[發(fā)明專利]用于研究淹水條件下水-沉積物界面重金屬釋放和形態(tài)變化模擬裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110089428.4
• 申請日: 2011-04-11
• 公開（公告）號: CN102735810A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 單保慶;敖亮;張洪;唐文忠
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心
• 主分類號: G01N33/18
• 分類號: G01N33/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種適用于研究高水位條件下水-沉積物界面重金屬釋放和形態(tài)變化的模擬裝置，屬于環(huán)境科學(xué)、環(huán)境工程領(lǐng)域。?

背景技術(shù)：

在我國北方地區(qū)，經(jīng)濟發(fā)展和人口增加引起大量污染物的排放，引起水體嚴(yán)重污染。同時，為最大限度利用有限水資源，許多人工閘壩得到修建，這也阻斷河流連續(xù)性，減弱河流型濕地自我凈化功能，造成水環(huán)境水生態(tài)持續(xù)惡化。水體中污染物，尤其是重金屬容易富集在懸浮顆粒物中，隨著懸浮顆粒在河流濕地中沉降，重金屬等污染物進(jìn)入河流水環(huán)境并在其中累計。濕地沉積物是重金屬的匯，也是其長期釋放的源頭。當(dāng)環(huán)境條件改變時，沉積物重金屬將再次釋放到環(huán)境水體中，引起二次污染。?

閘壩修建造成沉積物長期淹沒在水下，在污染點源得到控制以后，沉積物重金屬釋放極有可能成為庫區(qū)水體的重要來源。沉積物中重金屬釋放與其賦存形態(tài)有明顯關(guān)系，每種重金屬形態(tài)釋放風(fēng)險和影響因素各有不同。重金屬釋放主要發(fā)生在沉積物-水界面，該界面水體中DO，ORP，pH有可能是控制重金屬釋放和沉積物形態(tài)變化主要因素。尤其是長期淹水條件下造成DO和ORP值顯著降低，形成厭氧還原條件。在此條件下，鐵，錳等氧化物極易轉(zhuǎn)化為低價態(tài)，游離的Mn²⁺，F(xiàn)e²⁺，從土壤中釋放，使鐵錳氧化態(tài)物減少并釋放。同時，與之結(jié)合的重金屬物質(zhì)可能釋放到環(huán)境條件下。厭氧條件下，土壤中有機質(zhì)氧化分解速度得到減緩，有機質(zhì)累積量增加，可能為游離重金屬再次吸附提供位點，引起重金屬形態(tài)變化。長期淹水條件導(dǎo)致水體pH降低，大量增加的H⁺可能引起沉積物形態(tài)中碳酸鹽結(jié)合態(tài)重金屬的溶解和釋放。因此，通過原位柱樣的采集和實驗室淹水條件的模擬，現(xiàn)場測定沉積物-水界面上DO，ORP，pH變化，模擬大壩蓄水，長期淹水條件下引起的沉積物重金屬形態(tài)變化和影響因素和釋放濃度。得出北方地區(qū)，閘壩修建后，沉積物中重金屬的變化和驅(qū)動規(guī)律，同時根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，估算重金屬釋放通量，對于河流重金屬質(zhì)量控制，水文調(diào)控和流域生態(tài)恢復(fù)具有理論研究意義。?

發(fā)明內(nèi)容：

研發(fā)一種適用于我國閘壩修建，探討淹水條件下沉積物重金屬的釋放過程，研究水體與沉積物界面在物理化學(xué)條件變化下，重金屬釋放和風(fēng)險的變化。?

為實現(xiàn)此目的，本研究采用的技術(shù)方案是：利用原位采集的沉積物樣品，放入有機玻璃透明管中，安裝在線測定沉積物-水DO，ORP，pH的儀器和抽取樣品的管路，形成連續(xù)監(jiān)測淹?水條件下，沉積物-水界面物理化學(xué)條件變化，最終導(dǎo)致重金屬釋放和沉積物中形態(tài)變化的一種直觀模擬裝置(圖1)。?

本發(fā)明主要有以下特點：?

1)利用統(tǒng)一規(guī)格的有機玻璃管，穩(wěn)定控制水位?

根據(jù)長年觀測大壩蓄水后，污染土壤的淹水深度，設(shè)定相應(yīng)水位，模擬高水位，穩(wěn)定蓄水后沉積物和水體變化狀態(tài)。?

2)在線監(jiān)測沉積物-水界面的物理化學(xué)條件變化?

將帶有防水管路的探頭和采樣軟管，捆綁后固定置于沉積物1cm處，利用單表探頭，在線監(jiān)測該位置的DO，ORP，pH變化并按固定時間采集水樣。能夠長期監(jiān)測固定水體物理條件變化和即時采樣。?

附圖說明：

圖1為本發(fā)明管道剖面圖。?

圖2為本發(fā)明在實驗室模擬應(yīng)用圖。?

1采樣口2沉積物-水界面?

具體實施方式：

下面結(jié)合實例對本發(fā)明的實質(zhì)及具體實施方式作進(jìn)一步闡明：?

本發(fā)明為一種適用于中國北方水庫修建，污染排放后沉積物污染，研究其在高水位條件下，物理化學(xué)條件(DO，ORP，pH)變化對沉積物-水界面重金屬釋放和沉積物內(nèi)部重金屬賦存形態(tài)變化。實現(xiàn)對淹水條件下重金屬釋放風(fēng)險的評估。在淹水條件下，對于污染后沉積物重金屬形態(tài)變化和影響因素做進(jìn)一步分析，研究，為流域沉積物質(zhì)量變化及水文條件變化帶來的影響，提供準(zhǔn)確和連續(xù)的在線監(jiān)測。?

本發(fā)明具體的應(yīng)用方法結(jié)合實施例進(jìn)行闡述：?

實例1：?

北方典型河流型濕地——三門峽水庫支流，宏農(nóng)澗河河口，水體污染嚴(yán)重，沉積物中重金屬含量達(dá)到危險程度，污染最為嚴(yán)重的Cd平均含量高達(dá)2.12mg/kg。河口水位變化明顯，大壩蓄水后，河口水位在1.0-1.6m之間變化，蓄水時間超過2個月。?

在溫室內(nèi)，依照設(shè)計，布設(shè)表頭如圖2所示，每天分上，中，下，夜四個時段監(jiān)測物理化學(xué)條件(DO，ORP，pH)變化，并于夜晚取水樣20cm，酸化后保存于4℃冰箱，最后補水維持最初水位(1.2m)，連續(xù)監(jiān)測30天。?