一种模拟近海水-沉积物中污染物迁移转化行为的实验装置、实验方法及其应用制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种模拟近海水‑沉积物中污染物迁移转化行为的实验装置及实验方法，可便于进行污染物在近海环境中迁移转化行为的模拟实验和研究。该实验装置由三部分组成：外源污染物储存室、水源输送系统和泥水交换装置。本装置可以方便、准确地实现污模拟染物输入及系统停留，水及沉积物样品的采集，并且可根据实验要求，做出不同规格的实验装置。

An experimental device, method and application for simulating the transport and transformation of pollutants in near sea water sediment

【技术实现步骤摘要】
一种模拟近海水-沉积物中污染物迁移转化行为的实验装置、实验方法及其应用
本专利技术涉及环境
，特别是涉及一种模拟近海水-沉积物中污染物迁移转化行为的实验装置及实验方法。
技术介绍
海岸带作为生态系统的重要组成部分，不仅可以作为经济带，还可以作为生态旅游区，具有重要的经济、文化、景观等功能。近海水体通常紧邻经济高速发展地区，城市化和工业化的过程同时为近岸海域带来严重的负面影响，尤其河流及海岸地区各类污染物未经处理直接或间接地排入，使沿近岸地区成为了直接的纳污体。入海河口的许多特性影响着近海水域，且由于水体运动的连续性，测验方法和分析技术上的相似，往往把河口和其邻近海岸水体综合起来研究，因此它是海岸带的组成部分。污染物通过水体传播，最终进入沉积物。由于水-沉积物两相介质及其界面的物理化学和生物作用，致使不同介质中环境指标产生差异，进而影响污染物的消减作用。因此研究污染物在水-沉积物之间的迁移和转化及不同介质中的生物指标、理化指标和污染指标的变化特征至关重要。而对该系统的模拟也是这一研究中的关键关节。目前已有的研究河口区域的实验装置有以下几种类型：1.一种模拟滩涂鱼类栖息生境的受控实验装置和构建方法，公开号CN107907627A，利用养殖箱-水位调节装置来模拟河口区域生境；2.一种模拟往复流河道原位底泥再悬浮的装置，公开号CN204982777U，利用多级水箱和水槽来模拟河口区域水体流动；3.多类型河道交汇口水流特性研究的实验装置及实验方法，公开号CN106803388A，利用Y型对称单元和水池来模拟多河道交叉河口区域水体流动。这些方法可以有效的模拟所述的河口区域生境或水体流动，达成某些方面的实验目的。但装置成本高，结构复杂，占用空间大，不适合实验室应用和教学。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种模拟近海水-沉积物中污染物迁移转化行为的实验装置及实验方法。为实现本专利技术的目的所采用的技术方案是：一种模拟近海水-沉积物中污染物迁移转化行为的实验装置，包括用于存储水体的存储容器、用于泥水交换的泥水交换容器以及用于将污水从所述存储容器内导入所述泥水交换容器内的输水管，所述输水软管上串接有蠕动泵，所述泥水交换容器的底部铺设有沉积层，侧壁上形成有与其相连通的溢流口。在上述技术方案中，所述输水软管的出水口延伸至所述泥水交换容器的底部，并且用软管夹固定在所述泥水交换容器上。在上述技术方案中，所述泥水交换容器的有效体积为模拟海水的流速与污染物停留时间的乘积，所述有效体积为所述泥水交换容器的底面积与所述溢流口至所述泥水交换容器地面的乘积。在上述技术方案中，所述泥水交换容器的顶部设有光源。本专利技术的另一方面，还包括一种利用所述实验装置模拟近海水-沉积物中污染物迁移转化行为的实验方法，包括以下步骤：步骤1，向所述泥水交换容器底部铺设沉积物，并利用蠕动泵将净水注满泥水交换容器，使系统运行前达到平衡状态备用；步骤2，根据模拟河口近海区域潮汐运动速度确定污染物的输入速度；步骤3，利用软管夹将输水软管固定在溢流口对面的位置，使软管紧贴内壁下延至泥水交换容器的底部；步骤4，将外源污染物水体加入存储容器中，启动蠕动泵，在运行时间中，于不同时间点分别取水样和沉积物样，分析水样和沉积物样中的污染物浓度，以分析污染物迁移转化行为。在上述技术方案中，所述步骤1中的沉积物为海底污泥。在上述技术方案中，当所述需求沉积物为厌氧环境时，沉积物的厚度大于1.2cm。在上述技术方案中，所述步骤4中的所述外源污染物可为酞酸酯、多环芳烃或重金属等。在上述技术方案中，所述步骤4中的运行时间不少于该污染物在模拟环境水体中的停留时间。本专利技术的另一方面，还包括所述实验装置模拟近海水-沉积物中污染物迁移转化行为中的应用。在上述技术方案中，所述实验装置取样得到的水样和沉积层样中的污染物的实测值与利用Ⅲ级稳态和Ⅳ级非稳态逸度模型得到的污染物的预测值之间的差异在25％以内。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.降低模拟实验的成本；2.占用空间小，适于实验室模拟；3.需求动力低且可控；4.可以根据实验需求更换配套设施，包括外源污染物储存室、水源输送系统和泥水交换装置；5.配合多介质逸度模型进行实验模拟和分析。附图说明图1所示为本专利技术的实验装置的结构示意图。图2所示为泥水交换机构的剖面图。图3所示为泥水交换机构的俯视图。图4所示为模型示意图。图5所示为污染物迁移转化示意图。图6水样中的DBP浓度及模拟值。图7所示为沉积物样中的DBP浓度及模拟值。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1一种模拟近海水-沉积物中污染物迁移转化行为的实验装置，包括用于存储外源污染物的存储容器1、用于泥水交换的泥水交换容器5以及用于将污水从所述存储容器1内导入所述泥水交换容器5内的输水管2，所述输水软管2上串接有蠕动泵，所述泥水交换容器5的底部铺设有沉积层6，侧壁上形成有与其相连通的溢流口4。在上述技术方案中，所述输水软管2的出水口延伸至所述泥水交换容器5的底部，并且用软管夹3固定在所述泥水交换容器5上。在上述技术方案中，所述泥水交换容器5的有效体积为模拟海水的流速与污染物停留时间的乘积，所述有效体积为所述泥水交换容器5的底面积与所述溢流口4至所述泥水交换容器5地面的乘积。在上述技术方案中，所述泥水交换容器5的顶部设有光源。实施例2本实施例中污染物选用邻苯二甲酸二丁酯。一种利用所述实验装置模拟近海水-沉积物中污染物迁移转化行为的实验方法，包括以下步骤：步骤1：根据该实验的上覆水水柱和沉积物层的系统结构比例和底栖微藻向沉积物深层释氧的辐射范围要求(沉积物厚度≤0.5cm)，订制的泥水交换容器5的尺寸为壁厚0.5cm，内径10cm，内高15cm，器皿内部底面具出水口下端10.5cm，溢流口内径0.5cm。以保证在8天的实验运行期间，上覆水和沉积物的体积分别达到785mL和39.25mL。步骤2：根据向泥水交换容器底部预先铺设48g沉积物，铺平形成一定厚度的均匀沉积物层；然后向水体表面均匀植入密度为2.5x105cell/cm3的底栖微藻，以达到近海地区底栖微藻的平均生长水平；并利用蠕动泵将水缓慢注入装置中，使系统运行前达到平衡状态备用；步骤3：根据泥水交换容器5中水的体积以及实验所要求的污染物停留时间(约55h)，计算出固定的水源输入速度为14.85mL/h，以此模拟海河口近海区域潮汐等水体运动决定的污染物在该区域的停留时间，选择水源输送系统的软管内径及蠕动泵型号确保该流速稳定；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟近海水-沉积物中污染物迁移转化行为的实验装置，其特征在于，包括用于存储水体的存储容器、用于泥水交换的泥水交换容器以及用于将污水从所述存储容器内导入所述泥水交换容器内的输水管，所述输水软管上串接有蠕动泵，所述泥水交换容器的底部铺设有沉积层，侧壁上形成有与其相连通的溢流口。/n

【技术特征摘要】
1.一种模拟近海水-沉积物中污染物迁移转化行为的实验装置，其特征在于，包括用于存储水体的存储容器、用于泥水交换的泥水交换容器以及用于将污水从所述存储容器内导入所述泥水交换容器内的输水管，所述输水软管上串接有蠕动泵，所述泥水交换容器的底部铺设有沉积层，侧壁上形成有与其相连通的溢流口。


2.如权利要求1所述的所述实验装置，其特征在于，输水软管的出水口延伸至所述泥水交换容器的底部，并且用软管夹固定在所述泥水交换容器上。


3.如权利要求1所述的所述实验装置，其特征在于，所述泥水交换容器的有效体积为模拟海水的流速与污染物停留时间的乘积，所述有效体积为所述泥水交换容器的底面积与所述溢流口至所述泥水交换容器地面的乘积。


4.如权利要求1所述的所述实验装置，其特征在于，所述泥水交换容器的顶部设有光源。


5.一种利用如权利要求1-4中任一项所述的实验装置模拟近海水-沉积物中污染物迁移转化行为的实验方法，包括以下步骤：
步骤1，向所述泥水交换容器底部铺设沉积物，并利用蠕动泵将净水注满泥水交换容器，使系统运行前达到平衡状态备用；
步骤2，根据模拟河...

【专利技术属性】
技术研发人员：迟杰，张璠，丁铮，宫浩斐，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12