[发明专利]模拟半挥发性有机污染物在多相体系中吸附行为的装置及应用

说明书

技术领域

本发明属于环境科学技术领域，具体涉及一种在实验室条件下模拟半挥发性有机污染物在多相体系中吸附行为的装置及应用。

技术背景

关于半挥发性有机污染物(如有机氯农药和多环芳烃等)在水环境中分布及迁移转化行为的已有研究表明，它们很少以真溶解态的形式存在于水中，绝大部分与水中的各种无机和有机的、生命和非生命的固相物质结合，这些影响污染物环境行为的固相物质主要以生物膜、悬浮颗粒物和表层沉积物三种形式存在，它们与水相一起组成了决定污染物在水体中环境行为的复杂多相体系。

长期以来，人们对水环境中的各类污染物同时在多种固相物质共存体系中的吸附特征研究相对较少。污染物在自然水体固相物质上的吸附研究主要集中在特定污染物在特定物质或组分上的吸附规律、影响因素及吸附机理的研究。这样的实验通常忽略了共存于同一体系中作为吸附剂的多种固相物质间的相互作用对吸附的影响。在很大程度上并不能达到对天然条件下水环境中多相体系的真实模拟。已有研究表明，同一水体中的三种固相物质在一定条件下是可以相互转化的，例如，悬浮颗粒物通常是生物膜形成的核心骨架，而随着生物膜的老化和脱落，生物膜的部分组分会进入水中发生悬浮而转化为悬浮颗粒物；悬浮颗粒物的沉降与表层沉积物的再悬浮也是彼此形成的来源之一，此外，生物膜覆盖于表层沉积物表面也会导致两者的相互作用及转化。因此，污染物在三者及水相间的分配规律必然会由于各个固相的共存而与单一的固相与水相存在时的规律有所不同。并且开展污染物在多相体系中环境行为研究对揭示污染物在真实水环境中的环境行为及作用机理具有重要意义。

本课题组于2006年研发了一种“模拟溶解态物质在多相体系中分配行为的装置及应用(专利号：ZL200610016855.9)”，该装置被广泛应用于实验室内模拟研究溶解态的污染物，特别是重金属等无机污染物，在水环境多相体系中分配行为领域。然而，由于半挥发性有机污染物不同于重金属等无机污染物，其具有挥发性，会在开放体系中由于挥发作用而导致其在体系中损失。此外，有机污染物更易于被各种材料(如滤膜、有机玻璃等)所吸持。因此，目前并没有一种能够适用于开展半挥发性有机污染物在多相体系中吸附行为研究的模拟多相体系装置。理想情况下的该类装置除能够对水相中的各个固相物质进行隔离、溶解性物质能在整个体系内平衡分布外，还应避免体系中的有机污染物受其他作用的影响而导致损失。

发明内容

本发明的目的是提供一种实验装置，通过该实验装置可以隔离水相中多种固相物质，并能使半挥发性有机污染物在该装置中的各相间达到分配平衡，进而通过此装置对该类污染物在水环境多相体系中的吸附行为进行实验室模拟研究。

本发明能够人工模拟在水环境中某种半挥发性有机污染物，如滴滴涕、林丹、五氯酚等有机氯农药和多环芳烃等，在一至三种固相物质间的分配行为，例如模拟天然水环境条件下生物膜、悬浮颗粒物和表层沉积物三种固相物质和水相共存的多相体系，能够使各固相物质始终保持隔离，半挥发性有机污染物可以在体系中自由移动，同时挥发性物质由于挥发作用而导致的在体系中的损失会受到控制，研究某半挥发性有机污染物在该多相共存体系中各固相物质上的吸附特征。

本发明所述的模拟半挥发性有机污染物在多相体系中吸附行为的装置，其由外室和内室组成，内室放置在外室内侧底部，且受外室空间的限制，内室始终保持稳定直立状态，且每个内室彼此分立；固相物质分别加入到各内室中，能够保持隔离状态；外室和内室中充满事先配制好的含某种半挥发性有机污染物的水溶液至瓶满，由密封材料对外室进行密封，从而减少半挥发性有机污染物从水溶液中挥发。将该实验装置放置于恒温(可控制温度范围5～30℃)振荡器中振荡一定时间(1～15天)，振荡速率为40～100r/m，使污染物在装置中的各相间可达到分配平衡。

进一步地，密封材料由内而外依次为锡纸薄膜(用途为防止有机污染，厚度为0.01～0.028mm)、M封口膜(用途为塑形固定，型号为PM996，厚度为0.12～0.13mm)和塑料保鲜膜(用途为进一步密封，厚度为0.03～0.07mm)，用橡胶皮筋对封口后的外室瓶口进行捆绑密封。

进一步地，外室是玻璃锥形瓶，个数为1，内室是玻璃烧杯，个数为3-4个；玻璃烧杯通过玻璃锥形瓶的瓶口，放置在玻璃锥形瓶的底部。

利用本发明所述装置，在实验室条件下模拟半挥发性有机污染物在多相体系中吸附行为的应用：

(1)模拟多相体系中固相物质对半挥发性有机污染物吸附的动力学实验：