一種基於水土界面的水環境模擬反應器的製作方法
2023-06-14 13:10:16 1
專利名稱：一種基於水土界面的水環境模擬反應器的製作方法
技術領域：
本發明涉及水質、土壤、環境，基於以上相關學科的一種關於自然水環境的實驗模擬裝置，尤其是涉及一種基於水土界面的水環境模擬反應器，實現實驗室條件下自然水體與土壤界面物質的交換過程。可用於不同地區水環境中有機汙染物、重金屬的擴散、遷移研究，也可以用於富營養化水體及其修復過程的研究及相關數學模型的建立。
背景技術：
近幾年的環境公報顯示:我國主要湖泊的富營養化問題十分突出；而河流水體也逐漸惡化。水體汙染特徵多為有機型，主要汙染指標為高錳酸鹽指數、石油類和氨氮等。研究水體富營養化，有機汙染物、重金屬遷移、降解機理對環境保護具有重要意義。1925年，美國在研究Ohio河汙染問題時，Streeter和Phelps建立世界上第一個關於河流水質的數學模型:S-P模型。自S-P模型至今，已有八十多年歷史。在此期間，出現了很多的不同類型水體水質、水溫、汙染物遷移的數學模型。目前，水環境模擬軟體諸如WASP能夠較好的用於不同環境汙染中汙染物的遷移轉化、模擬與預測。運用計算機建立的數學模型是對自然水體中已經發現的水溫、水流及有機物一般降解規律做了數學上的限定，再來模擬、預測水體中汙染物、溶解氧的變化，但是這不能在現實條件下對湖泊富營養化、有機物降解機理上做進一步的研究。隨著自動控制系統的發展，在實驗室條件下控制反應器水流、水質、水溫與自然水體環境中相似成為可能，對開發一種實驗室條件下研究用水環境模擬器具有重要支撐。運用自動控制技術，開發一種能夠模擬自然水體，尤其是水力條件、水文條件、環境因素與自然水環境相似甚至相同的集成模擬器，對實驗室研究水環境富營養化、有機物降解、重金屬遷移具有重要的意義
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種在模擬器水力停留時間與自然水體相同的條件下，通過對模擬器不同水力條件、環境因素(溫度、DO或ORP等)等的精確控制，研究富營養化、水體-土壤有機物遷移、降解機理的基於水土界面的水環境模擬反應器。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:—種基於水土界面的水環境模擬反應器，反應器中盛水，該反應器包括:反應殼體:內測設置有土壤層，中部設置有隔板，一側設置有進水口，另一側設置有出水口 ；支撐板:用於支撐土壤層，設置在土壤層中；螺旋杆:穿設在反應殼體的中部，螺旋杆上設置有溫度傳感器及DO-OPR傳感器；空調設備:設在反應殼體的下部，實現模擬反應器溫度變化與自然水體溫度變化的一致，調節範圍為O 50°C，根據溫度控制各水層的溫度，達到模擬自然水環境目的；
控制設備:設在反應殼體的上部，經傳送帶與螺旋杆連接。所述的反應殼體的材質為PVC材料。所述的隔板將反應殼體分成上部腔體和下部腔體，上部腔體為溶解氧區，下部腔體為無氧區。所述的上部腔體和下部腔體的徑深比為1:1 1: 4。所述的進水口處設有流量計。所述的支撐板的材質為塑料或不鏽鋼。所述的螺旋杆上設有一可上下移動的微型攪拌器，實現對水流流態的控制，微型攪拌器位於隔板的上部，攪拌器轉速:0 200r/min。與現有技術相比，本發明具有以下優點:(I)反應器模擬自然環境，所需填料採用天然土壤或沉積物，構成一種集成的反應器；(2)反應可以模擬控制自然條件下的主要環境參數如溫度、pH、DO、ORP等。(3)可以模擬不同水流流態；(4)實時記錄數據，精確控制反應條件。(5)採集水質、土壤樣品方便。
圖1為本發明的主視結構示意圖；圖2為本發明的俯視結構示意圖。圖中，I為反應殼體、2為出水口、3為土壤層出水閥、4為控制設備、5為進水口、6為溫度傳感器、7為DO-OPR傳感器、8為微型攪拌器、9為隔板、10為溫度顯示器、11為DO-OPR顯示器、12為螺旋杆、13為傳送帶、14為空調設備、15為支撐板、16為土壤層。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。實施例一種基於水土界面的水環境模擬反應器，其結構如圖1-2所示，該反應器包括反應殼體1，在其內測設置有土壤層16，中部設置有隔板9，一側設置有進水口 5，另一側設置有出水口 2，水從進水口 5流入反應器中，由出水口 2流出反應器。在反應殼體I上還設置有土壤層出水閥3，反應殼體I的材質為PVC材料，隔板9將反應殼體I分成上部腔體和下部腔體，上部腔體為溶解氧區，下部腔體為無氧區，上部腔體和下部腔體的徑深比為1:1 I: 4，另外，在進水口 5處設有流量計，用於控制進水的流量。支撐板15用於支撐土壤層16，設置在土壤層16中，支撐板15的材質為塑料或不鏽鋼。在反應殼體I的中部穿設有螺旋杆12，在螺旋杆12上設置有溫度傳感器10及DO-OPR傳感器11，位於不同的水深處，易於自動控制系統控制控制區中的溫度、溶解氧等情況，檢測到的情況通過溫度顯示器10和DO-OPR顯示器11顯示。在螺旋杆12上設有一可上下移動的微型攪拌器8，實現對水流流態的控制，微型攪拌器8位於隔板9的上部,攪拌器轉速為O 200r/min,可以控制。在反應殼體I的下部設置有空調設備14，實現模擬反應器溫度變化與自然水體溫度變化的一致，調節範圍為O 50°C，根據溫度控制各水層的溫度，達到模擬自然水環境目的。在反應殼體I的上部設置有控制設備4，經傳送帶13與螺旋杆12連接。水從進水口 5進入控制區，控制區水從出水口 2或土壤層出水閥3流出。通過進水口 5處設置流量計對流量進行控制，控制模擬器控制區的水力停留時間。控制設備4設計在模擬器外側，可根據溫度測量儀、DO-ORP儀讀取、控制裝置的各項數據。可根據不同水體中水流態(層流或紊流)在控制區加上一個微型攪拌器，實現對水流態的模擬。
權利要求
1.一種基於水土界面的水環境模擬反應器，反應器中盛水，其特徵在於，該反應器包括: 反應殼體:內測設置有土壤層，中部設置有隔板，一側設置有進水口，另一側設置有出水口 ； 支撐板:用於支撐土壤層，設置在土壤層中； 螺旋杆:穿設在反應殼體的中部，螺旋杆上設置有溫度傳感器及DO-OPR傳感器； 空調設備:設在反應殼體的下部，實現模擬反應器溫度變化與自然水體溫度變化的一致； 控制設備:設在反應殼體的上部，經傳送帶與螺旋杆連接。
2.根據權利要求1所述的一種基於水土界面的水環境模擬反應器，其特徵在於，所述的反應殼體的材質為PVC材料。
3.根據權利要求1所述的一種基於水土界面的水環境模擬反應器，其特徵在於，所述的隔板將反應殼體分成上部腔體和下部腔體，上部腔體為溶解氧區，下部腔體為無氧區。
4.根據權利要求3所述的一種基於水土界面的水環境模擬反應器，其特徵在於，所述的上部腔體和下部腔體的徑深比為1:1 1: 4。
5.根據權利要求1所述的一種基於水土界面的水環境模擬反應器，其特徵在於，所述的進水口處設有流量計。
6.根據權利要求1所述的一種基於水土界面的水環境模擬反應器，其特徵在於，所述的支撐板的材質為塑料或不鏽鋼。
7.根據權利要求1所述的一種基於水土界面的水環境模擬反應器，其特徵在於，所述的螺旋杆上設有一可上下移動的微型攪拌器，該微型攪拌器位於隔板的上部。
全文摘要
本發明涉及一種基於水土界面的水環境模擬反應器，屬於水環境研究技術範圍，涉該裝置在模擬器水力停留時間與自然水體相同的條件下，通過對模擬器不同水力條件、環境因素(溫度、DO或ORP等)等的精確控制。水通過進水口、進水A、控制區和出水B、出水口，在裝置中土壤或沉積物接觸，可模擬自然水體環境。與現有技術相比，本發明結構簡單，易於操作，運行費用低廉，可用於實驗室研究水體-土壤汙染物遷移、降解機理，富營養化過程、重金屬遷移等的研究，具有廣泛的應用前景。
文檔編號B01J19/18GK103157424SQ201110412680
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月12日 優先權日2011年12月12日
發明者馬利民, 袁靜 申請人:同濟大學