[发明专利]一种生物炭在土壤系统中运动迁移的模拟装置

说明书

技术领域

    本发明属于环保技术领域，涉及一种生物炭在土壤系统中运动迁移的模拟装置。

背景技术

随着全球气候的变暖，温室气体的控制已经迫在眉睫，而如何快速有效地固定空气中的二氧化碳是固碳战略面临的主要挑战。传统的固碳方法主要是通过种植植被将碳固定于生物质或土壤有机质中，但是这种技术并不是长久有效的，植物对空气中的二氧化碳的吸收毕竟是有限的，许多年后，植被可能会达到碳饱和，失去了继续吸收二氧化碳的能力。另外，这些植被一旦进行有氧燃烧，原来其中所固定的碳又会释放到空气中，从碳循环的角度来说，并没有最终达到碳减排的目的。

近年来，利用树木、草、农作物秸秆、畜禽粪便等生物质热解产生的一种富含碳的副产物——生物炭进行碳的固定，其固碳效果相比较传统的固碳方法有了很大的提高。同时由于生物炭对生物质中碳的转移保存非常快，有很高的生物化学和热稳定性，可长期保存于环境中而不被矿化，被认为是固定大气中二氧化碳的一种长期有效的方法。除了固碳作用，生物炭可以富集大量有机质，改善土壤肥力，提高农作物产量。而生物炭具有较大的比表面积和微孔结构，表面官能团丰富，对各种污染物具有吸附的作用。

而生物炭在土壤中的运动迁移、归趋以及生物有效性不仅影响生物炭本身的稳定性，而且也会影响生物炭吸附的污染物（如重金属、有机污染物多环芳烃/多溴联苯醚等）和营养物质（如N、P、K、Ca等）以及土壤微生物群的运动迁移，因此研究生物炭在土壤填充介质中的运动迁移和沉积释放机理显得非常重要。目前关于生物炭在实际土壤环境中运动迁移的研究还很少，传统的土柱实验中，土壤基质的复杂性质使得改研究领域受到很多制约；且土柱中生物炭颗粒真实的运动情况也无法观测。而生物炭室内模拟实验作为研究生物炭迁移实验的方式之一，与野外实验相比具有工艺简单、技术可靠、实验装置体积小、干扰因素少、条件易控制等特点而成为现阶段国内外学者研究的首选，因此生物炭迁移实验的研究非常有必要。由于生物炭在土壤环境中运动迁移和沉积释放机理研究是一门与试验结合紧密的新兴交叉学科，要取得令人信服的成果必须采用专门的仪器进行实验，而国内并无现成的成套仪器可以使用，这制约了生物炭在土壤中迁移机理研究的发展。

因此，设计者鉴于上述缺点，开发出一种生物炭在土壤系统中运动迁移的模拟装置。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术缺陷，提供一种生物炭在土壤系统中运动迁移的模拟装置，用以进行生物炭迁移的相关实验。解决在室内研究生物炭运动迁移和沉积释放的机理问题，实验得到的结论可以作为对生物炭应用于土壤环境修复上的理论依据。

本发明为解决上述技术问题，采用以下技术方案：

一种生物炭在土壤系统中运动迁移的模拟装置，其特征在于：包括原水池、水泵、pH调节池、搅拌装置、模拟土柱和自动部分收集器，其中：

所述原水池包括溶液注入瓶和导管；所述pH调节池包括pH电极、pH计、生物炭颗粒，所述pH电极插入pH调节池内，且pH电极与pH计连接；所述搅拌装置包括磁子，所述磁子位于搅拌装置内，所述搅拌装置上方放置生物炭；所述模拟土柱所述模拟土柱为柱状容器，其内填充有填充介质，柱状容器的上下两端设置有法兰盘，顶端设置有出气孔，上下两端法兰盘内置硅胶垫，在填充介质上下部位分别放置多孔过滤板；所述自动部分收集器包括出水管、定时转盘和出液收集容器；

所述pH调节池的入水口通过水泵与原水池的出水口相连，搅拌装置的入水口通过水泵与pH调节池的出水口相连，模拟土柱的入水口通过蠕动泵与搅拌装置的出水口相连，模拟土柱的出水口通过水泵与自动部分收集器相连。

本发明中，所述溶液注入瓶设置有两个，分别为去离子水注入瓶、高浓度盐溶液注入瓶；其中去离子水注入瓶通过水泵与原水池的底端相连，高浓度盐溶液注入瓶通过水泵与原水池的顶端相连。

本发明中，所述溶液注入瓶为马氏瓶。

本发明中，所述pH调节池预先放入筛分过的300-400目的生物炭颗粒，然后注入原水池的盐溶液，玻璃棒手动搅拌后，最后放入pH电极调节溶液pH值。

本发明中，所述搅拌装置内磁子在整个实验过程一直处于定速搅拌的状态，保证生物炭颗粒均匀分散于溶液中。

本发明中，所述模拟土柱放置多孔过滤板，用于保证进出水的在整个截面的均匀分布；控制模拟土柱进水口和出水口流速为0.5mL/min。

本发明中，所述模拟土柱材质采用有机玻璃，高10cm，内径1.2cm；所述填充介质为20-30目的石英砂。