本發(fā)明屬于土壤固化穩(wěn)定化技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種固化穩(wěn)定化污染土壤/固體廢棄物中重金屬污染物擴散監(jiān)測裝置。

背景技術(shù)：

土壤固化穩(wěn)定化技術(shù)由于其修復(fù)速度快、費用較低、實施方便等特點，已成為目前我國重金屬污染土壤修復(fù)的主要技術(shù)。湖南、湖北、重慶、江蘇、浙江和上海等省市均主要采用了固化穩(wěn)定化技術(shù)處理土壤中的重金屬污染物，該技術(shù)也用于處理合有重金屬和某些半揮發(fā)性有機物的復(fù)合污染土壤。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前國內(nèi)實施土壤固化穩(wěn)定化修復(fù)的工程案例已超過100例。

固化和穩(wěn)定化具有不同的含義。固化是將污染物囊封入惰性基材中，或在污染物外面加上低滲透性材料，通過減少污染物暴露的淋濾面積達到限制污染物遷移的目的。固化技術(shù)中，污染土壤與粘結(jié)劑之間不可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只是機械地將污染物固封在結(jié)構(gòu)完整的固化產(chǎn)物(固化體或固化塊)中，隔離污染土壤與外界的聯(lián)系，達到控制污染物遷移的目的。穩(wěn)定化是指從污染物的有效性出發(fā)，通過形態(tài)轉(zhuǎn)化，將污染物轉(zhuǎn)化為不易溶解、遷移能力或毒性更小的形式來實現(xiàn)無害化，以降低其對生態(tài)系統(tǒng)的危害風(fēng)險。

固化穩(wěn)定化后土壤中重金屬污染物的長期穩(wěn)定性是環(huán)境主管部門和土壤領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者極為關(guān)心的問題，也是土壤固化穩(wěn)定化修復(fù)項目論證和驗收時最為關(guān)注和爭議的問題。穩(wěn)定劑對污染物固封或水化反應(yīng)可以持續(xù)幾年時間，而實際土壤修復(fù)工程往往要求在較短時間內(nèi)完成，穩(wěn)定劑與土壤養(yǎng)護7至28天內(nèi)就需要評估其修復(fù)效果?，F(xiàn)有的毒性浸出測試提取時間僅為18小時，短時間內(nèi)的提取結(jié)果并不能完全反映較長時間土壤污染物的穩(wěn)定性。在較長時間后(比如5年、10年或30年等)，尤其經(jīng)過長期酸雨淋溶、干濕交替或凍融作用影響，土壤中穩(wěn)定態(tài)重金屬是否重新變得不穩(wěn)定而釋放到環(huán)境中，進而對人體健康和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生危害風(fēng)險？這是非常值得關(guān)注和研究的問題。

目前，還沒有一種能完全反映較長時間內(nèi)，固化穩(wěn)定化污染土壤中或固體廢棄物中重金屬污染物的穩(wěn)定性(即土壤中重金屬污染物的長期穩(wěn)定性)的重金屬污染物擴散監(jiān)測裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種固化穩(wěn)定化污染土壤/固體廢棄物中重金屬污染物擴散監(jiān)測裝置，該裝置能反映較長時間內(nèi)固化穩(wěn)定化污染土壤中或固體廢棄物中重金屬污染物的穩(wěn)定性。

本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種固化穩(wěn)定化污染土壤/固體廢棄物中重金屬污染物擴散監(jiān)測裝置，該裝置包括實驗槽單元、浸提劑添加單元、浸出液收集單元和數(shù)據(jù)自動采集單元；其中：

(1)實驗槽單元包括一實驗槽和若干附屬設(shè)備，均用惰性材料制成；實驗槽頂部設(shè)有浸提劑入口；實驗槽底部設(shè)有浸出液出口；浸出液出口處設(shè)有閥門，用于浸出液的排出；實驗槽的側(cè)面設(shè)有可拆卸板，以便將固化塊放入和拿出實驗槽；可拆卸板四周邊緣設(shè)有橡膠密封墊圈，可確保該實驗槽具備良好的密封性。實驗槽內(nèi)底部設(shè)有固化塊支架，固化塊支架上放置固化塊，固化塊支架可將固化塊固定于實驗槽中。實驗槽中固化塊支架上方(即放置固化塊位置的上方)設(shè)有分流裝置，分流裝置為上端開口的圓柱設(shè)計，分流裝置的上端固定在實驗槽上的浸提劑入口處，分流裝置的底部設(shè)有許多分流孔。

進一步地，實驗槽側(cè)壁沿槽長每隔一段距離(20-30cm)設(shè)置一組卡槽，配備隔板若干，每塊隔板可緊密插入每組卡槽中，以便在針對不同大小固化塊的實驗中，可以調(diào)節(jié)單一擴散實驗的容積。也就是說，通過將隔板插入卡槽中，可將整個實驗槽分成多個區(qū)域空間，每個區(qū)域空間可針對性地對不同大小的固化塊進行單一擴散實驗，可以調(diào)節(jié)每個單一擴散實驗的容積。隔板的壁厚不小于9mm。每個區(qū)域空間頂部設(shè)有一個浸提劑入口；每個區(qū)域空間底部設(shè)有一個浸出液出口；每個區(qū)域空間內(nèi)底部設(shè)有一個固化塊支架；每個區(qū)域空間內(nèi)上部均設(shè)有分流裝置。

進一步地，分流裝置的上部是進水槽，下部是分流槽，分流槽直徑比進水槽直徑大；進水槽的上端固定在實驗槽上的浸提劑入口處，進水槽的上端開口，可與進水管連接；進水槽與分流槽固定連接；分流槽底部有許多分流孔，類似花灑；分餾槽位于固化塊支架正上方，即分餾槽位于固化塊正上方；分流裝置的底部即分餾槽底部與固化塊之間的垂直距離為4～5cm。

進一步地，實驗槽具體要求如下：實驗槽具有良好的封閉性，容積不小于50l，實驗槽壁厚不小于6mm。固化塊支架的高度(距離底部)不小于2cm。

進一步地，實驗槽的制作材料為透明pvc；固化塊支架為可移動式的。

進一步地，固化塊支架由防水材料做成，固化塊支架下面有四個支撐腳，上面是一個方形框架，方形框架的四角設(shè)有四個方形支承墊片。

進一步地，在固化塊頂端和底端各放置一方形墊片，墊片是活動的，不固定；墊片尺寸與固化塊頂端和底端尺寸一致；兩塊墊片之間用細繩連接，細繩可為2-4根。

(2)浸提劑添加單元包括浸提劑貯存容器，與實驗槽頂部的浸提劑入口連接。

進一步地，浸提劑貯存容器為帶旋蓋的聚乙烯瓶。

(3)浸出液收集單元：浸出液收集單元包括浸出液收集容器，與實驗槽底部的浸出液出口連接。

進一步地，浸出液收集單元包括浸出液收集容器和過濾設(shè)備；實驗槽底部的浸出液出口通過過濾設(shè)備與浸出液收集容器連接。

進一步地，浸出液收集容器為帶旋蓋的聚乙烯瓶。

(4)數(shù)據(jù)自動采集單元：包括若干插入實驗槽中可測定及實時記錄實驗槽中溶液ph值、電導(dǎo)率、氧化還原電位等的電極，并且包含與這些電極連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一套。該單元一端為電極探頭，可從實驗槽頂部的電極探頭插入口處插入槽體內(nèi)的浸出液中，另一端為數(shù)據(jù)輸出端，用來連接計算機，計算機可以顯示并存儲即時浸出液ph、電導(dǎo)率和氧化還原電位。

進一步地，所述電極探頭為三合一電極探頭，實驗槽頂部的電極探頭插入口為三合一電極探頭插入口；數(shù)據(jù)自動采集單元一端為三合一電極探頭，從實驗槽頂部的三合一電極探頭插入口處插入槽體內(nèi)的浸出液中，另一端為數(shù)據(jù)輸出端，與計算機連接。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明的裝置適用于浸提法測試一個或多個固化塊的重金屬污染物擴散濃度。浸提法(固-液萃取法)是指將固體樣品(固化塊)浸泡在溶劑(浸提劑)中，將固體樣品中的某些組分浸提出來的方法。該裝置能反映較長時間內(nèi)固化穩(wěn)定化污染土壤中或固體廢棄物中重金屬污染物的穩(wěn)定性。

本發(fā)明的裝置既可滿足單獨一個固化塊的重金屬污染物擴散濃度測試，也可滿足三個固化塊同時開展批次擴散濃度測試實驗，可大大縮短實驗周期；并且在擴散濃度測試實驗開展的同時，可以通過數(shù)據(jù)自動采集單元實時記錄ph值、電導(dǎo)率、氧化還原電位等數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的裝置可用于測定一定液固體積比(l/l)條件下，分別在不同時候更換新鮮的浸提劑(去離子水)，考察其經(jīng)過不同浸出時間的長期浸出速率和累計浸出量，研究不同浸出時間和固液比對浸出速率及累計浸出量的影響，為土壤中重金屬污染物的長期穩(wěn)定性評估這一決定土壤再利用方式及配套安全保障措施的重要條件提供技術(shù)支撐。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的重金屬污染物擴散監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明中的固化塊支架的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明中的分流裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明中用細繩將固化塊固定在兩塊墊片之間的示意圖。

圖中：1、實驗槽12、隔板2、浸提劑入口3、浸出液出口4、固化塊支架41、支撐腳42、支承墊片5、固化塊51、墊片52、尼龍細繩6、分流裝置61、進水槽62、分流槽63、分流孔7、ph計電極探頭8、ph計9、三合一電極探頭插入口10、計算機11、數(shù)據(jù)線

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。

實施例1

如圖1所示，本發(fā)明一種固化穩(wěn)定化污染土壤/固體廢棄物中重金屬污染物擴散監(jiān)測裝置，該裝置包括實驗槽單元、浸提劑添加單元、浸出液收集單元、數(shù)據(jù)自動采集單元。

1.實驗槽單元：

實驗槽單元由一實驗槽和若干附屬設(shè)備組成，均用惰性材料制成。

如圖1所示，實驗槽單元包括一實驗槽1，該實驗槽為長方體，尺寸為長87cm，寬28cm，高28cm，容積約為68l，該實驗槽的一個側(cè)面可自由拆卸，該可拆卸面四周邊緣安裝橡膠墊圈，可確保該實驗槽具備良好的封閉性；該長方體實驗槽壁厚為6mm，制作材料為透明pvc。

該長方體實驗槽1側(cè)壁沿槽長每隔28cm左右設(shè)置一組卡槽和一塊隔板12(隔板12的壁厚為9mm)，通過將每塊隔板緊密插入每組卡槽中，將整個長方體實驗槽分成了三部分即三個正方體區(qū)域空間(實驗槽每個正方體區(qū)域空間的容積為22l)，每個區(qū)域空間可針對性地對不同大小的固化塊進行單一擴散實驗，可以調(diào)節(jié)每個單一擴散實驗的容積。

該長方體實驗槽1的頂面(頂部端面)上設(shè)有三個浸提劑入口2(進水圓孔)；每個進水孔需安裝在該區(qū)域空間的上面板的中心位置；該長方體實驗槽底部前端位置均勻設(shè)置有三個浸出液出口3(浸出液出口3處帶閥門)，用于浸出液的排出，也可使整個底部留出足夠的面積可以放在桌面或者其它支撐平臺上；該裝置容許用于實驗的固化塊尺寸為7cm×10cm×15cm，或小于該尺寸。

實驗槽1內(nèi)底部設(shè)有三個可移動式固化塊支架4作為固化塊底座，用于放置和固定固化塊，每個固化塊支架4上可放置和固定一個固化塊5。根據(jù)每個固化塊的尺寸(7cm×10cm×15cm)，每個固化塊底座的長寬尺寸為7cm×10cm，高度為3cm。固化塊支架由防水材料做成，如圖2所示，固化塊支架下面有四個支撐腳41，上面是一個長方形框架，長方形框架的四角設(shè)有四個10mm*10mm不銹鋼支承墊片42(四個角上的四個正方形不銹鋼支承墊片42用于支承固化塊)。

實驗槽1中放置固化塊后，每個固化塊上方均設(shè)置有分流裝置6，分流裝置為上端開口的圓柱設(shè)計；如圖3所示，分流裝置6的上部是進水槽61，下部是分流槽62，分流槽直徑比進水槽直徑大；進水槽與分流槽之間用硅膠粘結(jié)或者法蘭連接在一起；進水槽的上端固定在實驗槽上的浸提劑入口處；分餾槽底部有許多分流孔63(像水龍頭的花灑)，分流孔的尺寸由浸提劑情況而定，進水可均勻散開，可防止進水水流過大或過快對固化塊造成沖擊；分流裝置的分餾槽位于固化塊正上方，分餾槽底部與固化塊之間的垂直距離4～5cm。

若在實驗過程中需要稱取固化塊重量，則固化塊需在一定間隔時間段內(nèi)提拿出實驗槽，并且稱重。因此，在固化塊頂端和底端各放置一方形墊片51，該墊片是活動的，不固定；該墊片51由聚乙烯材料制成，墊片尺寸與固化塊頂端和底端尺寸一致。如圖4所示，兩塊墊片51之間用尼龍細繩52連接(細繩可為2-4根)，通過調(diào)整每根尼龍繩的長度可將固化塊固定在兩塊墊片之間。尼龍繩長度需保證尼龍繩一端可從側(cè)面伸出至實驗槽外，以實現(xiàn)固化塊的拉拽、提拿操作(拆下實驗槽側(cè)面的可拆卸板，通過尼龍繩就可以將固化塊拉拽出實驗槽，也可以用其它夾具將固化塊取出來)。

2.浸提劑添加單元：包括浸提劑貯存容器(帶旋蓋的聚乙烯瓶，即浸提劑貯存瓶)。實驗中需添加或更換新鮮的浸提劑時，可將浸提劑貯存瓶靠近(或連接)實驗槽頂部的浸提劑入口，將浸提劑倒入(或泵入)實驗槽中。

3.浸出液收集單元：包括過濾設(shè)備和浸出液收集容器(帶旋蓋的聚乙烯瓶，即浸出液貯存瓶)。

實驗中需排出實驗槽中的浸出液時，可將浸出液貯存瓶靠近實驗槽底部的浸出液出口，浸出液放入浸出液貯存瓶中；或者浸出液貯存瓶通過過濾設(shè)備與實驗槽底部的浸出液出口連接，浸出液經(jīng)過濾后排入浸出液貯存瓶中。

4、數(shù)據(jù)自動采集單元：包括若干實時記錄實驗槽中溶液ph值、電導(dǎo)率、氧化還原電位等的電極，同時包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一套。實驗槽頂部還設(shè)有三合一電極探頭插入口9；數(shù)據(jù)自動采集單元一端為ph計電極探頭7從實驗槽頂部的三合一電極探頭插入口9處插入槽體內(nèi)的浸出液中；ph計電極探頭7與ph計8連接；數(shù)據(jù)自動采集單元另一端為數(shù)據(jù)輸出端(ph計的輸出端)，通過數(shù)據(jù)線11與計算機10(數(shù)據(jù)記錄電腦)連接，計算機可以顯示并存儲即時浸出液ph、電導(dǎo)率和氧化還原電位。

該實驗裝置可用于測定液固體積比(l/l)為5的條件下，分別在8h、1d、2d、4d、9d、16d、36d、64d時更換新鮮的浸提劑(去離子水)，考察其長期浸出速率和累計浸出量，研究不同浸出時間和固液比對浸出速率及累計浸出量的影響，為土壤中重金屬污染物的長期穩(wěn)定性評估這一決定土壤再利用方式及配套安全保障措施的重要條件提供技術(shù)支撐。

具體實驗過程如下：

1.將實驗裝置和容器內(nèi)壁洗凈后，填裝固化塊樣品，并安裝實驗裝置。準(zhǔn)備完畢后，迅速加入浸提劑，按上述時間節(jié)點，將實驗槽中的浸提劑排出，即為浸出液，并迅速添加新鮮浸提劑，其他步驟如上所述。實驗過程實時記錄實驗槽中溶液的ph、電導(dǎo)率、氧化還原電位。

2.對每個時間節(jié)點得到的浸出液測定重金屬污染物濃度。