一種室內(nèi)重金屬污染物的淋濾試驗(yàn)裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境巖土和環(huán)境工程領(lǐng)域，尤其涉及一種重金屬污染物的淋濾試驗(yàn)裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)含有重金屬元素的巖土體分布廣泛，特別是黑色巖層中含有金屬元素而形成金屬礦體，但開(kāi)采后形成的尾礦或巖體風(fēng)化作用過(guò)程中易形成酸性礦山水，從而產(chǎn)生水巖化學(xué)作用而釋放出大量有毒有害的重金屬元素，并逐步擴(kuò)散至水環(huán)境中而污染周圍土壤環(huán)境。酸性水的PH值通常較低，嚴(yán)重時(shí)可低至2?3，易對(duì)巖土體產(chǎn)生腐蝕酸化，而使巖土體加速釋放出重金屬元素，如鉛、砷、鎘、銅等。在雨水淋濾的水巖化學(xué)作用過(guò)程中，如何監(jiān)測(cè)被淋濾作用巖土體的物理狀況，如何準(zhǔn)確簡(jiǎn)便的獲取巖土體中重金屬元素轉(zhuǎn)化、迀移至水環(huán)境中的評(píng)價(jià)非常關(guān)鍵。
[0003]目前，對(duì)重金屬元素污染環(huán)境的方法主要是現(xiàn)場(chǎng)對(duì)巖土體和被污染水體進(jìn)行取樣進(jìn)行研宄，但該方法耗時(shí)周期長(zhǎng)、不便進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)，因此，對(duì)研宄富含重金屬元素巖土體(如:黑色巖層)或金屬礦山的重金屬元素釋放、迀移、轉(zhuǎn)化的室內(nèi)模擬試驗(yàn)已成為環(huán)境巖土方面的重要課題，對(duì)重金屬淋濾作用下的水巖化學(xué)作用的室內(nèi)試驗(yàn)方法也顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種測(cè)試重金屬元素釋放迀移的淋濾試驗(yàn)裝置，所述實(shí)驗(yàn)裝置可以對(duì)各個(gè)分層巖土體的物理狀況和重金屬向地下水釋放迀移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)各分層巖土體和淋濾液進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣檢測(cè)，所述試驗(yàn)裝置可以模擬重金屬元素在巖土體各個(gè)層位的淋濾、迀移和轉(zhuǎn)化過(guò)程。
[0005]一種測(cè)試重金屬元素釋放迀移的淋濾試驗(yàn)裝置，包括:支架，淋濾柱，帶有刻度的第一淋濾收集瓶，第二淋濾收集瓶，真空泵，保險(xiǎn)瓶，所述淋濾柱置于支架上，所述淋濾柱下端放置帶有刻度的第二淋濾收集瓶，所述淋濾柱側(cè)面上設(shè)置有吸力滲漏儀，所述吸收滲漏儀通過(guò)第一導(dǎo)液管與第一淋濾收集瓶相連，所述帶有刻度的第一淋濾收集瓶與真空泵之間設(shè)置保險(xiǎn)瓶，帶有刻度的第一淋濾收集瓶、真空泵和保險(xiǎn)瓶通過(guò)第一導(dǎo)液管相連，
[0006]其特征在于:還包括通過(guò)支架垂直懸置于淋濾柱上的針孔式噴頭，第二導(dǎo)液管，淋濾柱下部連接的漏斗狀的縮口和淋濾柱側(cè)面設(shè)置的側(cè)向取樣口、張力計(jì)、導(dǎo)線孔，水分傳感器，電纜，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)儀，電腦，所述針孔式噴頭進(jìn)水口通過(guò)第二導(dǎo)液管依次與壓力表、流量計(jì)和液泵輸出端相連，所述第二導(dǎo)液管一端與液泵的輸入端相連，所述第二導(dǎo)液管另一端伸入儲(chǔ)水箱，所述縮口與淋濾柱之間設(shè)置第二過(guò)濾層，所述縮口與淋濾柱連接處設(shè)置有法蘭盤，所述縮口、淋濾柱和法蘭盤用螺母和硅膠密閉墊圈進(jìn)行密閉，所述水分傳感器的探針通過(guò)設(shè)置于淋濾柱側(cè)面的導(dǎo)線孔埋設(shè)于淋濾柱內(nèi)，所述張力計(jì)的探針通過(guò)設(shè)置于淋濾柱側(cè)面的導(dǎo)線孔埋設(shè)于淋濾柱內(nèi)，所述張力計(jì)和水分傳感器采集得到的信號(hào)通過(guò)電纜傳遞至所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)儀，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)儀與電腦相連，所述淋濾柱和縮口采用有機(jī)玻璃制成，所述帶有刻度的第二淋濾收集瓶置于電子天平上，所述帶有刻度的第二淋濾收集瓶位于縮口出水口下方。
[0007]進(jìn)一步地，所述淋濾柱頂放置第一過(guò)濾層，所述第一過(guò)濾層由尼龍篩網(wǎng)和第一多孔板自上而下構(gòu)成，所述第一過(guò)濾層位于針孔式噴頭正下方。
[0008]進(jìn)一步地，所述第二導(dǎo)液管伸入儲(chǔ)水箱的一端接有過(guò)濾網(wǎng)，所述第二導(dǎo)液管伸入儲(chǔ)水箱的一端靜置于水箱內(nèi)水面下。
[0009]進(jìn)一步地，所述吸力滲漏儀、側(cè)向取樣口、張力計(jì)和水分傳感器的間距為20CM。
[0010]進(jìn)一步地，所述過(guò)第二濾層由尼龍篩網(wǎng)，石英砂，尼龍篩網(wǎng)和第二多孔板由上而下依次構(gòu)成。
[0011]進(jìn)一步地，所述淋濾柱高度多105CM，所述淋濾柱柱體內(nèi)徑多12.5CM，所述第二多孔板孔徑為R，0.2CM彡R彡0.5CM。
[0012]本發(fā)明還公開(kāi)一種利用上述裝置進(jìn)行測(cè)試重金屬元素釋放迀移的淋濾試驗(yàn)的方法，包括如下步驟:
[0013]S1、用樣品填充淋濾柱，設(shè)置吸力滲透儀，分層埋設(shè)張力計(jì)和水分傳感器于淋濾柱的樣品中；
[0014]S2、設(shè)置壓力表的壓力值和流量計(jì)的流量值，具體如下:將去離子水或配置好的不同PH值的H2SO4型酸性水溶液置于儲(chǔ)水箱中，通過(guò)流量計(jì)和壓力表分別控制進(jìn)入淋濾柱的水分流量值和壓力值，讓水分充分的透過(guò)整個(gè)淋濾柱
[0015]S3、設(shè)置固體樣品和淋濾液體樣品的取樣時(shí)間間隔，打開(kāi)真空泵，利用真空泵原理在吸力滲漏儀處逐步獲取不同層位的淋濾液樣品，并利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)儀采集張力計(jì)和水分傳感器處的樣品物理狀態(tài)數(shù)據(jù)，同時(shí)在側(cè)向取樣口處獲取固體樣品；
[0016]S4、測(cè)試得到的不同時(shí)段、不同層位、不同流量的固體樣品和淋濾液體樣品的重金屬元素濃度；
[0017]S5、根據(jù)S4得到的數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)重金屬在淋濾柱不同層位的迀移、沉淀效應(yīng)和向水環(huán)境中釋放、轉(zhuǎn)化的能力。
[0018]進(jìn)一步地，SI所述樣品為研磨至20目的含重金屬尾礦的大塊巖石樣品，或巖石風(fēng)化土壤剖面。
[0019]進(jìn)一步地，所述巖石風(fēng)化土壤剖面依次放入淋濾柱中。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:
[0021]本發(fā)明在淋濾柱正上方的針孔式噴頭和淋濾柱頂端設(shè)置的過(guò)濾層，可使水分噴灑和分散更均勻，且有效的保護(hù)淋濾柱頂端土體不被沖蝕；淋濾柱下部設(shè)置過(guò)濾層，主要是保證淋濾柱底部不積水，承載淋濾柱內(nèi)部巖土體重量，且具有減少淋濾液中含有雜質(zhì)的作用。
[0022]本發(fā)明噴頭進(jìn)水口處設(shè)置流量計(jì)和壓力表，有效的控制了水分進(jìn)入淋濾柱的流量和有效雨強(qiáng)，可模擬不同流量和雨強(qiáng)條件下的淋濾試驗(yàn)。
[0023]本發(fā)明淋濾柱側(cè)面設(shè)置側(cè)向取樣口、吸力滲漏儀，可有效實(shí)現(xiàn)對(duì)各層巖土體和淋濾液實(shí)時(shí)進(jìn)行取樣檢測(cè)；張力計(jì)、水分傳感器可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各分層巖土體的物理狀況，因此，可研宄重金屬元素在各層位巖土體的迀移、轉(zhuǎn)化規(guī)律。
[0024]本發(fā)明方法可以有效的針對(duì)不同流量水分進(jìn)行的淋濾試驗(yàn)，可有效模擬重金屬元素在淋濾作用下得到位于不同淋濾柱層位的濃度參數(shù)，同時(shí)可對(duì)不同層位巖土體的淋濾液進(jìn)行測(cè)試，獲取重金屬在不同層位向水環(huán)境轉(zhuǎn)化和釋放的參數(shù)，進(jìn)而達(dá)到直接評(píng)價(jià)重金屬元素在金屬尾礦或風(fēng)化土壤剖面的迀移、沉淀和向水體釋放、轉(zhuǎn)化的能力。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明所述裝置的結(jié)構(gòu)示意圖
[0026]圖2為本發(fā)明所述裝置的A-A剖面圖
[0027]圖3為本發(fā)明所述裝置的淋濾柱與縮口相接局部放大的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖4為本發(fā)明方法流程圖。
[0029]圖中標(biāo)號(hào)為:1_儲(chǔ)水箱，2-液泵，3-流量計(jì)，4-壓力表，5-第一導(dǎo)液管，6-針孔式噴頭，7-淋濾柱，8-縮口，9-吸力滲漏儀，10-側(cè)向取樣口，11-第一淋濾液收集瓶，12-真空泵，13-支架，14-電子天平，15-電纜，16-張力計(jì)，17-水分傳感器，18-數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)儀，19-電腦，20-尼龍篩網(wǎng)，21-第一多孔板，22-石英砂，23-硅膠密閉墊圈，24-法蘭盤，25-第二導(dǎo)液管，26-保險(xiǎn)瓶，27-第二淋濾收集瓶，28-第二多孔板。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0031]如圖1和圖2所示，
[0032]一種測(cè)試重金屬元素釋放迀移的淋濾試驗(yàn)裝置，包括:支架13，淋濾柱(7)，帶有刻度的第一淋濾收集瓶11，第二淋濾收集瓶27，真空泵12，保險(xiǎn)瓶26所述淋濾柱7置于支架13上，所述淋濾柱7下端放置帶有刻度的第二淋濾收集瓶27，所述淋濾柱7側(cè)面上設(shè)置有吸力滲漏儀9，所述淋濾柱7高度多105CM，所述淋濾柱7柱體內(nèi)徑多12.5CM，所述吸收滲漏儀9通過(guò)第一導(dǎo)液管5與第一淋濾收集瓶11相連，所述帶有刻度的第一淋濾收集瓶11與真空泵12之間設(shè)置保險(xiǎn)瓶26，帶有刻度的第一淋濾收集瓶11、真空泵12和保險(xiǎn)瓶26通過(guò)第一導(dǎo)液管5相連，還包括通過(guò)支架13垂直懸置于淋濾柱7上的針孔式噴頭6，第二導(dǎo)液管25，淋濾柱7下部連接的漏斗狀的縮口 8和淋濾柱7側(cè)面設(shè)置的側(cè)向取樣口 10、張力計(jì)16、導(dǎo)線孔，水分傳感器17，電纜15，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)儀18，電腦19，所述淋濾柱7頂放置第一過(guò)濾層，所述第一過(guò)濾層由40目尼龍篩網(wǎng)20和多孔板21自上而下構(gòu)成，所述第一過(guò)濾層位于針孔式噴頭6正下方，所述針孔式噴頭6進(jìn)水口通過(guò)第二導(dǎo)液管25依次與壓力表4、流量計(jì)3和液泵2輸出端相連，所述吸力滲漏儀9、側(cè)向取樣口 10、張力計(jì)16和水分傳感器17的間距為20CM，所述第二導(dǎo)液管25 —端與液泵2的輸入端相連，所述第二導(dǎo)液管25另一端伸入儲(chǔ)水箱1，所述第二導(dǎo)液管25伸入儲(chǔ)水箱I的一端接有過(guò)濾網(wǎng)，所述第二導(dǎo)液管25伸入儲(chǔ)水箱I的一端靜置于水箱內(nèi)水面下，所述縮口 8與淋濾柱7之間設(shè)置第二過(guò)濾層，所述過(guò)第二濾層由40目尼龍篩網(wǎng)20，石英砂22,40目尼龍篩網(wǎng)20和第二多孔板28由上而下依次構(gòu)成，所述第二多孔板28孔徑為R，0.2CM ^ R ^ 0.5CM,所述縮口 8與淋濾柱7連接處設(shè)置有法蘭盤24，所述縮口 8、淋濾柱7和法蘭盤24用螺母和硅膠密閉墊圈23進(jìn)行密閉，所述水分傳感器17的探針通過(guò)設(shè)置于淋濾柱7側(cè)面的導(dǎo)線孔埋設(shè)于淋濾柱7內(nèi)，所述張力計(jì)16的探針通過(guò)設(shè)置于淋濾柱7側(cè)面的導(dǎo)線孔埋設(shè)于淋濾柱7內(nèi)，所述張力計(jì)16和水分傳感器17采集得到的信號(hào)通過(guò)電纜15傳遞至所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)儀18，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)儀18與電腦19相連，所述淋濾柱7和縮口 8采用有機(jī)玻璃制成，所述帶有刻度的第一淋濾收集瓶11和帶有刻度的第二淋濾收集瓶27使用廣口瓶式的瓶塞密閉，所述帶有刻度的第二淋濾收集瓶27置于電子天平14上，所述帶有刻度的第二淋濾收集瓶27位于縮口 8出水口下方，所述張力計(jì)16和水分傳感器17的探針通過(guò)的導(dǎo)線孔采用耐酸或者耐堿性玻璃