一种压力调节型水体-沉积物界面原位反应器

1.本实用新型涉及沉积物原位反应器技术领域，特别是涉及一种压力调节型水体-沉积物界面原位反应器。


背景技术：

2.水库、湖泊等地表水的污染主要由内源和外源两部分组成，目前随着国家环保政策的不断完善和人们环保意识的增强，地表水外源污染得到了有效控制，因而，内源污染成为了如今污染水源水质的主要因素。
3.内源污染是指通过地表径流、大气沉降等方式进入水体的营养物质，经过物理、化学及生物作用而在沉积物表层积累，在一定的环境条件(厌氧还原、水力扰动等)下能从沉积物中释放进入水体，导致水质恶化，进而影响供水安全。内源污染主要通过沉积物耗氧、沉积物污染物释放(包括营养元素、难降解有机物和金属等)及沉积物污染生态毒性来影响水质，在水体－沉积物界面上的水体物质和沉积物的交换是造成内源污染最重要过程，这一界面是最重要的环境边界层。因此在此界面发生的污染物质的迁移转化过程、机理、影响因素的研究对于改善水源水质、降低水厂处理负荷具有重要意义。
4.目前，所采用的研究方法主要包括异位研究和原位研究两类：
5.异位研究是在实验室环境下，利用反应器模拟自然条件，对水体－沉积物界面物质进行研究。该研究方式虽然有操作难度低、取样简单等优点，但是反应器在环境温度、压力及底泥表层结构等方面不可避免要改变水体－沉积物界面的自然状态，无法达到真实还原实际状态的目的。异位研究必然会导致所得研究结果与真实结果之间存在偏差，因而其反映的水体中污染物迁移转化规律的可靠性容易受到质疑，难以指导生产实践。
6.原位研究是在湖泊和水库等地表水源地，进行水样的实地实时连续监测或定期取样监测。原位反应器在实际使用过程中，水下安装施工的难度较大，进行水样采集时反应器内部容易形成负压，导致取样困难。但是原位反应器可以保证在最真实的自然条件下进行研究，其研究结果的真实性不容置疑。


技术实现要素：

7.本实用新型要解决的技术问题是提供一种压力调节型水体-沉积物界面原位反应器。该原位反应器能够控制一定体积的自然水体和沉积物，最大程度的保持水体-沉积物界面的自然条件不受外界干扰，进行不同水深处水样的采集和气样的采集，并对反应器内水质指标进行检测。
8.具体而言，本技术提供了如下技术方案：
9.一种压力调节型水体-沉积物界面原位反应器，包括反应器筒体，所述反应器筒体内部的中下部装有水平设置的人字形肋板，所述人字形肋板的端部与所述反应器筒体的内壁面相连；所述反应器筒体外壁的中下部装有水平设置的环形浮板；
10.位于人字形肋板上方的反应器筒体的壁面穿设有集水管，所述集水管与位于反应
器筒体内部的压力调节软球相连通；位于人字形肋板上方的反应器筒体内还设有若干个由上至下依次排列的水样采集管，每个水样采集管均与一个位于反应器筒体外部的输水软管相连；每个输水软管均与一个便携式气动隔膜泵相连；压力调节软球、集水管以及所有的水样采集管、输水软管、便携式气动隔膜泵和第二止水夹共同构成水样采集系统；
11.所述反应器筒体的顶部中央穿设有气体采集管，所述气体采集管与位于反应器筒体外部的集气软管相连，所述集气软管与集气袋相连；气体采集管、第一止气夹、集气软管和集气袋构成气样采集系统；
12.所述人字形肋板中心的上方设有水质分析仪，所述水质分析仪通过信号传输线与位于反应器筒体外部的计算机相连；水质分析仪、信号传输线和计算机构成水质监测系统。
13.进一步的，所述集气软管上装有第一止气夹。
14.进一步的，每个输水软管上均装有一个第二止水夹。
15.进一步的，所述反应器筒体的外壁面上均匀分布有若干个吊装孔。
16.进一步的，当压力调节型水体-沉积物界面原位反应器安装在水底时，人字形肋板的上方为上覆水区，人字形肋板的下方为底泥反应区。
17.进一步的，所述压力调节软球由高强度柔性膜制成球体形状。
18.进一步的，所述反应器筒体的顶部呈圆锥形，下部主体由薄壁直管制成。
19.与现有技术相比，本实用新型的压力调节型水体-沉积物界面原位反应器至少具有以下有益效果：
20.本实用新型的反应器设置的压力调节软球可以自动调节反应器内部压力与外部压力保持一致，便于进行水样的采集，且不影响反应器内水质反应条件。设置的多套水样采集系统可以获得不同水深梯度处的水样。水质监测系统可在需要时对反应器内水样进行水质监测。
21.本实用新型的反应器保证了水体-沉积物界面的自然状态不受破坏，解决了原位反应器采集水样、气样以及进行水质监测的问题，可在原位实现水库(湖泊)水体-沉积物污染物迁移转化过程的全面研究。
22.下面结合附图对本实用新型的压力调节型水体-沉积物界面原位反应器作进一步说明。
附图说明
23.图1为本实用新型压力调节型水体-沉积物界面原位反应器的主视示意图；
24.图2为本实用新型压力调节型水体-沉积物界面原位反应器的俯视示意图。
25.其中，1-上覆水区；2-底泥反应区；3-人字形肋板；4-吊装孔；5-压力调节软球；6-集水管；7-水质分析仪；8-环形浮板；9-水样采集管；10-输水软管；11-便携式气动隔膜泵；12-信号传输线；13-气体采集管；14-第一止气夹；15-集气软管；16-集气袋；17-第二止水夹；18-计算机；19-反应器筒体。
具体实施方式
26.如图1-2所示，一种压力调节型水体-沉积物界面原位反应器，包括反应器筒体19，所述反应器筒体19内部的中下部装有水平设置的人字形肋板3，所述人字形肋板3的端部与
所述反应器筒体19的内壁面相连；所述反应器筒体19外壁的中下部装有水平设置的环形浮板8；人字形肋板3用于提供支撑作用。
27.位于人字形肋板3上方的反应器筒体19的壁面穿设有集水管6，所述集水管6与位于反应器筒体19内部的压力调节软球5相连通；位于人字形肋板3上方的反应器筒体19内还设有4个由上至下依次排列的水样采集管9，每个水样采集管9均与一个位于反应器筒体19外部的输水软管10相连；每个输水软管10均与一个便携式气动隔膜泵11相连；
28.所述反应器筒体19的顶部中央穿设有气体采集管13，所述气体采集管13与位于反应器筒体19外部的集气软管15相连，所述集气软管15与集气袋16相连；
29.所述人字形肋板3中心的上方固定有水质分析仪7，所述水质分析仪7通过信号传输线12与位于反应器筒体19外部的计算机18相连。根据需要，水质分析仪7可以监测反应器内部的do、t、orp、ph等水质信息并由信号传输线12传输至岸上的计算机18。
30.其中，集气软管15上装有第一止气夹14。每个输水软管10上均装有一个第二止水夹17。
31.压力调节软球5、集水管6以及所有的水样采集管9、输水软管10、便携式气动隔膜泵11和第二止水夹17共同构成水样采集系统，具有水样采集的功能。气体采集管13、第一止气夹14、集气软管15和集气袋16构成气样采集系统，可以在反应器顶部中心位置采集到气体样本。水质分析仪7、信号传输线12和计算机18构成水质监测系统。
32.反应器筒体19的外壁面上均匀分布有3个吊装孔4。反应器筒体19的顶部呈圆锥形，下部主体由不锈钢的圆柱状的薄壁直管制成。压力调节软球5是一个内部密封的球状高强度柔性球，进行水样采集时，随密闭反应器内部上覆水的减少，压力调节软球5可以在压力作用下膨胀，从而收纳通过集水管流入的进水，以防止反应器内部形成负压状态。
33.当压力调节型水体-沉积物界面原位反应器安装在水底时，人字形肋板3的上方为上覆水区1，人字形肋板3的下方为底泥反应区2。上覆水区1和底泥反应区2是由反应器筒体19围成的密闭反应主体。反应器沉入水库(湖泊)过程中，第一止气夹14固定在集气软管15上，第二止水夹17固定在输水软管上，待反应器沉入水库(湖泊)，将第一止气夹14打开，由化学及生物化学反应产生的气体聚集到反应器顶部中心并通过气体采集管13和集气软管15收集导入连接在水面的集气袋17内。
34.水样采集系统中的压力调节软球连接在反应器筒体中部组成一个密闭主体，并且起到防止反应器内部负压产生的作用。反应器通过气样采集系统进行气体样本的采集，通过水样采集系统采集水样，通过水质监测系统对水质进行检测。
35.使用时，使用吊装机器通过连接在三个吊装孔4上的吊索将该压力调节型水体-沉积物界面原位反应器安装在水库(湖泊)底部，反应器筒体在自身重力作用下平稳下放，最后反应器内充满水并下放到水库(湖泊)的底部，其下部可以深入到松软的底泥内部并由环形浮板8产生浮力使反应器稳定在水库(湖泊)底部。反应器筒体下部设置的环形浮板可以控制反应器进入水库(湖泊)底泥的深度，使底泥表层和反应器筒体构成一个密闭的反应空间，反应器内部为水体-沉积物界面。
36.该反应器设置的气样采集系统、水样采集系统和水质监测系统中，气样采集系统可以确保由化学及生物化学反应产生的气体收集到反应器顶部中心并由集气管收集导出至集气袋内。
37.水样采集系统可以实现在不扰动反应器内部水体及底泥、不改变反应器内部连续反应条件的前提下自如取样。共设置四套水样采集系统，各取水系统之间互不干扰，可以实现对反应器内不同水深处水样的采集。水样采集时，反应器内上覆水减少，反应器内压力减小，反应器外的上覆水在压力作用下自动流入反应器内的压力调节软球，达到维持反应器内水压平衡的目的，且不影响反应器内水质反应条件。在采集水样时，压力调节软球5可以随着反应器内部水量的减少而膨胀进水，以免反应器内部因上覆水减少而产生负压。水样采集时，打开输水软管10上的第二止水夹17，将便携式气动隔膜泵11连接到输水软管10上，先排出输水软管10中的存积水，再将取到的反应器内部水样装入特定的取样容器中保存。便携式气动隔膜泵的内部构件在工作时不与水样发生接触，不会对水样产生污染，其产生的水流剪切力低，也不会对水样产生物理影响。
38.水质监测系统的水质分析仪可以对的水质信息进行检测，并通过信号传输线传输至岸上计算机，进行反应器内水质信息的监测。
39.以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。