一种土壤污染物垂向迁移测量系统的制作方法

本发明涉及土壤监测技术领域，具体涉及一种土壤污染物垂向迁移测量系统。

背景技术：

土地是人类赖以生存及其一切社会活动的基本条件，随着现代工业的迅速发展，工业用地的需求越来越大，而世界人口的不断增加，对农业耕地的需求也越来越大，使得工农业在土地的使用上产生不可调和的矛盾。因而，提高有限土地内农作物的产量，是解决矛盾的有效方法之一，而通过施肥为作物提供适量的矿质养分元素，是保障农作物产量、质量的根本措施之一。据统计，全球每年施入农田的肥料数以千万吨，但在实际应用中，由于过度地施肥，又容易导致土壤板结化以及土壤盐碱化，反过来又直接影响了粮食生产并导致严重的环境污染，是农业开发和农业可持续发展的重大限制条件和障碍因素。

土壤中的污染物等重金属的迁移受很多因素影响，而土壤性质、淋溶条件和氧化还原状态是最关键的因素。关于污染物移动性和生物有效性的研究，大多是用单步或连续提取法、一次平衡法求kd值、分析与植物中污染物的含量的相关性以及用室内淋溶试验研究污染物的迁移性，现有方法无法客观反应污染物在真实野外土壤环境中的迁移特征，以及反映污染物在土壤中的运移规律上尚存在很大的局限性。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种土壤污染物垂向迁移测量系统，实现了对污染物在垂直方向迁移量的测定，提高了检测的准确性，具有实用性强，便于使用的特点，

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种土壤污染物垂向迁移测量系统，包括：土壤渗虑柱，用于监测土壤渗虑柱的监测装置以及与监测装置相连接的控制装置；

所述土壤渗虑柱包括：采用第一材质的外壳和第二材质的内衬；所述土壤渗虑柱的内衬的内部填充有：试验土壤和污染土壤；所述土壤渗虑柱的中部且透过外壳和内衬，分别设有取样口和传感器接口；底部设有渗滤液排水口；其中，所述污染土壤在所述试验土壤之上，所述污染土壤中污染物垂直向下迁移至试验土壤中；

所述监测装置包括：传感器和土壤溶液采集器；所述传感器通过所述土壤渗虑柱中部的传感器接口设置在试验土壤中，所述土壤溶液采集器通过所述土壤渗虑柱中部的取样口设置在试验土壤中；

所述控制装置控制所述监测装置采集试验土壤中污染物的渗虑数据。

可选的，所述测量系统还包括：配液罐以及与配液罐相连的布水器；

所述配液罐中存储有试验溶液；所述布水器将所述配液罐中的试验溶液喷洒在污染土壤上。

可选的，所述配液罐的中部设有搅拌装置，所述搅拌装置与所述控制装置相连接；所述控制装置控制所述搅拌装置将所述配液罐中的液体进行搅拌形成所述试验溶液。

可选的，所述土壤渗虑柱的顶部设有溢水口；底部的渗滤液排水口通过连接管道将所述渗滤液排水口排出的渗滤液输送至渗滤液收集罐。

可选的，所述监测装置还包括：设置在所述配液罐与所述布水器之间的流量控制器，所述流量控制器与所述控制装置相连接，所述控制装置根据所述流量控制器控制和记录进入污染土壤中的试验溶液的计量。

可选的，所述监测装置还包括：设置在所述渗滤液排水口和所述渗滤液收集罐之间的渗滤液计量器；所述渗滤液计量器与所述控制装置相连接，所述控制装置根据所述渗滤液计量器记录所述土壤渗虑柱的渗滤液的计量。

可选的，所述渗滤液计量器采用磁翻板流量计。

可选的，所述传感器包括：orp传感器、tdr传感器和温度传感器。

可选的，所述控制装置包括：显示仪表，配电柜和数据处理器；

所述配电柜分别与所述显示仪表和数据处理器相连接；所述显示仪表与所述数据处理器相连接；

所述数据处理器包括：电极转换单元，用于将传感器采集的数据进行转换并发送至所述显示仪表进行显示。

可选的，所述第一材质为碳钢，所述第二材质为丁基橡胶。

由上述技术方案可知，本发明所述的一种土壤污染物垂向迁移测量系统，通过在土壤渗虑柱上布置监测装置，控制器控制监测装置采集土壤渗虑柱中污染物垂直迁移量，实现了对污染物在垂直方向迁移量的测定，提高了检测的准确性，具有实用性强，便于使用的特点；通过检测污染物在垂直方向迁移量可以准确的表征污染物在土壤垂直界面的迁移状况，为污染物在环境中的迁移提供基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的一种土壤污染物垂向迁移测量系统的结构示意图；

图2是本发明的另一种土壤污染物垂向迁移测量系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种土壤污染物垂向迁移测量系统，参见图1，该系统具体包括：土壤渗虑柱，用于监测土壤渗虑柱的监测装置以及与监测装置相连接的控制装置；

所述土壤渗虑柱包括：采用第一材质的外壳和第二材质的内衬；所述土壤渗虑柱的内衬的内部填充有：试验土壤和污染土壤；所述土壤渗虑柱的中部且透过外壳和内衬，分别设有取样口和传感器接口；底部设有渗滤液排水口；其中，所述污染土壤在所述试验土壤之上，所述污染土壤中污染物垂直向下迁移至试验土壤中；所述第一材质为碳钢，所述第二材质为丁基橡胶。

在具体应用时，以土壤渗虑柱为主体，在土壤渗虑柱中添加污染土壤，通过土壤渗虑柱还原被污染的土壤；并且在土壤渗虑柱的中部设有方式监测土壤垂向迁移量的设备的接口。方便采集污染物的垂向迁移量。

所述监测装置包括：传感器和土壤溶液采集器；所述传感器通过所述土壤渗虑柱中部的传感器接口设置在试验土壤中，所述土壤溶液采集器通过所述土壤渗虑柱中部的取样口设置在试验土壤中；

在具体应用时，在土壤渗虑柱上连接监测装置，在土壤渗虑柱上进行喷洒溶液模拟自然的降水，通过监测装置监测污染物在土壤中垂向迁移量，避免了室内淋溶试验的不准确性和差异性。

土壤溶液采样器实现了不破坏土壤渗虑柱和土壤剖面的情况下直接、多次的采集土壤溶液的目的，通过土壤渗虑柱的(长×宽×高:1m×1m×1.6m)不同深度(每10cm)安置土壤溶液采样器，收集分析土壤溶液，不同深度安置orp(oxidation-reductionpotential)传感器、温度传感器、tdr(timedomainreflectometry)传感器，在线获取氧化还原电位、土壤温度及水分含量等数据。

所述控制装置控制所述监测装置采集试验土壤中污染物的渗虑数据。

在具体应用时，在土壤渗虑柱的基础上，采用控制装置实现对土壤渗虑柱垂向迁移量的测量，实现土壤渗虑柱与自动控制系统结合起来，能够连续自动的监测土壤中污染物的迁移状况为污染物在环境中的监测和评估提供依据。

从上述描述可知，本实施例提供的一种土壤污染物垂向迁移测量系统，通过在土壤渗虑柱上布置监测装置，控制器控制监测装置采集土壤渗虑柱中污染物垂直迁移量，实现了对污染物在垂直方向迁移量的测定，提高了检测的准确性，具有实用性强，便于使用的特点；通过检测污染物在垂直方向迁移量可以准确的表征污染物在土壤垂直界面的迁移状况，为污染物在环境中的迁移提供基础；还能对试验条件和环境条件进行调控，获得田间实验和室内实验无法获得的一些数据，得到较为客观的测量结果，从而对污染物的迁移转化进行机理模拟和数学预测，以判断其对环境，特别是对地下水的影响。

本发明实施例提供一种土壤污染物垂向迁移测量系统，参见图2，在上述实施例的基础上，该系统具体包括：配液罐以及与配液罐相连的布水器；

所述配液罐中存储有试验溶液；所述布水器将所述配液罐中的试验溶液喷洒在污染土壤上。

在具体应用时，所述配液罐的中部设有搅拌装置，所述搅拌装置与所述控制装置相连接；所述控制装置控制所述搅拌装置将所述配液罐中的液体进行搅拌形成所述试验溶液。在土壤渗虑柱的顶部设有溢水口；布水器喷洒的过多的试验溶液可以从该溢水口流出，并收集器来。在底部的渗滤液排水口通过连接管道将所述渗滤液排水口排出的渗滤液输送至渗滤液收集罐，避免污染物的外泄造成对土壤的污染。

所述监测装置还包括：设置在所述配液罐与所述布水器之间的流量控制器，所述流量控制器与所述控制装置相连接，所述控制装置根据所述流量控制器控制和记录进入污染土壤中的试验溶液的计量；

以及，设置在所述渗滤液排水口和所述渗滤液收集罐之间的渗滤液计量器；所述渗滤液计量器与所述控制装置相连接，所述控制装置根据所述渗滤液计量器记录所述土壤渗虑柱的渗滤液的计量。

进一步的，所述渗滤液计量器采用磁翻板流量计。

从上述描述可知，本实施例提供的一种土壤污染物垂向迁移测量系统，实现土壤渗虑柱与自动控制系统结合起来，能够连续自动的监测土壤中污染物的迁移状况为污染物在环境中的监测和评估提供依据，实现了对污染物在垂直方向迁移量的测定，具有实用性强，便于使用的特点。

进一步的，上述实施例中，所述控制装置包括：显示仪表，配电柜和数据处理器；

所述配电柜分别与所述显示仪表和数据处理器相连接；所述显示仪表与所述数据处理器相连接；所述数据处理器包括：电极转换单元，用于将传感器采集的数据进行转换并发送至所述显示仪表进行显示。

从上述描述可知，控制装置主要用于在控制室内实施对orp传感器、温度传感器、tdr传感器和渗滤液计量器实验数据的自动记录，以及对配液罐的液位、流量控制箱的液位及加水次数等布水情况的自动控制和自动记录，实现土壤渗虑柱与自动控制系统结合起来，能够连续自动的监测土壤中污染物的迁移状况。

一种土壤污染物垂向迁移测量系统，包括土壤渗滤柱、监测装置和控制装置。其中，土壤渗滤柱包括：配液罐、土柱、流量控制器和渗滤液计量器；监测装置包括：布水器、土壤溶液采集器、orp传感器、tdr传感器和温度传感器；控制装置包括：配电柜、监控用计算机以及显示仪表。

1、土壤渗滤柱：

配液罐：主要用于配置试验溶液。共4套，尺寸为ф1500×2200，玻璃钢材质，上进水下排水，自动液位控制，配液罐中部设有电动搅拌。

流量控制器：主要用于控制和记录进入土壤渗滤柱的试验液用量，共15套，箱体尺寸为l×b×h＝700×400×650mm，有效高度为650mm，磁翻版液位计液位控制，不锈钢材质，自动控制进水、出水、水位以及进水次数。

土壤渗滤柱中的土柱：主要用于放置试验土壤，共15套，分三种规格，每种规格各5套。尺寸分别为l×b×h＝2000×2000×2900mm、1000×1000×1900mm和1000×1000×2900mm，碳钢材质，内衬丁基橡胶，中间分布有取样口和传感器接口，上部有溢水口，下部有渗滤液排水口。

渗滤液计量器：主要用于土壤渗滤柱渗滤液的计量和排放。共15套，主要为磁翻版流量计，v＝300～500ml，可计数。

2、监测装置：

布水器：包括布水器及其接入口，主要用于向土壤渗滤柱中的试验土壤布水，共两种规格，分别为1750×330×75mm和750×330×75mm，各5套。

orp电极：即土壤氧化还原电位电极，主要用于测定土壤中的氧化还原电位。长度为1080mm的orp电极25套；780mm的5套；580mm的25套；280mm的5套。orp参比电极10套。

温度传感器：主要用于测定土壤中的温度。共10套。其中长度为1060mm的温度传感器25套；长度为760mm的温度传感器5套；长度为560mm的温度传感器25套；长度为260mm的温度传感器5套。

显示仪表：显示仪表包括与其配套的电极转换装置：主要用于orp传感器和温度传感器数据的转换及现场显示。共10套。

3、控制装置

主要用于在控制室内实施对土柱orp传感器、温度传感器和渗滤液计量器实验数据的自动记录，以及对配液罐液位、流量控制箱液位及加水次数等布水情况的自动控制和自动记录；包括控制软件及相关的现场仪表、仪表箱、配电柜、计算机等。

试验开始前，先在土壤渗滤柱中填入试验土壤，埋入土壤布水器，待土壤沉降后，在土表上种植植物，在土壤渗滤柱相应位置插入opr电极和温度传感器，其中土壤渗虑柱的参数如表1，监测装置参数如表2。

试验开始，先开启配水罐进水阀，向配水罐中加入水，至设定体积后，自动关闭进水阀，向配水罐中加入待试验物，开启搅拌机。搅拌均匀后自动开启配水罐排水阀，向设定的流量控制箱给水，至设定体积后，自动关闭配水罐排水阀和流量控制器进水阀，打开流量控制器出水阀，通过土壤布水器向土壤渗滤柱布水。流量控制箱的水位和加水次数可自动控制，出水流量可通过手动调节。

试验中，试验溶液中的污染物经土柱土壤的吸附、迁移和转换，部分污染物随水渗至土柱底部，形成渗滤水。渗滤水经土柱水位控制器液位控制及渗滤液计量器计量后，或排放或收集后再循环使用。

土壤渗滤柱水位由位于土壤渗滤柱外壁上的土柱液位控制器控制。

整个试验过程的配液罐液位、流量控制箱液位及加水次数等布水情况均由自控系统进行控制和记录，同时自动记录土柱orp电极、温度传感器数据及渗滤液体积。土柱orp传感器、温度传感器数据还可以通过置于土柱外壁上的现场仪表进行显示。

表1土壤渗滤柱参数

表2监测装置参数

收集流出的渗滤液和各层土壤溶液。土壤溶液采集装置通过真空泵每2周采集一次，渗滤液也每两周计量后收集。使用icp-ms测定淋出液、土壤溶液中的重金属离子；用离子色谱测定其中的阴阳离子含量(so42-、no3-、br-、cl-、na+、k+、ca2+、mg2+、nh4+)。按不同间隔分层，试验结束后，用土壤采集器采集柱状土样，分层采集土柱剖面土壤：0～20cm每2cm一层，>20～45cm每5cm一层，>45～135cm每10cm一层。将土壤样品冷冻干燥，并用木锤敲打，压碎，混匀，研磨，取其中一份过0.25mm筛，用于重金属八步形态分析；取另一份研磨，过0.15mm筛，使用硝酸-高氯酸-氢氟酸三酸消解测定土壤重金属全量分析。根据各个层次不同深度的土壤溶液中的重金属的含量来确定土壤垂直迁移数据。根据垂直迁移数据的结果与国家土壤环境质量标准或者水环境质量标准中的重金属含量进行对比，确定其环境风险程度。

通过上述描述可知，实现土壤渗虑柱与自动控制系统结合起来，能够连续自动的监测土壤中污染物的迁移状况，并根据迁移状况判断污染物对环境的风险程度。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。