一種水體污染物表觀降解系數(shù)原位測定裝置及方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及水體污染物表觀降解系數(shù)測定領域，尤其為一種水體污染物表觀降解系數(shù)原位測定裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展以及人口數(shù)量持續(xù)增加，產(chǎn)生了大量的工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)尾水與生活污水，這些高氮磷以及有機質(zhì)含量的廢水，大部分未來得及處理，就被排放到環(huán)境中，導致我國大多數(shù)內(nèi)陸水體營養(yǎng)鹽濃度升高，藻類水華暴發(fā)頻率增加、面積增大、危害增強，水體水質(zhì)惡化，這又制約著地區(qū)社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。通過微生物降解、生物吸收、光化學降解、懸浮顆粒物吸附以及共沉降作用，水體能凈化消減污染物，但污染物輸入的速度超過了水體對其消減速率時，往往會導致水體中營養(yǎng)鹽積累及其富營養(yǎng)化，水體中污染物消減系數(shù)大小，決定了水體環(huán)境容量高低及自凈能力強弱，是衡量其環(huán)境容量的重要指標。目前，多采用室內(nèi)培養(yǎng)法、同位素法以及斷面通量法等測定水體中污染物的消減系數(shù)。室內(nèi)培養(yǎng)法是對采集的水樣進行室內(nèi)靜態(tài)培養(yǎng)，通過計算培養(yǎng)前后污染物濃度差計算確定水體污染物消減系數(shù)，在室內(nèi)培養(yǎng)過程中，忽略河湖水體的水文、物理等環(huán)境因素對污染物消減系數(shù)的影響，使得實驗結(jié)果與實際水體中污染物消減系數(shù)存在偏差。同位素法是將研究目標物的穩(wěn)定同位素物質(zhì)添加到水體中，通過測定穩(wěn)定同位素豐度變化，估算其消減系數(shù)，這種方法獲得的結(jié)果與實際值較為接近，但同位素樣品價格以及測定費用高，而且不適用開闊的大水體，限制了其應用。斷面通量法是在無分支的河段設置觀測斷面，通過采集初始和結(jié)束斷面水樣，測定水體污染物濃度變化，估算其消減系數(shù)，該方法首先要確定初始斷面水體到達結(jié)束斷面的瞬時時間，而這受到河道物理形態(tài)、水體屬性以及水生植物的影響，使得實驗可操作性差。為了降低水體中污染物消減系數(shù)測定成本、提高測定結(jié)果的準確性，迫切需要一種操作簡單、適應范圍廣、隨水體運動的試驗裝置及污染物消減系數(shù)測定方法，以滿足當前確定河湖水體環(huán)境容量及凈化能力研究的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的在于提供一種操作簡單、適應范圍廣、隨水體運動的試驗裝置及污染物消減系數(shù)測定方法，具體由以下技術(shù)方案實現(xiàn):
一種水體污染物表觀降解系數(shù)原位測定裝置，包括可漂浮于水中的支架、若干反應瓶、若干連接有導管的導氣瓶塞以及GPS定位裝置，所述反應瓶縱向分層連接于所述支架上，所述反應瓶上端具有與所述導氣瓶塞相對應的瓶口，反應瓶下部側(cè)面設置有取樣嘴，該取樣嘴與橫向設置在反應瓶內(nèi)的取樣管連接，所述取樣管的下側(cè)面設置有若干朝向瓶底的圓孔；所述導氣瓶塞通過導管與所述支架的上部空氣連通，從而在導氣瓶塞塞入所述反應瓶后確保反應瓶內(nèi)產(chǎn)生的氣體能夠排入空氣中；所述GPS定位裝置連接于所述支架的上部。
[0004]所述的水體污染物表觀降解系數(shù)原位測定裝置，其進一步設計在于，所述支架包括中心桿、若干連接環(huán)以及漂浮體，所述漂浮體連接于所述中心桿的上端，所述若干連接環(huán)可固定連接于所述中心桿的任一部位，所述反應瓶連接于各個連接環(huán)上從而使得所述反應瓶縱向分層連接于所述支架上。
[0005]所述的水體污染物表觀降解系數(shù)原位測定裝置，其進一步設計在于，所述連接環(huán)上均勻分布有若干掛扣，所述反應瓶的上部具有掛鉤，所述反應瓶通過所述掛鉤掛接于所述掛扣上。
[0006]所述的水體污染物表觀降解系數(shù)原位測定裝置，其進一步設計在于，所述漂浮體為充氣球囊，所述充氣球囊上設置有氣嘴。
[0007]所述的水體污染物表觀降解系數(shù)原位測定裝置，其進一步設計在于，所述中心桿內(nèi)部具有軸向設置的孔道，并且中心桿的上端設置有與所述孔道連通的開口，中心桿的側(cè)壁設置有若干與孔道連通的孔洞；所述導氣瓶塞通過所述導管以及所述孔洞與所述孔道連通。
[0008]所述的水體污染物表觀降解系數(shù)原位測定裝置，其進一步設計在于，所述中心桿上端罩設有防水蓋；所述中心桿的下端連接有配重塊。
[0009]所述的水體污染物表觀降解系數(shù)原位測定裝置，其進一步設計在于，所述反應瓶的瓶口貼附有密封膜，所述支架置于水中時，縱向分層懸掛在所述支架上的反應瓶處于不同水深處，并且處于不同縱向分層的反應瓶上的密封膜在各自對應水深的水壓作用之下破
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[0010]所述的水體污染物表觀降解系數(shù)原位測定裝置，其進一步設計在于，所述反應瓶為透光的瓶體或者不透光的瓶體。
[0011]一種水體污染物表觀降解系數(shù)原位測定方法，包括如下步驟:1)、將所述水體污染物表觀降解系數(shù)原位測定裝置不同高度的反應瓶中灌入深度與反應瓶高度相對應的水樣，并且測量此時不同深度水樣的污染物濃度(:。;2)、對相同高度的部分反應瓶中的水樣進行殺菌處理以消除水體生物降解影響；3)、將所述導氣瓶塞塞入反應瓶并且確保導氣瓶塞上的導管與外部空氣連通；4)、將水體污染物表觀降解系數(shù)原位測定裝置投放入水體中，使得反應瓶所處的深度與其內(nèi)部水樣的取水深度相一致，整個裝置浮于水中并隨水體流動而漂流，此時實驗開始并記錄實驗的初始時間；5)、在實驗時間結(jié)束時，根據(jù)GPS定位裝置確定水體污染物表觀降解系數(shù)原位測定裝置的位置并將其提出水面，記錄該實驗的結(jié)束時間；
6)、經(jīng)由取樣嘴將不同高度的反應瓶中經(jīng)過殺菌處理和未經(jīng)殺菌處理的水樣分別取出，對各個水樣進行污染物濃度測定；7)、測量獲得經(jīng)由上述實驗時間后同一深度水樣中未經(jīng)殺菌處理的水樣污染物濃度為Cs，而經(jīng)過殺菌處理的水樣污染物濃度為C2;則C。-Cs表示污染物的表觀降解濃度差，Cid-C2表示物理沉降作用導致的濃度差；由于反應瓶里水樣體積不變，根據(jù)物質(zhì)守恒原理，(C0-Cs)- (C0-C2)表示單獨由生物原理作用降解前后的濃度差，結(jié)合降解前水樣污染物濃度C。便可以求得單獨由生物原理降解后水樣的濃度C ^ =C0-((C0-Cs)-(C0-C2)),即C^=CVCs+C2;取得C。、(:_和(?便可獲取污染物的表觀降解系數(shù)Ks =In (C。/(? )/t、污染物的生物降解系數(shù)1? =In(CQ/(^ )/t，其中，t:降解時間，do
[0012]所述的水體污染物表觀降解系數(shù)原位測定方法，其進一步設計在于所述殺菌處理的方法為向水樣中加入0.1%的氯化汞溶液。
[0013]本發(fā)明操作簡單、適應范圍廣、可隨水體運動，反應瓶內(nèi)水樣與周邊水體所受水動力作用基本一致，通過這種裝置測定獲得的水體污染物表觀降解系數(shù)與實際水體中污染物降解系數(shù)較接近，實驗裝置與方法可有效提高測定結(jié)果的準確性；通過在反應瓶上設置與外部空氣連通的導氣瓶塞，可以及時排出水樣中產(chǎn)生的氣體，使得反應瓶內(nèi)的壓力環(huán)境與真實水體中的相接近；通過開孔向下設置的取樣管自反應瓶中取出水樣可以避免沉淀在反應瓶底部的沉渣污染水樣；通過在中心桿的內(nèi)部設置孔道并且將該孔道與導氣瓶塞連接，減小了用于排氣的導管長度，從而便于裝卸，不會由于導管過多而引起混亂；通過在中心桿的下端設置配重塊，使得整個裝置在水體中的姿態(tài)保持穩(wěn)定，從而進一步確保了測量結(jié)果的準確性；通過在反應瓶上設置承壓能力不同的密封膜，可以實現(xiàn)對各個反應瓶同一時間取樣。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的實施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是連接環(huán)以及反應瓶的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3是反應瓶的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖4是導氣瓶塞的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0018]以下結(jié)合說明書附圖以及實施例對本發(fā)明進行進一步說明。
[0019]如圖1所示，該水體污染物表觀降解系數(shù)原位測定裝置包括可漂浮于水中的支架
1、若干反應瓶2、若干連接有導管的導氣瓶塞3以及GPS定位裝置4，反應瓶2連接于支架上，反應瓶2上端具有與導氣瓶塞相對應的瓶口，反應瓶下部側(cè)面設置有取樣嘴，該取樣嘴與橫向設置在反應瓶內(nèi)的取樣管21連接，取樣管的下側(cè)面設置有若干朝向瓶底的取樣孔22 ;導氣瓶塞3通過導管31與支架的上部空氣連通，從而在導氣瓶塞塞入反應瓶后確保反應瓶內(nèi)產(chǎn)生的氣體能夠排入空氣中；GPS定位裝置4連接于支架I的頂部。
[0020]本裝置在使用時，首先用取水器探入水體內(nèi)，取不同深度的水樣注入處于同一水層的反應瓶內(nèi)，而后將導氣瓶塞塞入反應瓶內(nèi)，再將整個支架用卷揚機等起吊裝置放入水體內(nèi)，從而整個支架帶著處于水體不同深度的反應瓶漂浮在水體上，反應瓶隨水流運動，反應瓶內(nèi)水樣與周邊水體所受水動力作用基本一致，反應瓶內(nèi)水樣中的微生物對水樣中的總氮、有機質(zhì)、有機污染物等進行消解，產(chǎn)生的氣體自導氣瓶塞以及對應導管排放入大氣中；一定時間后，通過GPS定位裝置對支架進行定位，找到該支架后，用投放/收集裝置5將整個裝置吊起，再從反應瓶下部的取樣嘴中將水樣取出，對水樣中的總氮、有機質(zhì)、有機污染物等進行分析，從而獲得不同深度水體中總氮、有機質(zhì)、有機污染物的表觀降解速率；
具體地，支架I包括中心桿11、若干連接環(huán)12以及漂浮體13，漂浮體13連接于中心桿的上端，若干連接環(huán)以不同高度固定連接于中心桿的中部或者下部，反應瓶連接于各個連接環(huán)上從而使得反應瓶以不同高度縱向分層連接于支架上。其中，漂浮體13可以是充氣球囊，充氣球囊上設置有具有單向閥的氣嘴；從而可以在支架放入水體后通過對充氣球囊充氣來確保各反應