專(zhuān)利名稱(chēng)：一種研究地下水砷轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)裝置及監(jiān)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種實(shí)驗(yàn)裝置及監(jiān)測(cè)方法，具體涉及一種研究地下水砷轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)裝置及監(jiān)測(cè)方法。
背景技術(shù)：
隨著世界各國(guó)工業(yè)化和城市化的迅速發(fā)展，一些地區(qū)的環(huán)境問(wèn)題日益突出，尤其是地下水環(huán)境污染問(wèn)題異常嚴(yán)重。目前，地下水中砷等污染是全球飲用水的主要威脅之一， 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界約有超過(guò)一億人存在飲用砷污染地下水的問(wèn)題，砷是一種典型的致癌物質(zhì)，長(zhǎng)期暴露在高砷環(huán)境下可引發(fā)皮膚及各種器官的癌癥，損害人的神經(jīng)系統(tǒng)，破壞肝臟和腎臟，如果長(zhǎng)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(jīng)和周?chē)窠?jīng)損傷，特別是掌柘角化，直接影響勞動(dòng)能力。砷含量的異常不僅是當(dāng)前國(guó)際社會(huì)面臨的嚴(yán)重環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題，也成為國(guó)際水文地球化學(xué)界廣泛關(guān)注的難題，地下水砷等復(fù)合污染的危害性也越來(lái)越引起人們的重視，因此砷復(fù)合污染的形成機(jī)理國(guó)內(nèi)外人員較為關(guān)注， 然而目前缺少成熟的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法模擬砷復(fù)合污染物在地下水流動(dòng)過(guò)程中的遷移和轉(zhuǎn)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種研究地下水砷轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)裝置及監(jiān)測(cè)方法，主要包括實(shí)驗(yàn)裝置和在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀器；所述實(shí)驗(yàn)裝置部分主要由透明的PVC和玻璃制作，所述在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀器主要包括計(jì)算機(jī)、分析儀器和外接感應(yīng)探頭；本發(fā)明提供一種切實(shí)可行的模擬裝置和在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法，來(lái)模擬污染地下水中砷復(fù)合污染物的遷移和轉(zhuǎn)化，為地下水砷污染的機(jī)理和地下水環(huán)境的管理提供科學(xué)參考和理論研究基礎(chǔ)，跟蹤觀測(cè)模擬地下水中砷復(fù)合污染的遷移和轉(zhuǎn)化，解決受點(diǎn)源和非點(diǎn)源污染地下水中砷的遷移轉(zhuǎn)化的科學(xué)問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種研究地下水砷轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)裝置，所述實(shí)驗(yàn)裝置包括四部分配水箱、恒壓配水柱、含水層水室和在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀器；所述配水箱由箱體和水位監(jiān)測(cè)裝置組成，箱體為密封結(jié)構(gòu)，箱體內(nèi)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(jī)玻璃材料制成，預(yù)留氮?dú)庾⑷肟?；所述恒壓配水柱由有機(jī)玻璃制成，底部設(shè)有固定裝置，下部設(shè)有注水孔，中部設(shè)有預(yù)留口，上部設(shè)恒壓配水柱排水口 ；所述含水層水室由PVC材料組成，前后設(shè)有緩沖水室，上面均設(shè)有非承壓板，所述緩沖室中部設(shè)有預(yù)留口與恒壓配水柱的預(yù)留口相連，底部為混凝土基礎(chǔ)，中間水室的上面設(shè)有承壓板，水室上部等距插入數(shù)只測(cè)壓管，側(cè)面均勻分布著采樣口。所述在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀器由電腦、檢測(cè)儀器和外接傳感器探頭組成。一種研究地下水砷轉(zhuǎn)化的監(jiān)測(cè)方法，其步驟為1)配置含砷復(fù)合污染物的溶液，確定污染源類(lèi)型，根據(jù)所模擬的地下水流速確定恒壓配水柱的排水口高度和計(jì)算兩緩沖水室中測(cè)壓管的高差；2)砷復(fù)合污染遷移和轉(zhuǎn)化試驗(yàn)，將配水箱充水，打開(kāi)水泵開(kāi)關(guān)，用氮?dú)馀懦嘤嗟目諝猓蜷_(kāi)恒壓配水柱中間的開(kāi)關(guān)，含水層水室注滿(mǎn)水后，向承壓板上放置重物，使含水層水室兩端緩沖室中測(cè)壓管頁(yè)面高差滿(mǎn)足預(yù)定值，可根據(jù)伯努利方程計(jì)算所需的液面差值， 根據(jù)所選擇的地下水污染源類(lèi)型進(jìn)行砷復(fù)合污染的投加，通過(guò)含水層水室側(cè)面可實(shí)時(shí)觀測(cè)遷移轉(zhuǎn)化情況，試驗(yàn)結(jié)束后，水箱停止注水，排空恒壓配水柱和含水層水室剩余的水，關(guān)閉水泵，關(guān)閉在線(xiàn)監(jiān)測(cè)電源。3)待在線(xiàn)分析儀器對(duì)所有采樣口檢測(cè)完后，對(duì)于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS系列軟件進(jìn)行處理，對(duì)水平和垂直方向進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。本發(fā)明具有如下有益效果1)本發(fā)明裝置能在室內(nèi)和室外模擬受砷等復(fù)合污染的地下水環(huán)境，其運(yùn)行簡(jiǎn)單、 操作方便；2)本發(fā)明裝置不僅可以模擬受點(diǎn)源污染的地下水環(huán)境，還可以模擬受非點(diǎn)源污染的地下水環(huán)境，且模擬多種環(huán)境的操作條件可變、可控；3)本發(fā)明通過(guò)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，能快速跟蹤監(jiān)測(cè)受污染地下水中砷復(fù)合污染的濃度變化，還可以用于其他重金屬污染的遷移轉(zhuǎn)化的模擬，有助于了解受重金屬污染地下水的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制，為治理污染地下水提供理論參考。


以下結(jié)合圖1至圖2和具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。圖1為本發(fā)明模擬地下水砷復(fù)合污染的遷移轉(zhuǎn)化和在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)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、恒壓配水柱；4、恒壓配水柱排水口 ；5、水泵； 6、恒壓配水柱進(jìn)水口 ；7、進(jìn)樣口 ；8、前緩沖水室；9、非承壓板；10、測(cè)壓管；11、承壓板；12、 含水層水室；13、混凝土基礎(chǔ)；14、采樣口 ；15、后部非承壓板；16、后緩沖水室；17、排水口 ； 18、放空管；19、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)探頭；20、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀器；21、非點(diǎn)源污染模擬進(jìn)樣口 ；22、點(diǎn)源污染模擬進(jìn)樣口。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合圖1和圖2進(jìn)一步說(shuō)明，并非限制本發(fā)明所涉及的范圍。參見(jiàn)附圖所示，本發(fā)明包括四部分配水箱2、恒壓配水柱3、含水層水室12和在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀器20四部分組成，將配水箱2、恒壓配水柱3、含水層水室12和在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀器探頭 19連接起來(lái)，根據(jù)所模擬的地下水流速確定恒壓配水柱3的排水口高度和計(jì)算前緩沖水室 8和后緩沖水室16中測(cè)壓管的高差，前緩沖水室8包括進(jìn)樣口 7和非承壓板9，后緩沖水室 16包括排水口 17和后部非承壓板15，連好配水箱放空管1，打開(kāi)水泵5開(kāi)關(guān)，通過(guò)恒壓配水柱排水口 4對(duì)恒壓配水柱3進(jìn)行配水，通過(guò)恒壓配水柱進(jìn)水口 6，進(jìn)水水泵5連續(xù)運(yùn)行，使恒壓配水柱3水位得以恒定，打開(kāi)恒壓配水柱3中間的開(kāi)關(guān)，對(duì)含水層水室12進(jìn)行充水，充水時(shí)采樣口 14保持關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)觀察測(cè)壓管10中水位的變化，含水層水室12內(nèi)部設(shè)有放空管18，其下方是混凝土基礎(chǔ)13，待含水層水室12注滿(mǎn)水后，向承壓板11上放置重物，使
4含水層水室12兩端在后緩沖水室16中測(cè)壓管液面高差滿(mǎn)足預(yù)定值，可根據(jù)伯努利方程計(jì)算所需的液面差值。 當(dāng)模擬地下水非點(diǎn)源污染時(shí)將預(yù)先配置好的污染物溶液通過(guò)非點(diǎn)源污染模擬進(jìn)樣口 21注入前置后緩沖水室16內(nèi)的入水口，而模擬點(diǎn)源污染時(shí)，則將污染物通過(guò)點(diǎn)源污染模擬進(jìn)樣口 22注入水層含水室12始端，當(dāng)砷污染復(fù)合污染注入時(shí)，立刻計(jì)時(shí)，試驗(yàn)運(yùn)行過(guò)程中每IOmin利用外接探頭對(duì)砷污染濃度進(jìn)行檢測(cè)，而每個(gè)檢測(cè)口需檢測(cè)距離水室壁不同的長(zhǎng)度的點(diǎn)，以模擬砷污染在垂直方向的濃度變化，而其它不能在線(xiàn)的污染物可通過(guò)含水層水室12上面的采樣口 14取樣后再分析的方式來(lái)對(duì)污染物的遷移轉(zhuǎn)化進(jìn)行模擬，試驗(yàn)結(jié)束后，配水箱2停止注水，關(guān)閉水泵5，排空恒壓配水柱3和含水層水室12剩余的水，待在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀器20對(duì)所有采樣口檢測(cè)完后，對(duì)于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可采用SPSS系列軟件進(jìn)行處理，對(duì)水平和垂直方向進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，使試驗(yàn)結(jié)果更加符合于所模擬的地下水砷復(fù)合污染的實(shí)際狀況，關(guān)閉在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀器20電源。
權(quán)利要求
1.一種研究地下水砷轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述實(shí)驗(yàn)裝置包括四部分配水箱、恒壓配水柱、含水層水室和在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀器；所述配水箱由箱體和水位監(jiān)測(cè)裝置組成，箱體為密封結(jié)構(gòu)，箱體內(nèi)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(jī)玻璃材料制成，預(yù)留氮?dú)庾⑷肟?；所述恒壓配水柱由有機(jī)玻璃制成，底部設(shè)有固定裝置，下部設(shè)有注水孔，中部設(shè)有預(yù)留口，上部設(shè)恒壓配水柱排水口；所述含水層水室由PVC材料組成，前后設(shè)有緩沖水室，上面均設(shè)有非承壓板，所述緩沖室中部設(shè)有預(yù)留口與恒壓配水柱的預(yù)留口相連，底部為混凝土基礎(chǔ)，中間水室的上面設(shè)有承壓板，水室上部等距插入數(shù)只測(cè)壓管，側(cè)面均勻分布著采樣口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研究地下水砷轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀器由電腦、檢測(cè)儀器和外接傳感器探頭組成。
3.一種研究地下水砷轉(zhuǎn)化的監(jiān)測(cè)方法，其步驟為1)配置含砷復(fù)合污染物的溶液，確定污染源類(lèi)型，根據(jù)所模擬的地下水流速確定恒壓配水柱的排水口高度和計(jì)算兩緩沖水室中測(cè)壓管的高差；2)砷復(fù)合污染遷移和轉(zhuǎn)化試驗(yàn)，將配水箱充水，打開(kāi)水泵開(kāi)關(guān)，用氮?dú)馀懦嘤嗟目諝?，打開(kāi)恒壓配水柱中間的開(kāi)關(guān)，含水層水室注滿(mǎn)水后，向承壓板上放置重物，使含水層水室兩端緩沖室中測(cè)壓管頁(yè)面高差滿(mǎn)足預(yù)定值，可根據(jù)伯努利方程計(jì)算所需的液面差值，根據(jù)所選擇的地下水污染源類(lèi)型進(jìn)行砷復(fù)合污染的投加，通過(guò)含水層水室側(cè)面可實(shí)時(shí)觀測(cè)遷移轉(zhuǎn)化情況，試驗(yàn)結(jié)束后，水箱停止注水，排空恒壓配水柱和含水層水室剩余的水，關(guān)閉水泵，關(guān)閉在線(xiàn)監(jiān)測(cè)電源。3)待在線(xiàn)分析儀器對(duì)所有采樣口檢測(cè)完后，對(duì)于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS系列軟件進(jìn)行處理，對(duì)水平和垂直方向進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種研究地下水砷轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)裝置及監(jiān)測(cè)方法，主要包括實(shí)驗(yàn)裝置和在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀器；所述實(shí)驗(yàn)裝置部分主要由透明的PVC和玻璃制作，所述在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀器主要包括計(jì)算機(jī)、分析儀器和外接感應(yīng)探頭；本發(fā)明提供一種切實(shí)可行的模擬裝置和在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法，來(lái)模擬污染地下水中砷復(fù)合污染物的遷移和轉(zhuǎn)化，為地下水砷污染的機(jī)理和地下水環(huán)境的管理提供科學(xué)參考和理論研究基礎(chǔ)，跟蹤觀測(cè)模擬地下水中砷復(fù)合污染的遷移和轉(zhuǎn)化，解決受點(diǎn)源和非點(diǎn)源污染地下水中砷的遷移轉(zhuǎn)化的科學(xué)問(wèn)題。
文檔編號(hào)G01N33/18GK102426225SQ20111033504
公開(kāi)日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者呂謀, 孫英杰, 王剛, 王華偉 申請(qǐng)人:青島理工大學(xué)