一種研究地下水砷轉化的實驗裝置及監測方法
2023-07-02 05:10:41
專利名稱：一種研究地下水砷轉化的實驗裝置及監測方法
技術領域：
本發明涉及一種實驗裝置及監測方法，具體涉及一種研究地下水砷轉化的實驗裝置及監測方法。
背景技術：
隨著世界各國工業化和城市化的迅速發展，一些地區的環境問題日益突出，尤其是地下水環境汙染問題異常嚴重。目前，地下水中砷等汙染是全球飲用水的主要威脅之一， 據不完全統計，全世界約有超過一億人存在飲用砷汙染地下水的問題，砷是一種典型的致癌物質，長期暴露在高砷環境下可引發皮膚及各種器官的癌症，損害人的神經系統，破壞肝臟和腎臟，如果長期飲用高砷水，可引起以皮膚色素脫失、角化、著色及癌變，造成腦神經和周圍神經損傷，特別是掌柘角化，直接影響勞動能力。砷含量的異常不僅是當前國際社會面臨的嚴重環境地質問題，也成為國際水文地球化學界廣泛關注的難題，地下水砷等複合汙染的危害性也越來越引起人們的重視，因此砷複合汙染的形成機理國內外人員較為關注， 然而目前缺少成熟的實驗設備和在線監測方法模擬砷複合汙染物在地下水流動過程中的遷移和轉化。
發明內容
本發明克服了現有技術的不足，提出了一種研究地下水砷轉化的實驗裝置及監測方法，主要包括實驗裝置和在線監測儀器；所述實驗裝置部分主要由透明的PVC和玻璃製作，所述在線監測儀器主要包括計算機、分析儀器和外接感應探頭；本發明提供一種切實可行的模擬裝置和在線監測方法，來模擬汙染地下水中砷複合汙染物的遷移和轉化，為地下水砷汙染的機理和地下水環境的管理提供科學參考和理論研究基礎，跟蹤觀測模擬地下水中砷複合汙染的遷移和轉化，解決受點源和非點源汙染地下水中砷的遷移轉化的科學問題。本發明的技術方案為一種研究地下水砷轉化的實驗裝置，所述實驗裝置包括四部分配水箱、恆壓配水柱、含水層水室和在線監測儀器；所述配水箱由箱體和水位監測裝置組成，箱體為密封結構，箱體內部的水面安裝浮球閥，底部留有配水箱放空管，所述箱體由有機玻璃材料製成，預留氮氣注入口 ；所述恆壓配水柱由有機玻璃製成，底部設有固定裝置，下部設有注水孔，中部設有預留口，上部設恆壓配水柱排水口 ；所述含水層水室由PVC材料組成，前後設有緩衝水室，上面均設有非承壓板，所述緩衝室中部設有預留口與恆壓配水柱的預留口相連，底部為混凝土基礎，中間水室的上面設有承壓板，水室上部等距插入數隻測壓管，側面均勻分布著採樣口。所述在線監測儀器由電腦、檢測儀器和外接傳感器探頭組成。一種研究地下水砷轉化的監測方法，其步驟為1)配置含砷複合汙染物的溶液，確定汙染源類型，根據所模擬的地下水流速確定恆壓配水柱的排水口高度和計算兩緩衝水室中測壓管的高差；2)砷複合汙染遷移和轉化試驗，將配水箱充水，打開水泵開關，用氮氣排除多餘的空氣，打開恆壓配水柱中間的開關，含水層水室注滿水後，向承壓板上放置重物，使含水層水室兩端緩衝室中測壓管頁面高差滿足預定值，可根據伯努利方程計算所需的液面差值， 根據所選擇的地下水汙染源類型進行砷複合汙染的投加，通過含水層水室側面可實時觀測遷移轉化情況，試驗結束後，水箱停止注水，排空恆壓配水柱和含水層水室剩餘的水，關閉水泵，關閉在線監測電源。3)待在線分析儀器對所有採樣口檢測完後，對於實驗數據採用SPSS系列軟體進行處理，對水平和垂直方向進行實驗數據分析。本發明具有如下有益效果1)本發明裝置能在室內和室外模擬受砷等複合汙染的地下水環境，其運行簡單、 操作方便；2)本發明裝置不僅可以模擬受點源汙染的地下水環境，還可以模擬受非點源汙染的地下水環境，且模擬多種環境的操作條件可變、可控；3)本發明通過在線監測，能快速跟蹤監測受汙染地下水中砷複合汙染的濃度變化，還可以用於其他重金屬汙染的遷移轉化的模擬，有助於了解受重金屬汙染地下水的遷移轉化機制，為治理汙染地下水提供理論參考。
以下結合圖1至圖2和具體實施方式
進一步說明本發明。圖1為本發明模擬地下水砷複合汙染的遷移轉化和在線監測裝置結構示意圖；圖2模擬含水層水室的平面圖；圖中，1、配水箱放空管；2、配水箱；3、恆壓配水柱；4、恆壓配水柱排水口 ；5、水泵； 6、恆壓配水柱進水口 ；7、進樣口 ；8、前緩衝水室；9、非承壓板；10、測壓管；11、承壓板；12、 含水層水室；13、混凝土基礎；14、採樣口 ；15、後部非承壓板；16、後緩衝水室；17、排水口 ； 18、放空管；19、在線監測探頭；20、在線監測儀器；21、非點源汙染模擬進樣口 ；22、點源汙染模擬進樣口。
具體實施例方式以下結合圖1和圖2進一步說明，並非限制本發明所涉及的範圍。參見附圖所示，本發明包括四部分配水箱2、恆壓配水柱3、含水層水室12和在線監測儀器20四部分組成，將配水箱2、恆壓配水柱3、含水層水室12和在線監測儀器探頭 19連接起來，根據所模擬的地下水流速確定恆壓配水柱3的排水口高度和計算前緩衝水室 8和後緩衝水室16中測壓管的高差，前緩衝水室8包括進樣口 7和非承壓板9，後緩衝水室 16包括排水口 17和後部非承壓板15，連好配水箱放空管1，打開水泵5開關，通過恆壓配水柱排水口 4對恆壓配水柱3進行配水，通過恆壓配水柱進水口 6，進水水泵5連續運行，使恆壓配水柱3水位得以恆定，打開恆壓配水柱3中間的開關，對含水層水室12進行充水，充水時採樣口 14保持關閉狀態，同時觀察測壓管10中水位的變化，含水層水室12內部設有放空管18，其下方是混凝土基礎13，待含水層水室12注滿水後，向承壓板11上放置重物，使
4含水層水室12兩端在後緩衝水室16中測壓管液面高差滿足預定值，可根據伯努利方程計算所需的液面差值。 當模擬地下水非點源汙染時將預先配置好的汙染物溶液通過非點源汙染模擬進樣口 21注入前置後緩衝水室16內的入水口，而模擬點源汙染時，則將汙染物通過點源汙染模擬進樣口 22注入水層含水室12始端，當砷汙染複合汙染注入時，立刻計時，試驗運行過程中每IOmin利用外接探頭對砷汙染濃度進行檢測，而每個檢測口需檢測距離水室壁不同的長度的點，以模擬砷汙染在垂直方向的濃度變化，而其它不能在線的汙染物可通過含水層水室12上面的採樣口 14取樣後再分析的方式來對汙染物的遷移轉化進行模擬，試驗結束後，配水箱2停止注水，關閉水泵5，排空恆壓配水柱3和含水層水室12剩餘的水，待在線監測儀器20對所有採樣口檢測完後，對於實驗數據可採用SPSS系列軟體進行處理，對水平和垂直方向進行實驗數據分析，使試驗結果更加符合於所模擬的地下水砷複合汙染的實際狀況，關閉在線監測儀器20電源。
權利要求
1.一種研究地下水砷轉化的實驗裝置，其特徵在於所述實驗裝置包括四部分配水箱、恆壓配水柱、含水層水室和在線監測儀器；所述配水箱由箱體和水位監測裝置組成，箱體為密封結構，箱體內部的水面安裝浮球閥，底部留有配水箱放空管，所述箱體由有機玻璃材料製成，預留氮氣注入口 ；所述恆壓配水柱由有機玻璃製成，底部設有固定裝置，下部設有注水孔，中部設有預留口，上部設恆壓配水柱排水口；所述含水層水室由PVC材料組成，前後設有緩衝水室，上面均設有非承壓板，所述緩衝室中部設有預留口與恆壓配水柱的預留口相連，底部為混凝土基礎，中間水室的上面設有承壓板，水室上部等距插入數隻測壓管，側面均勻分布著採樣口。
2.根據權利要求1所述的研究地下水砷轉化的實驗裝置，其特徵在於所述在線監測儀器由電腦、檢測儀器和外接傳感器探頭組成。
3.一種研究地下水砷轉化的監測方法，其步驟為1)配置含砷複合汙染物的溶液，確定汙染源類型，根據所模擬的地下水流速確定恆壓配水柱的排水口高度和計算兩緩衝水室中測壓管的高差；2)砷複合汙染遷移和轉化試驗，將配水箱充水，打開水泵開關，用氮氣排除多餘的空氣，打開恆壓配水柱中間的開關，含水層水室注滿水後，向承壓板上放置重物，使含水層水室兩端緩衝室中測壓管頁面高差滿足預定值，可根據伯努利方程計算所需的液面差值，根據所選擇的地下水汙染源類型進行砷複合汙染的投加，通過含水層水室側面可實時觀測遷移轉化情況，試驗結束後，水箱停止注水，排空恆壓配水柱和含水層水室剩餘的水，關閉水泵，關閉在線監測電源。3)待在線分析儀器對所有採樣口檢測完後，對於實驗數據採用SPSS系列軟體進行處理，對水平和垂直方向進行實驗數據分析。
全文摘要
本發明涉及一種研究地下水砷轉化的實驗裝置及監測方法，主要包括實驗裝置和在線監測儀器；所述實驗裝置部分主要由透明的PVC和玻璃製作，所述在線監測儀器主要包括計算機、分析儀器和外接感應探頭；本發明提供一種切實可行的模擬裝置和在線監測方法，來模擬汙染地下水中砷複合汙染物的遷移和轉化，為地下水砷汙染的機理和地下水環境的管理提供科學參考和理論研究基礎，跟蹤觀測模擬地下水中砷複合汙染的遷移和轉化，解決受點源和非點源汙染地下水中砷的遷移轉化的科學問題。
文檔編號G01N33/18GK102426225SQ20111033504
公開日2012年4月25日 申請日期2011年10月31日 優先權日2011年10月31日
發明者呂謀, 孫英傑, 王剛, 王華偉 申請人:青島理工大學