[发明专利]一种研究沉积物中重金属和/或磷酸盐释放的设备和方法

权利要求书

1.一种研究沉积物中重金属和/或磷酸盐释放的设备，主要包括沉积物-水界面系统和溶解氧控制装置；其中：

沉积物-水界面系统的主体为长方体有机玻璃水槽，沉积物-水界面系统水槽的一端设有进水口，另一端设有出水口；沉积物-水界面系统水槽内部用于盛装采集的表层沉积物和水样；

沉积物-水界面系统水槽底部沿中心线长度方向并列插有板式重金属和/或磷酸盐DGT探针，用于吸附不同时期不同深度沉积物间歇水中释放的重金属和/或磷酸盐，原位测定间隙水中活性重金属和/或磷酸盐含量；

沉积物-水界面系统水槽顶部装有微电极控制系统，微电极控制系统中的主机通过马达控制器控制pH探针、DO探针和ORP探针透过表层水插入沉积物中，用于实时监测沉积物-水界面附近pH、DO、ORP的变化；主机连接一参比电极；

沉积物-水界面系统水槽内设有数组挡板，各组挡板为交错放置，用于模拟不同水流下系统中产生的波浪；

沉积物-水界面系统水槽的进水口通过蠕动泵与溶解氧控制装置相连；

沉积物-水界面系统水槽的另一端接口紧挨上液面与溶解氧控制装置直接相连，使得多余的水通过溢流作用回到溶解氧控制装置；

溶解氧控制装置的主体为一长方体有机玻璃水槽，水槽内用于盛装水样，用于模拟真实的水体状况；

溶解氧控制装置水槽的顶部设有两个接口，接口一端分别连接N₂和O₂钢瓶，接口另一端连接曝气头，曝气头伸入水中进行曝气，用于控制水体中溶解氧含量。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，沉积物-水界面系统水槽内壁两侧设有凹槽，凹槽内用于安装板式重金属和/或磷酸盐DGT探针，凹槽上装有用于固定板式重金属和/或磷酸盐DGT探针的螺母。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，板式重金属和/或磷酸盐DGT探针与进水口之间的距离可以调节，以控制进水的流速。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，蠕动泵可精确控制进水流速，用于模拟静态和不同扰动条件对沉积物中重金属和磷酸盐释放的影响。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，板式重金属和/或磷酸盐DGT探针的结构为：顶层和底层各为一硬质板，在顶层硬质板和底层硬质板之间依次安装有第一层滤膜、扩散层、吸附层和第二层滤膜。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，溶解氧控制装置的水槽装有顶盖，顶盖上开设有孔，用于插设pH探针、DO探针和ORP探针，监测水槽内溶解氧含量的变化。

7.一种利用权利要求1所述设备研究沉积物中重金属和/或磷酸盐释放的方法，主要流程为：

1）将采集好的水样经滤膜过滤后，置于溶解氧控制装置中，利用N₂和O₂向溶解氧控制装置中曝气，并通过溶解氧电极监测水体中DO含量的变化，以模拟不同溶解氧含量的水体；

2）将采集的沉积物平铺于沉积物-水界面系统水槽中，经曝气后的水样通过蠕动泵泵入沉积物-水界面系统水槽中，当水面高度达到预定高度时，通过调节流速的变化模拟静态和不同扰动条件下的沉积物中重金属和磷酸盐的释放情况；沉积物-水界面系统水槽另一端上液面的溢出水通过导管流回溶解氧控制装置；

3）沉积物-水界面系统水槽内分别插设板式重金属和/或磷酸盐DGT探针，水样通过板式重金属和/或磷酸盐DGT探针时，难溶的基质被板式重金属和/或磷酸盐DGT探针中的滤膜阻隔，溶解态的重金属离子和/或磷酸盐通过滤膜和扩散层到达板式重金属和/或磷酸盐DGT探针中的吸附层被固定后定期取出，测定板式重金属和/或磷酸盐DGT探针中吸附层的重金属和/或磷酸盐的含量；

4）沉积物-水界面系统的微电极控制系统定期测量水槽内不同深度处pH、DO和电位的变化，实现自动化控制，用于对引起沉积物中重金属和营养盐释放的物理因子的实时监测。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，步骤1中的水样和原水是指河流、湖泊、水库的淡水水体，并经过搅拌使水体混合均匀。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，步骤2中的不同扰动是模拟不同水流下沉积物-水界面系统中产生的波浪，波浪大小和范围可通过进水的流速和板式重金属和/或磷酸盐DGT探针与进水口之间的距离进行控制。

10.根据权利要求7所述的方法，其中，步骤3测定出板式重金属和/或磷酸盐DGT探针中吸附层的重金属和/或磷酸盐的含量后，再根据Fick定律换算出间隙水中重金属和磷酸盐含量。