CN116625885A - 一种模拟纳米塑料在介质中垂向迁移的试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种模拟纳米塑料在介质中垂向迁移的试验装置及方法，其试验装置包括介质装填柱、第一投放装置、第二投放装置、第一收集装置、第二收集装置以及测压装置、温度控制装置和降雨模拟装置，第一投放装置用于从介质装填柱底部向其中投放试验溶液，第二投放装置用于从介质装填柱顶部向其中投放试验溶液，第一收集装置用于从介质装填柱底部收集并测量从介质装填柱中流出的试验溶液，第二收集装置用于对介质装填柱中的试验溶液进行取样。通过本发明可以依次开展纳米塑料在含水介质中垂向迁移的穿透试验及水文地质参数测量、纳米塑料在介质中垂向迁移的淋浴试验，进而从室内试验的角度有效揭示野外真实情况下纳米塑料的迁移规律。
Description
技术领域
本发明涉及污染物迁移模拟试验技术领域，尤其涉及一种模拟纳米塑料在介质中垂向迁移的试验装置及方法。
背景技术
近些年，塑料制品广泛应用于各类产品，如化妆品、电子产品、包装材料和医疗用品等，给人们的生活带来便利的同时，大量塑料也残留在了自然环境中。这些塑料在环境因子的作用下会分解成纳米级的颗粒（纳米塑料），使其不可避免的进入土壤中并且对土壤造成污染，同时这些纳米塑料也会随着降雨、灌溉和废水排放等而进入地下水环境之中，并且随着地下水流的流动而扩散，使得污染区域不断变大。
自然界中的土壤可以通过自身吸附、细菌的分解和转化等过程使纳米塑料含量降低。然而，纳米塑料在土壤及地下水含水层中的迁移过程是很复杂的，因此，弄清纳米塑料在土壤及地下水含水层中的迁移转化规律是广大科技工作者所面临的重大挑战。
目前，针对纳米塑料迁移规律方面的研究，研究方式主要集中在室内一维柱实验上。更具体的，大多数柱实验研究的是纳米塑料在饱和多孔介质中的迁移规律，一般利用石英砂等均匀介质或者扰动土介质进行迁移模拟实验。然而，有研究表明，土壤及地下水含水层的温度、压力、渗流条件等因素会对纳米塑料的迁移造成很大影响，因而现有的室内模拟装置并不能真实反映出野外的实际情况。此外，现有的室内模拟装置仅能完成单一试验项目，例如塑料在含水介质中垂向迁移的穿透试验、水文地质参数测量，无法形成各项试验项目之间的关联性，致使试验数据不够全面，也不够精准，因而无法有效揭示野外真实情况下纳米塑料的迁移规律。
发明内容
本发明的目的在于针对已有的技术现状，提供一种模拟纳米塑料在介质中垂向迁移的试验装置及方法，通过本发明可以依次开展纳米塑料在含水介质中垂向迁移的穿透试验及水文地质参数测量、纳米塑料在介质中垂向迁移的淋浴试验，进而从室内试验的角度有效揭示野外真实情况下纳米塑料的迁移规律。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种模拟纳米塑料垂向迁移的试验装置，包括介质装填柱、第一投放装置、第二投放装置、第一收集装置、第二收集装置以及测压装置、温度控制装置和降雨模拟装置；
所述介质装填柱的上端设有与之可拆卸密封连接的端盖，端盖上设有第一三通阀且第一三通阀的第一出口与外界连通，介质装填柱的下端封闭并连通有第二三通阀，介质装填柱的侧壁上沿纵向排列设有若干测压孔和带截止阀的取样端口，介质装填柱顶部的侧壁上设有投放孔；
所述第一投放装置与介质装填柱下端所设第二三通阀的第一出口连通，用于从介质装填柱底部向其中投放试验溶液；
所述第二投放装置与介质装填柱顶部的侧壁上所设投放孔连通，用于从介质装填柱顶部向其中投放试验溶液；
所述第一收集装置与介质装填柱下端所设第二三通阀的第二出口连通，用于从介质装填柱底部收集并测量从介质装填柱中流出的试验溶液；
所述第二收集装置为取样器，第二收集装置与端盖上所设第一三通阀的第二出口和介质装填柱的侧壁上所设取样端口均连通，用于对介质装填柱中的试验溶液进行取样；
所述测压装置与介质装填柱相连，用于测量介质装填柱中的压力；
所述温度控制装置用于调控介质装填柱中的温度；
所述降雨模拟装置用于在介质装填柱上方模拟降雨过程。
进一步的，所述第一投放装置和第二投放装置均包括注射泵以及安装在注射泵上的注射器，第一投放装置中注射器的注射端与介质装填柱的下端所设第二三通阀的第一出口通过导管连通，第二投放装置中注射器的注射端与介质装填柱的侧壁所设投放孔通过导管连通，且两者之间的导管上设有截止阀。
进一步的，所述第一收集装置包括收集容器和称量器件，收集容器放置在称量器件上，且其通过导管与第二三通阀的第二端口连通。
进一步的，所述测压装置包括压力表以及安装在介质装填柱的侧壁上所设每一测压孔中的压力传感探头，压力表与每一压力传感探头均通过导线相连。
进一步的，所述温度控制装置包括水浴恒温锅、第一蠕动泵、密封夹层以及温度探头和温度表，密封夹层包覆在介质装填柱的外侧，密封夹层的上下两端均设有循环端口，密封夹层的上端所设循环端口、水浴恒温锅、第一蠕动泵、密封夹层的下端所设循环端口通过导管依次连通，密封夹层的上端所设循环端口与水浴恒温锅之间的导管和密封夹层的下端所设循环端口与第二蠕动泵之间的导管上均设有温度探头，且两温度探头均与温度表相连。
进一步的，所述降雨模拟装置包括水箱、第二蠕动泵和喷头，水箱、第二蠕动泵和喷头通过导管依次连通，喷头设置在介质装填柱的正上方，水箱与喷头之间的导管上还连通设有流量计。
进一步的，所述介质装填柱的底部设有透水隔板，介质装填柱与其侧壁上所设取样端口对应处均设有过滤网，所述端盖内设有透水隔板。
一种模拟纳米塑料在介质中垂向迁移的试验方法，使用权利要求1至7任意一项所述的模拟纳米塑料在介质中垂向迁移的试验装置，包括以下步骤：
S1、纳米塑料在含水介质中垂向迁移的穿透试验及水文地质参数测量：
S1.1、将介质装填至介质装填柱中；
S1.2、调节第二三通阀，使第一投放装置与介质装填柱连通，调节第一三通阀，使介质装填柱与外界连通，选取去离子水作为试验溶液，通过第一投放装置以恒定流速向介质装填柱中注入去离子水，当介质充分饱水时，读取所注入去离子水的体积，计算介质的孔隙度n，计算公式如下：
，其中，V1表示去所注入去离子水的体积，V2表示介质装填柱的体积，r表示介质装填柱的内径，L表示介质装填柱的长度；
S1.3、关闭第一投放装置，调节第二三通阀，使介质装填柱与第一收集装置连通，介质装填柱中的去离子水流入第一收集装置中，待介质充分释出水后，读取释出水的质量，计算介质的给水度μ和持水度S，计算公式如下：
，/>，其中，V3表示释出水的体积，m表示释出水的质量，ρ=1g/mL，表示常温下水的密度；
S1.4、调节第二三通阀，使第一投放装置与介质装填柱连通，调节第一三通阀，使第二收集装置与介质装填柱连通，配制纳米塑料溶液作为试验溶液，通过第一投放装置向介质装填柱中注入纳米塑料溶液，同时配合测压装置调控流速，通过温度控制装置调控介质装填柱中的温度，通过第二取样装置按第一预设周期取样，在纳米塑料溶液投放之后，开始读取各个测压孔的压力值，当各个测压孔的压力值保持稳定时，介质装填柱中形成了稳定流，选取两个测压孔并读取两个测压孔处的水压力，同时读取注入纳米塑料溶液的流速，计算稳定条件下的水力梯度I和渗透系数K，计算公式如下：
，/>，其中，H1和H2分别表示所选两个测压孔处的水压力，D表示所选两个测压孔之间的距离，Q表示注入纳米塑料溶液的流速；
S2、纳米塑料在介质中垂向迁移的淋浴试验：
S2.1、将整个装置复原，将新的介质装填至介质装填柱中，新的介质的种类与步骤S1.1中介质的种类一致；
S2.2、调节第二三通阀，使第一投放装置与介质装填柱连通，调节第一三通阀，使介质装填柱与外界连通，选取去离子水作为试验溶液，通过第一投放装置以恒定流速向介质装填柱中注入去离子水，当介质充分饱水时，关闭第一投放装置；
S2.3、拆除端盖，调节第二三通阀，使第一收集装置与介质装填柱连通，打开至少一介质装填柱的侧壁上所设取样端口上的截止阀，使第一取样装置与介质装填柱连通，通过第二投放装置向介质装填柱中注入纳米塑料溶液，同时配合测压装置调控流速，通过温度控制装置调控介质装填柱中的温度，通过降雨模拟装置在介质装填柱上方模拟降雨过程，通过第一收集装置收集流出的纳米塑料溶液，通过第二取样装置按第二预设周期取样。
进一步的，步骤S1.4和步骤S2.3中，通过控制纳米塑料溶液的投放流速来模拟点源瞬时投放和点源持续投放。
进一步的，步骤S1.1和步骤S2.1中，对于非原状土介质，进行预处理后，再装填至介质装填柱中，预处理步骤如下：将介质风干碾碎后过筛，再将介质逐层的加入介质装填柱中，每层介质添加后通过玻璃棒压实，再添加下一层介质，直至填满介质装填柱。
本发明的有益效果为：
本发明基于调控流速、温度、降雨强度等不同条件，可以依次开展纳米塑料在含水介质中垂向迁移的穿透试验及水文地质参数测量、纳米塑料在介质中垂向迁移的淋浴试验，后续通过对纳米塑料在含水介质中垂向迁移的穿透试验和淋浴试验所得样品进行检测，再结合水文地质参数，分析不同条件下纳米塑料在介质中迁移规律，进而从室内试验的角度有效揭示野外真实情况下纳米塑料迁移规律，试验数据更为全面、精准。
附图说明
图1为本发明模拟纳米塑料垂向迁移的试验装置的结构示意图。
标注说明：1、介质装填柱，2、端盖，3、第一三通阀，4、投放孔，5、测压孔，6、截止阀，7、取样端口，8、第二三通阀，9、注射泵，10、注射器，11、收集容器，12、称量器件，13、取样头，14、样品架，15、水箱，16、第二蠕动泵，17、流量计，18、喷头，19、压力表，20、压力传感探头，21、水浴恒温锅，22、第一蠕动泵，23、密封夹层，24、循环端口，25、温度表，26、温度探头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：
请参阅图1所示，一种模拟纳米塑料垂向迁移的试验装置，包括介质装填柱1、第一投放装置、第二投放装置、第一收集装置、第二收集装置以及测压装置、温度控制装置和降雨模拟装置。
介质装填柱1为有机玻璃柱，介质装填柱1的上端设有与之可拆卸密封连接的端盖2，端盖2上设有第一三通阀3且第一三通阀3的第一出口与外界连通，介质装填柱1的下端封闭并连通有第二三通阀8，介质装填柱1的侧壁上沿纵向排列设有若干测压孔5和带截止阀6的取样端口7，介质装填柱1顶部的侧壁上设有投放孔4。
第一投放装置与介质装填柱1下端所设第二三通阀8的第一出口连通，用于从介质装填柱1底部向其中投放试验溶液。具体的，第一投放装置包括注射泵9以及安装在注射泵9上的注射器10，第一投放装置中注射器10的注射端与介质装填柱1的下端所设第二三通阀8的第一出口通过导管连通。通过第一投放装置可以读取所投放试验溶液的流速和体积。
第二投放装置与介质装填柱1顶部的侧壁上所设投放孔4连通，用于从介质装填柱1顶部向其中投放试验溶液。具体的，第二投放装置均包括注射泵9以及安装在注射泵9上的注射器10，第二投放装置中注射器10的注射端与介质装填柱1的侧壁所设投放孔4通过导管连通，且两者之间的导管上设有截止阀6。通过第一投放装置可以读取所投放试验溶液的流速和体积。
第一收集装置与介质装填柱1下端所设第二三通阀8的第二出口连通，用于从介质装填柱1底部收集并测量从介质装填柱1中流出的试验溶液。具体的，第一收集装置包括收集容器11和称量器件12，收集容器11放置在称量器件12上，且其通过导管与第二三通阀8的第二端口连通。本实施例中，收集容器11采用烧杯，称量器件12采用高精度天平。
第二收集装置为取样器，第二收集装置与端盖2上所设第一三通阀3的第二出口和介质装填柱1的侧壁上所设取样端口7均连通，用于对介质装填柱1中的试验溶液进行取样。常规取样器通常包括样品架14以及安装在样品架14上的取样头13，取样头13通过导管与端盖2上所设第一三通阀3的第二出口和介质装填柱1的侧壁上所设取样端口7均连通。本实施例中，第二收集装置可以采用手动取样器，也可以采用自动取样器。
测压装置与介质装填柱1相连，用于测量介质装填柱1中的压力。具体的，测压装置包括压力表19以及安装在介质装填柱1的侧壁上所设每一测压孔5中的压力传感探头20，压力表19与每一压力传感探头20均通过导线相连。
温度控制装置用于调控介质装填柱1中的温度。具体的，温度控制装置包括水浴恒温锅21、第一蠕动泵22、密封夹层23以及温度探头26和温度表25，密封夹层23包覆在介质装填柱1的外侧，密封夹层23的上下两端均设有循环端口24，密封夹层23的上端所设循环端口24、水浴恒温锅21、第一蠕动泵22、密封夹层23的下端所设循环端口24通过导管依次连通，密封夹层23的上端所设循环端口24与水浴恒温锅21之间的导管和密封夹层23的下端所设循环端口24与第一蠕动泵22之间的导管上均设有温度探头26，且两温度探头26均与温度表25相连。
降雨模拟装置用于在介质装填柱1上方模拟降雨过程。具体的，降雨模拟装置包括水箱15、第二蠕动泵16和喷头18，水箱15、第二蠕动泵16和喷头18通过导管依次连通，喷头18设置在介质装填柱1的正上方，水箱15与喷头18之间的导管上还连通设有流量计17。
为避免介质流失，介质装填柱1的底部设有透水隔板（图中未示出），介质装填柱1与其侧壁上所设取样端口7对应处均设有过滤网（图中未示出），端盖2内设有透水隔板（图中未示出）。本实施例中，透水隔板选用200目不锈钢隔板，过滤网选用200目尼龙网。
实施例2：
请参阅图1所示，一种模拟纳米塑料在介质中垂向迁移的试验方法，使用上述模拟纳米塑料在介质中垂向迁移的试验装置，包括以下步骤：
S1、纳米塑料在含水介质中垂向迁移的穿透试验及水文地质参数测量：
S1.1、将介质装填至介质装填柱1中，介质包括但不限于原状土、洁净的石英砂，根据试验需求选择；
S1.2、调节第二三通阀8，使第一投放装置与介质装填柱1连通，调节第一三通阀3，使介质装填柱1与外界连通，选取去离子水作为试验溶液，通过第一投放装置以恒定流速向介质装填柱1中注入去离子水，当介质充分饱水时，读取所注入去离子水的体积，计算介质的孔隙度n，计算公式如下：
，其中，V1表示去所注入去离子水的体积，V2表示介质装填柱1的体积，r表示介质装填柱1的内径，L表示介质装填柱1的长度；
S1.3、关闭第一投放装置，调节第二三通阀8，使介质装填柱1与第一收集装置连通，介质装填柱1中的去离子水流入第一收集装置中，待介质充分释出水后，读取释出水的质量，计算介质的给水度μ和持水度S，计算公式如下：
，/>，其中，V3表示释出水的体积，m表示释出水的质量，ρ=1g/mL，表示常温下水的密度；
S1.4、调节第二三通阀8，使第一投放装置与介质装填柱1连通，调节第一三通阀3，使第二收集装置与介质装填柱1连通，配制纳米塑料溶液作为试验溶液，通过第一投放装置向介质装填柱1中注入纳米塑料溶液，同时配合测压装置调控流速，通过温度控制装置调控介质装填柱1中的温度，通过第二取样装置按第一预设周期取样，在纳米塑料溶液投放之后，开始读取各个测压孔5的压力值，当各个测压孔5的压力值保持稳定时，介质装填柱1中形成了稳定流，选取两个测压孔5并读取两个测压孔5处的水压力，同时读取注入纳米塑料溶液的流速，计算稳定条件下的水力梯度I和渗透系数K，计算公式如下：
，/>，其中，H1和H2分别表示所选两个测压孔5处的水压力，D表示所选两个测压孔5之间的距离，Q表示注入纳米塑料溶液的流速；
S2、纳米塑料在介质中垂向迁移的淋浴试验：
S2.1、将整个装置复原，复原包括恢复阀门状态、清洗管路等工序，将新的介质装填至介质装填柱1中，新的介质的种类与步骤S1.1中介质的种类一致；
S2.2、调节第二三通阀8，使第一投放装置与介质装填柱1连通，调节第一三通阀3，使介质装填柱1与外界连通，选取去离子水作为试验溶液，通过第一投放装置以恒定流速向介质装填柱1中注入去离子水，当介质充分饱水时，关闭第一投放装置；
S2.3拆除端盖2，调节第二三通阀8，使第一收集装置与介质装填柱1连通，打开至少一介质装填柱1的侧壁上所设取样端口7上的截止阀6，使第一取样装置与介质装填柱1连通，通过第二投放装置向介质装填柱1中注入纳米塑料溶液，同时配合测压装置调控流速，通过温度控制装置调控介质装填柱1中的温度，通过降雨模拟装置在介质装填柱1上方模拟降雨过程，通过第一收集装置收集流出的纳米塑料溶液，通过第二取样装置按第二预设周期取样。
后续通过对纳米塑料在含水介质中垂向迁移的穿透试验和淋浴试验所得样品进行检测，再结合水文地质参数，分析不同条件下纳米塑料在介质中迁移规律。
步骤S1.4和步骤S2.3中，通过控制纳米塑料溶液的投放流速来模拟点源瞬时投放和点源持续投放。
步骤S1.1和步骤S2.1中，对于非原状土介质（原状土介质通过环刀直接置入），进行预处理后，再装填至介质装填柱1中，预处理步骤如下：将介质风干碾碎后过筛，使得介质的粒径为0.1~0.3mm，再将介质逐层的加入介质装填柱1中（每层约2-3cm），每层介质添加后通过玻璃棒压实，再添加下一层介质，直至填满介质装填柱1。
需要说明的是，试验开始前，各个阀、泵、表均处于关闭状态，试验过程中按需开启；试验开始前，还需要进行气密性检测试验。
总的来说，本发明基于调控流速、温度、降雨强度等不同条件，可以依次开展纳米塑料在含水介质中垂向迁移的穿透试验及水文地质参数测量、纳米塑料在介质中垂向迁移的淋浴试验，进而从室内试验的角度有效揭示野外真实情况下纳米塑料迁移规律，试验数据更为全面、精准。
当然，以上仅为本发明较佳实施方式，并非以此限定本发明的使用范围，故，凡是在本发明原理上做等效改变均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种模拟纳米塑料垂向迁移的试验装置，其特征在于：包括介质装填柱、第一投放装置、第二投放装置、第一收集装置、第二收集装置以及测压装置、温度控制装置和降雨模拟装置；
所述介质装填柱的上端设有与之可拆卸密封连接的端盖，端盖上设有第一三通阀且第一三通阀的第一出口与外界连通，介质装填柱的下端封闭并连通有第二三通阀，介质装填柱的侧壁上沿纵向排列设有若干测压孔和带截止阀的取样端口，介质装填柱顶部的侧壁上设有投放孔；
所述第一投放装置与介质装填柱下端所设第二三通阀的第一出口连通，用于从介质装填柱底部向其中投放试验溶液；
所述第二投放装置与介质装填柱顶部的侧壁上所设投放孔连通，用于从介质装填柱顶部向其中投放试验溶液；
所述第一收集装置与介质装填柱下端所设第二三通阀的第二出口连通，用于从介质装填柱底部收集并测量从介质装填柱中流出的试验溶液；
所述第二收集装置为取样器，第二收集装置与端盖上所设第一三通阀的第二出口和介质装填柱的侧壁上所设取样端口均连通，用于对介质装填柱中的试验溶液进行取样；
所述测压装置与介质装填柱相连，用于测量介质装填柱中的压力；
所述温度控制装置用于调控介质装填柱中的温度；
所述降雨模拟装置用于在介质装填柱上方模拟降雨过程。
2.根据权利要求1所述的一种模拟纳米塑料垂向迁移的试验装置，其特征在于：所述第一投放装置和第二投放装置均包括注射泵以及安装在注射泵上的注射器，第一投放装置中注射器的注射端与介质装填柱的下端所设第二三通阀的第一出口通过导管连通，第二投放装置中注射器的注射端与介质装填柱的侧壁所设投放孔通过导管连通，且两者之间的导管上设有截止阀。
3.根据权利要求2所述的一种模拟纳米塑料垂向迁移的试验装置，其特征在于：所述第一收集装置包括收集容器和称量器件，收集容器放置在称量器件上，且其通过导管与第二三通阀的第二端口连通。
4.根据权利要求1所述的一种模拟纳米塑料垂向迁移的试验装置，其特征在于：所述测压装置包括压力表以及安装在介质装填柱的侧壁上所设每一测压孔中的压力传感探头，压力表与每一压力传感探头均通过导线相连。
5.根据权利要求1所述的一种模拟纳米塑料垂向迁移的试验装置，其特征在于：所述温度控制装置包括水浴恒温锅、第一蠕动泵、密封夹层以及温度探头和温度表，密封夹层包覆在介质装填柱的外侧，密封夹层的上下两端均设有循环端口，密封夹层的上端所设循环端口、水浴恒温锅、第一蠕动泵、密封夹层的下端所设循环端口通过导管依次连通，密封夹层的上端所设循环端口与水浴恒温锅之间的导管和密封夹层的下端所设循环端口与第一蠕动泵之间的导管上均设有温度探头，且两温度探头均与温度表相连。
6.根据权利要求1所述的一种模拟纳米塑料垂向迁移的试验装置，其特征在于：所述降雨模拟装置包括水箱、第二蠕动泵和喷头，水箱、第二蠕动泵和喷头通过导管依次连通，喷头设置在介质装填柱的正上方，水箱与喷头之间的导管上还连通设有流量计。
7.根据权利要求1所述的一种模拟纳米塑料垂向迁移的试验装置，其特征在于：所述介质装填柱的底部设有透水隔板，介质装填柱与其侧壁上所设取样端口对应处均设有过滤网，所述端盖内设有透水隔板。
8.一种模拟纳米塑料在介质中垂向迁移的试验方法，其特征在于：使用权利要求1至7任意一项所述的模拟纳米塑料在介质中垂向迁移的试验装置，包括以下步骤：
S1、纳米塑料在含水介质中垂向迁移的穿透试验及水文地质参数测量：
S1.1、将介质装填至介质装填柱中；
S1.2、调节第二三通阀，使第一投放装置与介质装填柱连通，调节第一三通阀，使介质装填柱与外界连通，选取去离子水作为试验溶液，通过第一投放装置以恒定流速向介质装填柱中注入去离子水，当介质充分饱水时，读取所注入去离子水的体积，计算介质的孔隙度n，计算公式如下：
，其中，V1表示去所注入去离子水的体积，V2表示介质装填柱的体积，r表示介质装填柱的内径，L表示介质装填柱的长度；
S1.3、关闭第一投放装置，调节第二三通阀，使介质装填柱与第一收集装置连通，介质装填柱中的去离子水流入第一收集装置中，待介质充分释出水后，读取释出水的质量，计算介质的给水度μ和持水度S，计算公式如下：
，/>，其中，V3表示释出水的体积，m表示释出水的质量，ρ=1 g/mL，表示常温下水的密度；
S1.4、调节第二三通阀，使第一投放装置与介质装填柱连通，调节第一三通阀，使第二收集装置与介质装填柱连通，配制纳米塑料溶液作为试验溶液，通过第一投放装置向介质装填柱中注入纳米塑料溶液，同时配合测压装置调控流速，通过温度控制装置调控介质装填柱中的温度，通过第二取样装置按第一预设周期取样，在纳米塑料溶液投放之后，开始读取各个测压孔的压力值，当各个测压孔的压力值保持稳定时，介质装填柱中形成了稳定流，选取两个测压孔并读取两个测压孔处的水压力，同时读取注入纳米塑料溶液的流速，计算稳定条件下的水力梯度I和渗透系数K，计算公式如下：
，/>，其中，H1和H2分别表示所选两个测压孔处的水压力，D表示所选两个测压孔之间的距离，Q表示注入纳米塑料溶液的流速；
S2、纳米塑料在介质中垂向迁移的淋浴试验：
S2.1、将整个装置复原，将新的介质装填至介质装填柱中，新的介质的种类与步骤S1.1中介质的种类一致；
S2.2、调节第二三通阀，使第一投放装置与介质装填柱连通，调节第一三通阀，使介质装填柱与外界连通，选取去离子水作为试验溶液，通过第一投放装置以恒定流速向介质装填柱中注入去离子水，当介质充分饱水时，关闭第一投放装置；
S2.3、拆除端盖，调节第二三通阀，使第一收集装置与介质装填柱连通，打开至少一介质装填柱的侧壁上所设取样端口上的截止阀，使第一取样装置与介质装填柱连通，通过第二投放装置向介质装填柱中注入纳米塑料溶液，同时配合测压装置调控流速，通过温度控制装置调控介质装填柱中的温度，通过降雨模拟装置在介质装填柱上方模拟降雨过程，通过第一收集装置收集流出的纳米塑料溶液，通过第二取样装置按第二预设周期取样。
9.根据权利要求1所述的一种模拟纳米塑料在介质中垂向迁移的试验方法，其特征在于：步骤S1.4和步骤S2.3中，通过控制纳米塑料溶液的投放流速来模拟点源瞬时投放和点源持续投放。
10.根据权利要求1所述的一种模拟纳米塑料在介质中垂向迁移的试验方法，其特征在于：步骤S1.1和步骤S2.1中，对于非原状土介质，进行预处理后，再装填至介质装填柱中，预处理步骤如下：将介质风干碾碎后过筛，再将介质逐层的加入介质装填柱中，每层介质添加后通过玻璃棒压实，再添加下一层介质，直至填满介质装填柱。
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