一种模拟不同作用下污染物迁移转化规律的装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种模拟农村河道、沟渠中污染物迁移转化规律的装置及方法，涉及农村地区生活污水处理设施出水在向自然水体输送过程中污染物的迁移转化规律的研究领域。装置由有机玻璃罩和双层PVC槽两部分组成，通过双层PVC槽内的7段边沟模拟自然河道的稀释、蒸发、土壤吸附、微生物降解以及植物吸收作用，通过单因素或多因素组合方式模拟不同作用下的污染物迁移转化规律，以及污染物迁移过程对地下水的影响。本发明提供的装置与方法，操作简单，适用范围广，以实验室常用药品配水或直接取用设施出水和河水，可为研究农村污水处理设施出水中污染物在河道、沟渠中的迁移转化规律提供有效的技术方法和手段。
【专利说明】
一种模拟不同作用下污染物迁移转化规律的装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及农村生活污水处理设施出水在向自然水体输送过程中污染物的迀移转化规律的研究领域。
【背景技术】
[0002]近年来，农村污水治理工作在我国部分地区得到快速推进，但我国尚未制定一部针对农村污水治理的污染物国家排放标准，有关农村分散污水处理设施的排放标准问题一直处于较为模糊的状态。为了解决上述问题，需要开展围绕设施出水输送过程的研究，摸清设施出水在输送过程的典型环境行为与污染物的迀移转化规律，利用水环境质量标准反演出污染物排放标准。设施出水进入受纳水体之前一般先流经村内沟渠、自然河道等。由于农村污水处理设施具有小型化特点，较小的出水流量导致设施出水在输送过程具有很长的水力停留时间。在这一时间尺度下，蒸发、土壤吸附、微生物降解以及水底及邻岸植物吸收作用都会对设施出水的水质水量产生不可忽略的影响。但目前基本上还没有开展针对农村地区的分散污水处理设施的出水输送过程的研究，对污染物的迀移转化规律认识不清。
【发明内容】
[0003]针对设施出水输送过程认识不清的问题以及农村地区的实际状况，本发明提出一种简单、易操作的模拟不同作用下污染物迀移转化规律的装置及方法。
[0004]所述的装置及方法可以模拟设施出水流经自然河道的污染物迀移转化规律。主要模拟了设施出水在自然河道中发生稀释、蒸发、土壤吸附、微生物降解以及植物吸收作用，引起的污染物总量和浓度的变化。另外，此装置还可以模拟污染物在迀移过程中对地下水的影响。由于模拟尺寸问题，拟采用循环水流方式。本发明在装置结构方面进行了创新。
[0005]所述的模拟装置由有机玻璃罩、双层PVC槽和填充介质构成。所述的有机玻璃罩采用长方体，顶端可以安装光源，模拟自然光;前面设置成推拉式，方便内部操作和通风换气。所述的双层PVC槽同样采用长方体，两层PVC板间距优选为20?30mm，用于水浴，保持槽体温度恒定为地下温度，水浴采用底部进水、顶部出水的方式。有机玻璃罩正好可以插入双层PVC板间且其底部浸入水下20?30mm。双层PVC槽内部设有6个隔板，用以阻挡相邻两个边沟，模拟循环水流。双层PVC槽底部相通，未被隔板隔开，供地下水通过，地下水的进水和出水均采用三面均匀布水方式。在双层PVC槽的前面的中部和底部分别设置一排取样口，每个取样口连接一个取样管，取样管均匀布置直径为0.50cm的圆孔，并用双层无纺布包裹取样管，使水能够透过无纺布穿过取样管到达取样口。填充介质包括上下两层:上层为粘土，填充厚度为70cm，模拟包气带;下层为中砂，填充厚度为1cm，粒径为0.25?0.50mm，模拟含水层。粘土上层开挖边沟，边沟剖面为梯形，上端15cm，下端9cm，深度12cm，倾角104°，用无纺布固定防止边沟坍塌，边沟内部可以接种微生物，底部可以种植小型水草，模拟自然河道。设施出水采用可移动的进水装置进入边沟，进水装置用PVC管采用嵌套方式组装，进水管可以前后左右移动。
[0006]模拟装置采用如下流程进行操作:
[0007](I)单因素研究阶段，通过调节设施出水的进水速度，控制稀释倍数;通过对边沟是否接入河流底泥，控制微生物降解作用;通过对边沟底部是否种植水草，控制植物吸收作用。在边沟沿程取样，测定污染物浓度，筛选出对污染物迀移转化产生显著影响的关键因素。由于边沟的蒸发作用和土壤吸附作用一直存在，本装置不能对上述两种作用进行单因素试验研究，只可以研究稀释、微生物降解和植物吸收这三个单因素作用下的C0D、氨氮、总氮、总磷等污染物的迀移转化规律。
[0008](2)多因素研究阶段，控制两个因素或多个因素，研究多因素不同组合方式下的污染物迀移转化规律，筛选出对污染物迀移转化产生显著影响的关键组合方式。
[0009](3)地下水影响研究，在上述两个步骤中，定期对地下水取样，研究污染物迀移过程对地下水的短期及长期累积影响。
[0010]本发明的优点是:通过模拟设施出水在输送过程中可能受到的各种作用，来研究在单因素或多因素作用下不同污染物的迀移转化规律;通过实验室常用药品配水或直接取用设施出水和河水，即可维持模拟装置的长效运行。设施出水的进水方式灵活，可以在边沟上方任意处进水;取样方便，可以沿边沟随处取样，操作简单。可为研究农村污水处理设施出水中污染物在河道、沟渠中的迀移转化规律提供有效的技术方法和手段。
【附图说明】
[0011 ]附图1为模拟装置的结构示意图，其中:I有机玻璃罩，2光源，3边沟，4取样口，5水浴，6布水槽和集水槽，7进水装置，8边沟进水口和出水口，9水浴进水口和出水口。
[0012]附图2为附图1中进水装置的俯视图。
【具体实施方式】
[0013]实施例采用附图所示的模拟装置，其中，自然河道的模拟是通过7段90cm长的边沟实现的，对边沟进行编号，从左到右依次为A、B、C、D、E、F、G。所用粘土取自农田表层土(地面以下O?1cm)，过0.5cm的筛子，相邻两段边沟采用半圆的方式进行连接，减少水流阻力。为了防止边沟侧面坍塌，用单层无纺布进行固定。模拟的河道河水和设施出水由实验室用葡萄糖、氯化铵、硝酸钠和磷酸二氢钾配置，选用地表水V类水体限值模拟河水水质，即C0D40mg/L，氨氮2.0mg/L，总氮2.0mg/L，总磷0.4mg，选用城镇污水处理厂一级B标准规定的标准值模拟设施出水水质，即C0D60mg/L，氨氮8.0mg/L，总氮20.0mg/L，总磷Img，其中总氮包括氨氮和硝态氮。在边沟B种植20株水草，边沟D接种500ml河流底泥，边沟F既种植20株水草又接种500ml河流底泥，其他边沟(边沟A、边沟C、边沟E和边沟G)作为空白对照，既不种植水草，也不接种河流底泥。将水浴的进水口连接自来水，维持槽体温度在10 °C -15 °C范围内。同样将双层PVC槽底部的进水槽连接自来水，控制自来水流速，用来模拟地下水流动。系统构建完成后，向边沟内注入河水配水，充分饱水后，使河流水深维持在1cm左右，并以一定的水流速度不断进水和出水。通过设定的稀释倍数调节设施出水配水的流速，采用连续进水或间歇进水的方式进入边沟。装置连续运行两个月，每隔2天在各个边沟及地下水取样口处取样，测定C0D、氨氮、硝态氮、总氮、总磷的浓度，分析在不同作用下污染物的迀移转化规律。
[0014]7段边沟所模拟的多因素组合方式:边沟A:蒸发+土壤吸附，边沟B:蒸发+土壤吸附+植物吸收，边沟C:蒸发+土壤吸附，边沟D:蒸发+土壤吸附+微生物降解，边沟E:蒸发+土壤吸附，边沟F:蒸发+土壤吸附+植物吸收+微生物降解，边沟G:蒸发+土壤吸附。
【主权项】
1.一种模拟不同作用下污染物迀移转化规律的装置及方法，其特征在于:装置由有机玻璃罩、双层PVC槽和填充介质构成，模拟农村污水处理设施出水中污染物在河道、沟渠中的迀移转化规律，设施出水采用可移动的进水装置进入边沟。2.根据权利要求1所述的模拟装置及方法，其特征在于:填充介质包括上下两层:上层为粘土，填充厚度为70cm，模拟包气带；下层为中砂，填充厚度为10cm，粒径为0.25?0.50mm，模拟含水层。3.根据权利要求1所述的模拟装置及方法，其特征在于:可移动的进水装置用PVC管采用嵌套方式组装，进水管可以前后左右移动，可以在边沟上方任意处进水;设施出水可采用实验室常用药品配水或直接取用污水处理设施的出水。
【文档编号】G01N33/18GK105954486SQ201610304900
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】范彬, 穆丹丹, 朱仕坤, 曲波
【申请人】中国科学院生态环境研究中心