有第一阀门；
所述出水口连通有出水管，流过所述河湖底泥表面的所述吸收液经所述出水管排出；
所述出水管上设置有第二阀门。
10.根据权利要求1所述的适用于河湖底泥氮磷元素释放研究的装置，其特征在于，还包括回流管，
所述回流管将所述释放槽和所述吸收液槽连通；
在所述回流管上设置有第三阀门。
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