技术领域
本发明涉及一种用于电动力学修复的实验设备和使用方法，属于盐碱化土地修复领域。
背景技术
由海水入侵而导致的沿海地区土壤盐渍化是当今不可忽略的问题，而电动修复在防治海水入侵方面将起到十分重要的作用，且已经成为未来研究趋势之一。
国外大多数对于海水入侵控制技术与方法的分析研究都是为了缓和海水入侵的危害，其中主要是通过补给或建立水力栅栏等途径，即在位于海水入侵前缘的内陆一侧，沿海布置一系列钻井，通过向钻井中注水，或通过地表渠道回渗，如图4与图5分别为沿海地区正常的地下水与海水保持平衡和地下水开采过度造成海水倒灌的示意图。目前国内还没有相应的研究报道。
此前电动修复技术在修复重金属离子污染的土壤中应用较为广泛，各项技术较为成熟，对进行电泳、电渗析时各项参数的控制，如图6为电迁移和电渗流过程，土壤中各个相态的分析，离子活化剂的选择，最适电压电阻的选择等的记录较多。而今年三月份由中国地调局地科院资源所承担的某项重金属污染场地的中试试验取得突破性进展更显示了这一相似技术在不同领域的较强可行性。不足条件是现今关于电动修复盐渍化土壤的实验数据和模拟实验较少，而且设备的选择和设计、试验中相关实验条件的选择和确定、数据的测定和分析方法都是函待解决的问题。
发明内容
针对目前的盐碱化土地实验室模拟设备无法准确测量各参数的影响，并且存在设备复杂、操作不便的问题，本发明提出了一种能够将海水入侵的盐碱化土地实验室模拟化，使得该项研究实验简单化、准确化、自动化、微型化，且装置造价低廉的用于电动力学修复的实验设备和使用方法。
本发明所述的一种用于电动力学修复的实验设备，其特征在于：包括实验测试单元、流量-气体检测单元和电源供能单元，所述的实验测试单元包括测试本体、电位测量探针和电极组件，所述的测试本体包括位于两端的电极室和位于中间的模拟土壤填装室，并且所述的模拟土壤填装室与两端的电极室连通；所述的模拟土壤填装室设置多个用于插入电位测量探针的插孔；每个所述的电极室设有相应的进水口、排水口和排气口，每个所述的电极室均配置一个电极组件；其中一个所述的电极组件的阳极与电源供能单元的正极电连，另一个所述的电极组件的阴极与所述的电源供能单元的负极电连；所述的流量-气体检测单元包括用于测量液体流量的第一测试件和用于测试气体流量的第二测试件，所述的第一测试件的出液口与所述的电极室的进水口管路连接，所述的第二测试件的出气口与所述的电极室的排气口连通。
所述的电极组件包括主动电极、被动电极、电极棒和电接头，所述的电极室通过垂直设置的被动电极与所述的模拟土壤填装室分隔，所述的主动电极与所述的被动电极平行设置，所述的主动电极与所述的被动电极二者之间留有间隙；所述的电极棒通过电接头安装在电极室，两个所述的电极棒的一端与相应的主动电极相连、另一端露出测试本体分别与电源供能单元的电源正、负极相连，使得两个动电极分别作为电解室的阳极、阴极。
所述的测试本体为H形结构。
所述的模拟土壤填装室的上壁等距设置五个用于插入电位测量探针的插孔，其中两个电位测量探针的探针末端串联电压表，形成用于测量两个电位测量探针间电压的串联电路。
所述的被动电极面向相应的主动电极一侧表面覆盖多孔网状电极。
所述的被动电极通过绝缘线与电源供能单元的电压表电连。
所述的土壤模拟室通过长螺丝钉、蝶翼螺母和两端的电极室固接，并且土壤模拟室与电极室之间配有用于密封的O型圈。
所述的第一测试件为带有刻度的圆筒。
所述的第二测试件为带有刻度的圆筒。
所述的第一测试件和所述的第二测试件上均配有相应的控制阀。
所述的主动电极、所述的被动电极均采用选用石墨电极板并均匀布孔作为电极。
所述的排气口设置在电极室的顶部，并且排气口与主动电极和被动电极之间的间隙连通；所述的进水口设置在电极室上部，所述的出水口设置在电极室下部。
一种利用本发明所述的实验设备的使用方法，所述的使用方法包括以下步骤：
1)对用于填装的细沙进行预处理：试验模拟土壤为施工用沙，清洗多次后干燥后用适当筛孔的筛子进行筛选；
2)在模拟土壤填装室内部装填经步骤1)处理后的洁净的细沙颗粒作为模拟土壤；
3)利用流量-气体测试单元的第一测试件向测试本体内灌注用作为模拟海水入侵所造成的土地盐碱化问题的饱和NaCl溶液；
4)流量和气体检测部分主要对通入的流量多少进行检测和控制、对实验过程中产生的气体进行测定和回收；电源供能部分可在稳压或稳流系统情况下对实验提供电能，通过控制流量-气体测试单元的盐浓度、含水量、外加电流、运行时间，测定电位测量探针之间的电压变化，并根据相应的电压变化分析盐浓度、含水量、PH值、电导率对模拟海水入侵所造成的土地盐碱化的影响关系，通过分析不同探针之间在不同时刻电压的大小从而计算出离子迁移速率，根据离子的迁移速率得出模拟盐碱化土壤恢复时间、效果与外加电流关系。
本发明的有益效果是:(1)解决电动修复技术在实验室难以开展实验的问题，从而解决该方面研究的局限；(2)该装置能够模拟盐碱化土地进行电动修复实验从而使得该过程的研究能够在实验室进行；(3)该装置既可以用于海洋化学相关的模拟实验教学，又可以用于废水处理的实验教学；(4)该装置选用均匀布孔的电极板能够保证电渗流通过电极极板进入极室且保证流态均匀；(5)选用石墨电极导电性好、耐腐蚀、不引入二次污染和易加工安装；(6)实验的气体测定装置的设计既解决了电动修复实验过程产生气体测定的问题，也能够解决产生气体的回收问题，有效提升实验安全性。
附图说明
图1是本发明电动修复实验装置系统的流程图；
图2是本发明H型装置构型主视图；
图3是本发明装置的网孔电极板示意图；
图4是沿海地区正常的地下水与海水平衡示意图
图5是地下水开采过度造成海水倒灌示意图
图6是电迁移和电渗流示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明
参照附图：
实施例1本发明所述的一种用于电动力学修复的实验设备，其特征在于：包括实验测试单元1、流量-气体检测单元2和电源供能单元3，所述的实验测试单元1包括测试本体11、电位测量探针12和电极组件13，所述的测试本体11包括位于两端的电极室111和位于中间的模拟土壤填装室112，并且所述的模拟土壤填装室112与两端的电极室111连通；所述的模拟土壤填装室112设置多个用于插入电位测量探针12的插孔；每个所述的电极室111设有相应的进水口1111、排水口1112和排气口1113，每个所述的电极室111均配置一个电极组件13；其中一个所述的电极组件13的阳极与电源供能单元3的正极电连，另一个所述的电极组件13的阴极与所述的电源供能单元3的负极电连；所述的流量-气体检测单元2包括用于测量液体流量的第一测试件21和用于测试气体流量的第二测试件22，所述的第一测试件21的出液口与所述的电极室111的进水口1111管路连接，所述的第二测试件22的出气口与所述的电极室111的排气口1113连通。
所述的电极组件13包括主动电极131、被动电极132、电极棒133和电接头134，所述的电极室111通过垂直设置的被动电极132与所述的模拟土壤填装室112分隔，所述的主动电极131与所述的被动电极132平行设置，所述的主动电极131与所述的被动电极132二者之间留有间隙；所述的电极棒133通过电接头134安装在电极室111，两个所述的电极棒133的一端与相应的主动电极131相连、另一端露出测试本体11分别与电源供能单元3的电源正、负极相连，使得两个主动电极131分别作为电解室的阳极、阴极。
所述的测试本体11为H形结构。
所述的模拟土壤填装室112的上壁等距设置五个用于插入电位测量探针12的插孔，其中两个电位测量探针12的探针末端121串联电压表，形成用于测量两个电位测量探针12间电压的串联电路。
所述的被动电极132面向相应的主动电极131一侧表面覆盖多孔网状电极135。
所述的被动电极132通过绝缘线136与电源供能单元3的电压表31电连。
所述的土壤模拟室112通过长螺丝钉14、蝶翼螺母15与两端的电极室111固接，并且土壤模拟室112与电极室111之间配有用于密封的O型圈16。
所述的第一测试件21为带有刻度的圆筒。
所述的第二测试件22为带有刻度的圆筒。
所述的第一测试件21和所述的第二测试件22上均配有相应的控制阀
实施例2一种利用实施例1所述的实验设备的使用方法，所述的使用方法包括以下步骤：
1)对用于填装的细沙进行预处理：试验模拟土壤为施工用沙，清洗多次后干燥后用适当筛孔的筛子进行筛选；
2)在模拟土壤填装室内部装填经步骤1)处理后的洁净的细沙颗粒作为模拟土壤；
3)利用流量-气体测试单元的第一测试件向测试本体内灌注用作为模拟海水入侵所造成的土地盐碱化问题的饱和NaCl溶液；
4)流量和气体检测部分主要对通入的流量多少进行检测和控制、对实验过程中产生的气体进行测定和回收；电源供能部分可在稳压或稳流系统情况下对实验提供电能，通过控制流量-气体测试单元的盐浓度、含水量、外加电流、运行时间，测定电位测量探针之间的电压变化，并根据相应的电压变化分析盐浓度、含水量、PH值、电导率对模拟海水入侵所造成的土地盐碱化的影响，通过分析不同探针之间在不同时刻电压的大小从而计算出离子迁移速率，根据离子的迁移速率得出模拟盐碱化土壤恢复时间、效果与外加电流关系。
实施例3试验模拟土壤为施工用沙，清洗7-8次后干燥5小时；先用0.9mm孔径筛子再用0.05mm孔径筛子进行筛选。在筛选细沙中通入一定量的35g/LNaCl溶液(饱和溶液)，用该电动修复模拟装置模拟受NaCl污染土壤的修复情况，实验中，由模拟土壤填装室1以及电位测量探针12将土壤挤压并均分为5个部分，通过分析不同探针间的电压，从而确定电动修复情况。实验可以通过控制盐浓度、含水量、外加电流、运行时间等因素对其盐浓度、含水量、PH值、电导率等进行测量并通过分析来得出一些结论，为相关研究提供数据和理论基础。
需要说明的是，上述装置和系统内的各单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
