一種模擬不同作用下污染物遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的裝置及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種模擬農(nóng)村河道、溝渠中污染物遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的裝置及方法，涉及農(nóng)村地區(qū)生活污水處理設(shè)施出水在向自然水體輸送過(guò)程中污染物的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究領(lǐng)域。裝置由有機(jī)玻璃罩和雙層PVC槽兩部分組成，通過(guò)雙層PVC槽內(nèi)的7段邊溝模擬自然河道的稀釋、蒸發(fā)、土壤吸附、微生物降解以及植物吸收作用，通過(guò)單因素或多因素組合方式模擬不同作用下的污染物遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，以及污染物遷移過(guò)程對(duì)地下水的影響。本發(fā)明提供的裝置與方法，操作簡(jiǎn)單，適用范圍廣，以實(shí)驗(yàn)室常用藥品配水或直接取用設(shè)施出水和河水，可為研究農(nóng)村污水處理設(shè)施出水中污染物在河道、溝渠中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律提供有效的技術(shù)方法和手段。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種模擬不同作用下污染物遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及農(nóng)村生活污水處理設(shè)施出水在向自然水體輸送過(guò)程中污染物的迀移轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，農(nóng)村污水治理工作在我國(guó)部分地區(qū)得到快速推進(jìn)，但我國(guó)尚未制定一部針對(duì)農(nóng)村污水治理的污染物國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，有關(guān)農(nóng)村分散污水處理設(shè)施的排放標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題一直處于較為模糊的狀態(tài)。為了解決上述問(wèn)題，需要開(kāi)展圍繞設(shè)施出水輸送過(guò)程的研究，摸清設(shè)施出水在輸送過(guò)程的典型環(huán)境行為與污染物的迀移轉(zhuǎn)化規(guī)律，利用水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)反演出污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)施出水進(jìn)入受納水體之前一般先流經(jīng)村內(nèi)溝渠、自然河道等。由于農(nóng)村污水處理設(shè)施具有小型化特點(diǎn)，較小的出水流量導(dǎo)致設(shè)施出水在輸送過(guò)程具有很長(zhǎng)的水力停留時(shí)間。在這一時(shí)間尺度下，蒸發(fā)、土壤吸附、微生物降解以及水底及鄰岸植物吸收作用都會(huì)對(duì)設(shè)施出水的水質(zhì)水量產(chǎn)生不可忽略的影響。但目前基本上還沒(méi)有開(kāi)展針對(duì)農(nóng)村地區(qū)的分散污水處理設(shè)施的出水輸送過(guò)程的研究，對(duì)污染物的迀移轉(zhuǎn)化規(guī)律認(rèn)識(shí)不清。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)設(shè)施出水輸送過(guò)程認(rèn)識(shí)不清的問(wèn)題以及農(nóng)村地區(qū)的實(shí)際狀況，本發(fā)明提出一種簡(jiǎn)單、易操作的模擬不同作用下污染物迀移轉(zhuǎn)化規(guī)律的裝置及方法。
[0004]所述的裝置及方法可以模擬設(shè)施出水流經(jīng)自然河道的污染物迀移轉(zhuǎn)化規(guī)律。主要模擬了設(shè)施出水在自然河道中發(fā)生稀釋、蒸發(fā)、土壤吸附、微生物降解以及植物吸收作用，引起的污染物總量和濃度的變化。另外，此裝置還可以模擬污染物在迀移過(guò)程中對(duì)地下水的影響。由于模擬尺寸問(wèn)題，擬采用循環(huán)水流方式。本發(fā)明在裝置結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行了創(chuàng)新。
[0005]所述的模擬裝置由有機(jī)玻璃罩、雙層PVC槽和填充介質(zhì)構(gòu)成。所述的有機(jī)玻璃罩采用長(zhǎng)方體，頂端可以安裝光源，模擬自然光;前面設(shè)置成推拉式，方便內(nèi)部操作和通風(fēng)換氣。所述的雙層PVC槽同樣采用長(zhǎng)方體，兩層PVC板間距優(yōu)選為20?30mm，用于水浴，保持槽體溫度恒定為地下溫度，水浴采用底部進(jìn)水、頂部出水的方式。有機(jī)玻璃罩正好可以插入雙層PVC板間且其底部浸入水下20?30mm。雙層PVC槽內(nèi)部設(shè)有6個(gè)隔板，用以阻擋相鄰兩個(gè)邊溝，模擬循環(huán)水流。雙層PVC槽底部相通，未被隔板隔開(kāi)，供地下水通過(guò)，地下水的進(jìn)水和出水均采用三面均勻布水方式。在雙層PVC槽的前面的中部和底部分別設(shè)置一排取樣口，每個(gè)取樣口連接一個(gè)取樣管，取樣管均勻布置直徑為0.50cm的圓孔，并用雙層無(wú)紡布包裹取樣管，使水能夠透過(guò)無(wú)紡布穿過(guò)取樣管到達(dá)取樣口。填充介質(zhì)包括上下兩層:上層為粘土，填充厚度為70cm，模擬包氣帶;下層為中砂，填充厚度為1cm，粒徑為0.25?0.50mm，模擬含水層。粘土上層開(kāi)挖邊溝，邊溝剖面為梯形，上端15cm，下端9cm，深度12cm，傾角104°，用無(wú)紡布固定防止邊溝坍塌，邊溝內(nèi)部可以接種微生物，底部可以種植小型水草，模擬自然河道。設(shè)施出水采用可移動(dòng)的進(jìn)水裝置進(jìn)入邊溝，進(jìn)水裝置用PVC管采用嵌套方式組裝，進(jìn)水管可以前后左右移動(dòng)。
[0006]模擬裝置采用如下流程進(jìn)行操作:
[0007](I)單因素研究階段，通過(guò)調(diào)節(jié)設(shè)施出水的進(jìn)水速度，控制稀釋倍數(shù);通過(guò)對(duì)邊溝是否接入河流底泥，控制微生物降解作用;通過(guò)對(duì)邊溝底部是否種植水草，控制植物吸收作用。在邊溝沿程取樣，測(cè)定污染物濃度，篩選出對(duì)污染物迀移轉(zhuǎn)化產(chǎn)生顯著影響的關(guān)鍵因素。由于邊溝的蒸發(fā)作用和土壤吸附作用一直存在，本裝置不能對(duì)上述兩種作用進(jìn)行單因素試驗(yàn)研究，只可以研究稀釋、微生物降解和植物吸收這三個(gè)單因素作用下的C0D、氨氮、總氮、總磷等污染物的迀移轉(zhuǎn)化規(guī)律。
[0008](2)多因素研究階段，控制兩個(gè)因素或多個(gè)因素，研究多因素不同組合方式下的污染物迀移轉(zhuǎn)化規(guī)律，篩選出對(duì)污染物迀移轉(zhuǎn)化產(chǎn)生顯著影響的關(guān)鍵組合方式。
[0009](3)地下水影響研究，在上述兩個(gè)步驟中，定期對(duì)地下水取樣，研究污染物迀移過(guò)程對(duì)地下水的短期及長(zhǎng)期累積影響。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:通過(guò)模擬設(shè)施出水在輸送過(guò)程中可能受到的各種作用，來(lái)研究在單因素或多因素作用下不同污染物的迀移轉(zhuǎn)化規(guī)律;通過(guò)實(shí)驗(yàn)室常用藥品配水或直接取用設(shè)施出水和河水，即可維持模擬裝置的長(zhǎng)效運(yùn)行。設(shè)施出水的進(jìn)水方式靈活，可以在邊溝上方任意處進(jìn)水;取樣方便，可以沿邊溝隨處取樣，操作簡(jiǎn)單?？蔀檠芯哭r(nóng)村污水處理設(shè)施出水中污染物在河道、溝渠中的迀移轉(zhuǎn)化規(guī)律提供有效的技術(shù)方法和手段。
【附圖說(shuō)明】
[0011 ]附圖1為模擬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，其中:I有機(jī)玻璃罩，2光源，3邊溝，4取樣口，5水浴，6布水槽和集水槽，7進(jìn)水裝置，8邊溝進(jìn)水口和出水口，9水浴進(jìn)水口和出水口。
[0012]附圖2為附圖1中進(jìn)水裝置的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]實(shí)施例采用附圖所示的模擬裝置，其中，自然河道的模擬是通過(guò)7段90cm長(zhǎng)的邊溝實(shí)現(xiàn)的，對(duì)邊溝進(jìn)行編號(hào)，從左到右依次為A、B、C、D、E、F、G。所用粘土取自農(nóng)田表層土(地面以下O?1cm)，過(guò)0.5cm的篩子，相鄰兩段邊溝采用半圓的方式進(jìn)行連接，減少水流阻力。為了防止邊溝側(cè)面坍塌，用單層無(wú)紡布進(jìn)行固定。模擬的河道河水和設(shè)施出水由實(shí)驗(yàn)室用葡萄糖、氯化銨、硝酸鈉和磷酸二氫鉀配置，選用地表水V類(lèi)水體限值模擬河水水質(zhì)，即C0D40mg/L，氨氮2.0mg/L，總氮2.0mg/L，總磷0.4mg，選用城鎮(zhèn)污水處理廠一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值模擬設(shè)施出水水質(zhì)，即C0D60mg/L，氨氮8.0mg/L，總氮20.0mg/L，總磷Img，其中總氮包括氨氮和硝態(tài)氮。在邊溝B種植20株水草，邊溝D接種500ml河流底泥，邊溝F既種植20株水草又接種500ml河流底泥，其他邊溝(邊溝A、邊溝C、邊溝E和邊溝G)作為空白對(duì)照，既不種植水草，也不接種河流底泥。將水浴的進(jìn)水口連接自來(lái)水，維持槽體溫度在10 °C -15 °C范圍內(nèi)。同樣將雙層PVC槽底部的進(jìn)水槽連接自來(lái)水，控制自來(lái)水流速，用來(lái)模擬地下水流動(dòng)。系統(tǒng)構(gòu)建完成后，向邊溝內(nèi)注入河水配水，充分飽水后，使河流水深維持在1cm左右，并以一定的水流速度不斷進(jìn)水和出水。通過(guò)設(shè)定的稀釋倍數(shù)調(diào)節(jié)設(shè)施出水配水的流速，采用連續(xù)進(jìn)水或間歇進(jìn)水的方式進(jìn)入邊溝。裝置連續(xù)運(yùn)行兩個(gè)月，每隔2天在各個(gè)邊溝及地下水取樣口處取樣，測(cè)定C0D、氨氮、硝態(tài)氮、總氮、總磷的濃度，分析在不同作用下污染物的迀移轉(zhuǎn)化規(guī)律。
[0014]7段邊溝所模擬的多因素組合方式:邊溝A:蒸發(fā)+土壤吸附，邊溝B:蒸發(fā)+土壤吸附+植物吸收，邊溝C:蒸發(fā)+土壤吸附，邊溝D:蒸發(fā)+土壤吸附+微生物降解，邊溝E:蒸發(fā)+土壤吸附，邊溝F:蒸發(fā)+土壤吸附+植物吸收+微生物降解，邊溝G:蒸發(fā)+土壤吸附。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種模擬不同作用下污染物迀移轉(zhuǎn)化規(guī)律的裝置及方法，其特征在于:裝置由有機(jī)玻璃罩、雙層PVC槽和填充介質(zhì)構(gòu)成，模擬農(nóng)村污水處理設(shè)施出水中污染物在河道、溝渠中的迀移轉(zhuǎn)化規(guī)律，設(shè)施出水采用可移動(dòng)的進(jìn)水裝置進(jìn)入邊溝。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬裝置及方法，其特征在于:填充介質(zhì)包括上下兩層:上層為粘土，填充厚度為70cm，模擬包氣帶；下層為中砂，填充厚度為10cm，粒徑為0.25?0.50mm，模擬含水層。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬裝置及方法，其特征在于:可移動(dòng)的進(jìn)水裝置用PVC管采用嵌套方式組裝，進(jìn)水管可以前后左右移動(dòng)，可以在邊溝上方任意處進(jìn)水;設(shè)施出水可采用實(shí)驗(yàn)室常用藥品配水或直接取用污水處理設(shè)施的出水。
【文檔編號(hào)】G01N33/18GK105954486SQ201610304900
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月10日
【發(fā)明人】范彬, 穆丹丹, 朱仕坤, 曲波
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心