本發(fā)明涉及土壤監(jiān)測技術領域，具體涉及一種土壤污染物垂向遷移測量系統(tǒng)。

背景技術：

土地是人類賴以生存及其一切社會活動的基本條件，隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，工業(yè)用地的需求越來越大，而世界人口的不斷增加，對農(nóng)業(yè)耕地的需求也越來越大，使得工農(nóng)業(yè)在土地的使用上產(chǎn)生不可調(diào)和的矛盾。因而，提高有限土地內(nèi)農(nóng)作物的產(chǎn)量，是解決矛盾的有效方法之一，而通過施肥為作物提供適量的礦質(zhì)養(yǎng)分元素，是保障農(nóng)作物產(chǎn)量、質(zhì)量的根本措施之一。據(jù)統(tǒng)計，全球每年施入農(nóng)田的肥料數(shù)以千萬噸，但在實際應用中，由于過度地施肥，又容易導致土壤板結(jié)化以及土壤鹽堿化，反過來又直接影響了糧食生產(chǎn)并導致嚴重的環(huán)境污染，是農(nóng)業(yè)開發(fā)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重大限制條件和障礙因素。

土壤中的污染物等重金屬的遷移受很多因素影響，而土壤性質(zhì)、淋溶條件和氧化還原狀態(tài)是最關鍵的因素。關于污染物移動性和生物有效性的研究，大多是用單步或連續(xù)提取法、一次平衡法求kd值、分析與植物中污染物的含量的相關性以及用室內(nèi)淋溶試驗研究污染物的遷移性，現(xiàn)有方法無法客觀反應污染物在真實野外土壤環(huán)境中的遷移特征，以及反映污染物在土壤中的運移規(guī)律上尚存在很大的局限性。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術中的缺陷，本發(fā)明提供一種土壤污染物垂向遷移測量系統(tǒng)，實現(xiàn)了對污染物在垂直方向遷移量的測定，提高了檢測的準確性，具有實用性強，便于使用的特點，

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術方案：

本發(fā)明提供了一種土壤污染物垂向遷移測量系統(tǒng)，包括：土壤滲慮柱，用于監(jiān)測土壤滲慮柱的監(jiān)測裝置以及與監(jiān)測裝置相連接的控制裝置；

所述土壤滲慮柱包括：采用第一材質(zhì)的外殼和第二材質(zhì)的內(nèi)襯；所述土壤滲慮柱的內(nèi)襯的內(nèi)部填充有：試驗土壤和污染土壤；所述土壤滲慮柱的中部且透過外殼和內(nèi)襯，分別設有取樣口和傳感器接口；底部設有滲濾液排水口；其中，所述污染土壤在所述試驗土壤之上，所述污染土壤中污染物垂直向下遷移至試驗土壤中；

所述監(jiān)測裝置包括：傳感器和土壤溶液采集器；所述傳感器通過所述土壤滲慮柱中部的傳感器接口設置在試驗土壤中，所述土壤溶液采集器通過所述土壤滲慮柱中部的取樣口設置在試驗土壤中；

所述控制裝置控制所述監(jiān)測裝置采集試驗土壤中污染物的滲慮數(shù)據(jù)。

可選的，所述測量系統(tǒng)還包括：配液罐以及與配液罐相連的布水器；

所述配液罐中存儲有試驗溶液；所述布水器將所述配液罐中的試驗溶液噴灑在污染土壤上。

可選的，所述配液罐的中部設有攪拌裝置，所述攪拌裝置與所述控制裝置相連接；所述控制裝置控制所述攪拌裝置將所述配液罐中的液體進行攪拌形成所述試驗溶液。

可選的，所述土壤滲慮柱的頂部設有溢水口；底部的滲濾液排水口通過連接管道將所述滲濾液排水口排出的滲濾液輸送至滲濾液收集罐。

可選的，所述監(jiān)測裝置還包括：設置在所述配液罐與所述布水器之間的流量控制器，所述流量控制器與所述控制裝置相連接，所述控制裝置根據(jù)所述流量控制器控制和記錄進入污染土壤中的試驗溶液的計量。

可選的，所述監(jiān)測裝置還包括：設置在所述滲濾液排水口和所述滲濾液收集罐之間的滲濾液計量器；所述滲濾液計量器與所述控制裝置相連接，所述控制裝置根據(jù)所述滲濾液計量器記錄所述土壤滲慮柱的滲濾液的計量。

可選的，所述滲濾液計量器采用磁翻板流量計。

可選的，所述傳感器包括：orp傳感器、tdr傳感器和溫度傳感器。

可選的，所述控制裝置包括：顯示儀表，配電柜和數(shù)據(jù)處理器；

所述配電柜分別與所述顯示儀表和數(shù)據(jù)處理器相連接；所述顯示儀表與所述數(shù)據(jù)處理器相連接；

所述數(shù)據(jù)處理器包括：電極轉(zhuǎn)換單元，用于將傳感器采集的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換并發(fā)送至所述顯示儀表進行顯示。

可選的，所述第一材質(zhì)為碳鋼，所述第二材質(zhì)為丁基橡膠。

由上述技術方案可知，本發(fā)明所述的一種土壤污染物垂向遷移測量系統(tǒng)，通過在土壤滲慮柱上布置監(jiān)測裝置，控制器控制監(jiān)測裝置采集土壤滲慮柱中污染物垂直遷移量，實現(xiàn)了對污染物在垂直方向遷移量的測定，提高了檢測的準確性，具有實用性強，便于使用的特點；通過檢測污染物在垂直方向遷移量可以準確的表征污染物在土壤垂直界面的遷移狀況，為污染物在環(huán)境中的遷移提供基礎。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明的一種土壤污染物垂向遷移測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的另一種土壤污染物垂向遷移測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明實施例提供一種土壤污染物垂向遷移測量系統(tǒng)，參見圖1，該系統(tǒng)具體包括：土壤滲慮柱，用于監(jiān)測土壤滲慮柱的監(jiān)測裝置以及與監(jiān)測裝置相連接的控制裝置；

所述土壤滲慮柱包括：采用第一材質(zhì)的外殼和第二材質(zhì)的內(nèi)襯；所述土壤滲慮柱的內(nèi)襯的內(nèi)部填充有：試驗土壤和污染土壤；所述土壤滲慮柱的中部且透過外殼和內(nèi)襯，分別設有取樣口和傳感器接口；底部設有滲濾液排水口；其中，所述污染土壤在所述試驗土壤之上，所述污染土壤中污染物垂直向下遷移至試驗土壤中；所述第一材質(zhì)為碳鋼，所述第二材質(zhì)為丁基橡膠。

在具體應用時，以土壤滲慮柱為主體，在土壤滲慮柱中添加污染土壤，通過土壤滲慮柱還原被污染的土壤；并且在土壤滲慮柱的中部設有方式監(jiān)測土壤垂向遷移量的設備的接口。方便采集污染物的垂向遷移量。

所述監(jiān)測裝置包括：傳感器和土壤溶液采集器；所述傳感器通過所述土壤滲慮柱中部的傳感器接口設置在試驗土壤中，所述土壤溶液采集器通過所述土壤滲慮柱中部的取樣口設置在試驗土壤中；

在具體應用時，在土壤滲慮柱上連接監(jiān)測裝置，在土壤滲慮柱上進行噴灑溶液模擬自然的降水，通過監(jiān)測裝置監(jiān)測污染物在土壤中垂向遷移量，避免了室內(nèi)淋溶試驗的不準確性和差異性。

土壤溶液采樣器實現(xiàn)了不破壞土壤滲慮柱和土壤剖面的情況下直接、多次的采集土壤溶液的目的，通過土壤滲慮柱的(長×寬×高:1m×1m×1.6m)不同深度(每10cm)安置土壤溶液采樣器，收集分析土壤溶液，不同深度安置orp(oxidation-reductionpotential)傳感器、溫度傳感器、tdr(timedomainreflectometry)傳感器，在線獲取氧化還原電位、土壤溫度及水分含量等數(shù)據(jù)。

所述控制裝置控制所述監(jiān)測裝置采集試驗土壤中污染物的滲慮數(shù)據(jù)。

在具體應用時，在土壤滲慮柱的基礎上，采用控制裝置實現(xiàn)對土壤滲慮柱垂向遷移量的測量，實現(xiàn)土壤滲慮柱與自動控制系統(tǒng)結(jié)合起來，能夠連續(xù)自動的監(jiān)測土壤中污染物的遷移狀況為污染物在環(huán)境中的監(jiān)測和評估提供依據(jù)。

從上述描述可知，本實施例提供的一種土壤污染物垂向遷移測量系統(tǒng)，通過在土壤滲慮柱上布置監(jiān)測裝置，控制器控制監(jiān)測裝置采集土壤滲慮柱中污染物垂直遷移量，實現(xiàn)了對污染物在垂直方向遷移量的測定，提高了檢測的準確性，具有實用性強，便于使用的特點；通過檢測污染物在垂直方向遷移量可以準確的表征污染物在土壤垂直界面的遷移狀況，為污染物在環(huán)境中的遷移提供基礎；還能對試驗條件和環(huán)境條件進行調(diào)控，獲得田間實驗和室內(nèi)實驗無法獲得的一些數(shù)據(jù)，得到較為客觀的測量結(jié)果，從而對污染物的遷移轉(zhuǎn)化進行機理模擬和數(shù)學預測，以判斷其對環(huán)境，特別是對地下水的影響。

本發(fā)明實施例提供一種土壤污染物垂向遷移測量系統(tǒng)，參見圖2，在上述實施例的基礎上，該系統(tǒng)具體包括：配液罐以及與配液罐相連的布水器；

所述配液罐中存儲有試驗溶液；所述布水器將所述配液罐中的試驗溶液噴灑在污染土壤上。

在具體應用時，所述配液罐的中部設有攪拌裝置，所述攪拌裝置與所述控制裝置相連接；所述控制裝置控制所述攪拌裝置將所述配液罐中的液體進行攪拌形成所述試驗溶液。在土壤滲慮柱的頂部設有溢水口；布水器噴灑的過多的試驗溶液可以從該溢水口流出，并收集器來。在底部的滲濾液排水口通過連接管道將所述滲濾液排水口排出的滲濾液輸送至滲濾液收集罐，避免污染物的外泄造成對土壤的污染。

所述監(jiān)測裝置還包括：設置在所述配液罐與所述布水器之間的流量控制器，所述流量控制器與所述控制裝置相連接，所述控制裝置根據(jù)所述流量控制器控制和記錄進入污染土壤中的試驗溶液的計量；

以及，設置在所述滲濾液排水口和所述滲濾液收集罐之間的滲濾液計量器；所述滲濾液計量器與所述控制裝置相連接，所述控制裝置根據(jù)所述滲濾液計量器記錄所述土壤滲慮柱的滲濾液的計量。

進一步的，所述滲濾液計量器采用磁翻板流量計。

從上述描述可知，本實施例提供的一種土壤污染物垂向遷移測量系統(tǒng)，實現(xiàn)土壤滲慮柱與自動控制系統(tǒng)結(jié)合起來，能夠連續(xù)自動的監(jiān)測土壤中污染物的遷移狀況為污染物在環(huán)境中的監(jiān)測和評估提供依據(jù)，實現(xiàn)了對污染物在垂直方向遷移量的測定，具有實用性強，便于使用的特點。

進一步的，上述實施例中，所述控制裝置包括：顯示儀表，配電柜和數(shù)據(jù)處理器；

所述配電柜分別與所述顯示儀表和數(shù)據(jù)處理器相連接；所述顯示儀表與所述數(shù)據(jù)處理器相連接；所述數(shù)據(jù)處理器包括：電極轉(zhuǎn)換單元，用于將傳感器采集的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換并發(fā)送至所述顯示儀表進行顯示。

從上述描述可知，控制裝置主要用于在控制室內(nèi)實施對orp傳感器、溫度傳感器、tdr傳感器和滲濾液計量器實驗數(shù)據(jù)的自動記錄，以及對配液罐的液位、流量控制箱的液位及加水次數(shù)等布水情況的自動控制和自動記錄，實現(xiàn)土壤滲慮柱與自動控制系統(tǒng)結(jié)合起來，能夠連續(xù)自動的監(jiān)測土壤中污染物的遷移狀況。

一種土壤污染物垂向遷移測量系統(tǒng)，包括土壤滲濾柱、監(jiān)測裝置和控制裝置。其中，土壤滲濾柱包括：配液罐、土柱、流量控制器和滲濾液計量器；監(jiān)測裝置包括：布水器、土壤溶液采集器、orp傳感器、tdr傳感器和溫度傳感器；控制裝置包括：配電柜、監(jiān)控用計算機以及顯示儀表。

1、土壤滲濾柱：

配液罐：主要用于配置試驗溶液。共4套，尺寸為ф1500×2200，玻璃鋼材質(zhì)，上進水下排水，自動液位控制，配液罐中部設有電動攪拌。

流量控制器：主要用于控制和記錄進入土壤滲濾柱的試驗液用量，共15套，箱體尺寸為l×b×h＝700×400×650mm，有效高度為650mm，磁翻版液位計液位控制，不銹鋼材質(zhì)，自動控制進水、出水、水位以及進水次數(shù)。

土壤滲濾柱中的土柱：主要用于放置試驗土壤，共15套，分三種規(guī)格，每種規(guī)格各5套。尺寸分別為l×b×h＝2000×2000×2900mm、1000×1000×1900mm和1000×1000×2900mm，碳鋼材質(zhì)，內(nèi)襯丁基橡膠，中間分布有取樣口和傳感器接口，上部有溢水口，下部有滲濾液排水口。

滲濾液計量器：主要用于土壤滲濾柱滲濾液的計量和排放。共15套，主要為磁翻版流量計，v＝300～500ml，可計數(shù)。

2、監(jiān)測裝置：

布水器：包括布水器及其接入口，主要用于向土壤滲濾柱中的試驗土壤布水，共兩種規(guī)格，分別為1750×330×75mm和750×330×75mm，各5套。

orp電極：即土壤氧化還原電位電極，主要用于測定土壤中的氧化還原電位。長度為1080mm的orp電極25套；780mm的5套；580mm的25套；280mm的5套。orp參比電極10套。

溫度傳感器：主要用于測定土壤中的溫度。共10套。其中長度為1060mm的溫度傳感器25套；長度為760mm的溫度傳感器5套；長度為560mm的溫度傳感器25套；長度為260mm的溫度傳感器5套。

顯示儀表：顯示儀表包括與其配套的電極轉(zhuǎn)換裝置：主要用于orp傳感器和溫度傳感器數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換及現(xiàn)場顯示。共10套。

3、控制裝置

主要用于在控制室內(nèi)實施對土柱orp傳感器、溫度傳感器和滲濾液計量器實驗數(shù)據(jù)的自動記錄，以及對配液罐液位、流量控制箱液位及加水次數(shù)等布水情況的自動控制和自動記錄；包括控制軟件及相關的現(xiàn)場儀表、儀表箱、配電柜、計算機等。

試驗開始前，先在土壤滲濾柱中填入試驗土壤，埋入土壤布水器，待土壤沉降后，在土表上種植植物，在土壤滲濾柱相應位置插入opr電極和溫度傳感器，其中土壤滲慮柱的參數(shù)如表1，監(jiān)測裝置參數(shù)如表2。

試驗開始，先開啟配水罐進水閥，向配水罐中加入水，至設定體積后，自動關閉進水閥，向配水罐中加入待試驗物，開啟攪拌機。攪拌均勻后自動開啟配水罐排水閥，向設定的流量控制箱給水，至設定體積后，自動關閉配水罐排水閥和流量控制器進水閥，打開流量控制器出水閥，通過土壤布水器向土壤滲濾柱布水。流量控制箱的水位和加水次數(shù)可自動控制，出水流量可通過手動調(diào)節(jié)。

試驗中，試驗溶液中的污染物經(jīng)土柱土壤的吸附、遷移和轉(zhuǎn)換，部分污染物隨水滲至土柱底部，形成滲濾水。滲濾水經(jīng)土柱水位控制器液位控制及滲濾液計量器計量后，或排放或收集后再循環(huán)使用。

土壤滲濾柱水位由位于土壤滲濾柱外壁上的土柱液位控制器控制。

整個試驗過程的配液罐液位、流量控制箱液位及加水次數(shù)等布水情況均由自控系統(tǒng)進行控制和記錄，同時自動記錄土柱orp電極、溫度傳感器數(shù)據(jù)及滲濾液體積。土柱orp傳感器、溫度傳感器數(shù)據(jù)還可以通過置于土柱外壁上的現(xiàn)場儀表進行顯示。

表1土壤滲濾柱參數(shù)

表2監(jiān)測裝置參數(shù)

收集流出的滲濾液和各層土壤溶液。土壤溶液采集裝置通過真空泵每2周采集一次，滲濾液也每兩周計量后收集。使用icp-ms測定淋出液、土壤溶液中的重金屬離子；用離子色譜測定其中的陰陽離子含量(so42-、no3-、br-、cl-、na+、k+、ca2+、mg2+、nh4+)。按不同間隔分層，試驗結(jié)束后，用土壤采集器采集柱狀土樣，分層采集土柱剖面土壤：0～20cm每2cm一層，>20～45cm每5cm一層，>45～135cm每10cm一層。將土壤樣品冷凍干燥，并用木錘敲打，壓碎，混勻，研磨，取其中一份過0.25mm篩，用于重金屬八步形態(tài)分析；取另一份研磨，過0.15mm篩，使用硝酸-高氯酸-氫氟酸三酸消解測定土壤重金屬全量分析。根據(jù)各個層次不同深度的土壤溶液中的重金屬的含量來確定土壤垂直遷移數(shù)據(jù)。根據(jù)垂直遷移數(shù)據(jù)的結(jié)果與國家土壤環(huán)境質(zhì)量標準或者水環(huán)境質(zhì)量標準中的重金屬含量進行對比，確定其環(huán)境風險程度。

通過上述描述可知，實現(xiàn)土壤滲慮柱與自動控制系統(tǒng)結(jié)合起來，能夠連續(xù)自動的監(jiān)測土壤中污染物的遷移狀況，并根據(jù)遷移狀況判斷污染物對環(huán)境的風險程度。

以上實施例僅用于說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。