收集器5、模拟土柱6。
[0019]具体实施步骤如下:pH调节池3的入水口通过水泵2与原水池I相连，搅拌装置4的入水口通过水泵2与pH调节池3的出水口相连，模拟土柱6的入水口通过蠕动泵与搅拌装置4的出水口相连，将生物炭颗粒悬浮溶液注入模拟土柱6的填充介质中，最终模拟土柱6的出水口通过蠕动泵与自动部分收集器5相连，可设定采样程序，实现不同时间实时采集样品。原水池I的溶液注入瓶设置由两个马氏瓶组成，分别为去离子水注入瓶、高浓度盐溶液注入瓶；其中去离子水注入瓶通过水泵与原水池的底端相连，高浓度盐溶液注入瓶通过水泵与原水池的顶端相连。PH调节池预先放入筛分过的300-400目的生物炭颗粒，然后注入原水池的盐溶液，玻璃棒手动搅拌后，用PH计配合pH缓冲溶液调节溶液pH值。
[0020]参加图5，模拟土柱5为有机玻璃柱，高10cm，内径1.2cm。底部法兰盘10、硅胶垫7、法兰盘10、多孔过滤板8依次安装完成后，将20-30目的石英砂9分层压实，采用湿法装柱。如需进行不饱和试验，打开底部阀门使得清水由上而下常水头流出即可，填充完成后上部依次放入多孔过滤板、法兰盘、娃胶垫、法兰盘即可。
[0021]实施例2
采用实施例1所述装置，采用国药集团20-30目石英砂进行了室内试验，对相同颗粒物浓度、不同离子强度、不同PH值的生物炭颗粒溶液进行了迁移试验，其中生物炭颗粒为300-400目小麦秸杆生物炭，进水生物炭颗粒初始浓度均为0.4g/L，离子强度依次为0、1、20mM, pH值依次为4、6、9，进出水为0.5mL/min均匀流速，模拟土柱为饱和体系，孔隙率为
0.42。
[0022]原水池I中原水依次为0、0.001,0.02mol/L NaCl盐溶液，用蠕动泵2将盐溶液匀速注入pH调节池3中，持续35min。称取一定量的生物炭加入pH调节池中(混匀后控制生物炭溶液初始吸光度为0.7左右，折算浓度约为0.4g/L)，用pH缓冲液调节生物炭盐溶液pH至6，再通过蠕动泵2将生物炭溶液以0.5ml/min注入模拟土柱6中，持续70min。然后用蠕动泵2将相同盐溶液从原水池I中匀速注入pH调节池3中，用pH缓冲液调节生物炭盐溶液PH至6，再用蠕动泵2以0.5ml/min的流速注入模拟土柱中进行生物炭颗粒的洗脱实验，持续120min。实验过程中每2min收集一个出水水样，测定出水中生物炭颗粒的浓度。连续流实验运行结束后，将模拟土柱6中的石英砂按2cm高度平均分割成5份，用去离子水洗涤测定吸附在石英砂中的生物炭的量。实验结果如图1和图2所示，物料平衡计算结果显示此发明装置生物炭回收率超过75%，证明该装置可用来研究生物炭在土壤填充介质中的运动迁移和沉积释放。
[0023]实施例3:原水池中原水为lmmol/LNaCl的盐溶液，用蠕动泵2将溶液匀速注入pH调节池中，用pH缓冲液调节pH至4、6、9，实验步骤同实施例2。实验结果如图2和图3所
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【主权项】
1.一种生物炭在土壤系统中运动迁移的模拟装置，其特征在于:包括原水池、水泵、PH调节池、搅拌装置、模拟土柱和自动部分收集器，其中: 所述原水池包括溶液注入瓶和导管；所述pH调节池包括pH电极、pH计、生物炭颗粒，所述PH电极插入pH调节池内，且pH电极与pH计连接；所述搅拌装置包括磁子，所述磁子位于搅拌装置内，所述搅拌装置上方放置生物炭；所述模拟土柱所述模拟土柱为柱状容器，其内填充有填充介质，柱状容器的上下两端设置有法兰盘，顶端设置有出气孔，上下两端法兰盘内置硅胶垫，在填充介质上下部位分别放置多孔过滤板；所述自动部分收集器包括出水管、定时转盘和出液收集容器； 所述PH调节池的入水口通过水泵与原水池的出水口相连，搅拌装置的入水口通过水泵与PH调节池的出水口相连，模拟土柱的入水口通过蠕动泵与搅拌装置的出水口相连，模拟土柱的出水口通过水泵与自动部分收集器相连。
2.根据权利要求1所述的一种生物炭在土壤系统中运动迁移的模拟装置，其特征在于:所述溶液注入瓶设置有两个，分别为去离子水注入瓶、高浓度盐溶液注入瓶；其中去离子水注入瓶通过水泵与原水池的底端相连，高浓度盐溶液注入瓶通过水泵与原水池的顶端相连。
3.根据权利要求1或2所述的一种生物炭在土壤系统中运动迁移的模拟装置，其特征在于:所述溶液注入瓶为马氏瓶。
4.根据权利要求1所述的一种生物炭在土壤系统中运动迁移的模拟装置，其特征在于:所述PH调节池预先放入筛分过的300-400目的生物炭颗粒，然后注入原水池的盐溶液，玻璃棒手动搅拌后，最后放入pH电极调节溶液pH值。
5.根据权利要求1所述的一种生物炭在土壤系统中运动迁移的模拟装置，其特征在于:所述搅拌装置内磁子在整个过程一直处于定速搅拌的状态，保证生物炭颗粒均匀分散于溶液中。
6.根据权利要求1所述的一种生物炭在土壤系统中运动迁移的模拟装置，其特征在于:所述模拟土柱放置多孔过滤板，用于保证进出水的在整个截面的均匀分布；控制模拟土柱进水口和出水口流速为0.5mL/min。
7.根据权利要求1所述的一种生物炭在土壤系统中运动迁移的模拟装置，其特征在于:所述模拟土柱材质采用有机玻璃，高10cm，内径1.2cm ;所述填充介质为20-30目的石英砂。
8.根据权利要求1所述的一种生物炭在土壤系统中运动迁移的模拟装置，其特征在于:所述自动部分收集器的定时转盘为每隔2min转动一次；出液收集容器为100支5mL试管。
9.根据权利要求1所述的一种生物炭在土壤系统中运动迁移的模拟装置，其特征在于:所述水泵为通道数显蠕动泵。
【专利摘要】本发明涉及一种生物炭在土壤系统中运动迁移的模拟装置。包括原水池、水泵、pH调节池、搅拌装置、模拟土柱和自动部分收集器。原水池包括溶液注入瓶和导管；pH调节池包括pH电极、pH计、生物炭颗粒；搅拌装置包括磁子、搅拌装置；模拟土柱上下两端设有阀门，顶端设有出气孔，上下两端法兰盘内置硅胶垫，在填充介质上下部位分别放置多孔过滤板；自动部分收集器包括出水管、定时转盘和出液收集容器；pH调节池的入水口与原水池相连，搅拌装置的入水口与pH调节池的出水口相连，模拟土柱的入水口与搅拌装置的出水口相连，模拟土柱的出水口与自动部分收集器相连。本发明可实时获得生物炭浓度在时间和空间上的分布情况以及出液体积的实时变化，具有自动化程度高、精确度高、实验装置体积小、干扰因素少、条件易控制等特点。
【IPC分类】G01N33-00
【公开号】CN104535716
【申请号】CN201410721416
【发明人】桑文静, 张亚雷, 王道京, 周雪飞, 沈峥
【申请人】同济大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月3日