一種分析汙染物在不同介質中遷移的方法及裝置的製作方法

2023-04-26 13:36:01 1

專利名稱：一種分析汙染物在不同介質中遷移的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及汙染地表水修復技術，具體地說是一種分析汙染物在不同 介質中遷移的方法及裝置。
技術背景地表水體不同於地下水體，同後者相比，前者因完全棵露於外界環境 中，因此更缺乏自然的保護。地表水作為重要的水資源，正在遭受著嚴重的破壞，目前，我國1/3以上的河段受到汙染，90%以上的城巿水域汙染嚴重，儘管已採取了一些控制措施，但因排入地表水體的汙染物生物降解性 越來越差，造成汙染物質在水體中長期累積，超過了地表水的自淨能力。 地表水體是人類賴以生存的寶貴資源，其中便於利用的地表淡水資源僅佔淡水總量的0.014%，其珍貴之處不言自喻。然而，工、農業的快速發展，導致大量、複雜的汙染物通過各種途徑輸入地表水體，有限的地表水 資源正在遭受著不同程度的汙染，水體生態環境曰趨惡化，生物多樣性遭 到嚴重破壞，不僅影響了人類正常生活，還制約著經濟發展，汙染地表水 修復的研究迫在眉睫。汙染物對環境產生汙染的過程是經歷量變積累到質變，這一過程可以 是短暫的，也可以是長期的。特別是嚴重汙染的場合必須引起高度重視，以免造成擴散和嚴重後果。例如2005年11月13日中石油吉林石化公司雙 苯廠苯胺車間發生爆炸事故，雖及時封堵了事故造成的汙染排放口，並將 廠區內事故產生的汙水引入廠內汙水處理廠，但由於消防以及現場清理、 清洗過程中帶來的汙染，致使大量的苯類汙染物(苯、苯胺和硝基苯)通 過吉化公司東IO號線流入第二松花江，造成了重大環境汙染事件。地表水 體的複雜性和龐大的治理工程開支，要求修復地表水體的技術必須合理、 可行。對於硝基苯類汙染水體的處理技術，有不少報導，有物化法處理技術 和生物法等。物化法處理技術包括化學氧化技術、吸附法、萃取法等[唐萍, 周集體等]。生物法包括好氧菌降解法和厭氧菌降解法[宗紅鷹，謝強]。但無論採用何種處理技術，前題是設計可行性方案之前必須掌握汙染物在水 中及底泥中的分布狀況，只有了解情況才能制定切實可行的治理和修複方 案，使複雜性的地表水體得到有效修復，恢復其自然生態原貌。且治理工 程省時省力、可操作、成本低，但對於汙染物在不同介質中分布及遷移的 狀況尚未見報導。 發明內容本發明的目的是提供一種分析汙染物在不同介質中遷移的方法及裝
置°為了實現上述目的，本發明的技術方案是分析汙染物在不同介質中遷移的裝置包括柱體、採樣口，所述多個 採樣口設置於柱體上。其釆樣口通過水循環管與柱體相通，蠕動泵設在水循環管相連通的釆 樣口與柱體中間。所述柱體每隔8G-16Gmm設置一釆樣口，每柱設置6-1 Q個釆樣口 ，釆樣 口上設有開關。所述水循環管相連通的釆樣口位於汙染底泥與汙染水體的界面上部。 分析汙染物在不同介質中遷移的方法裝置內加入汙染底泥10-15kg，底泥上添加水10-15 L,在13-23。C下每隔ld-30d從不同釆樣口處釆集樣品進行檢測分析。所述水內加有20-50g汙染物。承裝汙染底泥與水後在水循環管相連通的釆樣口與柱體中間設有蠕動 泵，當開啟蠕動泵時以0. 5L/h~3. 1L/h的速度控制水流動，在13-23。C下 每隔Id-30d從不同採樣口處採集樣品進行檢測分析。所述水內加有20-50g汙染物。本發明可對汙染物在流動水體和靜止水體中的分布和遷移規律的差異 進行檢測無蠕動泵時可模擬汙染物進入穩定水體後在水體和底泥中的分 布和遷移；連接蠕動泵時可控制不同流速的水體循環流動，柱中的水從下 層流出，再由上層滴下。將下層水提升到最上層，蠕動泵連續運行，通過 蠕動泵提升到表面實現水的流動並與空氣接觸。本發明所具有的優點1. 釆用本發明不連接蠕動泵的裝置時能模擬有機汙染物進入穩定水體 後在水體、底泥不同層面(5cm-40cm)中的分布和遷移規律；當啟動蠕動 泵時還能夠模擬有機汙染物進入不同流速(0. 5L/h -3. 1L/h)流動水體後 在水體和底泥中的分布和遷移規律。2. 本發明的裝置結構簡單、適用性強、可控性強，操作方便。可模擬 不同溫度、不同時間、不同泥水比例、不同有機、無機汙染物汙染狀況 及在不同介質中的分布和遷移。3. 採用本發明的方法和模擬裝置，模擬硝基苯汙染地表水後的狀況， 投加硝基苯汙染物後，在穩定水體中，僅有極少量的硝基苯溶解於水，大 量的迅速沉降至泥水界面。投加汙染物第2天開始，硝基苯由沉積層向水 體不斷擴散釋放，在22天內，4層水中汙染物的濃度均呈對數上升趨勢， 其動態變化規律符合方程式y = aLn (t) + b，相關係數(R2 )在0. 9564-0. 9894 之間。4層水a值在32. 258- 48. 881範圍,b值在54. 741-78. 175範圍, 離底泥越近a值和b值越大。在緩流水體中，汙染第2天，水中硝基苯濃 度最高，在27.29 mg/L-36.48 mg/L之間。之後迅速下降，22天後降到
11. 88mg/L-13. 18 mg/L之間，4層水中硝基苯濃度均為先升高後降低的趨 勢。4.本發明釆用的裝置可用於分析水體、底泥和泥-水界面汙染物的處理 方法和工藝條件優化。


圖1為本發明模擬裝置結構示意圖。圖2為本發明模擬裝置結構示意圖。圖3為硝基苯在流動水體中的分布狀況圖。圖4為硝基苯在流動水體底泥中的分布狀況圖。圖5為硝基苯在穩定水體中的分布狀況圖。圖6為硝基苯在穩定水體底泥中的分布狀況圖。主要標號為l.柱體；2.蠕動泵；3.採樣口； 4.採樣口開關；6.水循環管具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步詳細說明。 實施例1如圖1所示，本發明的模擬裝置包括柱體1、採樣口 3、水循環管6， 所述多個採樣口 3設置於柱體1上，水循環管6的一端與柱體1相連通， 另一端與採樣口 3相連通；所述水循環管6相連通的釆樣口 3與柱體1中 間設有蠕動泵2。所述水循環管6相連通的採樣口3位於汙染底泥與汙染水體的界面上部。柱體l每隔100mm設置一採樣口3，每柱8個採樣口，同時在釆樣口3上設 置開關4，所述採樣口孔徑為15mm。所述柱體材料為有機玻璃，其規格為直徑為200咖、高為1000mm、 壁後5 mm，底部封閉；所述水循環管為巿售的醫用矽膠管；所述蠕動泵為 DDB-600電子蠕動泵，上海之信儀器有限公司產品。本實施例為分析硝基苯在流動水體中分布狀態的方法 裝置內加入2006年3月13日釆自吉化雙苯廠排汙明渠的汙染底泥，底 泥體積IIL，底泥重14. 3kg，底泥高350mm;底泥上加入水12. 6L，水深400mm， 所述水為一般自來水，然後加入巿售分析純硝基苯42. 17g。蠕動泵開啟時 以1.5L/h的流量控制裝置內的水體，蠕動泵將裝置內的水在24 h內循環 三次，而後在13。C、硝基苯進入水體6h後進行第1次釆樣，之後ld、 7d、 14 d、和22d分別釆樣，樣品採集結東後馬上關閉釆樣口，將釆集的樣品 進行分析其分布與遷移的規律(參見圖3和圖4)。所述的汙染底泥於2006年3月13曰採自吉化雙苯廠排汙明渠，採樣 時間為事故發生4個月後，明渠中大部分汙染底泥被運至異地處理。因此， 只在未經翻動的一段明渠底泥中採樣。底泥經過篩分混勻去除大塊雜質後
用，底泥的理化特性及汙染物背景值見表l。表l明渠底泥中各種汙染物的本底值測試 項目苯胺 mg/Kg硝基 苯 mg/Kg有機 質 (%)T一N pH g/KgT-P g/KgT-K g/KgAs mg/KgHg mg/KgPAHs* mg/Kg乾重42.845. 5816. 397.9 4.410.6518. 7339.8930. 95390. 7承PAHs主要是2-3環的芳烴。結果說明當硝基苯進入水體後，大部分未得到分散和溶解，而迅速沉 降到泥水界面。從外表觀察硝基苯呈油滴狀覆蓋在泥層表面，伴隨油滴表 面吸附著沉積物中的微細底泥，油滴部分嵌入沉積物中的微細泥層中。有 極少量的硝基苯被水溶解，緩流水體中硝基苯濃度範圍分別為2. 08~ 5. 35mg/L。還有一小部分分散在水體的表面形成油膜，此時水有很濃的苦杏仁味。在緩流水體中，經過1天後，水中硝基苯濃度最高。水層面離底 泥遠近(5cm - 35cm)依次為27. 29 mg/L、 34. 57 mg/L、 36. 48 mg/L和30. 22 mg/L，之後迅速下降，經過22天分別降到12. 48mg/L、 13. 18mg/L、 11.88 mg/L和11.67 mg/L。 4層水中硝基苯濃度均為先升高後降低的趨勢。 實施例2與實施例1不同之處在於如圖2所示，本發明的模擬裝置包括柱體l、釆樣口 3，所述多個釆 樣口 3設置於柱體1上。柱體l每隔100mm設置一採樣口3，每柱8個採樣口，同時在釆樣口3上設 置開關4。本實施例為分析硝基苯在靜止水體中分布狀態的方法裝置內加入底泥體積11L,底泥重14.3kg,底泥高350mm;底泥上加入 水12. 6L,水深400mm，所述水為一般自來水，然後加入巿售分析純硝基苯 42. 17g。而後在13。C、硝基苯進入水體6h後進行第1次釆樣，之後ld、 7 d、 14 d、和22 d分別採樣，樣品採集結東後馬上關閉釆樣口，將釆集的 樣品進行分析其分布與遷移的規律(參見圖5和圖6 )。從圖5和圖6看出，當硝基苯進入水體後，與流動水體相同的是大部 分未分散和溶解，而迅速沉降到泥水界面。有極少量的硝基苯被水溶解， 穩定水體中硝基苯濃度範圍分別為1.67 mg/L~2.94 mg/L。還有一小部分 分散在水體的表面形成油膜，此時水同樣有很濃的苦杏仁味。在穩定水體中，投加汙染物第2天開始，硝基苯由沉積層向水體不斷 擴散釋放，在22天內，4層水中汙染物的濃度均呈對數上升趨勢，其動態 變化規律符合方程式y = aLn(t) + b,相關係數(R2)在0. 9564-0. 9894之 間。4層水a值在32. 258- 48. 881範圍，b值在54. 741-78. 175範圍，離 底泥越近a值和b值越大。22天採樣測定結果，4層水中硝基苯濃度依次
為(水離底泥遠近排列)149. 62 mg/L、 166. 73 mg/L、 167. 06 mg/L和228. 31 mg/L，比初始濃度(投加6h後)升高78 - 89倍 實施例3與實施例l不同之處在於裝置的柱體l每隔n0mm設置一釆樣口3，每柱8個採樣口，同時在採樣 口3上設置開關4，所述釆樣口孔徑為15畫。裝置內加入汙染底泥，底泥重10kg，底泥高250mm;底泥上加入水9. 6L, 水深300ram，所述水為一般自來水，然後加入巿售分析純硝基苯20g。蠕動 泵開啟時以0.8L/h的流量控制裝置內的水體，蠕動泵將裝置內的水在24h 內循環二次，而後在15°C、硝基苯進入水體8h後進行第1次採樣，之後 ld、 8d、 15d、和24d分別採樣，樣品採集結束後馬上關閉採樣口，將釆集 的樣品進行分析其分布與遷移的規律。實施例4與實施例2不同之處在於裝置的柱體l每隔140mm設置一採樣口 3，每柱6個採樣口，同時在採 樣口 3上設置開關4。裝置內加入底泥體積重12kg,底泥高300mm;底泥上加入水11L,水深 350mm，所述水為一般自來水，然後加入巿售分析純硝基苯30g。而後在18 °C、硝基苯進入水體6h後進行第1次採樣，之後ld、 9d、 16d、和30d分 別釆樣，樣品採集結束後馬上關閉採樣口，將釆集的樣品進行分析其分布 與遷移的規律。實施例5與實施例l不同之處在於裝置的柱體l每隔160mm設置一釆樣口3，每柱6個採樣口，同時在釆樣 口3上設置開關4，所述釆樣口孔徑為15mm。裝置內加入汙染底泥，底泥重13kg,底泥高320mm;底泥上加入水13. 2L, 水深420腿，所述水為一般自來水，然後加入巿售分析純苯胺40g。蠕動泵 開啟時以2. 2L/h的流量控制裝置內的水體，蠕動泵將裝置內的水在24 h 內循環四次，而後在2(TC、硝基苯進入水體8h後進行第1次採樣，之後 ld、 8d、 17d、和26d分別釆樣，樣品釆集結東後馬上關閉釆樣口，將釆集 的樣品進行分析其分布與遷移的規律。實施例6與實施例l不同之處在於裝置的柱體l每隔80mm設置一採樣口 3，每柱10個採樣口，同時在採 樣口 3上設置開關4。裝置內加入汙染底泥，底泥重15kg，底泥高370mm;底泥上加入水15L, 水深476mm，所述水為一般自來水，然後加入巿售分析純硝基苯50g。蠕動 泵開啟時以3. 1L/h的流量控制裝置內的水體，蠕動泵將裝置內的水在24h
內循環五次，而後在23°C、硝基苯進入水體8h後進行第1次採樣，之後 ld、 10d、 20d、和30d分別採樣，樣品採集結東後馬上關閉採樣口，將採 集的樣品進行分析其分布與遷移的規律。 實施例7與實施例2不同之處在於裝置的柱體l每隔150mm設置一採樣口3，每柱6個釆樣口，同時在釆樣 口3上設置開關4，所述採樣口孔徑為15mm。裝置內加入底泥體積重14kg，底泥高343mm;底泥上加入水14L，水深 445mm，所述水為一般自來水，然後加入巿售分析純硝基苯40g。而後在19 °C、硝基苯進入水體6h後進行第1次採樣，之後ld、 9d、 15d、和25d分 別採樣，樣品釆集結東後馬上關閉採樣口，將採集的樣品進行分析其分布 與遷移的規律。上述詳細說明針對本發明的實施例的具體說明，該實施例並非用以限 制本發明的專利範圍。
權利要求
1.一種分析汙染物在不同介質中遷移的裝置，其特徵在於包括柱體(1)、採樣口(3)，所述多個採樣口(3)設置於柱體(1)上。
2. 按權利要求1所述的分析汙染物在不同介質中遷移的裝置，其特徵在 於:釆樣口 (3)通過水循環管(6)與柱體(1)相通，蠕動泵(2)設在水 循環管(6)相連通的釆樣口 (3)與柱體(1)中間。
3. 按權利要求1或2所述的分析汙染物在不同介質中遷移的裝置，其特 徵在於柱體(1)每隔80-160mm設置一採樣口 (3)，每柱設置6-lG個採樣 口 (3),釆樣口 (3)上設有開關(4)。
4. 按權利要求1或2所述的分析汙染物在不同介質中遷移的裝置，其特 徵在於所述水循環管(6)相連通的釆樣口 (3)位於汙染底泥與汙染水體 的界面上部。
5. —種按權利要求1所述的分析汙染物在不同介質中遷移的方法，其 特徵在於裝置內加入汙染底泥10-15kg，底泥上添加水10-15 L，在13-23 'C下每隔Id-30d從不同採樣口處採集樣品進行檢測分析。
6. 按權利要求5所述的分析汙染物在不同介質中遷移的方法，其特徵在 於所述水內加有20-50g汙染物。
7. 按權利要求5所述的分析汙染物在不同介質中遷移的方法，其特徵在 於承裝汙染底泥與水後在水循環管相連通的釆樣口與柱體中間設有蠕動 泵，當開啟蠕動泵時以0. 5L/h~3. 1L/h的速度控制水流動，在13-23。C下 每隔ld-3Od從不同釆樣口處採集樣品進行檢測分析。
8. 按權利要求7所述的分析汙染物在不同介質中遷移的方法，其特徵在 於所述水內加有20-50g汙染物。
全文摘要
本發明涉及汙染地表水修復技術，具體地說是一種分析汙染物在不同介質中遷移的方法及裝置。其方法為將供試汙染底泥水的比例加入到裝置中，而後在自然溫度下進行運行檢測。本發明方法可根據需要於不同時間1d-30d、不同水、底泥層面5cm-40cm進行採集樣品，分析測定投加汙染物的濃度分布和遷移狀況；其裝置為主要包括柱體、採樣口、水循環管、蠕動泵，所述柱體用於放置汙染底泥和水體，本發明可作為分析汙染物在水體和底泥不同層面中分布和遷移規律的方法和模擬裝置，具有操作簡單、實用、效果好的優點。
文檔編號G01N33/00GK101131383SQ200610047539
公開日2008年2月27日 申請日期2006年8月25日 優先權日2006年8月25日
發明者煒 尹, 張春桂, 張海榮, 李培軍, 許華夏, 鞠京麗 申請人:中國科學院瀋陽應用生態研究所