本发明专利技术涉及一种生物炭在土壤系统中运动迁移的模拟装置。包括原水池、水泵、pH调节池、搅拌装置、模拟土柱和自动部分收集器。原水池包括溶液注入瓶和导管；pH调节池包括pH电极、pH计、生物炭颗粒；搅拌装置包括磁子、搅拌装置；模拟土柱上下两端设有阀门，顶端设有出气孔，上下两端法兰盘内置硅胶垫，在填充介质上下部位分别放置多孔过滤板；自动部分收集器包括出水管、定时转盘和出液收集容器；pH调节池的入水口与原水池相连，搅拌装置的入水口与pH调节池的出水口相连，模拟土柱的入水口与搅拌装置的出水口相连，模拟土柱的出水口与自动部分收集器相连。本发明专利技术可实时获得生物炭浓度在时间和空间上的分布情况以及出液体积的实时变化，具有自动化程度高、精确度高、实验装置体积小、干扰因素少、条件易控制等特点。
【技术实现步骤摘要】
一种生物炭在土壤系统中运动迁移的模拟装置
本专利技术属于环保
，涉及一种生物炭在土壤系统中运动迁移的模拟装置。
技术介绍
随着全球气候的变暖，温室气体的控制已经迫在眉睫，而如何快速有效地固定空气中的二氧化碳是固碳战略面临的主要挑战。传统的固碳方法主要是通过种植植被将碳固定于生物质或土壤有机质中，但是这种技术并不是长久有效的，植物对空气中的二氧化碳的吸收毕竟是有限的，许多年后，植被可能会达到碳饱和，失去了继续吸收二氧化碳的能力。另外，这些植被一旦进行有氧燃烧，原来其中所固定的碳又会释放到空气中，从碳循环的角度来说，并没有最终达到碳减排的目的。近年来，利用树木、草、农作物秸秆、畜禽粪便等生物质热解产生的一种富含碳的副产物——生物炭进行碳的固定，其固碳效果相比较传统的固碳方法有了很大的提高。同时由于生物炭对生物质中碳的转移保存非常快，有很高的生物化学和热稳定性，可长期保存于环境中而不被矿化，被认为是固定大气中二氧化碳的一种长期有效的方法。除了固碳作用，生物炭可以富集大量有机质，改善土壤肥力，提高农作物产量。而生物炭具有较大的比表面积和微孔结构，表面官能团丰富，对各种污染物具有吸附的作用。而生物炭在土壤中的运动迁移、归趋以及生物有效性不仅影响生物炭本身的稳定性，而且也会影响生物炭吸附的污染物（如重金属、有机污染物多环芳烃/多溴联苯醚等）和营养物质（如N、P、K、Ca等）以及土壤微生物群的运动迁移，因此研究生物炭在土壤填充介质中的运动迁移和沉积释放机理显得非常重要。目前关于生物炭在实际土壤环境中运动迁移的研究还很少，传统的土柱实验中，土壤基质的复杂性质使得改研究领域受到很多制约；且土柱中生物炭颗粒真实的运动情况也无法观测。而生物炭室内模拟实验作为研究生物炭迁移实验的方式之一，与野外实验相比具有工艺简单、技术可靠、实验装置体积小、干扰因素少、条件易控制等特点而成为现阶段国内外学者研究的首选，因此生物炭迁移实验的研究非常有必要。由于生物炭在土壤环境中运动迁移和沉积释放机理研究是一门与试验结合紧密的新兴交叉学科，要取得令人信服的成果必须采用专门的仪器进行实验，而国内并无现成的成套仪器可以使用，这制约了生物炭在土壤中迁移机理研究的发展。因此，设计者鉴于上述缺点，开发出一种生物炭在土壤系统中运动迁移的模拟装置。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的技术缺陷，提供一种生物炭在土壤系统中运动迁移的模拟装置，用以进行生物炭迁移的相关实验。解决在室内研究生物炭运动迁移和沉积释放的机理问题，实验得到的结论可以作为对生物炭应用于土壤环境修复上的理论依据。本专利技术为解决上述技术问题，采用以下技术方案：一种生物炭在土壤系统中运动迁移的模拟装置，其特征在于：包括原水池、水泵、pH调节池、搅拌装置、模拟土柱和自动部分收集器，其中：所述原水池包括溶液注入瓶和导管；所述pH调节池包括pH电极、pH计、生物炭颗粒，所述pH电极插入pH调节池内，且pH电极与pH计连接；所述搅拌装置包括磁子，所述磁子位于搅拌装置内，所述搅拌装置上方放置生物炭；所述模拟土柱所述模拟土柱为柱状容器，其内填充有填充介质，柱状容器的上下两端设置有法兰盘，顶端设置有出气孔，上下两端法兰盘内置硅胶垫，在填充介质上下部位分别放置多孔过滤板；所述自动部分收集器包括出水管、定时转盘和出液收集容器；所述pH调节池的入水口通过水泵与原水池的出水口相连，搅拌装置的入水口通过水泵与pH调节池的出水口相连，模拟土柱的入水口通过蠕动泵与搅拌装置的出水口相连，模拟土柱的出水口通过水泵与自动部分收集器相连。本专利技术中，所述溶液注入瓶设置有两个，分别为去离子水注入瓶、高浓度盐溶液注入瓶；其中去离子水注入瓶通过水泵与原水池的底端相连，高浓度盐溶液注入瓶通过水泵与原水池的顶端相连。本专利技术中，所述溶液注入瓶为马氏瓶。本专利技术中，所述pH调节池预先放入筛分过的300-400目的生物炭颗粒，然后注入原水池的盐溶液，玻璃棒手动搅拌后，最后放入pH电极调节溶液pH值。本专利技术中，所述搅拌装置内磁子在整个实验过程一直处于定速搅拌的状态，保证生物炭颗粒均匀分散于溶液中。本专利技术中，所述模拟土柱放置多孔过滤板，用于保证进出水的在整个截面的均匀分布；控制模拟土柱进水口和出水口流速为0.5mL/min。本专利技术中，所述模拟土柱材质采用有机玻璃，高10cm，内径1.2cm；所述填充介质为20-30目的石英砂。本专利技术中，所述自动部分收集器的定时转盘为每隔2min转动一次；出液收集容器为100支5mL试管。本专利技术中，所述水泵8为通道数显蠕动泵。所述导管、进水管、出水管皆为硅胶管。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：（1）原水池可提供不同浓度进水溶液的瞬时切换，进水和出水的流速变化均可通过蠕动泵来调节；（2）可通过pH计调节不同阶段进水溶液实时变化情况；（3）持续磁力搅拌可避免生物炭的沉降，保证进水颗粒在溶液中均匀分散；（4）模拟土柱的上下部的多孔过滤板可保证进出水的均匀性，且可防止填充介质堵塞管路；上下部的法兰盘内置硅胶垫，密封性能好，可防止漏水；（5）可通过自动部分收集器定时自动采集出水样品，自动化程度高（6）本装置占地面积小、运转简单、操作方便、易实现自动化、易维护，投资少，可以用于不同类型生物炭在不同土质中不同饱和度的室内迁移实验，获得数据精确度高，是土壤颗粒物迁移和沉积释放机理研究方面技术可靠的先进装置。附图说明图1为实施例2中不同离子强度条件下生物炭的穿透曲线（pH=6）；图2为实施例2和实施例3中不同实验条件下生物碳的总回收率；图3为实施例3中不同pH条件下生物炭的穿透曲线（离子强度为0mM）；图4是本专利技术设计的生物炭迁移的室内模拟装置；图5是本专利技术设计的模拟土柱结构图；图中标号：1.原水池；2水泵；3.pH调节池；4.搅拌装置；5.自动部分收集器；6.模拟土柱；7.硅胶垫；8.多孔过滤版；9.石英砂；10.法兰盘。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明：实施例1：参见图4，本专利技术所述的一种生物炭在土壤系统中运动迁移的模拟装置，包括原水池1、水泵2、pH调节池3、搅拌装置4、自动部分收集器5、模拟土柱6。具体实施步骤如下：pH调节池3的入水口通过水泵2与原水池1相连，搅拌装置4的入水口通过水泵2与pH调节池3的出水口相连，模拟土柱6的入水口通过蠕动泵与搅拌装置4的出水口相连，将生物炭颗粒悬浮溶液注入模拟土柱6的填充介质中，最终模拟土柱6的出水口通过蠕动泵与自动部分收集器5相连，可设定采样程序，实现不同时间实时采集样品。原水池1的溶液注入瓶设置由两个马氏瓶组成，分别为去离子水注入瓶、高浓度盐溶液注入瓶；其中去离子水注入瓶通过水泵与原水池的底端相连，高浓度盐溶液注入瓶通过水泵与原水池的顶端相连。pH调节池预先放入筛分过的300-400目的生物炭颗粒，然后注入原水池的盐溶液，玻璃棒手动搅拌后，用pH计配合pH缓冲溶液调节溶液pH值。参加图5，模拟土柱5为有机玻璃柱，高10cm，内径1.2cm。底部法兰盘10、硅胶垫7、法兰盘10、多孔过滤板8依次安装完成后，将20-30目的石英砂9分层压实，采用湿法装柱。如需进行不饱和试验，打开底部阀门使得清水由上而下常水头流出即可，填充完成后上本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种生物炭在土壤系统中运动迁移的模拟装置，其特征在于：包括原水池、水泵、pH调节池、搅拌装置、模拟土柱和自动部分收集器，其中：所述原水池包括溶液注入瓶和导管；所述pH调节池包括pH电极、pH计、生物炭颗粒，所述pH电极插入pH调节池内，且pH电极与pH计连接；所述搅拌装置包括磁子，所述磁子位于搅拌装置内，所述搅拌装置上方放置生物炭；所述模拟土柱所述模拟土柱为柱状容器，其内填充有填充介质，柱状容器的上下两端设置有法兰盘，顶端设置有出气孔，上下两端法兰盘内置硅胶垫，在填充介质上下部位分别放置多孔过滤板；所述自动部分收集器包括出水管、定时转盘和出液收集容器；所述pH调节池的入水口通过水泵与原水池的出水口相连，搅拌装置的入水口通过水泵与pH调节池的出水口相连，模拟土柱的入水口通过蠕动泵与搅拌装置的出水口相连，模拟土柱的出水口通过水泵与自动部分收集器相连。
【技术特征摘要】
1.一种生物炭在土壤系统中运动迁移的模拟装置，其特征在于：包括原水池、水泵、pH调节池、搅拌装置、模拟土柱和自动部分收集器，其中：所述原水池包括溶液注入瓶和导管；所述pH调节池包括pH电极、pH计、生物炭颗粒，所述pH电极插入pH调节池内，且pH电极与pH计连接；所述搅拌装置包括磁子，所述磁子位于搅拌装置内，所述搅拌装置上方放置生物炭；所述模拟土柱为柱状容器，其内填充有填充介质，柱状容器的上下两端设置有法兰盘，顶端设置有出气孔，上下两端法兰盘内置硅胶垫，在填充介质上下部位分别放置多孔过滤板；所述自动部分收集器包括出水管、定时转盘和出液收集容器；所述生物炭颗粒为300-400目的生物炭颗粒；所述模拟土柱材质采用有机玻璃，高10cm，内径1.2cm；所述填充介质为20-30目的石英砂；控制pH调节池的pH值为６或９；所述pH调节池的入水口通过水泵与原水池的出水口相连，搅拌装置的入水口通过水泵与pH调节池的出水口相连，模拟土柱的入水口通过蠕动泵与搅拌装置的出水口相连，模拟土柱的出水口通过水泵与自动部分收集器相连。2.根据权利要求1所述的一种生物炭在土壤系统中运动迁移的模拟装置，其特征在于：所述溶液注入瓶设置有两个，分别为去离子水注入瓶、高浓...
【专利技术属性】
技术研发人员：桑文静，张亚雷，王道京，周雪飞，沈峥，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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