一种湖泊沉积物覆盖材料控制效果的评估方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种湖泊沉积物覆盖材料控制效果的评估方法及装置，所述评估方法首创性地考虑到不同湖泊或同一湖泊不同湖区沉积物的物理化学性质及其中氮磷形态及释放特征的不同，故而在沉积物原位采样技术、沉积物‑水界面氮磷释放覆盖控制技术的基础上，运用水质实时监测系统、微界面测定系统、环境因子调控系统和系统程序控制及数据传输等手段，根据沉积物‑水界面扩散通量模型评估覆盖材料对不同类型沉积物的控制效果，并且通过调控环境因子评估覆盖材料的环境风险。本发明专利技术可对不同类型沉积物有针对性地提出相应的材料覆盖工程工艺措施，从而避免了工程实施的盲目性，不仅节约了社会经济成本，也降低了材料实施的环境风险。

Method and device for evaluating control effect of lake sediment covering material

The present invention provides a method and apparatus to evaluate control effect of lake sediment cover material, the evaluation method of the initiative to take into account the different lakes or the same lake sediments in lakes of different physical and chemical properties and the morphology of nitrogen and phosphorus release characteristics of different, so in the sediment in situ sampling technology, sediment water interface n phosphorus release coverage control technology, using water quality real-time monitoring system, micro interface measurement system, environmental factors control system and system program control and data transmission means, according to the sediment water interface diffusion flux model to evaluate the control effect of mulching materials on different sediment types, and through the regulation of environmental factors in environmental risk assessment covering materials. The invention can be of different types of sediments in the corresponding material presents coverage engineering technology measures, so as to avoid the blindness of the implementation of the project, not only saves the cost of society and economy, but also reduces the risk of the implementation of environmental materials.

【技术实现步骤摘要】
一种湖泊沉积物覆盖材料控制效果的评估方法及装置
本专利技术属于水环境污染控制领域，具体涉及一种湖泊沉积物覆盖材料控制效果的评估方法及装置。
技术介绍
湖泊污染尤其是氮磷输入量的增加引起的水体富营养化是我国湖泊治理面临的主要问题，目前对于富营养化水质的改善及修复多集中于减少外源负荷，而沉积物中氮磷的释放即内源氮磷释放却会延缓或抵消上述措施的实际效应，所以在外部污染源得到有效控制的前提下，沉积物内源释放的研究成为治理水体污染的关键，这就使得对沉积物氮磷释放风险的评估逐渐发展成为湖泊富营养化过程与机理研究的热点问题，而对于沉积物-水界面氮磷释放的控制则成为湖泊内源污染控制的重要途径。原位覆盖技术是当前控制内源释放的有效措施之一，因其对内源污染控制效果好且对水体生态环境影响较小而受到了广泛关注。原位覆盖技术的核心是覆盖材料的选择，但即使对于同一覆盖材料而言，由于不同类型湖泊或者同一湖泊不同湖区沉积物的物理化学性质的不同，导致其氮磷赋存形态及释放特征也不尽一致，从而为覆盖材料的沉积物氮磷释放控制效果带来了诸多不确定因素，严重影响了覆盖材料的实际控制效果，致使在应用过程中并不能真正发挥覆盖材料的控释效果。迄今为止，现有技术都只是针对模拟沉积物-水界面装置的研发及沉积物-水界面物质交换模拟系统的研制，这些装置及其工作方法并不能实现对湖泊不同区域不同类型沉积物氮磷释放风险的评估，因此也就无法对不同类型沉积物提出有针对性的控制措施。也即是，目前湖泊沉积物原位控制技术的瓶颈主要在于湖泊沉积物的高度异质性，不同湖区不同类型沉积物氮磷的释放机制不同，其释放量受沉积物的物理化学性质、氮磷形态及环境因子影响较大，从而导致现有控制技术的实施大打折扣，增加了社会经济成本。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有的湖泊沉积物原位控制技术在实际应用中控制效果差的缺陷，进而提供一种通过评估覆盖材料对不同湖区不同类型沉积物氮磷释放的控制效果以确保覆盖材料有效发挥其控制效果的湖泊沉积物覆盖材料控制效果的评估方法及装置。为此，本专利技术实现上述目的的技术方案为：一种湖泊沉积物覆盖材料控制效果的评估方法，包括如下步骤：(1)采集湖泊中不少于10个采样点的柱状沉积物，同一采样点采集至少2个所述柱状沉积物，并将所述柱状沉积物的上覆水吸干，平整后备用；(2)采集所述湖泊中对应于所述柱状沉积物的上覆水，过滤，备用；(3)以所述湖泊中的沉积物为原料制备覆盖材料，备用；(4)将所述覆盖材料铺设在步骤(1)得到的各采样点的其中一个所述柱状沉积物上，再在所述覆盖材料上方注入步骤(2)得到的上覆水，即为实验组；同时直接向与所述实验组的柱状沉积物属于同一采样点的另一柱状沉积物的上方注入步骤(2)得到的上覆水作为对照组；而后将所述实验组与所述对照组均放于室内避光培养；(5)在步骤(4)的培养期间，分别测定所述实验组与所述对照组的上覆水和沉积物剖面间隙水中的营养盐浓度，根据沉积物-水界面营养盐扩散通量模型，评估所述实验组与所述对照组的柱状沉积物的营养盐释放的差异，进而得到所述覆盖材料对不同采样点沉积物营养盐释放的控制效果；(6)选择步骤(5)中所述控制效果排名前50％的所述柱状沉积物，调控其上覆水的环境因子，模拟所述环境因子的变化对所述控制效果的影响，以评估所述覆盖材料的环境风险。步骤(1)中，所述柱状沉积物为不同营养类型湖泊的沉积物或同一湖泊不同湖区的沉积物，同一采样点采集的所述柱状沉积物之间的距离不大于5m，所述柱状沉积物的采集深度不小于20cm。步骤(1)还包括在平整后的柱状沉积物表层设置滤网的步骤。步骤(2)中，所述上覆水与沉积物-水界面之间的距离在50cm以内；采用孔径为0.45μm的滤膜过滤。步骤(3)中所述覆盖材料为控磷材料或控氮材料。步骤(4)中所述覆盖材料的铺设量为5-20kg/m2。步骤(4)中所述上覆水的深度为50-150cm。步骤(6)中所述环境因子包括扰动强度、温度、pH值和/或DO值。一种利用上述湖泊沉积物覆盖材料控制效果的评估方法的装置，包括至少两组底部封口的柱状容器，每组所述柱状容器的个数均不少于10个，在每个所述柱状容器的侧壁上均设置有取水口，在其中一组所述柱状容器内由下至上依次设置有柱状沉积物、覆盖材料及上覆水，在另一组所述柱状容器内由下至上依次设置有柱状沉积物及上覆水，且每个所述柱状沉积物的高度均低于所述取水口的高度；还包括与每个所述柱状容器配套设置的微电极观测系统、DGT探针及微流控芯片水质实时在线监测系统。所述微流控芯片水质实时在线监测系统包括进样口、pH分析芯片、温度分析芯片、溶解氧分析芯片、Eh分析芯片、硝氮分析芯片、亚硝氮分析芯片、氨氮分析芯片、磷分析芯片及数据图像传输系统；还包括与部分所述柱状容器配套设置的扰动调控系统、pH调控系统和溶解氧调控系统。在本专利技术中，术语“控氮材料”是指可控制沉积物释放氮的覆盖材料，术语“控磷材料”是指可控制沉积物释放磷的覆盖材料。与现有技术相比，本专利技术的上述技术方案具有如下优点：1、本专利技术所述的湖泊沉积物覆盖材料控制效果的评估方法，首创性地考虑到不同湖泊或同一湖泊不同湖区沉积物的物理化学性质及其中氮磷形态及释放特征的不同，故而在湖泊沉积物原位采样技术、沉积物-水界面氮磷释放覆盖控制技术的基础上，运用水质实时监测系统、微界面测定系统、环境因子调控系统和系统程序控制及数据传输等手段，对不同湖泊或同一湖泊不同湖区沉积物覆盖材料控制效果进行了评估，根据沉积物-水界面扩散通量模型评估覆盖材料对不同类型沉积物的控制效果，并且通过调控环境因子，评估覆盖材料的环境风险。根据评估结果，可对不同类型沉积物有针对性地提出相应的材料覆盖工程工艺措施，从而避免了工程实施的盲目性，不仅节约了社会经济成本，也降低了材料实施的环境风险。2、本专利技术所述的湖泊沉积物覆盖材料控制效果的评估方法，通过利用柱状采泥器原位采集湖泊污染层沉积物，并利用原位采集的湖水开展现场模拟实验，从而最大限度地模拟了湖泊沉积物氮磷释放的原位控制条件，对实现湖泊沉积物原位控制工程措施提供了有力支撑。本专利技术所述的湖泊沉积物覆盖材料控制效果的评估方法可应用于湖泊底泥污染控制领域，也适用于沉积物覆盖材料释放控制效果评估，还可适用于覆盖材料后沉积物环境风险评估、底泥环保疏浚后沉积物释放控制效果评估、以及不同类型湖泊沉积物释放风险评估等。3、本专利技术所述的利用湖泊沉积物覆盖材料控制效果的评估方法的装置，通过为每个柱状容器配套设置微流控芯片水质实时在线监测系统，以利用微型化芯片取代常规化学分析检测仪器可较大程度的缩短反应时间和体积，整个系统通过电脑软件程序控制，信号无线传输，不仅可实现本专利技术装置的多处理同步研究，还能提高模拟条件的精确性、数据获取的准确性和及时性。传感器由多个采样进样口、多个分析芯片、控制和信号采集部分和数据传输部分组成，并由微处理器统一控制，采样进样口由采样管和微型液体泵和微型电磁阀组成，可设置不同深度泵入水样，进入分析芯片模块进行分析，芯片模块采集到的信号(电信号和光谱信号)传至微处理器(转为数字信号)后，由无线或有线传输出。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种湖泊沉积物覆盖材料控制效果的评估方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采集湖泊中不少于10个采样点的柱状沉积物，同一采样点采集至少2个所述柱状沉积物，并将所述柱状沉积物的上覆水吸干，平整后备用；(2)采集所述湖泊中对应于所述柱状沉积物的上覆水，过滤，备用；(3)以所述湖泊中的沉积物为原料制备覆盖材料，备用；(4)将所述覆盖材料铺设在步骤(1)得到的各采样点的其中一个所述柱状沉积物上，再在所述覆盖材料上方注入步骤(2)得到的上覆水，即为实验组；同时直接向与所述实验组的柱状沉积物属于同一采样点的另一柱状沉积物的上方注入步骤(2)得到的上覆水作为对照组；而后将所述实验组与所述对照组均放于室内避光培养；(5)在步骤(4)的培养期间，分别测定所述实验组与所述对照组的上覆水和沉积物剖面间隙水中的营养盐浓度，根据沉积物‑水界面营养盐扩散通量模型，评估所述实验组与所述对照组的柱状沉积物的营养盐释放的差异，进而得到所述覆盖材料对不同采样点沉积物营养盐释放的控制效果；(6)选择步骤(5)中所述控制效果排名前50％的所述柱状沉积物，调控其上覆水的环境因子，模拟所述环境因子的变化对所述控制效果的影响，以评估所述覆盖材料的环境风险。...

【技术特征摘要】
1.一种湖泊沉积物覆盖材料控制效果的评估方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采集湖泊中不少于10个采样点的柱状沉积物，同一采样点采集至少2个所述柱状沉积物，并将所述柱状沉积物的上覆水吸干，平整后备用；(2)采集所述湖泊中对应于所述柱状沉积物的上覆水，过滤，备用；(3)以所述湖泊中的沉积物为原料制备覆盖材料，备用；(4)将所述覆盖材料铺设在步骤(1)得到的各采样点的其中一个所述柱状沉积物上，再在所述覆盖材料上方注入步骤(2)得到的上覆水，即为实验组；同时直接向与所述实验组的柱状沉积物属于同一采样点的另一柱状沉积物的上方注入步骤(2)得到的上覆水作为对照组；而后将所述实验组与所述对照组均放于室内避光培养；(5)在步骤(4)的培养期间，分别测定所述实验组与所述对照组的上覆水和沉积物剖面间隙水中的营养盐浓度，根据沉积物-水界面营养盐扩散通量模型，评估所述实验组与所述对照组的柱状沉积物的营养盐释放的差异，进而得到所述覆盖材料对不同采样点沉积物营养盐释放的控制效果；(6)选择步骤(5)中所述控制效果排名前50％的所述柱状沉积物，调控其上覆水的环境因子，模拟所述环境因子的变化对所述控制效果的影响，以评估所述覆盖材料的环境风险。2.根据权利要求1所述的湖泊沉积物覆盖材料控制效果的评估方法，其特征在于，步骤(1)中，所述柱状沉积物为不同营养类型湖泊的沉积物或同一湖泊不同湖区的沉积物，同一采样点采集的所述柱状沉积物之间的距离不大于5m，所述柱状沉积物的采集深度不小于20cm。3.根据权利要求1或2所述的湖泊沉积物覆盖材料控制效果的评估方法，其特征在于，步骤(1)还包括在平整后的柱状沉积物表层设置滤网的步骤。4.根据权利要求1-3任一项所述的湖泊沉积物覆盖材料控...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦立新，杨苏文，何佳，金位栋，高秋生，
申请(专利权)人：中国环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11