研究光照对潮汐过程污染物环境行为影响的装置及使用方法

本发明涉及环境化学领域，具体涉及研究光照对潮汐过程污染物环境行为影响的装置及使用方法。

背景技术：

1、河口是海洋和内陆水体之间的直接交换通道，河口潮汐过程是河口环境中最为重要的动态过程之一，在不同时间和空间尺度下影响着河口环境中污染物的迁移转化。光照因素在污染物的吸附、降解等行为过程中发挥重要作用，它能够通过照射强度变化和光化学反应，直接或间接地影响污染物形态，并对其生物地球化学循环产生影响。

2、当前开展的模拟河口环境中污染物迁移转化方面的研究较少，已知的有模拟河口潮汐影响下的红树湿地(cn 202021983588.4)与模拟潮汐动力过程中的物质循环(cn115078237a)，对光照因素的研究开展仍属空白。因此，开展河口潮汐过程中不同光照条件对污染物降解与转化规律的研究，是深入探究污染物河口生物地球化学循环中的重要组成部分，并为明晰其降解产物和路径打下实验基础。

3、目前实验室进行光反应实验，具体操作是将盛有待研究的有机污染物溶液的试管或烧杯放置在光反应器中进行光降解实验。但这种光反应实验，不能再现潮汐循环的动力过程，从而导致了实验观察的结果与实际情况具有一定的偏差，影响了结果的准确性。同时，大多数光反应器内部并不能营造出稳定可控的环境温度，由于不同温度下污染物的分配系数，降解速率都有所差异，必定会对实验产生影响。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提供研究光照对潮汐过程污染物环境行为影响的装置及使用方法，适用于模拟光照因素影响潮汐过程中污染物迁移转化过程。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种用于研究光照因素对潮汐过程中污染物环境行为影响的装置，所述装置包括：试验箱、反应器、光源、储水箱、温控系统；

4、所述反应器及所述光源设置在所述试验箱内部，所述储水箱及所述温控系统设置在所述试验箱的外部；

5、在所述反应器内加入上覆水或加入沉积物和上覆水；在所述上覆水或所述沉积物中加入待测污染物；

6、所述反应器壁上设置进水口、出水口和多个循环出水口，所述进水口和所述出水口设置在所述反应器相对的两侧，所述多个循环出水口分别设置在所述反应器的不同高度位置，且所述多个循环出水口按照一定间距设置在所述出水口的上方；

7、所述储水箱用于为所述反应器提供模拟涨潮的人工海水，或者用于储存模拟退潮后从反应器流出的水；所述储水箱通过管道分别和所述反应器的所述进水口、所述出水口及多个循环出水口中的一个循环出水口连接；

8、所述温度传感器设置在所述试验箱的内部；所述温控系统用于调控所述试验箱内温度；通过所述温度传感器和所述温控系统调节控制所述试验箱内部的温度。

9、进一步地，所述光源包括led灯、氙灯和汞灯中的任意一种；所述光源设置在所述试验箱内的顶部中央位置。

10、进一步地，所述氙灯的功率范围为300w-600w，所述led灯的功率范围为300w-450w，所述汞灯的功率范围为300w-450w。

11、进一步地，所述出水口通过管道和所述储水箱连接；所述进水口和循环泵的出水口连接，所述循环泵的进水口通过管道和多个循环出水口中的一个循环出水口连接，且所述循环泵的进水口通过管道和所述储水箱底部的出水口连接，在所述储水箱的出水口上设置开关。

12、进一步地，所述循环泵位于试验箱外部，且所述储水箱设置在所述反应器的下方，所述储水箱内液面高度低于所述反应器中液面高度；所述储水箱采用不透光聚四氟乙烯材质制备；所述储水箱的容积应大于反应器容积。

13、进一步地，所述反应器为顶部开口的圆筒状；所述反应器采用聚四氟乙烯制成。

14、进一步地，所述试验箱包括一个箱体门，在所述箱体门上设置玻璃观察窗；

15、所述试验箱的箱体壁上设有保温层；

16、进一步地，所述试验箱内部长宽高分别为700～1000mm、700～1000mm、800～1200mm，单位：毫米；所述反应器内径为8～20cm，高度30～60cm。

17、一种用于研究光照因素对潮汐过程中污染物环境行为影响的装置的使用方法，采用所述装置，所述使用方法包括：

18、在避光条件及下配制足量上覆水或加入沉积物和上覆水；在所述上覆水或所述沉积物中加入待测污染物；

19、将所述装置组装，通过温控系统将试验箱的温度调节至目标温度；

20、打开光源模拟光照，并调节光源的照射角度，使模拟的太阳光从反应器正上方照射；

21、向储水箱中加入足量上覆水，打开储水池底部开关，打开循环泵，将储水池中水缓慢注入反应器中，以模拟涨潮过程；

22、模拟涨潮完成后，关闭储水箱出口开关，打开一定高度处的循环出水口的开关，调节循环泵流速，选择合适流速进入模拟潮汐扰动阶段；达到设置时间后，开启出水口阀门，使储水池中水位缓慢下降，以模拟退潮过程。

23、本发明的有益技术效果：

24、(1)本发明提供的装置通过将潮汐模拟系统与光照系统的一体化组合，模拟了复杂河口环境中的光照变化和潮汐扰动过程，使其更接近真实的自然条件；解决了现有潮汐模拟装置中只设置单一影响因素，缺少可控光照条件影响的弊端。

25、(2)本发明提供的装置设有光照系统和温控系统，以消除环境温度与光照变化带来的降解反应误差。

26、(3)本发明提供的装置在反应器底部增设沉积区，既能模拟实际河口环境潮流扰动作用下沉积物再悬浮过程，深入探究污染物在水-泥界面的迁移转化，也能模拟不同覆水深度下底泥中污染物受光照影响的反应过程，同时实现对污染物在河口环境不同介质中的行为和光照因素影响污染物降解反应过程的模拟。

技术特征：

1.一种用于研究光照因素对潮汐过程中污染物环境行为影响的装置，其特征在于，所述装置包括：试验箱、反应器、光源、储水箱、温控系统；

2.根据权利要求1所述一种用于研究光照因素对潮汐过程中污染物环境行为影响的装置，其特征在于，所述光源包括led灯、氙灯和汞灯中的任意一种；所述光源设置在所述试验箱内的顶部中央位置。

3.根据权利要求2所述一种用于研究光照因素对潮汐过程中污染物环境行为影响的装置，其特征在于，所述氙灯的功率范围为300w-600w，所述led灯的功率范围为300w-450w，所述汞灯的功率范围为300w-450w。

4.根据权利要求1所述一种用于研究光照因素对潮汐过程中污染物环境行为影响的装置，其特征在于，所述出水口通过管道和所述储水箱连接；所述进水口和循环泵的出水口连接，所述循环泵的进水口通过管道和多个循环出水口中的一个循环出水口连接，且所述循环泵的进水口通过管道和所述储水箱底部的出水口连接，在所述储水箱的出水口上设置开关。

5.根据权利要求1所述一种用于研究光照因素对潮汐过程中污染物环境行为影响的装置，其特征在于，所述循环泵位于试验箱外部，且所述储水箱设置在所述反应器的下方，所述储水箱内液面高度低于所述反应器中液面高度；所述储水箱采用不透光聚四氟乙烯材质制备；所述储水箱的容积应大于反应器容积。

6.根据权利要求1所述一种用于研究光照因素对潮汐过程中污染物环境行为影响的装置，其特征在于，所述反应器为顶部开口的圆筒状；所述反应器采用聚四氟乙烯制成。

7.根据权利要求6所述一种用于研究光照因素对潮汐过程中污染物环境行为影响的装置，其特征在于，所述试验箱包括一个箱体门，在所述箱体门上设置玻璃观察窗；

8.根据权利要求7所述一种用于研究光照因素对潮汐过程中污染物环境行为影响的装置，其特征在于，所述试验箱内部长宽高分别为700～1000mm、700～1000mm、800～1200mm，单位：毫米；所述反应器内径为8～20cm，高度30～60cm。

9.一种用于研究光照因素对潮汐过程中污染物环境行为影响的装置的使用方法，采用权利要求1-8任一项所述装置，其特征在于，所述使用方法包括：

技术总结
本发明涉及环境化学领域，具体涉及研究光照对潮汐过程污染物环境行为影响的装置及使用方法。本发明提供的装置在反应器底部设沉积区，既能模拟实际河口环境潮流扰动作用下沉积物再悬浮过程，深入探究污染物在水‑泥界面的迁移转化，也能模拟不同覆水深度下底泥中污染物受光照影响的反应过程，同时实现对污染物在河口环境不同介质中的行为和光照因素影响污染物降解反应过程的模拟。且本发明提供的装置通过将潮汐模拟系统与光照系统的一体化组合，模拟了复杂河口环境中的光照变化和潮汐扰动过程，使其更接近真实的自然条件；解决了现有潮汐模拟装置中只设置单一影响因素，缺少可控光照条件影响的弊端。

技术研发人员：刘琳,王炜亮,张雅茹,刘永林,杨传玺,金振宇,袁渝强,朱怡飞,刘轩歧
受保护的技术使用者：青岛理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15