一种模拟高砷地下水灌溉对地下水环境影响的实验装置

摘要

本发明提供一种模拟高砷地下水灌溉对地下水环境影响的实验装置，包括依次连接的厌氧操作箱、模拟装置、监测池、三通管和废液池，所述厌氧操作箱内盛放模拟高砷地下水，所述模拟高砷地下水采用无氧水配制，所述模拟装置的内部填充模拟土壤层，所述三通管的高度变动时，在压强差的作用下，所述模拟装置的水位发生改变，从而实现模拟不同条件的地下水环境，所述模拟高砷地下水流入模拟装置内，在重力的作用下所述模拟高砷地下水在模拟装置内渗流，完成渗流的模拟高砷地下水从模拟装置排出，然后依次流入监测池、三通管和废液池，所述监测池内放置若干水质监测探头，所述水质监测探头用以实现连续监测水样，所述废液池用以收集流出的水样。

说明书

技术领域

本发明涉及地下水模拟技术领域，尤其涉及一种模拟高砷地下水灌溉对地下水环境影响的实验装置。

背景技术

砷是一种有毒类金属元素。慢性摄取含砷地下水会造成地方性砷中毒，引起皮肤、膀胱、肾、血管疾病甚至癌变等。高砷地下水分布在全球70多个国家，影响超过1.5亿人口。仅就中国而言，约2千万人口正遭受高砷地下水的威胁。为了更高效地对高砷地下水进行改良和修复，识别高砷地下水系统中砷迁移、富集过程的主控因素是关键所在。

温度、pH、氧化还原环境、共存的活性物质等都影响地下水中砷形态及分布。高砷地下水主要分布在农村地区，而农村地区灌溉活动普遍发生，这种灌溉活动会改变地下水环境物质和环境，为了更好研究高砷地下水灌溉活动对地下水环境的影响，需要场地试验和模拟实验结合，从不同尺度对其作用机理进行研究。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种结构简单、模拟效果好、可行性高的模拟高砷地下水灌溉对地下水环境影响的实验装置。

本发明提供一种模拟高砷地下水灌溉对地下水环境影响的实验装置，包括依次连接的厌氧操作箱、模拟装置、监测池、三通管和废液池，所述三通管能上下移动，所述厌氧操作箱和模拟装置之间通过第一管道连接，所述监测池和模拟装置之间通过第二管道连接，所述监测池和三通管的第一管口通过第三管道连接，所述三通管的第二管口和废液池通过第四管道连接，所述三通管的第三管口与大气连通，所述厌氧操作箱内盛放模拟高砷地下水，所述模拟高砷地下水用以模拟含有砷的地下水，所述模拟高砷地下水采用无氧水配制，所述模拟装置的内部填充模拟土壤层，所述模拟土壤层用以模拟土壤介质，所述三通管的高度变动时，在压强差的作用下，所述模拟装置的水位发生改变，从而实现模拟不同条件的地下水环境，所述模拟高砷地下水通过第一管道流入模拟装置内，在重力的作用下所述模拟高砷地下水在模拟装置内渗流，完成渗流的模拟高砷地下水从模拟装置内排出，然后依次流入监测池、三通管和废液池，所述监测池内放置若干水质监测探头，所述水质监测探头用以实现连续监测水样，所述废液池用以收集流出的水样。

进一步地，所述模拟装置包括模拟装置主体、设置在模拟装置主体上方的模拟装置上端和设置在模拟装置主体下方的模拟装置下端，所述模拟装置上端通过第一法兰盘连接在模拟装置主体上，所述模拟装置上端与第一法兰盘之间通过第一橡胶密封圈密封，所述模拟装置下端通过第二法兰盘连接在模拟装置主体上，所述模拟装置下端与第二法兰盘之间通过第二橡胶圈密封。

进一步地，所述模拟装置上端的中间位置开设第一进水口，通过所述第一进水口将第一管道的一端与模拟装置上端连接，所述第一管道上设置两相阀门，开启所述两相阀门时，所述模拟高砷地下水流入模拟装置主体内，所述模拟装置下端的中间位置开设第一出水口，通过所述第一出水口将第二管道的一端与模拟装置下端连接，所述第二管道上设置三相阀门，所述三相阀门的其中一端与大气连通，该与大气连通的三相阀门的一端用以水样的采集。

进一步地，接近所述模拟装置上端的模拟装置主体的侧面设有第一小孔，所述第一小孔内安装通气阀，所述通气阀用以实现模拟装置主体的内部与大气间的气体交换。

进一步地，所述模拟装置主体的侧边设有若干小孔，这些小孔用以实现沿纵向流动途径上的水样的采集。

进一步地，所述第一管道、第二管道、第三管道和第四管道均为橡胶管道，所述三通管为玻璃三通管，所述模拟装置主体、模拟装置上端和模拟装置下端均由透明PVC材料制成，所述模拟土壤层选用石英砂或黏土的任一种，所述无氧水内添加砷和铁试剂。

进一步地，所述三通管的高度不大于模拟装置主体的内部的水位，所述模拟装置主体的底部安装塑料网内衬，所述塑料网内衬的孔径小于模拟土壤层的粒径。

进一步地，所述第一管道上连接泵，通过所述泵将模拟高砷地下水输送至模拟装置，所述第一管道内安装过滤器，所述过滤器用以去除模拟高砷地下水中的杂质，所述模拟装置的内部设有布水器，所述布水器用以将模拟高砷地下水均匀布散。

进一步地，所述监测池设有第二进水口和第二出水口，所述第二进水口的位置低于第二出水口的位置，所述第二进水口与第二管道连接，所述第二出水口与第三管道连接。

进一步地，所述三通管的下方设置升降台，所述升降台用以固定三通管的位置和改变三通管的高度。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明提供的实验装置结构简单、可行性高、模拟效果好，对地下水环境影响的实验研究有非常大的帮助作用；本发明提供的实验装置采用无氧操作箱高效地模拟了高砷地下水的还原厌氧环境，具有广泛地推广应用价值；本发明提供的实验装置采用三通管控制模拟装置的水位，易于操作，有效减少了实验的干扰变量；本发明提供的实验装置将水质监测探头直接布设在监测池内，有效避免了取出测试造成的误差，连续监测效果佳。

附图说明

图1是本发明一种模拟高砷地下水灌溉对地下水环境影响的实验装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本发明的实施例提供了一种模拟高砷地下水灌溉对地下水环境影响的实验装置，其包括依次连接的厌氧操作箱1、模拟装置2、监测池3、三通管4和废液池5，厌氧操作箱1和模拟装置2之间通过第一管道11连接，监测池3和模拟装置2之间通过第二管道12连接，监测池3和三通管4的第一管口41通过第三管道13连接，三通管4的第二管口42和废液池5通过第四管道14连接，三通管4的第三管口43与大气连通。

厌氧操作箱1内盛放模拟高砷地下水，模拟高砷地下水用以模拟含有砷的地下水，模拟高砷地下水采用无氧水配制，根据实验需求在无氧水内添加不同质量的砷和铁试剂，第一管道11上连接泵111，通过泵111将模拟高砷地下水输送至模拟装置2，第一管道1内安装过滤器112，过滤器112用以去除模拟高砷地下水中的杂质；一实施例中，泵111采用蠕动泵，蠕动泵能够实现定流速地将模拟高砷地下水输送至模拟装置2，过滤器112采用针筒式过滤器。

模拟装置2的内部填充模拟土壤层，模拟土壤层用以模拟土壤介质，模拟土壤层根据实验需求选择石英砂或黏土，本发明的一实施例中选用石英砂进行模拟实验。

模拟装置2包括模拟装置主体21、设置在模拟装置主体21上方的模拟装置上端22和设置在模拟装置主体21下方的模拟装置下端23，模拟装置上端22通过第一法兰盘6连接在模拟装置主体21上，模拟装置上端22与第一法兰盘6之间通过第一橡胶密封圈(图中未示)密封，模拟装置下端23通过第二法兰盘7连接在模拟装置主体21上，模拟装置下端23与第二法兰盘7之间通过第二橡胶圈密封，模拟装置2的内部设有布水器24，布水器24用以将模拟高砷地下水均匀布散，接近模拟装置上端22的模拟装置主体21的侧面设有第一小孔25，第一小孔25内安装通气阀26，通气阀26用以实现模拟装置主体21的内部与大气间的气体交换。

分别与大气连通的模拟装置2和三通管4构成U型连通池结构，三通管4的高度变动时，在压强差的作用下，模拟装置2的水位发生改变，从而实现模拟不同条件的地下水环境。

利用该实验装置进行模拟实验时，模拟高砷地下水通过第一管道11流入模拟装置2内，在重力的作用下模拟高砷地下水在模拟装置2内渗流，完成渗流的模拟高砷地下水从模拟装置2内排出，然后依次流入监测池3、三通管4和废液池5，废液池5用以收集流出的水样。

模拟装置上端22的中间位置开设第一进水口221，通过第一进水口221将第一管道11的一端与模拟装置上端22连接，第一管道11上设置两相阀门113，开启两相阀门113时，模拟高砷地下水流入模拟装置主体21内，模拟装置下端23的中间位置开设第一出水口231，通过第一出水口231将第二管道12的一端与模拟装置下端23连接，第二管道12上设置三相阀门121，三相阀门121的其中一端与大气连通，该与大气连通的三相阀门121的一端用以水样的采集。

模拟装置主体21的底部安装有塑料网内衬，塑料网内衬的孔径小于模拟土壤层的粒径，一实施例中塑料网内衬的孔径为0.088mm。

监测池3设有第二进水口32和第二出水口33，第二进水口32的位置低于第二出水口33的位置，第二进水口32与第二管道12连接，第二出水口33与第三管道13连接，监测池3内放置若干水质监测探头31，这些水质监测探头31用以实现连续监测水样。

三通管4能够向上或向下移动，其下方设置升降台8，升降台8用以固定三通管4的位置和改变三通管4的高度，为了防止水样发生倒流，三通管4的高度不大于模拟装置主体21的内部的水位。

模拟装置主体21的侧边设有若干小孔27，这些小孔27用以实现沿纵向流动途径上的水样的采集。

第一管道11、第二管道12、第三管道13和第四管道14均为橡胶管道，三通管4为玻璃三通管。

模拟装置主体21、模拟装置上端22和模拟装置下端23均由透明PVC材料制成，根据实验需求选择合适的模拟装置主体21的尺寸，一实施例中，模拟装置主体21的内径为8cm、长度为1.5m、壁厚为5mm。

第一管道11与厌氧操作箱1的接口处、第一管道11与模拟装置上端22的接口处、第二管道12与模拟装置下端23的接口处、第二管道12与第二进水口32的接口处、第三管道13与第第二出水口33的接口处、第三管道13与第一管口41的接口处、第四管道14与第二管口42的接口处均采用硅橡胶涂布密封。

本发明提供的实验装置结构简单、可行性高、模拟效果好，对地下水环境影响的实验研究有非常大的帮助作用；本发明提供的实验装置采用无氧操作箱1高效地模拟了高砷地下水的还原厌氧环境，具有广泛地推广应用价值；本发明提供的实验装置采用三通管4控制模拟装置2的水位，易于操作，有效减少了实验的干扰变量；本发明提供的实验装置将水质监测探头31直接布设在监测池3内，有效避免了取出测试造成的误差，连续监测效果佳。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。