一种快速检测土壤综合毒性的设备的制作方法

本实用新型属于土壤污染检测领域，具体地，涉及一种快速检测土壤综合毒性的设备。

背景技术：

土壤中污染物的种类很多，其物理和化学性质也非常复杂，毒性也各不相同。因此，土壤环境受到污染物所产生的危害和影响是多方面的，程度亦不相同。土壤受到污染之后，生物多样性、物质循环、气循环、水循环等均受到影响。当超过土壤沉积物承受能力或外界因素的改变，可能导致土壤污染物借由动植物、水体或大气引发严重灾害。

土壤的综合毒性测试是开展土壤污染监测与控制的关键环节。目前，对毒性的监测一般采用土壤跳虫、蚯蚓、毒性测试板等方式进行。前两者耗时较长，人工控制环节过多，操作繁琐，且由于个体差异的存在，测量的准确度及重复性不佳；后者受方法所限，很难实现便携测试或者在线测试。而且此类方法未考虑土壤中污染物质对人类影响最深的大气及水体循环的影响，反应的综合毒性情况不全面；检测土壤毒性的耗时较长，无法实现快速检测，同时人工参与过程较多，检测过程较繁琐。相对于低等的微生物，跳虫或蚯蚓等作为高等生物对毒性物质的反应灵敏度较低。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型综合考虑溶解及扩散两种土壤污染物转移的主要方式，将土壤中毒性物质通过特定技术转移到水体中，利用微生物对水环境变化产生反应信息实现对土壤受污染程度的快速检测。

本实用新型提供的快速检测土壤综合毒性的设备，包括：

进液单元，包括计量泵A和吸收液贮存罐；

反应单元，包括振荡混合器；

过滤单元，包括精细过滤器；

检测单元，包括微生物燃料电池(MFC)、营养液贮存罐、高纯水曝气罐、计量泵B、计量泵C、计量泵D和循环泵；

所述振荡混合器分别与所述计量泵A、所述精细过滤器相连，所述微生物燃料电池分别与所述计量泵B、所述计量泵C、所述计量泵D、所述循环泵相连，所述吸收液贮存罐与所述计量泵A相连，所述精细过滤器还与所述计量泵B相连，所述营养液贮存罐与所述计量泵C相连，所述高纯水曝气罐分别与所述计量泵D、所述循环泵相连。

在本实用新型的一些实施例中，所述的快速检测土壤综合毒性的设备还包括清洗单元，所述清洗单元包括喷淋管和空气压缩机；所述喷淋管分别与所述振荡混合器、所述空气压缩机相连。

在本实用新型的一些实施例中，所述振荡混合器为恒温振荡器或超声波振荡器。

在本实用新型的一些实施例中，所述高纯水曝气罐包括多孔曝气头和真空泵。

本实用新型采用振荡的方式实现自动混合、过滤、清洗等土壤综合毒性检测的前处理。快速、自动，节省人力和时间。工艺简便，能快速的检测土壤综合毒性。

其次，本实用新型实现了MFC阳极高纯水循环利用，通过多孔曝气的方式为MFC阳极提供充足氧气。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1为本实用新型实施例中的快速检测土壤综合毒性的设备的结构示意图。

图2为本实用新型一实施例的土壤毒性测试结果图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本实用新型的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本实用新型的限制。

本实用新型利用微生物对水环境变化产生反应信息实现对土壤受污染程度的快速检测，实质是通过检测微物生物燃料电池电信号的变化情况，检测土壤浸出液的毒性，从而快速得到土壤综合毒性。

图1所示的设备为本实用新型提供的优选的快速检测土壤综合毒性的设备，包括：进液单元、反应单元、过滤单元及检测单元。

进液单元包括吸收液贮存罐1和计量泵A2。反应单元包括振荡混合器3和污泥阀4。过滤单元包括精细过滤器5。检测单元包括计量泵B6、微生物燃料电池(MFC)7、计量泵C8、营养液贮存罐9、计量泵D10、高纯水曝气罐11、循环泵12、循环阀13和排空阀14。

上述各单元的连接方式如下：

振荡混合器3分别与计量泵A2、污泥阀4、精细过滤器5相连，MFC7分别与计量泵B6、计量泵C8、计量泵D10、排空阀14、循环阀13相连，吸收液贮存罐1与计量泵A2相连，精细过滤器5还与计量泵B6相连，营养液贮存罐9与计量泵C8相连，高纯水曝气罐11分别与计量泵D10、循环泵12相连，循环阀13与循环泵12相连。MFC7设有阴极a和阳极b。

具体地，吸收液贮存罐1通过计量泵A2及管路与振荡混合器3的上端相连；在振荡混合器3的中部位置开孔，通过管路、精细过滤器5、计量泵B6与MFC7的阴极a相连，营养液贮存罐9通过计量泵C8和管路与MFC7的阴极a相连；高纯水曝气罐11通过计量泵D10和管路与MFC7的阳极b相连并形成一个循环回路。

上述设备中的所有阀门可如图1所示设置在管路上，也可与各个装置一体成型，根据实际情况进行设置即可。

在本实用新型的另一优选实施例中，上述设备还可包括清洗单元，清洗单元包括喷淋管和空气压缩机。喷淋管分别与振荡混合器3、空气压缩机相连。振荡混合器3中的污泥和清洗水通过污泥阀4排出。

在本实用新型的优选实施例中，振荡混合器3可以是恒温振荡器或超声波振荡器。

在本实用新型的优选实施例中，精细过滤器5为过滤膜。按照测试要求设置精细过滤器5的过滤精度，在本实用新型的优选实施例中，过滤精度为100μm及以内。

在本实用新型的优选实施例中，高纯水曝气罐11包括多孔曝气头和真空泵。利用循环泵13、真空泵和多孔曝气头等为MFC7的阳极b提供富氧循环水。

本实用新型采用振荡的方式实现自动混合、过滤、清洗等土壤综合毒性检测的前处理。快速、自动，节省人力和时间。其次，本实用新型实现了MFC阳极高纯水用水循环，通过多孔曝气的方式为MFC阳极提供充足氧气。

利用本实用新型提供的上述设备快速检测土壤综合毒性的方法包括如下步骤：

采用振荡的方式将土壤与吸收液混合均匀，提取浸出液；

将浸出液与营养液混合后送入微生物燃料电池的阴极；

将富氧高纯水送入微生物燃料电池的阳极；

记录微生物燃料电池的阴极的电位差。

具体地，采用图1所示的设备检测土壤毒性的方法为：

将一定量的土壤样品加入振荡混合器3中，打开吸收液贮存罐1的阀门及计量泵A2，注入定量吸收液后关闭吸收液贮存罐1的阀门及计量泵A2。振荡混合器3开始振荡，达到规定时间后，振荡混合器3停止工作。

打开计量泵B6，定量抽取振荡混合器3中的浸出液，同时打开计量泵C8，定量抽取营养液贮存罐9中的营养液，两者混合后进入MFC7的阴极。打开循环泵12、循环阀13以及计量泵D10，同时打开与高纯水曝气罐11的多孔曝气头及与其相连的真空泵，实现富氧高纯水在MFC7的阳极的循环利用。在此过程中，通过工控机实时记录MFC7阴极和阳极之间的电位差。

达到指定时间后，关闭高纯水曝气罐11的真空泵、计量泵B6、计量泵C7、计量泵D10以及循环阀13、循环泵12。打开污泥阀4排空剩余土壤及污水。打开振荡混合器3，同时进行喷淋清洗或压缩空气冲洗。完成清洗、待清洗水排空后(根据时间判断)，关闭污泥阀4及振荡混合器3。

采用图1所示的设备，富氧高纯水可循环利用，采用多孔曝气的方式制备该高纯富氧水。当然，也可采用其它方式制备高纯富氧水。

在本实用新型优选的实施例中，可对土壤进行预处理后再将其加入设备中。根据土壤性质和测试要求，可将土壤进行干燥和/或过筛处理。例如将土壤过100目筛，取过筛粉末。若土壤含水量高，可将其进行烘干，烘干温度一般为105℃。

吸收液用于溶解土壤中的成分，其通常为高纯水。在本实用新型优选的实施例中，土壤与吸收液的质量比为1:8-1:12。

本实用新型优选的振荡方式为恒温振荡或超声波振荡。优选采用真空抽滤的方式提取浸出液。

本实用新型中，MFC所用的微生物为产电微生物，任何一种产电微生物或含产电微生物菌群均可。本实用新型采用的营养液为产电微生物生长产电提供必要营养物质，根据所用产电微生物进行配制即可。微生物燃料电池的电信号变化越强，说明土壤的毒性越大。

根据工控机记录的电位差，结合下列公式，可实现土壤综合毒性的计算。该算法经过多次实验，证明对土壤毒性有良好的指示作用。具体如下：

以固定时间为周期，取电位差值进行积分。记土壤综合毒性度为T，按照以下公式进行计算。

T＝(vi-v0)/vi×100％，

其中，i为待测周期数，vi为每个积分周期内电位差积分值，v0为基准周期内电位差积分值，a为传感器起始电压信号；t1为积分周期起始时间，t2为积分周期结束时间。

下面参考具体实施例，对本实用新型进行说明。下述实施例中所取工艺条件数值均为示例性的，其可取数值范围如前述实用新型内容中所示，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。下述实施例所用的检测方法均为本行业常规的检测方法。

实施例

本实施例采用高岭土作为实验对象，所用检测设备为图1所示的设备。

首先，将高岭土样品过40目筛，然后在105℃烘干2h。为了模拟土壤毒性，将烘干后的土壤分别加入表1所示浓度的各类污染物。

然后，称取处理后的土壤样品加入图1所示的设备中，根据MFC电压值的变化计算毒性度，具体步骤如下：

将100g土壤样品加入振荡混合器3中，打开吸收液贮存罐1的阀门及计量泵A2，注入1000g吸收液后关闭吸收液贮存罐1的阀门及计量泵A2。振荡混合器3开始振荡，振荡30min后，振荡混合器3停止工作。

打开计量泵B6，以10mL/min的速度抽取振荡混合器3中的浸出液，同时打开计量泵C8，以10mL/min的速度抽取营养液贮存罐9中的营养液100mL，两者混合后进入MFC7的阴极。打开循环泵12、循环阀13以及计量泵D10，同时打开与高纯水曝气罐11的多孔曝气头及与其相连的真空泵，实现富氧高纯水在MFC7的阳极的循环利用。在此过程中，通过工控机实时记录MFC7阴极和阳极之间的电位差。

完成指定周期(2个及以上)，关闭高纯水曝气罐11的真空泵、计量泵B6、计量泵C7、计量泵D10以及循环阀13、循环泵12。打开污泥阀4排空剩余土壤及污水。打开振荡混合器3，进行清洗，(1～3)min后完成清洗工作，排空清洗水，关闭污泥阀4及振荡混合器3。

按照以下公式进行计算：

T＝(vi-v0)/vi×100％，

其中，i为待测周期数，vi为每个积分周期内电位差积分值，v0为基准周期内电位差积分值，a为传感器起始电压信号；t1为积分周期起始时间，t2为积分周期结束时间。

实验结果请见表1及图2。

表1测试结果

注：负值越大代表毒性越大。

从上述实施例可知，采用本实用新型的设备能准确、快速的检测检测土壤综合毒性。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。