一種生物炭在土壤系統(tǒng)中運(yùn)動遷移的模擬裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種生物炭在土壤系統(tǒng)中運(yùn)動遷移的模擬裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球氣候的變暖，溫室氣體的控制已經(jīng)迫在眉睫，而如何快速有效地固定空氣中的二氧化碳是固碳戰(zhàn)略面臨的主要挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的固碳方法主要是通過種植植被將碳固定于生物質(zhì)或土壤有機(jī)質(zhì)中，但是這種技術(shù)并不是長久有效的，植物對空氣中的二氧化碳的吸收畢竟是有限的，許多年后，植被可能會達(dá)到碳飽和，失去了繼續(xù)吸收二氧化碳的能力。另外，這些植被一旦進(jìn)行有氧燃燒，原來其中所固定的碳又會釋放到空氣中，從碳循環(huán)的角度來說，并沒有最終達(dá)到碳減排的目的。
[0003]近年來，利用樹木、草、農(nóng)作物秸桿、畜禽糞便等生物質(zhì)熱解產(chǎn)生的一種富含碳的副產(chǎn)物——生物炭進(jìn)行碳的固定，其固碳效果相比較傳統(tǒng)的固碳方法有了很大的提高。同時由于生物炭對生物質(zhì)中碳的轉(zhuǎn)移保存非常快，有很高的生物化學(xué)和熱穩(wěn)定性，可長期保存于環(huán)境中而不被礦化，被認(rèn)為是固定大氣中二氧化碳的一種長期有效的方法。除了固碳作用，生物炭可以富集大量有機(jī)質(zhì)，改善土壤肥力，提高農(nóng)作物產(chǎn)量。而生物炭具有較大的比表面積和微孔結(jié)構(gòu)，表面官能團(tuán)豐富，對各種污染物具有吸附的作用。
[0004]而生物炭在土壤中的運(yùn)動遷移、歸趨以及生物有效性不僅影響生物炭本身的穩(wěn)定性，而且也會影響生物炭吸附的污染物(如重金屬、有機(jī)污染物多環(huán)芳烴/多溴聯(lián)苯醚等)和營養(yǎng)物質(zhì)(如N、P、K、Ca等)以及土壤微生物群的運(yùn)動遷移，因此研究生物炭在土壤填充介質(zhì)中的運(yùn)動遷移和沉積釋放機(jī)理顯得非常重要。目前關(guān)于生物炭在實際土壤環(huán)境中運(yùn)動遷移的研究還很少，傳統(tǒng)的土柱實驗中，土壤基質(zhì)的復(fù)雜性質(zhì)使得改研究領(lǐng)域受到很多制約；且土柱中生物炭顆粒真實的運(yùn)動情況也無法觀測。而生物炭室內(nèi)模擬實驗作為研究生物炭遷移實驗的方式之一，與野外實驗相比具有工藝簡單、技術(shù)可靠、實驗裝置體積小、干擾因素少、條件易控制等特點而成為現(xiàn)階段國內(nèi)外學(xué)者研究的首選，因此生物炭遷移實驗的研究非常有必要。由于生物炭在土壤環(huán)境中運(yùn)動遷移和沉積釋放機(jī)理研究是一門與試驗結(jié)合緊密的新興交叉學(xué)科，要取得令人信服的成果必須采用專門的儀器進(jìn)行實驗，而國內(nèi)并無現(xiàn)成的成套儀器可以使用，這制約了生物炭在土壤中遷移機(jī)理研究的發(fā)展。
[0005]因此，設(shè)計者鑒于上述缺點，開發(fā)出一種生物炭在土壤系統(tǒng)中運(yùn)動遷移的模擬裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的技術(shù)缺陷，提供一種生物炭在土壤系統(tǒng)中運(yùn)動遷移的模擬裝置，用以進(jìn)行生物炭遷移的相關(guān)實驗。解決在室內(nèi)研究生物炭運(yùn)動遷移和沉積釋放的機(jī)理問題，實驗得到的結(jié)論可以作為對生物炭應(yīng)用于土壤環(huán)境修復(fù)上的理論依據(jù)。
[0007]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，采用以下技術(shù)方案:
一種生物炭在土壤系統(tǒng)中運(yùn)動遷移的模擬裝置，其特征在于:包括原水池、水泵、PH調(diào)節(jié)池、攪拌裝置、模擬土柱和自動部分收集器，其中:
所述原水池包括溶液注入瓶和導(dǎo)管；所述pH調(diào)節(jié)池包括pH電極、pH計、生物炭顆粒，所述PH電極插入pH調(diào)節(jié)池內(nèi)，且pH電極與pH計連接；所述攪拌裝置包括磁子，所述磁子位于攪拌裝置內(nèi)，所述攪拌裝置上方放置生物炭；所述模擬土柱所述模擬土柱為柱狀容器，其內(nèi)填充有填充介質(zhì)，柱狀容器的上下兩端設(shè)置有法蘭盤，頂端設(shè)置有出氣孔，上下兩端法蘭盤內(nèi)置硅膠墊，在填充介質(zhì)上下部位分別放置多孔過濾板；所述自動部分收集器包括出水管、定時轉(zhuǎn)盤和出液收集容器；
所述PH調(diào)節(jié)池的入水口通過水泵與原水池的出水口相連，攪拌裝置的入水口通過水泵與PH調(diào)節(jié)池的出水口相連，模擬土柱的入水口通過蠕動泵與攪拌裝置的出水口相連，模擬土柱的出水口通過水泵與自動部分收集器相連。
[0008]本發(fā)明中，所述溶液注入瓶設(shè)置有兩個，分別為去離子水注入瓶、高濃度鹽溶液注入瓶；其中去離子水注入瓶通過水泵與原水池的底端相連，高濃度鹽溶液注入瓶通過水泵與原水池的頂端相連。
[0009]本發(fā)明中，所述溶液注入瓶為馬氏瓶。
[0010]本發(fā)明中，所述pH調(diào)節(jié)池預(yù)先放入篩分過的300-400目的生物炭顆粒，然后注入原水池的鹽溶液，玻璃棒手動攪拌后，最后放入pH電極調(diào)節(jié)溶液pH值。
[0011]本發(fā)明中，所述攪拌裝置內(nèi)磁子在整個實驗過程一直處于定速攪拌的狀態(tài)，保證生物炭顆粒均勻分散于溶液中。
[0012]本發(fā)明中，所述模擬土柱放置多孔過濾板，用于保證進(jìn)出水的在整個截面的均勻分布；控制模擬土柱進(jìn)水口和出水口流速為0.5mL/min。
[0013]本發(fā)明中，所述模擬土柱材質(zhì)采用有機(jī)玻璃，高10cm，內(nèi)徑1.2cm ;所述填充介質(zhì)為20-30目的石英砂。
[0014]本發(fā)明中，所述自動部分收集器的定時轉(zhuǎn)盤為每隔2min轉(zhuǎn)動一次；出液收集容器為100支5mL試管。
[0015]本發(fā)明中，所述水泵8為通道數(shù)顯蠕動泵。所述導(dǎo)管、進(jìn)水管、出水管皆為硅膠管。
[0016]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
(1)原水池可提供不同濃度進(jìn)水溶液的瞬時切換，進(jìn)水和出水的流速變化均可通過蠕動泵來調(diào)節(jié)；
(2)可通過pH計調(diào)節(jié)不同階段進(jìn)水溶液實時變化情況；
(3)持續(xù)磁力攪拌可避免生物炭的沉降，保證進(jìn)水顆粒在溶液中均勻分散；
(4)模擬土柱的上下部的多孔過濾板可保證進(jìn)出水的均勻性，且可防止填充介質(zhì)堵塞管路；上下部的法蘭盤內(nèi)置硅膠墊，密封性能好，可防止漏水；
(5)可通過自動部分收集器定時自動采集出水樣品，自動化程度高
(6)本裝置占地面積小、運(yùn)轉(zhuǎn)簡單、操作方便、易實現(xiàn)自動化、易維護(hù)，投資少，可以用于不同類型生物炭在不同土質(zhì)中不同飽和度的室內(nèi)遷移實驗，獲得數(shù)據(jù)精確度高，是土壤顆粒物遷移和沉積釋放機(jī)理研究方面技術(shù)可靠的先進(jìn)裝置。
【附圖說明】
[0017]圖1為實施例2中不同離子強(qiáng)度條件下生物炭的穿透曲線(pH=6)； 圖2為實施例2和實施例3中不同實驗條件下生物碳的總回收率；
圖3為實施例3中不同pH條件下生物炭的穿透曲線(離子強(qiáng)度為OmM)；
圖4是本發(fā)明設(shè)計的生物炭遷移的室內(nèi)模擬裝置；
圖5是本發(fā)明設(shè)計的模擬土柱結(jié)構(gòu)圖；
圖中標(biāo)號:1.原水池；2水泵；3.pH調(diào)節(jié)池；4.攪拌裝置；5.自動部分收集器；6.模擬土柱；7.硅膠墊；8.多孔過濾版；9.石英砂；10.法蘭盤。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明:
實施例1:參見圖4，本發(fā)明所述的一種生物炭在土壤系統(tǒng)中運(yùn)動遷移的模擬裝置，包括原水池1、水泵2、pH調(diào)節(jié)池3、攪拌裝置4、自動部分