专利名称：一种研究地下水砷转化的实验装置及监测方法
技术领域：
本发明涉及一种实验装置及监测方法，具体涉及一种研究地下水砷转化的实验装置及监测方法。
背景技术：
随着世界各国工业化和城市化的迅速发展，一些地区的环境问题日益突出，尤其是地下水环境污染问题异常严重。目前，地下水中砷等污染是全球饮用水的主要威胁之一， 据不完全统计，全世界约有超过一亿人存在饮用砷污染地下水的问题，砷是一种典型的致癌物质，长期暴露在高砷环境下可引发皮肤及各种器官的癌症，损害人的神经系统，破坏肝脏和肾脏，如果长期饮用高砷水，可引起以皮肤色素脱失、角化、着色及癌变，造成脑神经和周围神经损伤，特别是掌柘角化，直接影响劳动能力。砷含量的异常不仅是当前国际社会面临的严重环境地质问题，也成为国际水文地球化学界广泛关注的难题，地下水砷等复合污染的危害性也越来越引起人们的重视，因此砷复合污染的形成机理国内外人员较为关注， 然而目前缺少成熟的实验设备和在线监测方法模拟砷复合污染物在地下水流动过程中的迁移和转化。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提出了一种研究地下水砷转化的实验装置及监测方法，主要包括实验装置和在线监测仪器；所述实验装置部分主要由透明的PVC和玻璃制作，所述在线监测仪器主要包括计算机、分析仪器和外接感应探头；本发明提供一种切实可行的模拟装置和在线监测方法，来模拟污染地下水中砷复合污染物的迁移和转化，为地下水砷污染的机理和地下水环境的管理提供科学参考和理论研究基础，跟踪观测模拟地下水中砷复合污染的迁移和转化，解决受点源和非点源污染地下水中砷的迁移转化的科学问题。本发明的技术方案为一种研究地下水砷转化的实验装置，所述实验装置包括四部分配水箱、恒压配水柱、含水层水室和在线监测仪器；所述配水箱由箱体和水位监测装置组成，箱体为密封结构，箱体内部的水面安装浮球阀，底部留有配水箱放空管，所述箱体由有机玻璃材料制成，预留氮气注入口 ；所述恒压配水柱由有机玻璃制成，底部设有固定装置，下部设有注水孔，中部设有预留口，上部设恒压配水柱排水口 ；所述含水层水室由PVC材料组成，前后设有缓冲水室，上面均设有非承压板，所述缓冲室中部设有预留口与恒压配水柱的预留口相连，底部为混凝土基础，中间水室的上面设有承压板，水室上部等距插入数只测压管，侧面均勻分布着采样口。所述在线监测仪器由电脑、检测仪器和外接传感器探头组成。一种研究地下水砷转化的监测方法，其步骤为1)配置含砷复合污染物的溶液，确定污染源类型，根据所模拟的地下水流速确定恒压配水柱的排水口高度和计算两缓冲水室中测压管的高差；2)砷复合污染迁移和转化试验，将配水箱充水，打开水泵开关，用氮气排除多余的空气，打开恒压配水柱中间的开关，含水层水室注满水后，向承压板上放置重物，使含水层水室两端缓冲室中测压管页面高差满足预定值，可根据伯努利方程计算所需的液面差值， 根据所选择的地下水污染源类型进行砷复合污染的投加，通过含水层水室侧面可实时观测迁移转化情况，试验结束后，水箱停止注水，排空恒压配水柱和含水层水室剩余的水，关闭水泵，关闭在线监测电源。3)待在线分析仪器对所有采样口检测完后，对于实验数据采用SPSS系列软件进行处理，对水平和垂直方向进行实验数据分析。本发明具有如下有益效果1)本发明装置能在室内和室外模拟受砷等复合污染的地下水环境，其运行简单、 操作方便；2)本发明装置不仅可以模拟受点源污染的地下水环境，还可以模拟受非点源污染的地下水环境，且模拟多种环境的操作条件可变、可控；3)本发明通过在线监测，能快速跟踪监测受污染地下水中砷复合污染的浓度变化，还可以用于其他重金属污染的迁移转化的模拟，有助于了解受重金属污染地下水的迁移转化机制，为治理污染地下水提供理论参考。
以下结合图1至图2和具体实施方式
进一步说明本发明。图1为本发明模拟地下水砷复合污染的迁移转化和在线监测装置结构示意图；图2模拟含水层水室的平面图；图中，1、配水箱放空管；2、配水箱；3、恒压配水柱；4、恒压配水柱排水口 ；5、水泵； 6、恒压配水柱进水口 ；7、进样口 ；8、前缓冲水室；9、非承压板；10、测压管；11、承压板；12、 含水层水室；13、混凝土基础；14、采样口 ；15、后部非承压板；16、后缓冲水室；17、排水口 ； 18、放空管；19、在线监测探头；20、在线监测仪器；21、非点源污染模拟进样口 ；22、点源污染模拟进样口。
具体实施例方式以下结合图1和图2进一步说明，并非限制本发明所涉及的范围。参见附图所示，本发明包括四部分配水箱2、恒压配水柱3、含水层水室12和在线监测仪器20四部分组成，将配水箱2、恒压配水柱3、含水层水室12和在线监测仪器探头 19连接起来，根据所模拟的地下水流速确定恒压配水柱3的排水口高度和计算前缓冲水室 8和后缓冲水室16中测压管的高差，前缓冲水室8包括进样口 7和非承压板9，后缓冲水室 16包括排水口 17和后部非承压板15，连好配水箱放空管1，打开水泵5开关，通过恒压配水柱排水口 4对恒压配水柱3进行配水，通过恒压配水柱进水口 6，进水水泵5连续运行，使恒压配水柱3水位得以恒定，打开恒压配水柱3中间的开关，对含水层水室12进行充水，充水时采样口 14保持关闭状态，同时观察测压管10中水位的变化，含水层水室12内部设有放空管18，其下方是混凝土基础13，待含水层水室12注满水后，向承压板11上放置重物，使
4含水层水室12两端在后缓冲水室16中测压管液面高差满足预定值，可根据伯努利方程计算所需的液面差值。 当模拟地下水非点源污染时将预先配置好的污染物溶液通过非点源污染模拟进样口 21注入前置后缓冲水室16内的入水口，而模拟点源污染时，则将污染物通过点源污染模拟进样口 22注入水层含水室12始端，当砷污染复合污染注入时，立刻计时，试验运行过程中每IOmin利用外接探头对砷污染浓度进行检测，而每个检测口需检测距离水室壁不同的长度的点，以模拟砷污染在垂直方向的浓度变化，而其它不能在线的污染物可通过含水层水室12上面的采样口 14取样后再分析的方式来对污染物的迁移转化进行模拟，试验结束后，配水箱2停止注水，关闭水泵5，排空恒压配水柱3和含水层水室12剩余的水，待在线监测仪器20对所有采样口检测完后，对于实验数据可采用SPSS系列软件进行处理，对水平和垂直方向进行实验数据分析，使试验结果更加符合于所模拟的地下水砷复合污染的实际状况，关闭在线监测仪器20电源。
权利要求
1.一种研究地下水砷转化的实验装置，其特征在于所述实验装置包括四部分配水箱、恒压配水柱、含水层水室和在线监测仪器；所述配水箱由箱体和水位监测装置组成，箱体为密封结构，箱体内部的水面安装浮球阀，底部留有配水箱放空管，所述箱体由有机玻璃材料制成，预留氮气注入口 ；所述恒压配水柱由有机玻璃制成，底部设有固定装置，下部设有注水孔，中部设有预留口，上部设恒压配水柱排水口；所述含水层水室由PVC材料组成，前后设有缓冲水室，上面均设有非承压板，所述缓冲室中部设有预留口与恒压配水柱的预留口相连，底部为混凝土基础，中间水室的上面设有承压板，水室上部等距插入数只测压管，侧面均勻分布着采样口。
2.根据权利要求1所述的研究地下水砷转化的实验装置，其特征在于所述在线监测仪器由电脑、检测仪器和外接传感器探头组成。
3.一种研究地下水砷转化的监测方法，其步骤为1)配置含砷复合污染物的溶液，确定污染源类型，根据所模拟的地下水流速确定恒压配水柱的排水口高度和计算两缓冲水室中测压管的高差；2)砷复合污染迁移和转化试验，将配水箱充水，打开水泵开关，用氮气排除多余的空气，打开恒压配水柱中间的开关，含水层水室注满水后，向承压板上放置重物，使含水层水室两端缓冲室中测压管页面高差满足预定值，可根据伯努利方程计算所需的液面差值，根据所选择的地下水污染源类型进行砷复合污染的投加，通过含水层水室侧面可实时观测迁移转化情况，试验结束后，水箱停止注水，排空恒压配水柱和含水层水室剩余的水，关闭水泵，关闭在线监测电源。3)待在线分析仪器对所有采样口检测完后，对于实验数据采用SPSS系列软件进行处理，对水平和垂直方向进行实验数据分析。
全文摘要
本发明涉及一种研究地下水砷转化的实验装置及监测方法，主要包括实验装置和在线监测仪器；所述实验装置部分主要由透明的PVC和玻璃制作，所述在线监测仪器主要包括计算机、分析仪器和外接感应探头；本发明提供一种切实可行的模拟装置和在线监测方法，来模拟污染地下水中砷复合污染物的迁移和转化，为地下水砷污染的机理和地下水环境的管理提供科学参考和理论研究基础，跟踪观测模拟地下水中砷复合污染的迁移和转化，解决受点源和非点源污染地下水中砷的迁移转化的科学问题。
文档编号G01N33/18GK102426225SQ20111033504
公开日2012年4月25日 申请日期2011年10月31日 优先权日2011年10月31日
发明者吕谋, 孙英杰, 王刚, 王华伟 申请人:青岛理工大学