一種模擬土壤有機汙染物遷移轉化的反應裝置製造方法

2023-05-21 12:43:36 2

一種模擬土壤有機汙染物遷移轉化的反應裝置製造方法
【專利摘要】一種模擬土壤有機汙染物遷移轉化的反應裝置，它涉及一種反應裝置，以解決現有淋溶實驗用的設備用於模擬土壤有機汙染物遷移轉化存在實驗誤差較大、設備利用率較低以及適應性差的問題，它包括第一水箱、第二水箱、水泵、進水管、穩流管、支架、支撐架、底座、固定板、第一調節閥、第二調節閥、多個流量計、多個篩孔板、多個土柱和多個第五調節閥，第一水箱、支架和支撐架均安裝在底座上，固定板與支撐架連接，第二水箱通過支撐架支撐，支架上布置有立式排布的多個土柱，每個土柱的正上方配置有一個流量計，多個流量計固裝在固定板上，篩孔板固裝在支架上。本發明用於模擬土壤有機汙染物遷移轉化。
【專利說明】一種模擬土壤有機汙染物遷移轉化的反應裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種反應裝置，具體涉及一種用於模擬有機汙染物在土壤環境中遷移轉化的反應裝置。
【背景技術】
[0002]在生態學和環境學等學科的研究中，為了準確的掌握有機汙染物在土壤環境中的化學行為通常需要進行土柱淋溶模擬試驗，現有淋溶實驗用的設備多為簡易的有機玻璃或PVC 土柱等，但是這些簡易土柱存在如下缺點:非一體化的處理裝置，人為輔助過多，導致試驗誤差；無法同時進行多組試驗，平行性差，導致試驗誤差；無法準確控制淋溶速度及淋溶量，導致試驗誤差；受材質限制，部分有機汙染物質無法研究，因其成分中含有該種汙染物，如酞酸酯類汙染物；自身材質容易老化，部分材質內含有毒添加劑和增塑劑，可能滲出造成環境汙染的同時也會危害實驗人員健康；一些進口的無公害管材價格比較昂貴，難以承擔。

【發明內容】

[0003]本發明是為解決現有淋溶實驗用的設備用於模擬土壤有機汙染物遷移轉化存在實驗誤差較大、設備利用率較低以及適應性差的問題，進而提供一種模擬土壤有機汙染物遷移轉化的反應裝置。
[0004]本發明為解決上述問題採取的技術方案是:本發明的一種模擬土壤有機汙染物遷移轉化的反應裝置包括第一水箱、第二水箱、水泵、進水管、穩流管、支架、支撐架、底座、固定板、第一調節閥、第二調節閥、多個流量計、多個篩孔板、多個土柱和多個第五調節閥，每個所述土柱為具有防腐塗層的金屬土柱，其中流量計、篩孔板和土柱的數量相一致，第一水箱、支架和支撐架均安裝在底座上，固定板與支撐架連接，第一水箱位於第二水箱的下方，第二水箱布置在支架的上方，第二水箱通過支撐架支撐，支架上布置有立式排布的多個土柱，每個土柱的正上方配置有一個流量計，多個流量計固裝在固定板上，流量計的入口與第二水箱的底部連通，流量計的出口與相對應的土柱的入口連通，每個土柱的底部固裝有一個篩孔板，篩孔板通過兩個娃膠墊與相應的土柱密封，篩孔板固裝在支架上，每個篩孔板的出口安裝有一個第五調節閥，進水管的一端與第一水箱連通，進水管的另一端與第二水箱連通，水泵和第一調節閥安裝在進水管上，穩流管的一端與第一水箱連通，穩流管的另一端與第二水箱連通，第二調節閥安裝在穩流管上，所述穩流管的另一端位於所述進水管的另一端的下方。
[0005]本發明的有益效果是:本發明通過水泵、第一調節閥、穩流管及第五調節閥的配合控制使用，能保持第二水箱的水面平穩，進而保持第二水箱底部的水壓穩定；篩孔板的設計防止土壤流失的同時便於土柱中的溶液滲濾，能提高有機物遷移轉化試驗分析的準確性；流量計的流量可分別調節控制，篩孔板的底部安裝有第五調節閥，便於控制滲透濾液的流出速度，以保證土柱淋溶實驗的準確性和減少實驗誤差；多個土柱各自獨立設置，便於進行多組平行實驗，也便於清理維護；土柱採用塗有防腐塗層的金屬土柱，適用於酞酸酯等有機汙染物遷移轉化實驗研究，適用範圍可涵蓋全部種類有機汙染物，適應性好；本發明結構簡單，設計合理，原料易得且不會出現老化現象，對環境無汙染、對實驗人員身體健康無危害，造價較低。利用本發明的裝置進行土壤有機汙染物的淋溶實驗進而用於掌握和評價有機汙染物在土壤環境中的化學行為，大大降低了人為因素導致的實驗誤差，實驗誤差小，準確度提高了 55%以上，實驗效率提高了 30%以上，裝置的利用率提高了 85%以上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是本發明的整體結構示意圖。
【具體實施方式】
[0007]【具體實施方式】一:結合圖1說明，本實施方式的一種模擬土壤有機汙染物遷移轉化的反應裝置包括第一水箱1、第二水箱2、水泵3、進水管4、穩流管5、支架6、支撐架7、底座8、固定板9、第一調節閥10、第二調節閥21、多個流量計11、多個篩孔板12、多個土柱13和多個第五調節閥22，每個所述土柱13為具有防腐塗層的金屬土柱，其中流量計11、篩孔板12和土柱13的數量相一致，第一水箱1、支架6和支撐架7均安裝在底座8上，固定板9與支撐架7連接，第一水箱I位於第二水箱2的下方，第二水箱2布置在支架6的上方，第二水箱2通過支撐架7支撐，支架6上布置有立式排布的多個土柱13，每個土柱13的正上方配置有一個流量計11，多個流量計11固裝在固定板9上，流量計11的入口與第二水箱2的底部連通，流量計11的出口與相對應的土柱13的入口連通，每個土柱13的底部固裝有一個篩孔板12，篩孔板12通過兩個矽膠墊23與相應的土柱13密封，篩孔板12固裝在支架6上，每個篩孔板12的出口安裝有一個第五調節閥22，進水管4的一端與第一水箱I連通，進水管4的另一端與第二水箱I連通，水泵3和第一調節閥10安裝在進水管4上，穩流管5的一端與第一水箱I連通，穩流管5的另一端與第二水箱2連通，第二調節閥21安裝在穩流管5上，所述穩流管5的另一端位於所述進水管4的另一端的下方。
[0008]本實施方式的篩孔板可通過螺栓與支架連接。本實施方式的流量計使用時可控制流量。
[0009]流量計的出口與相對應的土柱的入口連通，是指進入流量計內的水經流量計的出口能流入土柱內。
[0010]【具體實施方式】二:結合圖1說明，本實施方式所述支架6為Π形支架。如此設置，結構簡單，製造方便，便於使用。其它與【具體實施方式】一相同。
[0011]【具體實施方式】三:結合圖1說明，本實施方式所述水泵3為管道泵。如此設置，可控制水的流量，便於使用。其它與【具體實施方式】一或二相同。
[0012]【具體實施方式】四:結合圖1說明，本實施方式所述多個流量計11均為玻璃轉子流量計。如此設置，便於控制進入土柱內水的流量，以滿足土柱的淋溶實驗，更好地掌握和分析土壤有機汙染物的遷移轉化。其它與【具體實施方式】一相同。
[0013]【具體實施方式】五:結合圖1說明，本實施方式所述支撐架7包括多個支撐杆7-1，多個支撐杆7-1豎直布置，第二水箱2與底座8通過多個支撐杆7-1連接。如此設置，結構簡單，製造方便，便於使用。其它與【具體實施方式】一、二或四相同。[0014]【具體實施方式】六:結合圖1說明，本實施方式所述裝置還包括回流管14和第三調節閥15，回流管14的一端與進水管4連通，回流管14的另一端與第一水箱I連通，第三調節閥15安裝在回流管14上。如此設置，增設回流管，便於配合水泵調節進入第二水箱的水量以及穩流管的回流量，充分保證第二水箱內的水位穩定不變，使用時，同時調節第一調節閥10、第二調節閥21和第三調節閥15保持第二水箱2中液面穩定。其它與【具體實施方式】五相同。
[0015]【具體實施方式】七:結合圖1說明，本實施方式所述裝置還包括排水管16和第四調節閥17，排水管16的一端與第一水箱I連通，排水管16的另一端與第二水箱2的底部連通，第四調節閥17安裝在排水管16上。如此設置，增設排水管，利用本發明的裝置進行淋溶實驗，所述排水管的另一端位於所述穩流管的另一端的下方，保證第二水箱內的水位穩定不變的同時；淋溶實驗結束後，第二水箱的水也可通過排水管回流至第一水箱，不需要從第二水箱直接取水也，方便利用，實驗開始時，先關閉第五調節閥22。其它與【具體實施方式】一、二、四或六相同。
[0016]【具體實施方式】八:結合圖1說明，本實施方式所述裝置還包括多個鋼管18，流量計11的入口通過鋼管18與第二水箱2的底部連通，流量計11的出口通過鋼管18與土柱13的入口連通。如此設置，增設鋼管，材質強度大，防腐能力強，不易老化，延長了本發明的裝置使用壽命，進入流量計內的水經流量計的出口並通過鋼管能流入土柱內。其它與【具體實施方式】七相同。
[0017]【具體實施方式】九:結合圖1說明，本實施方式所述裝置還包括多個銅管19，流量計11的入口通過銅管19與第二水箱2的底部連通，流量計11的出口通過銅管19與土柱13的入口連通。如此設置，增設鋼管，材質強度大，防腐能力強，不易老化，延長了本發明的裝置使用壽命，進入流量計內的水經流量計的出口並通過銅管能流入土柱內。其它與【具體實施方式】一相同。
[0018]【具體實施方式】十:結合圖1說明，本實施方式所述裝置還包括多個腳輪20，底座8的下表面安裝有多個腳輪20，所述多個腳輪20為萬向腳輪。如此設置，本發明裝置便於移動，使用靈活。其它與【具體實施方式】一、二、四、六、八或九相同。
[0019]工作過程
[0020]1、土柱中填裝供試土壤；2、關閉第五調節閥22及多個流量計11 ;3、將配製好的淋溶液裝入第一水箱I中，運行水泵3，通過調節第一調節閥10控制進入第二水箱2中的水流速度；4、同時調節第一調節閥10和第二調節閥21保持第二水箱2中液面穩定；5、待第二水箱2中液面穩定後，調節多個流量計11，控制淋溶液進入土柱中的流速，打開第五調節閥22，取滲濾液；6、停止淋溶後，旋擰出取樣孔上安裝的螺釘24，取各層土壤樣品；7、試驗結束後，清洗裝置。
[0021]實施例
[0022]下面結合實施例進一部說明利用本發明裝置進行土壤有機汙染物淋溶實驗進而掌握和分析有機汙染物遷移轉化的化學行為。
[0023]一、取樣，首先，在本發明裝置使用過程中，得到需要檢測的滲濾液及土壤樣品，其中滲濾液樣品可通過篩孔板上連接的第五調節閥取得；土壤樣品可通過土柱的側壁上加工取樣孔取得(初始淋溶實驗時，取樣孔採用螺釘密封，取樣時旋擰出螺栓，用相應的器件取出土壤樣品，取得的滲透液和土壤樣品均通過使用氣相色譜-質譜聯用儀(GC-MS)進行定性及定量分析。
[0024]二、利用本發明的裝置進行室內分層(0-20cm,20-40cm,40-60cm) 土柱淋溶試驗，對土壤中四種酞酸酯(DMP、DEHP, DEP和DBP)在供試土壤中淋溶規律及其影響因子進行了研究，其中DMP:鄰苯二甲酸二甲酯；DEHP:鄰苯二甲酸二(2-乙基)己酯；DEP:鄰苯二甲酸二乙酯；DBP:鄰苯二甲酸二丁酯。
[0025]1、當每個柱子每8h的淋溶量由1.52L增至3.04L時(淋溶速度由0.19L/h增至
0.38L/h)，通過檢測土壤樣品及滲濾液中四種酞酸酯的含量，得到在土柱表層(0-20cm)四種酞酸酯含量相比所添加的量均有不同程度的降低，但整體降低不明顯，且四種酞酸酯中除DEHP外在20-40cm、40-60cm 土層及滲濾液中均有檢出。
[0026]結果分析:
[0027]①酞酸酯類化合物遷移性弱，大量的酞酸酯集中在土壤表層(0_20cm)；
[0028]②在土壤表層中，DEHP的濃度高於其他三種酞酸酯類化合物的濃度且在滲濾液中沒有檢出，得出結論由於DEHP分子量最大，結構最複雜且具有弱水溶性，導致其遷移性極弱，故發生DEHP集中在土壤表層的現象；
[0029]③DBP在縱向分布隨深度的增加含量降低，在滲濾液中也有少量檢出，說明其遷移性較DEHP強；
[0030]④DMP、DEP縱向分布出現先隨深度增加而增加，到達某一值後，再隨深度增加而下降的現象。這是由其自身的性質所決定的。DMP、DEP的飽和蒸氣壓較小，土壤淺表層的DMP、DEP在光照下，比較容易揮發游離出來，導致表層DMP、DEP濃度變小，另一方面，DMP、DEP較DBP、DEHP易溶於水，土壤吸附係數較小，隨灌溉滲透向土壤深層，在垂直分布上呈現一段反常增加現象，說明該兩種酞酸酯的遷移性高於DBP、DEHP ；
[0031]⑤根據計算遷移率及滲濾液中四種酞酸酯的含量可以得到，四種酞酸酯的遷移性由強到弱依次為DEP、DMP、DBP和DEHP。
[0032]2、土柱中分別添加不同處理(滅菌與未滅菌)的供試土壤進行試驗，在淋溶速度及四種酞酸酯表層添加量相同的情況下，滅菌組的遷移速度及遷移率要遠高於未滅菌組。
[0033]3、酞酸酯的遷移速率與淋溶液及土壤性質具有相關性，淋溶液中H+含量越低或土壤有機質含量越高，均能阻礙酞酸酯化合物在土壤中的遷移與滲濾。
[0034]4、酞酸酯投加量增加I倍時，各土層及滲濾液中酞酸酯的檢出量要明顯高於低投加量組，說明土壤殘留量與投加量呈正相關。
[0035]5、運用該儀器法對酞酸酯類化合物在土壤中的垂向遷移的研究，從結果分析得出的結論與以往的研究相一致且更準確。通過對不同處理的土柱在不同階段同時進行取樣，對汙染物的遷移進行實時監測，能更準確掌握汙染物各階段的遷移狀況。
[0036]6、運用此儀器對土壤汙染的研究可避免室外實驗的不可控制因素的幹擾，及耗時耗力。
[0037]7、針對不同的實驗目的可對本儀器功能進行深入挖掘，在下一步要的試驗中計劃使用該儀器進行試驗，建立數學模型，進一步闡明汙染物的遷移轉化規律。
【權利要求】
1.一種模擬土壤有機汙染物遷移轉化的反應裝置，其特徵在於:所述裝置包括第一水箱(1)、第二水箱(2)、水泵(3)、進水管(4)、穩流管(5)、支架(6)、支撐架(7)、底座(8)、固定板(9)、第一調節閥(10)、第二調節閥(21)、多個流量計(11)、多個篩孔板(12)、多個土柱(13)和多個第五調節閥(22)，每個所述土柱(13)為具有防腐塗層的金屬土柱，其中流量計(11)、篩孔板(12)和土柱(13)的數量相一致，第一水箱(1)、支架(6)和支撐架(7)均安裝在底座(8)上，固定板(9)與支撐架(7)連接，第一水箱(1)位於第二水箱(2)的下方，第二水箱(2 )布置在支架(6 )的上方，第二水箱(2 )通過支撐架(7 )支撐，支架(6 )上布置有立式排布的多個土柱(13)，每個土柱(13)的正上方配置有一個流量計(11)，多個流量計(11)固裝在固定板(9)上，流量計(11)的入口與第二水箱(2)的底部連通，流量計(11)的出口與相對應的土柱(13)的入口連通，每個土柱(13)的底部固裝有一個篩孔板(12)，篩孔板(12)通過兩個矽膠墊(23)與相應的土柱(13)密封，篩孔板(12)固裝在支架(6)上，每個篩孔板(12)的出口安裝有一個第五調節閥(22)，進水管(4)的一端與第一水箱(1)連通，進水管(4)的另一端與第二水箱(1)連通，水泵(3)和第一調節閥(10)安裝在進水管(4)上，穩流管(5)的一端與第一水箱(1)連通，穩流管(5)的另一端與第二水箱(2)連通，第二調節閥(21)安裝在穩流管(5)上，所述穩流管(5)的另一端位於所述進水管(4)的另一端的下方。
2.根據權利要求1所述的一種模擬土壤有機汙染物遷移轉化的反應裝置，其特徵在於:所述支架(6)為π形支架。
3.根據權利要求1或2所述的一種模擬土壤有機汙染物遷移轉化的反應裝置，其特徵在於:所述水泵(3)為管道泵。
4.根據權利要求1所述的一種模擬土壤有機汙染物遷移轉化的反應裝置，其特徵在於:所述多個流量計(11)均為玻璃轉子流量計。
5.根據權利要求1、2或4所述的一種模擬土壤有機汙染物遷移轉化的反應裝置，其特徵在於:所述支撐架(7)包括多個支撐杆(7-1)，多個支撐杆(7-1)豎直布置，第二水箱(2)與底座(8 )通過多個支撐杆(7-1)連接。
6.根據權利要求5所述的一種模擬土壤有機汙染物遷移轉化的反應裝置，其特徵在於:所述裝置還包括回流管(14)和第三調節閥(15)，回流管(14)的一端與進水管(4)連通，回流管(14)的另一端與第一水箱(1)連通，第三調節閥(15)安裝在回流管(14)上。
7.根據權利要求1、2、4或6所述的一種模擬土壤有機汙染物遷移轉化的反應裝置，其特徵在於:所述裝置還包括排水管(16)和第四調節閥(17)，排水管(16)的一端與第一水箱(I)連通，排水管(16)的另一端與第二水箱(2)的底部連通，第四調節閥(17)安裝在排水管(16)上。
8.根據權利要求7所述的一種模擬土壤有機汙染物遷移轉化的反應裝置，其特徵在於:所述裝置還包括多個鋼管(18)，流量計(11)的入口通過鋼管(18)與第二水箱(2)的底部連通，流量計(11)的出口通過鋼管(18)與土柱(13)的入口連通。
9.根據權利要求 1所述的一種模擬土壤有機汙染物遷移轉化的反應裝置，其特徵在於:所述裝置還包括多個銅管(19)，流量計(11)的入口通過銅管(19)與第二水箱(2)的底部連通，流量計(11)的出口通過銅管(19 )與土柱(13 )的入口連通。
10.根據權利要求1、2、4、6、8或9所述的一種模擬土壤有機汙染物遷移轉化的反應裝置，其特徵在於:所述裝置還包括多個腳輪(20)，底座(8)的下表面安裝有多個腳輪(20)，所述多個腳 輪(20)為萬向腳輪。
【文檔編號】G01N33/24GK103760319SQ201410031990
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月23日 優先權日:2014年1月23日
【發明者】張穎, 王鵬傑, 王蕾, 姜昭, 王志剛, 馮程程, 孫國強, 趙佳英 申請人:東北農業大學