一种分析污染物在不同介质中迁移的方法及装置

摘要

本发明涉及污染地表水修复技术，具体地说是一种分析污染物在不同介质中迁移的方法及装置。其方法为：将供试污染底泥：水的比例加入到装置中，而后在自然温度下进行运行检测。本发明方法可根据需要于不同时间1d－30d、不同水、底泥层面5cm－40cm进行采集样品，分析测定投加污染物的浓度分布和迁移状况；其装置为主要包括柱体、采样口、水循环管、蠕动泵，所述柱体用于放置污染底泥和水体，本发明可作为分析污染物在水体和底泥不同层面中分布和迁移规律的方法和模拟装置，具有操作简单、实用、效果好的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及污染地表水修复技术，具体地说是一种分析污染物在不同介质中迁移的方法及装置。

背景技术

地表水体不同于地下水体，同后者相比，前者因完全裸露于外界环境中，因此更缺乏自然的保护。地表水作为重要的水资源，正在遭受着严重的破坏，目前，我国1/3以上的河段受到污染，90％以上的城市水域污染严重，尽管已采取了一些控制措施，但因排入地表水体的污染物生物降解性越来越差，造成污染物质在水体中长期累积，超过了地表水的自净能力。

地表水体是人类赖以生存的宝贵资源，其中便于利用的地表淡水资源仅占淡水总量的0.014％，其珍贵之处不言自喻。然而，工、农业的快速发展，导致大量、复杂的污染物通过各种途径输入地表水体，有限的地表水资源正在遭受着不同程度的污染，水体生态环境日趋恶化，生物多样性遭到严重破坏，不仅影响了人类正常生活，还制约着经济发展，污染地表水修复的研究迫在眉睫。

污染物对环境产生污染的过程是经历量变积累到质变，这一过程可以是短暂的，也可以是长期的。特别是严重污染的场合必须引起高度重视，以免造成扩散和严重后果。例如2005年11月13日中石油吉林石化公司双苯厂苯胺车间发生爆炸事故，虽及时封堵了事故造成的污染排放口，并将厂区内事故产生的污水引入厂内污水处理厂，但由于消防以及现场清理、清洗过程中带来的污染，致使大量的苯类污染物(苯、苯胺和硝基苯)通过吉化公司东10号线流入第二松花江，造成了重大环境污染事件。地表水体的复杂性和庞大的治理工程开支，要求修复地表水体的技术必须合理、可行。

对于硝基苯类污染水体的处理技术，有不少报道，有物化法处理技术和生物法等。物化法处理技术包括化学氧化技术、吸附法、萃取法等[唐萍，周集体等]。生物法包括好氧菌降解法和厌氧菌降解法[宗红鹰，谢强]。但无论采用何种处理技术，前题是设计可行性方案之前必须掌握污染物在水中及底泥中的分布状况，只有了解情况才能制定切实可行的治理和修复方案，使复杂性的地表水体得到有效修复，恢复其自然生态原貌。且治理工程省时省力、可操作、成本低，但对于污染物在不同介质中分布及迁移的状况尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种分析污染物在不同介质中迁移的方法及装置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

分析污染物在不同介质中迁移的装置包括：柱体、采样口，所述多个采样口设置于柱体上。

其采样口通过水循环管与柱体相通，蠕动泵设在水循环管相连通的采样口与柱体中间。

所述柱体每隔80-160mm设置一采样口，每柱设置6-10个采样口，采样口上设有开关。

所述水循环管相连通的采样口位于污染底泥与污染水体的界面上部。

分析污染物在不同介质中迁移的方法：装置内加入污染底泥10-15kg，底泥上添加水10-15L，在13-23℃下每隔1d-30d从不同采样口处采集样品进行检测分析。

所述水内加有20-50g污染物。

承装污染底泥与水后在水循环管相连通的采样口与柱体中间设有蠕动泵，当开启蠕动泵时以0.5L/h～3.1L/h的速度控制水流动，在13-23℃下每隔1d-30d从不同采样口处采集样品进行检测分析。

所述水内加有20-50g污染物。

本发明可对污染物在流动水体和静止水体中的分布和迁移规律的差异进行检测：无蠕动泵时可模拟污染物进入稳定水体后在水体和底泥中的分布和迁移；连接蠕动泵时可控制不同流速的水体循环流动，柱中的水从下层流出，再由上层滴下。将下层水提升到最上层，蠕动泵连续运行，通过蠕动泵提升到表面实现水的流动并与空气接触。

本发明所具有的优点：

1.采用本发明不连接蠕动泵的装置时能模拟有机污染物进入稳定水体后在水体、底泥不同层面(5cm-40cm)中的分布和迁移规律；当启动蠕动泵时还能够模拟有机污染物进入不同流速(0.5L/h-3.1L/h)流动水体后在水体和底泥中的分布和迁移规律。

2.本发明的装置结构简单、适用性强、可控性强，操作方便。可模拟不同温度、不同时间、不同泥：水比例、不同有机、无机污染物污染状况及在不同介质中的分布和迁移。

3.采用本发明的方法和模拟装置，模拟硝基苯污染地表水后的状况，投加硝基苯污染物后，在稳定水体中，仅有极少量的硝基苯溶解于水，大量的迅速沉降至泥水界面。投加污染物第2天开始，硝基苯由沉积层向水体不断扩散释放，在22天内，4层水中污染物的浓度均呈对数上升趋势，其动态变化规律符合方程式y＝aLn(t)+b，相关系数(R²)在0.9564-0.9894之间。4层水a值在32.258-48.881范围，b值在54.741-78.175范围，离底泥越近a值和b值越大。在缓流水体中，污染第2天，水中硝基苯浓度最高，在27.29mg/L-36.48mg/L之间。之后迅速下降，22天后降到11.88mg/L-13.18mg/L之间，4层水中硝基苯浓度均为先升高后降低的趋势。

4.本发明采用的装置可用于分析水体、底泥和泥-水界面污染物的处理方法和工艺条件优化。

附图说明

图1为本发明模拟装置结构示意图。

图2为本发明模拟装置结构示意图。

图3为硝基苯在流动水体中的分布状况图。

图4为硝基苯在流动水体底泥中的分布状况图。

图5为硝基苯在稳定水体中的分布状况图。

图6为硝基苯在稳定水体底泥中的分布状况图。

主要标号为：1.柱体；2.蠕动泵；3.采样口；4.采样口开关；6.水循环管。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

如图1所示，本发明的模拟装置包括：柱体1、采样口3、水循环管6，所述多个采样口3设置于柱体1上，水循环管6的一端与柱体1相连通，另一端与采样口3相连通；所述水循环管6相连通的采样口3与柱体1中间设有蠕动泵2。

所述水循环管6相连通的采样口3位于污染底泥与污染水体的界面上部。

柱体1每隔100mm设置一采样口3，每柱8个采样口，同时在采样口3上设置开关4，所述采样口孔径为15mm。

所述柱体材料为有机玻璃，其规格为：直径为200mm、高为1000mm、壁后5mm，底部封闭；所述水循环管为市售的医用硅胶管；所述蠕动泵为DDB-600电子蠕动泵，上海之信仪器有限公司产品。

本实施例为分析硝基苯在流动水体中分布状态的方法：

装置内加入2006年3月13日采自吉化双苯厂排污明渠的污染底泥，底泥体积11L，底泥重14.3kg，底泥高350mm；底泥上加入水12.6L，水深400mm，所述水为一般自来水，然后加入市售分析纯硝基苯42.17g。蠕动泵开启时以1.5L/h的流量控制装置内的水体，蠕动泵将装置内的水在24h内循环三次，而后在13℃、硝基苯进入水体6h后进行第1次采样，之后1d、7d、14d、和22d分别采样，样品采集结束后马上关闭采样口，将采集的样品进行分析其分布与迁移的规律(参见图3和图4)。

所述的污染底泥于2006年3月13日采自吉化双苯厂排污明渠，采样时间为事故发生4个月后，明渠中大部分污染底泥被运至异地处理。因此，只在未经翻动的一段明渠底泥中采样。底泥经过筛分混匀去除大块杂质后用，底泥的理化特性及污染物背景值见表1。

表1  明渠底泥中各种污染物的本底值

  测试  项目  苯胺  mg/Kg  硝基  苯  mg/Kg  有机  质  (％)  pH  T-N  g/Kg  T-P  g/Kg  T-K  g/Kg  As  mg/Kg  Hg  mg/Kg  PAHs*  mg/Kg  干重  42.84  5.58  16.39  7.9  4.41  0.65  18.73  39.89  30.95  390.7

*PAHs主要是2-3环的芳烃。

结果说明当硝基苯进入水体后，大部分未得到分散和溶解，而迅速沉降到泥水界面。从外表观察硝基苯呈油滴状覆盖在泥层表面，伴随油滴表面吸附着沉积物中的微细底泥，油滴部分嵌入沉积物中的微细泥层中。有极少量的硝基苯被水溶解，缓流水体中硝基苯浓度范围分别为2.08～5.35mg/L。还有一小部分分散在水体的表面形成油膜，此时水有很浓的苦杏仁味。在缓流水体中，经过1天后，水中硝基苯浓度最高。水层面离底泥远近(5cm-35cm)依次为27.29mg/L、34.57mg/L、36.48mg/L和30.22mg/L，之后迅速下降，经过22天分别降到12.48mg/L、13.18mg/L、11.88mg/L和11.67mg/L。4层水中硝基苯浓度均为先升高后降低的趋势。

实施例2

与实施例1不同之处在于：

如图2所示，本发明的模拟装置包括：柱体1、采样口3，所述多个采样口3设置于柱体1上。

柱体1每隔100mm设置一采样口3，每柱8个采样口，同时在采样口3上设置开关4。

本实施例为分析硝基苯在静止水体中分布状态的方法：

装置内加入底泥体积11L，底泥重14.3kg，底泥高350mm；底泥上加入水12.6L，水深400mm，所述水为一般自来水，然后加入市售分析纯硝基苯42.17g。而后在13℃、硝基苯进入水体6h后进行第1次采样，之后1d、7d、14d、和22d分别采样，样品采集结束后马上关闭采样口，将采集的样品进行分析其分布与迁移的规律(参见图5和图6)。

从图5和图6看出，当硝基苯进入水体后，与流动水体相同的是大部分未分散和溶解，而迅速沉降到泥水界面。有极少量的硝基苯被水溶解，稳定水体中硝基苯浓度范围分别为1.67mg/L～2.94mg/L。还有一小部分分散在水体的表面形成油膜，此时水同样有很浓的苦杏仁味。

在稳定水体中，投加污染物第2天开始，硝基苯由沉积层向水体不断扩散释放，在22天内，4层水中污染物的浓度均呈对数上升趋势，其动态变化规律符合方程式y＝aLn(t)+b，相关系数(R²)在0.9564-0.9894之间。4层水a值在32.258-48.881范围，b值在54.741-78.175范围，离底泥越近a值和b值越大。22天采样测定结果，4层水中硝基苯浓度依次为(水离底泥远近排列)149.62mg/L、166.73mg/L、167.06mg/L和228.31mg/L，比初始浓度(投加6h后)升高78-89倍

实施例3

与实施例1不同之处在于：

装置的柱体1每隔120mm设置一采样口3，每柱8个采样口，同时在采样口3上设置开关4，所述采样口孔径为15mm。

装置内加入污染底泥，底泥重10kg，底泥高250mm；底泥上加入水9.6L，水深300mm，所述水为一般自来水，然后加入市售分析纯硝基苯20g。蠕动泵开启时以0.8L/h的流量控制装置内的水体，蠕动泵将装置内的水在24h内循环二次，而后在15℃、硝基苯进入水体8h后进行第1次采样，之后1d、8d、15d、和24d分别采样，样品采集结束后马上关闭采样口，将采集的样品进行分析其分布与迁移的规律。

实施例4

与实施例2不同之处在于：

装置的柱体1每隔140mm设置一采样口3，每柱6个采样口，同时在采样口3上设置开关4。

装置内加入底泥体积重12kg，底泥高300mm；底泥上加入水11L，水深350mm，所述水为一般自来水，然后加入市售分析纯硝基苯30g。而后在18℃、硝基苯进入水体6h后进行第1次采样，之后1d、9d、16d、和30d分别采样，样品采集结束后马上关闭采样口，将采集的样品进行分析其分布与迁移的规律。

实施例5

与实施例1不同之处在于：

装置的柱体1每隔160mm设置一采样口3，每柱6个采样口，同时在采样口3上设置开关4，所述采样口孔径为15mm。

装置内加入污染底泥，底泥重13kg，底泥高320mm；底泥上加入水13.2L，水深420mm，所述水为一般自来水，然后加入市售分析纯苯胺40g。蠕动泵开启时以2.2L/h的流量控制装置内的水体，蠕动泵将装置内的水在24h内循环四次，而后在20℃、硝基苯进入水体8h后进行第1次采样，之后1d、8d、17d、和26d分别采样，样品采集结束后马上关闭采样口，将采集的样品进行分析其分布与迁移的规律。

实施例6

与实施例1不同之处在于：

装置的柱体1每隔80mm设置一采样口3，每柱10个采样口，同时在采样口3上设置开关4。

装置内加入污染底泥，底泥重15kg，底泥高370mm；底泥上加入水15L，水深476mm，所述水为一般自来水，然后加入市售分析纯硝基苯50g。蠕动泵开启时以3.1L/h的流量控制装置内的水体，蠕动泵将装置内的水在24h内循环五次，而后在23℃、硝基苯进入水体8h后进行第1次采样，之后1d、10d、20d、和30d分别采样，样品采集结束后马上关闭采样口，将采集的样品进行分析其分布与迁移的规律。

实施例7

与实施例2不同之处在于：

装置的柱体1每隔150mm设置一采样口3，每柱6个采样口，同时在采样口3上设置开关4，所述采样口孔径为15mm。

装置内加入底泥体积重14kg，底泥高343mm；底泥上加入水14L，水深445mm，所述水为一般自来水，然后加入市售分析纯硝基苯40g。而后在19℃、硝基苯进入水体6h后进行第1次采样，之后1d、9d、15d、和25d分别采样，样品采集结束后马上关闭采样口，将采集的样品进行分析其分布与迁移的规律。

上述详细说明针对本发明的实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围。