模擬水位變化對沉積物氮磷和重金屬釋放風險影響的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明所述的模擬水位變化對沉積物氮磷和重金屬釋放風險影響的裝置，在所述試驗箱內(nèi)設(shè)置有多個臺階，所述多個臺階的高度呈梯度設(shè)置，在每個所述臺階上設(shè)置有用于盛放沉積物的置放槽；由于實際的湖泊面積較大，沉積物高程波動較大，野外現(xiàn)場無法按照試驗?zāi)繕嗽O(shè)定高程梯度變化，而本裝置通過多個臺階的設(shè)置能夠有效模擬沉積物的高程梯度和水位變化。同時，本發(fā)明所述模擬裝置還設(shè)置有水體在線檢測系統(tǒng)和送氣管，從而可以對水樣中的DO含量進行調(diào)節(jié)，模擬出真實的水深環(huán)境。
【專利說明】模擬水位變化對沉積物氮磷和重金屬釋放風險影響的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于湖泊環(huán)境科學(xué)、環(huán)境工程范疇，具體涉及一種適用于研究湖泊水位變化對對沉積物氮磷和重金屬含量、形態(tài)和生物有效性影響的模擬裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]湖泊的沉積物中富集著大量的氮、磷、重金屬等污染物，是破壞湖泊水環(huán)境的一個內(nèi)源。富集在沉積物中的污染物在湖泊水體環(huán)境發(fā)生變化時極易從沉積物中釋放出來，從而影響到湖泊水質(zhì)。由于內(nèi)源污染是我國大多數(shù)湖泊存在的普遍問題，因此如何控制湖泊的內(nèi)源污染已經(jīng)成為環(huán)境領(lǐng)域的一個重要課題，在這種背景環(huán)境下，如何通過有效的實驗裝置對沉積物中氮、磷、重金屬的釋放機制進行模擬和研究，就有了十分重要的意義。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中模擬沉積物氮、磷釋放的實驗通常都是在較為簡易的容器中進行，如中國科技論文《水體沉積物中的氮磷釋放規(guī)律研究》(廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，林華實，2011年)中公開了一種用于模擬沉積物氮磷釋放的實驗裝置，該裝置為一個自制的聚乙烯桶(直徑23cm、高36cm)，在距離桶底15cm的桶壁上設(shè)置了一個取樣口。在進行模擬實驗時，桶中置放的湖泊沉積物的厚度為4cm，在所述沉積物的上方覆上原采樣點的水樣，水樣的液面到沉積物表層的垂直高度為20cm。在需要檢測指標時，通過取樣口取出10ml水樣，然后即可對水樣的pH、DO等值進行檢測，從而可研究不同pH、Do、溫度等條件下氮、磷的釋放規(guī)律。
[0004]除了上述自制聚乙烯桶之外，中國專利文獻CN102735810A還公開了一種用于研究高水位條件下水一沉積物界面重金屬釋放和形態(tài)變化的模擬裝置，該裝置為柱樣透明的有機玻璃管，在進行實驗時，將原位采集的沉積物樣品放入所述有機玻璃管中并形成一個淹水的條件，然后利用在線安裝的Do、0RP、pH、Hl和溫度儀檢測水體的物理化學(xué)變化；同時設(shè)置一條采樣軟管，在固定的時間間隔抽取距沉積物Icm處的水樣，從而可以長期連續(xù)地監(jiān)測水體的變化并實現(xiàn)即時采樣。
[0005]上述模擬裝置雖然可實現(xiàn)環(huán)境指標的在線監(jiān)測，不過無論是采用現(xiàn)有技術(shù)中的簡易容器還是采用設(shè)置了在線監(jiān)測儀器的模擬裝置，其出發(fā)點都是為了研究諸如Do、pH等水體環(huán)境指標對污染物釋放量產(chǎn)生的影響。而本發(fā)明的發(fā)明人在進行了大量調(diào)研的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)，除了上述常規(guī)的水體環(huán)境指標外，水位的變化也是影響氮、磷釋放的一個關(guān)鍵因素:近年來，由于大量水利工程的建設(shè)和氣候變化等原因，大量的湖泊與其相連的大江、大河之間的江湖關(guān)系發(fā)生較大變化，進而引起湖泊水位、水動力、泥沙、透明度等發(fā)生顯著變化。而其中，水位變化是引起其它因素改變的關(guān)鍵，水位變化總體表現(xiàn)為豐水期水位持續(xù)偏低，枯水期時間提前且出現(xiàn)頻率增加，水位的這種變化直接導(dǎo)致沉積物的出露時間延長，而沉積物高程越高其出露水面時間越長，導(dǎo)致沉積物表層環(huán)境、理化性質(zhì)、微生物活性等發(fā)生較大改變，進而引起其氮磷和重金含量形態(tài)、結(jié)構(gòu)及活性等發(fā)生變化，來年湖泊進入豐水期，沉積物被淹后，將對水質(zhì)造成嚴重的威脅。
[0006]因此，模擬不同高程沉積物氮磷和重金屬釋放實驗，研究水位變化對沉積物氮磷和重金屬釋放風險的影響，具有十分重要的意義。但是截止目前，現(xiàn)有技術(shù)中還未出現(xiàn)可用于模擬不同高程沉積物的氮磷、重金屬釋放的實驗裝置。雖然從進行實驗室實驗的角度出發(fā)，要模擬出不同高程沉積物的自然環(huán)境，可以通過設(shè)置多個液面高度不同的實驗容器來實現(xiàn)，但是這樣一來無疑就使得實驗裝置較為復(fù)雜，其操作難度隨之加大，試驗獲得數(shù)據(jù)的誤差也將增大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決的是現(xiàn)有技術(shù)中缺少可用于模擬不同高程沉積物的氮磷、重金屬釋放風險的實驗裝置，進而提供一種結(jié)構(gòu)簡單、便于操作、能夠最大程度減少系統(tǒng)誤差的能夠模擬水位變化對沉積物氮磷和重金屬釋放風險影響的裝置。
[0008]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為:
一種模擬水位變化對沉積物氮磷和重金屬釋放風險影響的裝置，包括:
試驗箱；
水體在線檢測系統(tǒng)，包括重金屬檢測儀、氮磷檢測儀和pH/ORP/溶解氧/電導(dǎo)率多參數(shù)測量儀，用于檢測試驗箱內(nèi)水體中的氮濃度、磷濃度、重金屬濃度、pH值、DO值、Eh值、電導(dǎo)率值；
多個臺階，設(shè)置在所述試驗箱內(nèi)，所述多個臺階的高度呈梯度設(shè)置，在每個所述臺階上設(shè)置有用于盛放沉積物的置放槽；
沉積物在線檢測系統(tǒng)，包括多個檢測機構(gòu)，所述多個檢測機構(gòu)分別伸入位于所述多個臺階上的置放槽內(nèi)，每個所述檢測機構(gòu)適宜于檢測沉積物樣品的PH值、DO值、Eh值；
多組板式磷酸鹽和/或重金屬DGT探針，分別插入所述多個置放槽內(nèi)設(shè)置；
送氣管，設(shè)置在所述試驗箱內(nèi)且位于液面的下方，與所述送氣管連通設(shè)置有氮氣瓶和氧氣瓶。
[0009]還設(shè)置有顆粒物收集管，位于所述顆粒物收集管一端的開口設(shè)置在所述試驗箱內(nèi)的水體中，與所述顆粒物收集管的另一端連接設(shè)置有過濾裝置和電機；
正對所述顆粒物收集管位于所述水體中的開口處設(shè)置有擋流板，所述擋流板包括一個正對所述開口設(shè)置的平板和兩個分別位于所述平板兩側(cè)的側(cè)板，所述兩個側(cè)板沿從所述平板到所述開口的方向逐漸向外擴張，在每個所述側(cè)板和所述平板之間設(shè)置有l(wèi)_2cm的間隙，所述平板到所述開口的距離為3-5cm。
[0010]所述多個臺階緊貼設(shè)置且按照高度由高到低依次排列，每兩個相鄰臺階之間的高度差為30cm。
[0011]還設(shè)置有水位控制系統(tǒng)，所述水位控制系統(tǒng)包括:
液體輸送機構(gòu)；
抽水管和送水管，分別有一端與所述液體輸送機構(gòu)連通設(shè)置，另一端設(shè)置在所述試驗箱內(nèi)水體液面下方；
在正對所述送水管位于所述水體液面下方的送水口處以及正對所述抽水管位于所述水體液面下方的抽水口處分別設(shè)置有緩沖板，所述緩沖板為圓弧形板，其中，位于正對所述送水口處的所述緩沖板的開口朝向所述送水口設(shè)置；位于正對所述抽水口處的所述緩沖板的開口朝向所述抽水口設(shè)置。
[0012]所述水位控制系統(tǒng)還包括:
操作模塊，與所述液體輸送機構(gòu)連接設(shè)置，用于輸入水位設(shè)定值和設(shè)定時間，并適宜于向所述輸送裝置下達指令控制所述入水管的送水量和所述出水管的抽水量；
電子標尺，與所述操作模塊連接設(shè)置，所述電子標尺對所述試驗箱內(nèi)的水位高度進行監(jiān)測，并將監(jiān)測值傳送至所述操作模塊。
[0013]基于所述裝置的模擬實驗方法，包括如下步驟:
(1)對湖泊采樣點處的沉積物表層的DO值進行檢測，完成檢測后采集所述采樣點處的沉積物；
(2)將步驟(I)中原位采集的沉積物分成多份，分別放置在位于所述多個臺階上的置放槽內(nèi)；
(3)向所述試驗箱中注入水體；
(4)通過調(diào)節(jié)送氣管的送氣量使得水體中的DO值與步驟(I)中檢測的DO值相等；
(5)利用所述水體在線檢測系統(tǒng)在線檢測水體中的氮濃度、磷濃度、重金屬濃度、pH值、DO值、Eh值，利用沉積物在線檢測系統(tǒng)在線檢測各個沉積物樣品的pH值、DO值和Eh值；同時利用多組板式磷酸鹽和/或重金屬DGT探針測定沉積物中的磷酸鹽和/或重金屬的濃度；
(6)步驟(5)中的檢測完成后，改變所述試驗箱中水體的液面高度，再次重復(fù)步驟
(4)- (5)，直至完成不同液面高度下的模擬實驗。
[0014]步驟(5 )中，還使用顆粒物收集管采集所述試驗箱內(nèi)的水樣和顆粒物樣品。
[0015]步驟(6)中，利用液體輸送機構(gòu)通過抽水管對所述試驗箱內(nèi)水體液面進行抽水；利用液體輸送機構(gòu)通過送水管向所述試驗箱內(nèi)輸入水,從而改變試驗箱中水體的液面高度。
[0016]向操作模塊中輸入一個或者多個水位設(shè)定值和每個水位設(shè)定值所對應(yīng)的設(shè)定時間，步驟(6)中，利用電子標尺對所述試驗箱內(nèi)的水位高度進行監(jiān)測，并將監(jiān)測值傳送至所述操作模塊，所述操作模塊將接收到的監(jiān)測值信息與水位設(shè)定值進行比對并根據(jù)比對結(jié)果向所述液體輸送機構(gòu)下達指令，所述液體輸送機構(gòu)收到指令后調(diào)節(jié)與其連接的抽水管的抽水量和送水管的送水量,從而改變所述試驗箱中水體的液面高度。
[0017]在步驟(I)中使用沉積物采樣裝置采集所述采樣點處的沉積物；所述沉積物采樣裝置包括:
一個圓柱形的有機玻璃管，所述有機玻璃管的底端開口設(shè)置，頂端設(shè)置有橡膠蓋；抽氣管，一端貫穿所述橡膠蓋設(shè)置，延伸至所述有機玻璃管的內(nèi)部；另一端與抽氣裝置連接；
盛水腔，設(shè)置在位于所述抽氣裝置與所述有機玻璃管之間的抽氣管上。
[0018]本發(fā)明中所述DO值是指溶解氧含量，Eh值是指溶液的氧化-還原電位。
[0019]本發(fā)明所述的模擬水位變化對沉積物氮磷和重金屬釋放風險影響的裝置，優(yōu)點在于:
(I)本發(fā)明所述的模擬水位變化對沉積物氮磷和重金屬釋放風險影響的裝置，在所述所述試驗箱內(nèi)設(shè)置有多個臺階，所述多個臺階的高度呈梯度設(shè)置，在每個所述臺階上設(shè)置有用于盛放沉積物的置放槽；由于實際的湖泊面積較大，沉積物高程波動較大，野外現(xiàn)場無法按照試驗?zāi)繕嗽O(shè)定高程梯度變化，而本裝置通過多個臺階的設(shè)置能夠有效模擬沉積物的高程梯度。同時，本發(fā)明所述模擬裝置還設(shè)置有水體在線檢測系統(tǒng)和送氣管，從而可以對水樣中的DO值含量進行調(diào)節(jié)，模擬出真實的水深環(huán)境(水深越深，DO含量越低)。
[0020]野外的模擬受外界因素影響較多，無法判斷沉積物氮磷和重金屬風險變化是否是因為水位的變化的影響，而本發(fā)明中的室內(nèi)模擬裝置能夠最大程度地減少其他影響因素的干擾。
[0021]本發(fā)明所述的模擬水位變化對沉積物氮磷和重金屬釋放風險影響的裝置，實現(xiàn)實驗室水位真實模擬控制一實時監(jiān)測一水體、顆粒物和沉積物、沉積物間隙水以及上覆水樣品采集系統(tǒng)聯(lián)合運轉(zhuǎn)，可以獲得連續(xù)而且較為全面的數(shù)據(jù)，有助于科學(xué)問題更加深入的揭示；且所述室內(nèi)模擬裝置操作省時、省力，占地小，成本低，維護也較為簡單。
[0022]本發(fā)明中水樣通過板式磷酸鹽或者重金屬DGT探針時，難溶的基質(zhì)被板式磷酸鹽和重金屬DGT探針中的濾膜阻隔，溶解態(tài)的重金屬離子和/或磷酸鹽通過濾膜和擴散層到達板式重金屬和/或磷酸鹽DGT探針中的吸附層被固定后定期取出，測定板式磷酸鹽或者重金屬DGT探針中吸附層的磷酸鹽或者重金屬含量。
[0023](2)本發(fā)明所述的模擬水位變化對沉積物氮磷和重金屬釋放風險影響的裝置，還設(shè)置有顆粒物收集管，所述顆粒物收集管的一端伸入所述試驗箱內(nèi)的水體中，與所述顆粒物收集管的另一端連接設(shè)置有過濾裝置和電機。通過所述顆粒物收集管，可實現(xiàn)樣品的直接、快速分離，提高試驗的精確度，克服了顆粒物中營養(yǎng)鹽和水體間較易轉(zhuǎn)化的難點。
[0024]所述水體在線檢測系統(tǒng)包括:重金屬監(jiān)測探頭可以用于檢測出水體從ppb到ppm的 12 種金屬元素(Al，As, B, Cd, Cr (VI), Cu, Fe, Hg, Mn, Ni, Pb, Zn)(便攜式重金屬檢測儀AVVOR 8000，加拿大AVVOR公司)；氮磷監(jiān)測探頭用于檢測出水體氨氮、總磷、總氮(深圳市昌鴻科技有限公司，PWN-840型);5-Star便攜式pH/ORP/溶解氧/電導(dǎo)率多參數(shù)測量儀(熱電奧立龍公司，美國)用于檢測出水體pH值、DO值、Eh值。
[0025](3)本發(fā)明所述的模擬水位變化對沉積物氮磷和重金屬釋放風險影響的裝置，還設(shè)置有顆粒物收集管，位于所述顆粒物收集管一端的開口設(shè)置在所述試驗箱內(nèi)的水體中，與所述顆粒物收集管的另一端連接設(shè)置有過濾裝置和電機；正對所述顆粒物收集管位于所述水體中的開口處設(shè)置有擋流板，所述擋流板包括一個正對所述開口設(shè)置的平板和兩個分別位于所述平板兩側(cè)的側(cè)板，所述兩個側(cè)板沿從所述平板到所述開口的方向逐漸向外擴張，在每個所述側(cè)板和所述平板之間設(shè)置有l(wèi)_2cm的間隙，所述平板到所述開口的距離為
3-5cm。本發(fā)明通過設(shè)置所述顆粒物收集管，能夠?qū)λw內(nèi)的顆粒物進行過濾收集，同時本發(fā)明通過設(shè)置所述擋流板，其優(yōu)點在于:一方面所述擋流板的設(shè)置能夠使得水箱內(nèi)的液體不會沿著直線路徑進入所述顆粒物收集管，從而能夠有效避免顆粒物收集管吸取液體時產(chǎn)生的擾動對沉積物的氮磷、重金屬釋放產(chǎn)生影響；另一方面，本發(fā)明通過設(shè)置每個所述側(cè)板和所述平板之間設(shè)置有l(wèi)_2cm的間隙，使得各個方向的顆粒物都能夠進入平板和側(cè)板形成的合圍內(nèi)部，從而有效避免因為設(shè)置了擋流板而導(dǎo)致顆粒難以進入其合圍的內(nèi)部，從而導(dǎo)致所述顆粒物收集管難以采集顆粒物的問題。
[0026](4)本發(fā)明所述的模擬水位變化對沉積物氮磷和重金屬釋放風險影響的裝置，還設(shè)置有水位控制系統(tǒng)，所述水位控制系統(tǒng)包括:液體輸送機構(gòu)、抽水管和送水管，其中在正對所述抽水管的抽水口處和正對所述送水管的送水口處均設(shè)置有緩沖板，所述緩沖板為圓弧形板，所述緩沖板的開口朝向所述送水口 /抽水口設(shè)置，所述緩沖板的底端與所述送水口 /抽水口之間的距離為3-5cm。本發(fā)明設(shè)置所述所述緩沖板的優(yōu)點在于，能夠有效避免在向所述試驗箱內(nèi)送水或者抽水過程中因水流擾動而影響沉積物氮磷、重金屬釋放的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實施案例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明，其中
圖1所示是本發(fā)明所述模擬水位變化對沉積物氮磷和重金屬釋放風險影響的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2所示是本發(fā)明所述設(shè)置有水位控制系統(tǒng)和顆粒物收集管的模擬水位變化對沉積物氮磷和重金屬釋放風險影響的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3所示是本發(fā)明所述顆粒物收集管和所述擋流板的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4所示是本發(fā)明所述抽水管、送水管和緩沖板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]其中，附圖標記為:
1-試驗箱；2_臺階；3_沉積物在線檢測系統(tǒng)；4_檢測機構(gòu)；5_水體在線檢測系統(tǒng)；6-顆粒物收集管；7-電子標尺；8_操作模塊；9_抽水管；10_送水管；11_液體輸送機構(gòu)；12-送氣管；13_平板；14_側(cè)板；15-緩沖板；16-抽氣裝置；17-盛水腔；18-有機玻璃管；19-橡膠蓋；20_抽氣管；21_上覆水；22_沉積物。

【具體實施方式】
[0029]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面對本發(fā)明的實施方式作進一步地詳細描述。
[0030]實施例1
本實施例中提供的模擬水位變化對沉積物氮磷和重金屬釋放風險影響的裝置如圖1所示，包括一個試驗箱1，試驗箱I的尺寸為長X寬X高=2米X2米X2米；試驗箱I由鋼化玻璃材料制成，呈透明狀；試驗箱I設(shè)置有五個面，上面與空氣接觸；
在試驗箱I內(nèi)設(shè)置有水體在線檢測系統(tǒng)5，所述水體在線檢測系統(tǒng)5包括重金屬檢測儀、氮磷檢測儀和pH/ORP/溶解氧/電導(dǎo)率/溫度多參數(shù)測量儀，用于檢測水體中的氮濃度、磷濃度、重金屬濃度以及pH值、DO值、Eh值和溫度。
[0031]在所述試驗箱I內(nèi)且位于所述試驗箱I的底面上設(shè)置有5個臺階2，所述5個臺階2的高度呈梯度設(shè)置，在每個所述臺階2上設(shè)置有用于盛放沉積物的置放槽；本實施例中所述5個臺階2緊貼設(shè)置且按照高度由高到低依次排列依次為150cm、120cm、90 cm、60cm,30cm。
[0032]還設(shè)置有沉積物在線檢測系統(tǒng)3和多組板式DGT探針，所述沉積物在線檢測系統(tǒng)3包括多個檢測機構(gòu)4，所述多個檢測機構(gòu)4分別伸入位于所述多個臺階2上的置放槽內(nèi)；每個所述檢測機構(gòu)4均設(shè)置有pH/ORP/溶解氧/電導(dǎo)率/溫度多參數(shù)測量儀，所述pH/ORP/溶解氧/電導(dǎo)率/溫度多參數(shù)測量儀的檢測探頭插入所述沉積物中設(shè)置；每組所述板式DGT探針也分別插入一個置放槽中，每組所述探針包括一個板式磷酸鹽DGT探針和一個板式重金屬探針，所述板式磷酸鹽DGT探針英國DGT Research Ltd公司生產(chǎn)的營養(yǎng)鹽專用沉積物探針(采用DGT技術(shù)研制出的一種新型原位監(jiān)測裝置)；所述板式重金屬探針為英國DGTResearch Ltd公司生產(chǎn)的重金屬專用沉積物探針。
[0033]在所述試驗箱I內(nèi)且位于液面的下方安裝有送氣管12，與所述送氣管12的進氣端連通設(shè)置有氮氣瓶和氧氣瓶。
[0034]本實施例中使用的所述重金屬檢測儀為加拿大AVVOR公司生產(chǎn)的便攜式重金屬檢測儀AVVOR 8000 ;所述氮磷檢測儀為深圳市昌鴻科技有限公司生產(chǎn)的PWN-840型氮磷檢測儀；所述便攜式PH/0RP/溶解氧/電導(dǎo)率/溫度多參數(shù)測量儀為美國熱電奧立龍公司生產(chǎn)的5-Star型多參數(shù)測量儀。
[0035]基于本實施例中所述裝置的模擬實驗方法，包括如下步驟:
(1)對湖泊采樣點處的沉積物表層的DO值進行檢測，完成檢測后采集所述采樣點處的沉積物，本實施例中所述采樣點的高程為150cm ;
(2)將步驟(I)中原位采集的沉積物分成多份，分別放置在位于所述多個臺階2上的置放槽內(nèi)；
(3)向所述試驗箱I中注入水體，所述水體的液面高度為170cm;
(4)通過調(diào)節(jié)送氣管12的送氣量使得水體中的DO值與步驟(I)中檢測的DO值相等；
(5)利用所述水體在線檢測系統(tǒng)5在線檢測水體中的氮濃度、磷濃度、重金屬濃度、pH值、DO值、Eh值，利用沉積物在線檢測系統(tǒng)3在線檢測各個沉積物樣品的pH值、DO值和Eh值；同時利用多組板式磷酸鹽和重金屬DGT探針測定沉積物中的磷酸鹽和重金屬的濃度；
(6)步驟(5)中的檢測完成后，依次降低所述試驗箱I中水體的液面高度至140cm、110cm、80cm和50cm,且重復(fù)步驟(4) - (5),對步驟(4)中的測量結(jié)果進行記錄和分析。
[0036]實施例2
本實施例中所述的模擬水位變化對沉積物氮磷和重金屬釋放風險影響的裝置如圖2所示，本實施例中所述的裝置在實施例1的基礎(chǔ)上還設(shè)置有:
顆粒物收集管6，顆粒物收集管6顆粒物收集管6位于所述顆粒物收集管6 —端的開口設(shè)置在所述試驗箱I內(nèi)的水體中，與所述顆粒物收集管6的另一端連接設(shè)置有過濾裝置和電機；正對所述顆粒物收集管6位于所述水體中的開口處設(shè)置有擋流板，所述擋流板包括一個正對所述開口設(shè)置的平板13和兩個分別位于所述平板13兩側(cè)的側(cè)板14，所述兩個側(cè)板14設(shè)置在所述平板13和所述開口之間，所述兩個側(cè)板14沿從所述平板13到所述開口的方向逐漸向外擴張，在每個所述側(cè)板14和所述平板13之間設(shè)置有l(wèi)-2cm的間隙，所述平板13到所述開口的距離為3-5cm。
[0037]還設(shè)置有水位控制系統(tǒng)，所述水位控制系統(tǒng)包括:
液體輸送機構(gòu)11 ;
抽水管9和送水管10，分別有一端與所述液體輸送機構(gòu)11連通設(shè)置，另一端設(shè)置在所述試驗箱I內(nèi)水體液面下方；
在正對所述送水管10位于所述水體液面下方的送水口處以及正對所述抽水管9位于所述水體液面下方的抽水口處分別設(shè)置有緩沖板15，所述緩沖板15為圓弧形板，其中，位于正對所述送水口處的所述緩沖板15的開口朝向所述送水口設(shè)置；位于正對所述抽水口處的所述緩沖板15的開口朝向所述抽水口設(shè)置；位于所述送水口處的所述緩沖板15的底部到所述送水口處的距離與位于所述抽水口處的所述緩沖板15的底部到所述抽水口處的距離設(shè)置為3-5cm。
[0038]操作模塊8，與所述液體輸送機構(gòu)11連接設(shè)置，用于輸入水位設(shè)定值和設(shè)定時間，并適宜于向所述輸送裝置下達指令控制所述入水管的送水量和所述出水管的抽水量；
電子標尺7，與所述操作模塊8連接設(shè)置，所述電子標尺7對所述試驗箱I內(nèi)的水位高度進行監(jiān)測，并將監(jiān)測值傳送至所述操作模塊8。
[0039]基于本實施例所述裝置的模擬實驗方法，其特征在于，包括如下步驟:
(1)對湖泊采樣點處的沉積物表層的DO值進行檢測，完成檢測后采集所述采樣點處的沉積物；
(2)將步驟(I)中原位采集的沉積物分成多份，分別放置在位于所述多個臺階2上的置放槽內(nèi)；
(3)向所述試驗箱I中注入水體；
(4)通過調(diào)節(jié)送氣管12的送氣量使得水體中的DO值與步驟(I)中檢測的DO值相等；向操作模塊8中輸入多個水位設(shè)定值和每個所述水位設(shè)定值的設(shè)定時間；
(5)利用所述水體在線檢測系統(tǒng)5在線檢測水體中的氮濃度、磷濃度、重金屬濃度、pH值、DO值、Eh值，利用沉積物在線檢測系統(tǒng)3在線檢測各個沉積物樣品的pH值、DO值和Eh值；同時利用多組板式磷酸鹽和重金屬DGT探針測定沉積物中的磷酸鹽和重金屬的濃度；使用顆粒物收集管6采集所述試驗箱I內(nèi)的水樣，利用所述過濾裝置過濾出水樣中的顆粒物樣品。
[0040](6)步驟(5)中的檢測完成后，利用電子標尺7對所述試驗箱I內(nèi)的水位高度進行監(jiān)測，并將監(jiān)測值傳送至所述操作模塊8，所述操作模塊8將接收到的監(jiān)測值信息與水位設(shè)定值進行比對并根據(jù)比對結(jié)果向所述液體輸送機構(gòu)11下達指令，所述液體輸送機構(gòu)11收到指令后調(diào)節(jié)與其連接的抽水管9的抽水量和送水管10的送水量，從而改變所述試驗箱I中水樣的液面高度，再次重復(fù)步驟(4)- (5)，直至完成不同液面高度下的模擬實驗。
[0041]本實施里在步驟(I)中使用沉積物采樣裝置采集所述采樣點處的沉積物，同時所述沉積物采樣裝置還能夠采集沉積物的間隙水和上覆水；所述沉積物采樣裝置包括:
一個圓柱形的有機玻璃管18，所述有機玻璃管18的底端開口設(shè)置，頂端設(shè)置有橡膠蓋
19 ；
抽氣管20，一端貫穿所述橡膠蓋19設(shè)置，延伸至所述有機玻璃管18的內(nèi)部；另一端與抽氣裝置16連接；
盛水腔17，設(shè)置在位于所述抽氣裝置16與所述有機玻璃管18之間的抽氣管20上；在進行采樣時將所述有機玻璃管18插入沉積物22中，蓋上蓋子，利用所述抽氣裝置16將位于沉積物上方的上覆水21抽至所述盛水腔17中，抽完后拔出玻璃管，將沉積物帶出，即完成采樣。
[0042]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種模擬水位變化對沉積物氮磷和重金屬釋放風險影響的裝置，包括: 試驗箱； 水體在線檢測系統(tǒng)，包括重金屬檢測儀、氮磷檢測儀和ρΗ/ORP/溶解氧/電導(dǎo)率多參數(shù)測量儀，用于檢測試驗箱內(nèi)水體中的氮濃度、磷濃度、重金屬濃度、pH值、DO值、Eh值、電導(dǎo)率值； 其特征在于，還包括: 多個臺階，設(shè)置在所述試驗箱內(nèi)，所述多個臺階的高度呈梯度設(shè)置，在每個所述臺階上設(shè)置有用于盛放沉積物的置放槽； 沉積物在線檢測系統(tǒng)，包括多個檢測機構(gòu)，所述多個檢測機構(gòu)分別伸入位于所述多個臺階上的置放槽內(nèi)，每個所述檢測機構(gòu)適宜于檢測沉積物樣品的PH值、DO值、Eh值； 多組板式磷酸鹽和/或重金屬DGT探針，分別插入所述多個置放槽內(nèi)設(shè)置； 送氣管，設(shè)置在所述試驗箱內(nèi)且位于液面的下方，與所述送氣管連通設(shè)置有氮氣瓶和氧氣瓶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬水位變化對沉積物氮磷和重金屬釋放風險影響的裝置，其特征在于，還設(shè)置有顆粒物收集管，位于所述顆粒物收集管一端的開口設(shè)置在所述試驗箱內(nèi)的水體中，與所述顆粒物收集管的另一端連接設(shè)置有過濾裝置和電機； 正對所述顆粒物收集管位于所述水體中的開口處設(shè)置有擋流板，所述擋流板包括一個正對所述開口設(shè)置的平板和兩個分別位于所述平板兩側(cè)的側(cè)板，所述兩個側(cè)板沿從所述平板到所述開口的方向逐漸向外擴張，在每個所述側(cè)板和所述平板之間設(shè)置有l(wèi)_2cm的間隙，所述平板到所述開口的距離為3-5cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的模擬水位變化對沉積物氮磷和重金屬釋放風險影響的裝置，其特征在于，所述多個臺階緊貼設(shè)置且按照高度由高到低依次排列，每兩個相鄰臺階之間的高度差為30cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的模擬水位變化對沉積物氮磷和重金屬釋放風險影響的裝置，其特征在于，還設(shè)置有水位控制系統(tǒng)，所述水位控制系統(tǒng)包括: 液體輸送機構(gòu)； 抽水管和送水管，分別有一端與所述液體輸送機構(gòu)連通設(shè)置，另一端設(shè)置在所述試驗箱內(nèi)水體液面下方； 在正對所述送水管位于所述水體液面下方的送水口處以及正對所述抽水管位于所述水體液面下方的抽水口處分別設(shè)置有緩沖板，所述緩沖板為圓弧形板，其中，位于正對所述送水口處的所述緩沖板的開口朝向所述送水口設(shè)置；位于正對所述抽水口處的所述緩沖板的開口朝向所述抽水口設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模擬水位變化對沉積物氮磷和重金屬釋放風險影響的裝置，其特征在于，所述水位控制系統(tǒng)還包括: 操作模塊，與所述液體輸送機構(gòu)連接設(shè)置，用于輸入水位設(shè)定值和設(shè)定時間，并適宜于向所述輸送裝置下達指令控制所述入水管的送水量和所述出水管的抽水量； 電子標尺，與所述操作模塊連接設(shè)置，所述電子標尺對所述試驗箱內(nèi)的水位高度進行監(jiān)測，并將監(jiān)測值傳送至所述操作模塊。
6.基于權(quán)利要求1所述裝置的模擬實驗方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)對湖泊采樣點處的沉積物表層的DO值進行檢測，完成檢測后采集所述采樣點處的沉積物； (2)將步驟(I)中原位采集的沉積物分成多份，分別放置在位于所述多個臺階上的置放槽內(nèi)； (3)向所述試驗箱中注入水體； (4)通過調(diào)節(jié)送氣管的送氣量使得水體中的DO值與步驟(I)中檢測的DO值相等； (5)利用所述水體在線檢測系統(tǒng)在線檢測水體中的氮濃度、磷濃度、重金屬濃度、pH值、DO值、Eh值，利用沉積物在線檢測系統(tǒng)在線檢測各個沉積物樣品的pH值、DO值和Eh值；同時利用多組板式磷酸鹽和/或重金屬DGT探針測定沉積物中的磷酸鹽和/或重金屬的濃度； (6)步驟(5)中的檢測完成后，改變所述試驗箱中水體的液面高度，再次重復(fù)步驟(4)- (5)，直至完成不同液面高度下的模擬實驗。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的模擬實驗方法，其特征在于，步驟(5)中，還使用顆粒物收集管采集所述試驗箱內(nèi)的水樣和顆粒物樣品。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的模擬實驗方法，其特征在于，步驟(6)中，利用液體輸送機構(gòu)通過抽水管對所述試驗箱內(nèi)水體液面進行抽水；利用液體輸送機構(gòu)通過送水管向所述試驗箱內(nèi)輸入水，從而改變試驗箱中水體的液面高度。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7或8所述的模擬實驗方法，其特征在于，向操作模塊中輸入一個或者多個水位設(shè)定值和每個水位設(shè)定值所對應(yīng)的設(shè)定時間，步驟(6)中，利用電子標尺對所述試驗箱內(nèi)的水位高度進行監(jiān)測，并將監(jiān)測值傳送至所述操作模塊，所述操作模塊將接收到的監(jiān)測值信息與水位設(shè)定值進行比對并根據(jù)比對結(jié)果向所述液體輸送機構(gòu)下達指令，所述液體輸送機構(gòu)收到指令后調(diào)節(jié)與其連接的抽水管的抽水量和送水管的送水量，從而改變所述試驗箱中水體的液面高度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的模擬實驗方法，其特征在于，在步驟(I)中使用沉積物采樣裝置采集所述采樣點處的沉積物；所述沉積物采樣裝置包括: 一個圓柱形的有機玻璃管，所述有機玻璃管的底端開口設(shè)置，頂端設(shè)置有橡膠蓋； 抽氣管，一端貫穿所述橡膠蓋設(shè)置，延伸至所述有機玻璃管的內(nèi)部；另一端與抽氣裝置連接； 盛水腔，設(shè)置在位于所述抽氣裝置與所述有機玻璃管之間的抽氣管上。
【文檔編號】G01N33/00GK104360014SQ201410512371
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】王圣瑞, 倪兆奎, 席海燕 申請人:中國環(huán)境科學(xué)研究院