[發(fā)明專利]一種研究沉積物中重金屬和/或磷酸鹽釋放的設(shè)備和方法

無效

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• 申請日: 2013-07-26
• 公開（公告）號: CN103364473A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 霍守亮;席北斗;張靖天
• 申請（專利權(quán)）人: 中國環(huán)境科學(xué)研究院
• 主分類號: G01N27/416
• 分類號: G01N27/416
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 周長興

1.一種研究沉積物中重金屬和/或磷酸鹽釋放的設(shè)備，主要包括沉積物-水界面系統(tǒng)和溶解氧控制裝置；其中：

沉積物-水界面系統(tǒng)的主體為長方體有機(jī)玻璃水槽，沉積物-水界面系統(tǒng)水槽的一端設(shè)有進(jìn)水口，另一端設(shè)有出水口；沉積物-水界面系統(tǒng)水槽內(nèi)部用于盛裝采集的表層沉積物和水樣；

沉積物-水界面系統(tǒng)水槽底部沿中心線長度方向并列插有板式重金屬和/或磷酸鹽DGT探針，用于吸附不同時(shí)期不同深度沉積物間歇水中釋放的重金屬和/或磷酸鹽，原位測定間隙水中活性重金屬和/或磷酸鹽含量；

沉積物-水界面系統(tǒng)水槽頂部裝有微電極控制系統(tǒng)，微電極控制系統(tǒng)中的主機(jī)通過馬達(dá)控制器控制pH探針、DO探針和ORP探針透過表層水插入沉積物中，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測沉積物-水界面附近pH、DO、ORP的變化；主機(jī)連接一參比電極；

沉積物-水界面系統(tǒng)水槽內(nèi)設(shè)有數(shù)組擋板，各組擋板為交錯放置，用于模擬不同水流下系統(tǒng)中產(chǎn)生的波浪；

沉積物-水界面系統(tǒng)水槽的進(jìn)水口通過蠕動泵與溶解氧控制裝置相連；

沉積物-水界面系統(tǒng)水槽的另一端接口緊挨上液面與溶解氧控制裝置直接相連，使得多余的水通過溢流作用回到溶解氧控制裝置；

溶解氧控制裝置的主體為一長方體有機(jī)玻璃水槽，水槽內(nèi)用于盛裝水樣，用于模擬真實(shí)的水體狀況；

溶解氧控制裝置水槽的頂部設(shè)有兩個接口，接口一端分別連接N₂和O₂鋼瓶，接口另一端連接曝氣頭，曝氣頭伸入水中進(jìn)行曝氣，用于控制水體中溶解氧含量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，沉積物-水界面系統(tǒng)水槽內(nèi)壁兩側(cè)設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)用于安裝板式重金屬和/或磷酸鹽DGT探針，凹槽上裝有用于固定板式重金屬和/或磷酸鹽DGT探針的螺母。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，板式重金屬和/或磷酸鹽DGT探針與進(jìn)水口之間的距離可以調(diào)節(jié)，以控制進(jìn)水的流速。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，蠕動泵可精確控制進(jìn)水流速，用于模擬靜態(tài)和不同擾動條件對沉積物中重金屬和磷酸鹽釋放的影響。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，板式重金屬和/或磷酸鹽DGT探針的結(jié)構(gòu)為：頂層和底層各為一硬質(zhì)板，在頂層硬質(zhì)板和底層硬質(zhì)板之間依次安裝有第一層濾膜、擴(kuò)散層、吸附層和第二層濾膜。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，溶解氧控制裝置的水槽裝有頂蓋，頂蓋上開設(shè)有孔，用于插設(shè)pH探針、DO探針和ORP探針，監(jiān)測水槽內(nèi)溶解氧含量的變化。

7.一種利用權(quán)利要求1所述設(shè)備研究沉積物中重金屬和/或磷酸鹽釋放的方法，主要流程為：

1）將采集好的水樣經(jīng)濾膜過濾后，置于溶解氧控制裝置中，利用N₂和O₂向溶解氧控制裝置中曝氣，并通過溶解氧電極監(jiān)測水體中DO含量的變化，以模擬不同溶解氧含量的水體；

2）將采集的沉積物平鋪于沉積物-水界面系統(tǒng)水槽中，經(jīng)曝氣后的水樣通過蠕動泵泵入沉積物-水界面系統(tǒng)水槽中，當(dāng)水面高度達(dá)到預(yù)定高度時(shí)，通過調(diào)節(jié)流速的變化模擬靜態(tài)和不同擾動條件下的沉積物中重金屬和磷酸鹽的釋放情況；沉積物-水界面系統(tǒng)水槽另一端上液面的溢出水通過導(dǎo)管流回溶解氧控制裝置；

3）沉積物-水界面系統(tǒng)水槽內(nèi)分別插設(shè)板式重金屬和/或磷酸鹽DGT探針，水樣通過板式重金屬和/或磷酸鹽DGT探針時(shí)，難溶的基質(zhì)被板式重金屬和/或磷酸鹽DGT探針中的濾膜阻隔，溶解態(tài)的重金屬離子和/或磷酸鹽通過濾膜和擴(kuò)散層到達(dá)板式重金屬和/或磷酸鹽DGT探針中的吸附層被固定后定期取出，測定板式重金屬和/或磷酸鹽DGT探針中吸附層的重金屬和/或磷酸鹽的含量；

4）沉積物-水界面系統(tǒng)的微電極控制系統(tǒng)定期測量水槽內(nèi)不同深度處pH、DO和電位的變化，實(shí)現(xiàn)自動化控制，用于對引起沉積物中重金屬和營養(yǎng)鹽釋放的物理因子的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，步驟1中的水樣和原水是指河流、湖泊、水庫的淡水水體，并經(jīng)過攪拌使水體混合均勻。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，步驟2中的不同擾動是模擬不同水流下沉積物-水界面系統(tǒng)中產(chǎn)生的波浪，波浪大小和范圍可通過進(jìn)水的流速和板式重金屬和/或磷酸鹽DGT探針與進(jìn)水口之間的距離進(jìn)行控制。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，步驟3測定出板式重金屬和/或磷酸鹽DGT探針中吸附層的重金屬和/或磷酸鹽的含量后，再根據(jù)Fick定律換算出間隙水中重金屬和磷酸鹽含量。