一种湖泊内源污染室内模拟装置及方法

技术领域

本发明涉及水质检测技术领域，尤其涉及一种湖泊内源污染室内模拟装置。

背景技术

我国湖泊众多，其中面积在1平方公里以上的天然湖泊就有2800多个，各种类型的湖泊不仅为居民的生产生活提供了丰富的资源，同时也对周边的生态环境进行了有效的调控。然而由于湖泊资源的不合理开发、周边生产生活污水的肆意排放，导致湖泊水体污染，富营养化问题严重。近年来，随着居民环保意识的提升、国家环保管控力度的加大，使得湖泊的外源污染得到了有效的控制，而如何消除内源污染成为了湖泊治理的重点和难点。

湖泊内源污染的产生多来源于湖泊沉积物中污染物的释放，其释放过程复杂，影响因素很多。目前，湖泊内源污染的相关研究多采用室内模拟实验，通过探究不同因素下水体水质的变化情况，来揭示湖泊沉积物中污染物的迁移转化规律。然而当前的模拟实验难以模拟野外实际环境，也无法同时探究多因素条件对湖泊内源污染的影响。因此，寻求一种湖泊内源污染的室内模拟装置十分重要。

发明内容

本发明提供了一种用于湖泊内源污染的室内模拟装置，可准确反映温度、自然扰动、人为扰动、水动力条件等因素对湖泊水体水质的影响，进而揭示湖泊沉积物中污染物的迁移转化规律，为湖泊内源污染的治理提供理论依据。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种湖泊内源污染室内模拟装置，包括湖泊模拟单元和环境模拟单元；其中，所述湖泊模拟单元至少包括机架；以及固定连接在所述机架上的箱体、进水水箱和出水水箱；所述模拟装置还包括进水组件和排水组件，所述进水组件用于将进水水箱内的水输送至所述箱体内，所述排水组件用于将所述箱体内的水输送至出水水箱；所述环境模拟单元至少包括搅拌部、吹风部以及加热部，所述搅拌部、吹风部以及加热部均连接在所述所述箱体的上方，所述箱体上设有多个取样孔，所述箱体侧壁且位于所述取样孔处设有pvc阀门。

作为本发明一个优选的实施方式：所述进水组件包括固定连接在所述机架上的水泵，以及转动连接在所述机架顶部的第一螺杆；所述第一螺杆上端转动连接有第一转盘，所述第一螺杆上螺纹连接有第一水位控制箱，所述水泵的输入端通过抽水管与所述进水水箱连通，所述水泵的输出端通过供水管与所述第一水位控制箱连通，所述第一水位控制箱底部密封连接有第一连通管，所述第一连通管远离所述第一水位控制箱的一端与所述箱体连通。

作为本发明一个优选的实施方式：所述排水组件包括转动连接在所述机架上的第二螺杆，所述第二螺杆，所述第二螺杆上端固定连接有第二转盘，所述第二螺杆上螺纹连接有第二水位控制箱，所述第二水位控制箱底部密封连接有第二连通管和排水管，所述第二连通管与所述箱体连通，所述第二连通管上连接有止水阀，所述排水管远离所述第二水位控制箱的一端与所述出水水箱连通。

作为本发明一个优选的实施方式：所述机架上转动连接有两个支撑板，所述第一螺杆和所述第二螺杆均与所述支撑板转动连接，所述第一水位控制箱和第二水位控制箱上均固定连接有与第一螺杆和第二螺杆相匹配的螺纹套。

作为本发明一个优选的实施方式：所述箱体顶部固定连接有支撑杆，所述支撑杆上端固定连接有支撑架；所述搅拌部包括固定安装在所述支撑架上的第一电机，所述第一电机的输出端固定连接有转杆，所述转杆下端穿过箱体顶部且向内延伸，所述转杆下端设有搅拌齿，所述转杆为多个，且等距分布在箱体的顶壁，多个所述转杆上固定连接有带轮，多个所述带轮之间套接有皮带。

作为本发明一个优选的实施方式：所述吹风部包括固定连接在所述箱体外侧壁的第二电机，所述第二电机的输出端转动连接有扇叶，所述扇叶位于所述箱体内部。

作为本发明一个优选的实施方式：所述加热部包括陶瓷加热灯，所述陶瓷加热灯固定连接在箱体顶部。

作为本发明一个优选的实施方式：所述箱体顶部固定连接有支柱，所述支柱上滑动连接有滑杆，所述滑杆一端固定连接有挡板、另一端固定连接有支座，所述滑杆上套接有弹簧，所述弹簧两端分别与所述支座和支柱相抵，所述支座上转动连接有张紧轮，所述张紧轮与所述皮带的外侧贴合。

作为本发明一个优选的实施方式：所述箱体采用亚克力材料，且所述箱体与所述机架的连接处设有密封条。

一种湖泊内源污染室内模拟方法，采用如下步骤：

步骤一：沉积物的填充

使用柱状采泥器采集湖泊沉积物，将所采集的湖泊沉积物添加至箱体中，湖泊沉积物填充高度为30—50cm，填充完后用有机玻璃板铺平，尽量减少对所填充的湖泊沉积物施加外力；

步骤二：装置的构建

首先转动第一转盘和第二转盘调节第一水位控制箱和第二水位控制箱至所需高度，打开水泵，向箱体内供水，待箱体内的水位到达所设定高度时，关闭水泵完成装置的构建；

步骤三：补水模拟检测

延续步骤二，装置构建完成后关闭止水阀，转动第一转盘，升高第一水位控制箱至所需高度，打开水泵向箱体内供水，分批次打开取样孔上的pvc阀门进行沿程取样，探究补水过程对湖泊内源污染的影响，实验完成后，关闭水泵，打开止水阀进行排水，排水完成后转动第一转盘，降低第一水位控制箱至原有高度。

步骤四：排水模拟检测

装置构建完成后，关闭止水阀，转动第二转盘，降低第二水位控制箱至所需高度，并打开止水阀，分批次打开取样孔上的pvc阀门进行沿程取样，探究排水过程对湖泊内源污染的影响，实验完成后转动第二转盘，升高第二水位控制箱至原有高度，打开水泵进行补水。

步骤五：自然水体扰动模拟检测

装置构建完成后，打开第二电机带动扇叶调节至所需的风力大小，分批次打开取样孔上的pvc阀门进行沿程取样，每次取样后，打开水泵向箱体内补充同等体积的湖水，实验完成后，调节第二电机的转速至下一风力值，并重复上述过程，以探究自然扰动对湖泊内源污染的影响。

步骤六：温度模拟检测

装置构建完成后，打开陶瓷加热灯，调节至所需的温度，分批次打开取样孔上的pvc阀门进行沿程取样并记录各样品的温度，每次取样后打开水泵向箱体内补充同等体积的湖水，实验完成后，调节陶瓷加热灯的温控旋钮至下一温度，并重复上述过程以探究温度对湖泊内源污染的影响。

步骤七：人为扰动模拟检测

装置构建完成后，打开第一电机，调节至所需的旋转速度，带动转杆在箱体内转动，然后分批次打开取样孔上的pvc阀门进行沿程取样并记录各样品的温度，每次取样后打开水泵向箱体内补充同等体积的湖水，实验完成后，调节第一电机的旋转速度，并重复上述过程以探究人为扰动对湖泊内源污染的影响。

与现有技术相比，本发明提供了一种湖泊内源污染室内模拟装置，具备以下有益效果：

本发明的主体采用箱体结构，相较传统的柱状结构，该装置的边界条件更符合湖泊的实际环境，使得研究结果更具有效性和准确性，箱体表面布设有多个取样孔18，可实现对装置内水体在纵向和横向等不同方向的沿程取样，以揭示湖泊沉积物中污染物释放的沿程变化规律，所设置的水位控制箱可在控制调节装置水体水位的同时，模拟湖泊的补水与放水过程，有助于探究不同水动力条件对湖泊内源污染的影响，环境模拟装置的布设，实现了对温度、自然水体扰动、人为扰动等湖泊内源污染影响因素的室内模拟，帮助探究单一影响因素或多种混合影响因素对湖泊内源污染的影响。

附图说明

图1为本发明提出的一种湖泊内源污染室内模拟装置的结构示意图一；

图2为本发明提出的一种湖泊内源污染室内模拟装置的结构示意图二；

图3为本发明提出的一种湖泊内源污染室内模拟装置的结构示意图三；

图4为本发明提出的一种湖泊内源污染室内模拟装置的结构示意图四；

图5为本发明提出的一种湖泊内源污染室内模拟装置的右视图；

图6为本发明提出的一种湖泊内源污染室内模拟装置图1中A部分的结构示意图。

图中：1、箱体；2、机架；3、进水水箱；4、抽水管；5、水泵；6、供水管；7、第一水位控制箱；8、第一螺杆；801、支撑板；802、螺纹套；9、第一转盘；10、第一连通管；11、第二连通管；12、止水阀；13、第二转盘；14、第二水位控制箱；15、第二螺杆；16、排水管；17、出水水箱；18、取样孔；181、pvc阀门；19、支撑架；191、支撑杆；20、扇叶；201、第二电机；21、陶瓷加热灯；22、转杆；221、第一电机；222、带轮；223、皮带；224、支柱；225、滑杆；226、弹簧；227、支座；228、张紧轮；229、挡板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参照图1-6，一种湖泊内源污染室内模拟装置，包括湖泊模拟单元和环境模拟单元；其中，湖泊模拟单元至少包括机架2；以及固定连接在机架2上的箱体1、进水水箱3和出水水箱17；模拟装置还包括进水组件和排水组件，进水组件用于将进水水箱3内的水输送至箱体1内，排水组件用于将箱体1内的水输送至出水水箱17；环境模拟单元至少包括搅拌部、吹风部以及加热部，搅拌部、吹风部以及加热部均连接在箱体1的上方，箱体1上设有多个取样孔18，箱体1侧壁且位于取样孔18处设有pvc阀门181，本实施例中进水组件和排水组件的存在是为了对箱体1进行补水和排水的作用，从而模拟湖泊的补水过程，在此工程中，分批次打开取样孔18上的pvc阀门181进行沿程取样，探究补水过程对湖泊内源污染的影响。

参照图1-6，本发明的一个实施例，进水组件包括固定连接在机架2上的水泵5，以及转动连接在机架2顶部的第一螺杆8；第一螺杆8上端转动连接有第一转盘9，第一螺杆8上螺纹连接有第一水位控制箱7，水泵5的输入端通过抽水管4与进水水箱3连通，水泵5的输出端通过供水管6与第一水位控制箱7连通，第一水位控制箱7底部密封连接有第一连通管10，第一连通管10远离第一水位控制箱7的一端与箱体1连通，水泵5通过抽水管4抽取进水水箱3内的湖水，需要说明的是进水水箱3内的湖水可事先取好进行备用检测，抽取完湖水后通过供水管6将湖水输送至第一水位控制箱7内，然后通过第一水位控制箱7底部的第一连通管10对箱体1供水，第一水位控制箱7的升降是为了控制箱体1的水位，由于是现有技术中比较常用的水位检测技术，在此不做过多赘述，在补水时，通过取样孔18每隔一段时间抽取箱体1内的湖水进行检测。

参照图1-6，本发明的一个实施例，排水组件包括转动连接在机架2上的第二螺杆15，第二螺杆15，第二螺杆15上端固定连接有第二转盘13，第二螺杆15上螺纹连接有第二水位控制箱14，第二水位控制箱14底部密封连接有第二连通管11和排水管16，第二连通管11与箱体1连通，第二连通管11上连接有止水阀12，排水管16远离第二水位控制箱14的一端与出水水箱17连通，关闭止水阀12，转动第二转盘13，降低第二水位控制箱14至所需高度，并打开止水阀12，分批次打开取样孔18上的pvc阀门181进行沿程取样，探究排水过程对湖泊内源污染的影响，实验完成后转动第二转盘13，升高第二水位控制箱14至原有高度，打开水泵5进行补水。

参照图1-6，本发明的一个实施例，机架2上转动连接有两个支撑板801，第一螺杆8和第二螺杆15均与支撑板801转动连接，第一水位控制箱7和第二水位控制箱14上均固定连接有与第一螺杆8和第二螺杆15相匹配的螺纹套802。

参照图1-6，本发明的一个实施例，箱体1顶部固定连接有支撑杆191，支撑杆191上端固定连接有支撑架19；搅拌部包括固定安装在支撑架19上的第一电机221，第一电机221的输出端固定连接有转杆22，转杆22下端穿过箱体1顶部且向内延伸，转杆22下端设有搅拌齿，转杆22为多个，且等距分布在箱体1的顶壁，多个转杆22上固定连接有带轮222，多个带轮222之间套接有皮带223，箱体1顶部固定连接有支柱224，支柱224上滑动连接有滑杆225，滑杆225一端固定连接有挡板229、另一端固定连接有支座227，滑杆225上套接有弹簧226，弹簧226两端分别与支座227和支柱224相抵，支座227上转动连接有张紧轮228，张紧轮228与皮带223的外侧贴合，打开第一电机221，调节至所需的旋转速度，带动转杆22在箱体1内转动，在第一个转杆22转动的同时，多个带轮222通过皮带223实现同步旋转，进而使多个转杆22在箱体1内转动，进而带动搅拌齿，对湖水进行模拟人为扰动，然后分批次打开取样孔18上的pvc阀门181进行沿程取样并记录各样品的温度，每次取样后打开水泵5向箱体1内补充同等体积的湖水，实验完成后，调节第一电机221的旋转速度，并重复上述过程以探究人为扰动对湖泊内源污染的影响。

参照图1-6，本发明的一个实施例，吹风部包括固定连接在箱体1外侧壁的第二电机201，第二电机201的输出端转动连接有扇叶20，扇叶20位于箱体1内部，打开第二电机201带动扇叶20调节至所需的风力大小，分批次打开取样孔18上的pvc阀门181进行沿程取样，每次取样后，打开水泵5向箱体1内补充同等体积的湖水，实验完成后，调节第二电机201的转速至下一风力值，并重复上述过程，以探究自然扰动对湖泊内源污染的影响。

参照图1-6，本发明的一个实施例，加热部包括陶瓷加热灯21，陶瓷加热灯21固定连接在箱体1顶部，打开陶瓷加热灯21，调节至所需的温度，分批次打开取样孔18上的pvc阀门181进行沿程取样并记录各样品的温度，每次取样后打开水泵5向箱体1内补充同等体积的湖水，实验完成后，调节陶瓷加热灯21的温控旋钮至下一温度，并重复上述过程以探究温度对湖泊内源污染的影响。。

参照图1-6，本发明的一个实施例，箱体1采用亚克力材料，且箱体1与机架2的连接处设有密封条。

一种湖泊内源污染室内模拟方法，采用如下步骤：

沉积物的填充：使用柱状采泥器采集湖泊沉积物，将所采集的湖泊沉积物添加至亚克力箱体1中，湖泊沉积物填充高度为30—50cm，填充完后用有机玻璃板铺平，尽量减少对所填充的湖泊沉积物施加外力；

装置的构建：首先转动第一转盘9和第二转盘13调节第一水位控制箱7和第二水位控制箱14至所需高度，打开水泵5，向箱体1内供水，待箱体1内的水位到达所设定高度时，关闭水泵5完成装置的构建；

补水模拟检测：延续步骤二，装置构建完成后关闭止水阀12，转动第一转盘9，升高第一水位控制箱7至所需高度，打开水泵5向箱体1内供水，分批次打开取样孔18上的pvc阀门181进行沿程取样，探究补水过程对湖泊内源污染的影响，实验完成后，关闭水泵5，打开止水阀12进行排水，排水完成后转动第一转盘9，降低第一水位控制箱7至原有高度。

排水模拟检测：装置构建完成后，关闭止水阀12，转动第二转盘13，降低第二水位控制箱14至所需高度，并打开止水阀12，分批次打开取样孔18上的pvc阀门181进行沿程取样，探究排水过程对湖泊内源污染的影响，实验完成后转动第二转盘13，升高第二水位控制箱14至原有高度，打开水泵5进行补水。

自然水体扰动模拟检测：装置构建完成后，打开第二电机201带动扇叶20调节至所需的风力大小，分批次打开取样孔18上的pvc阀门181进行沿程取样，每次取样后，打开水泵5向箱体1内补充同等体积的湖水，实验完成后，调节第二电机201的转速至下一风力值，并重复上述过程，以探究自然扰动对湖泊内源污染的影响。

温度模拟检测：装置构建完成后，打开陶瓷加热灯21，调节至所需的温度，分批次打开取样孔18上的pvc阀门181进行沿程取样并记录各样品的温度，每次取样后打开水泵5向箱体1内补充同等体积的湖水，实验完成后，调节陶瓷加热灯21的温控旋钮至下一温度，并重复上述过程以探究温度对湖泊内源污染的影响。

人为扰动模拟检测：装置构建完成后，打开第一电机221，调节至所需的旋转速度，带动转杆22在箱体1内转动，然后分批次打开取样孔18上的pvc阀门181进行沿程取样并记录各样品的温度，每次取样后打开水泵5向箱体1内补充同等体积的湖水，实验完成后，调节第一电机221的旋转速度，并重复上述过程以探究人为扰动对湖泊内源污染的影响。

本发明的主体采用箱体1结构，相较传统的柱状结构，该装置的边界条件更符合湖泊的实际环境，使得研究结果更具有效性和准确性，箱体1表面布设有多个取样孔18，可实现对装置内水体在纵向和横向等不同方向的沿程取样，以揭示湖泊沉积物中污染物释放的沿程变化规律，所设置的水位控制箱可在控制调节装置水体水位的同时，模拟湖泊的补水与放水过程，有助于探究不同水动力条件对湖泊内源污染的影响，环境模拟装置的布设，实现了对温度、自然水体扰动、人为扰动等湖泊内源污染影响因素的室内模拟，帮助探究单一影响因素或多种混合影响因素对湖泊内源污染的影响。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。