CN101162220B - 填埋气体和渗滤液传输过程的监测试验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种填埋气体和渗滤液传输过程的监测试验系统，它包括平流泵、空气压缩机、压力土柱、降雨土柱、温控土柱，自然土柱，计算机，压力传感器、液体体积计量器、温度传感器、天平分别与计算机相连，阀门分别与空气压缩机、过滤器相连，气体质量流量计分别与天平、计算机相连，压力土柱分别与活塞、阀门相连，降雨土柱分别与活塞、阀门相连，温控土柱分别与活塞加热制冷浴槽相连，自然土柱与阀门相连，活塞容器与阀门相连。本发明结构简单，操作方便，测试数据准确，缩短了试验周期，测试数据精度高，自动化采集数据快。
Description
技术领域
本发明涉及一种监测试验系统，更具体涉及一种填埋气体和渗滤液传输过程的监测试验系统，主要用于定量化动态监测垃圾填埋气体和渗滤液在多场(温度-水分-压力)耦合作用下的传输的规律及行为，不仅可用于城市垃圾填埋场中污染物的监测研究，同时对于岩土工程中水气两相流测试、石油工程中油类污染质的传输试验、水利水电工程中岩土体的渗透试验、核废料地质处理中核素迁移试验以及矿业工程中煤矸石淋溶试验等研究也具有广泛的应用价值。
背景技术
垃圾填埋场污染物造成的环境污染已成为当前和今后最突出的环境问题之一，污染物以其量多、污染范围广、污染程度重等特点已成为当今生态环境重的热点和焦点问题。国际资料统计显示，早期垃圾填埋场普遍发生渗漏，它们在不停地下渗到水环境中。监测表明，我国的垃圾填埋场已普遍发生渗漏，在各大城市垃圾填埋场现场监测评价中，北京的垃圾填埋场渗漏更加明显和突出。在被检出的几种毒性污染物，大都属于联合国环境规划署以及我国有毒化学品登记中心(NRPTC)划定的优先控制的难降解有机物(POPs)。这些污染物已远远超出其环境容量，形成生态环境的脆弱环节。目前地下水污染空前严重，为各类灾害性病变的发生铺好了温床，形势十分严峻。当前，我国垃圾填埋进入了高峰期，城市垃圾填埋场渗漏污染地下水的现象屡屡发生，已成为各界密切关注而又感到束手无策的难题。尤其是地处城市地下水上游方向的填埋场的渗漏，它直接影响到城市民众的饮用水源。同时，填埋气体可透过填埋场周边的土壤或砂质土流动，在100-200m以外的建筑物内可测得5％的填埋气体CH4。填埋气体的泄露和散发严重威胁着周围的环境，在填埋场附近，它可以成为致命的物质，当甲烷的浓度在空气中达到5-15％时，就会发生爆炸和燃烧，如在垃圾填埋场附近开发时都必须对其潜在的危险性进行评价。近年来，国外土耳其首都伊斯坦布尔、菲律宾首都马尼拉，国内上海、岳阳、成都、北京等地都有由于填埋场内填埋气体引起的场外隐蔽性事故发生。致使这些事故发生的根本原因在于对垃圾填埋气体和渗滤液潜在性传输的规律方面的研究工作没有引起足够的重视，并没有开展相关的基础性研究。
垃圾一经填埋，就伴随着垃圾的微生物降解消耗内部氧气产生大量的热量，填埋场内部温度升高，不但影响岩土体的物理性质，而且对岩土的应力场和流体(填埋气体和渗滤液)的渗流场也有重要的作用。同时流体作为一种环境因素对岩土的物理力学性质和热对流传输具有重要的影响；另一方面，岩土的热物理特性对流体的渗流和热传导起着重要的控制作用。这三者之间的相互联系、相互制约的性质是由变形场、渗流场和温度场耦合效应引起的。填埋污染物(填埋气体和渗滤液)在填埋场中的运移是一个非常复杂的过程，其中涉及到许多确定或不确定性因素，为了控制和减少填埋气体和渗滤液无组织的释放、减轻其对生态环境的污染，最大限度的回收填埋气体中的能源气体以及降低渗滤液的排放浓度，就必须对填埋气体和渗滤液的传输的动态特性进行定量化测试，须以试验的手段对填埋污染物的传输过程进行监测研究。
然而，目前国内外已研发的相关试验设备，主要存在以下几个方面的问题：
(1)设备均无法实现温度-水分-压力三场耦合作用的试验模拟，而只能针对单场(仅考虑压力、水分或温度作用)进行试验模拟。
(2)在试验过程控制和数据采集上，以前的设备多是利用手工操作和记录，有些设备使用了计算机辅助记录数据，但无法对试验进程进行实时跟踪、操控和监测，易造成人力资源的浪费和试验数据的过于离散，对试验精度带来不利影响。
(3)多数设备只有单一和固定的接口，进而无法将设备扩充以满足研究的进一步需要。而且无法对仪器进行合理置换，造成了设备的可拓展性和灵活性不高，功能单一。
(4)现有的设备针对不同环境条件下开展的试验研究其周期长，无法解决多套设备同时开展正交试验研究。
为此，在测量填埋气体和渗滤液的渗透特性、传输速率和水动力学等相关参数时就不能简单的考虑某单一因素的影响，必须将温度-水分-应力耦合起来进行系统模拟研究，这样测得的试验数据更加反映填埋场实际运营状况。填埋气体和渗滤液传输过程的监测试验系统正是为解决系统耦合分析难，数据监测不准以及试验条件难以控制这一问题而研制的。该试验系统不仅可以定量来分析垃圾渗滤液和填埋气体动态特性，同时可为渗滤液的污染的控制和埋气体资源化开发提供基础的试验数据。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种填埋气体和渗滤液传输过程的监测试验系统，该系统结构简单，操作方便，测试数据准确，缩短了试验周期，测试数据精度高，自动化采集数据快。具体地说，其一是同时能对垃圾体在压力、降雨、温度三场作用下进行试验模拟；其二是采用传感器和微机技术，集监测、控制与数据采集于一体，实现对试验柱体的加压、降雨和温度变化的实时显示和监控；其三是能在显示和监控过程中，进行实时记录，并通过自行开发的数据处理程序对试验结果进行全面的分析和可视化输入与输出。其四是结构简洁、组装灵活、试验周期短以及应用面广。
试验系统的构成分四部分：
研制设备包括平流泵、空气压缩机、压力土柱、降雨土柱、温控土柱、自然土柱、计算机，压力传感器、压力传感器组、液体体积计量器、温度传感器组、天平分别与计算机相连，第十五阀门分别与空气压缩机、第二过滤器相连，气体质量流量计设置在天平上，天平与计算机通过数据线相连，活塞容器管道连接到压力土柱、降雨土柱、温控土柱和自然土柱的底端。各装置分别与配套数据转化传输系统相连，并与微机终端形成对接；而且，各测量土柱装置上的液体体积测量仪、气体体积测量仪、温度传感器组、压力传感器组和天平分别通过数据线与计算机相连，从而可实现对试验系统的实时监测；并对采集的数据进行处理。其各装置的连接关系如下：A、压力土柱装置上的第一压力传感器组、第一温度传感器组、第一液体体积计量仪、第一天平分别与计算机相连，从而可对试验过程中土柱内的压力进行实时操控和监测，并通过第一液体体积计量仪、第一气体体积计量仪和第一天平计量液体和气体的产量，相关数据则可输入计算机储存和处理，该装置主要是用来测定在不同压力载荷条件下填埋气体和渗滤液传输的动态行为及浓度分布；B、降雨土柱装置上的第二压力传感器组、第二液体体积计量仪、第二气体体积计量仪、第二温度传感器组、第二天平分别与计算机相连，籍此可实时监测降雨模拟试验下土柱的压力和温度波动情况，并通过第二液体体积计量仪和第二天平计量液体和气体的产量，相关数据则可同步输入计算机储存和处理。该装置主要是用来测定在不同降雨条件下填埋气体和渗滤液传输的动态行为及浓度分布；C、温控土柱装置上的第三压力传感器组、第三液体体积计量仪、第三气体体积计量仪、第三温度传感器组、第三天平分别与计算器相连，从而实现对土柱的温度进行微机监控，利用第三液体体积计量仪和第三天平计量液体和气体的产量，相关数据亦可同步传输进计算机储存和处理，该装置主要是用来测定在不同温度条件下填埋气体和渗滤液传输的动态行为及浓度分布；D、自然土柱装置上的第四压力传感器组、第四液体体积计量仪、第四气体体积计量仪、第四温度传感器组、第四天平分别与计算机相连，从而形成无任何外界作用，自然状态下的土柱系统，并通过第四液体体积计量仪、第四气体体积计量仪和第四天平量测该状态下液体、气体的产量，相关数据则可同步输入计算机储存和处理，该装置主要是用来测定在无无界载荷条件下填埋气体和渗滤液传输的动态行为及浓度分布，主要是为了与压力土柱装置、降雨土柱装置和温度土柱装置的试验结果进行对比分析。第一调压阀分别与压力土柱、第一阀门相连，空气压缩机与第一阀门相连，从而可实现对压力土柱的加压的调控。第二调压阀与气体质量流量计相连，气体质量流量计与计算机相连，方可对通过四个土柱装置的气体流量进行实时监测。第三过滤器分别与第二水槽、第二平流泵相连，第二平流泵与活塞容器相连，活塞容器分别与第二十阀门、第二十一阀门、第二十二阀门、第二十三阀门相连，从而实现待测流体在四个土柱系统的流动。
(1)压力土柱装置：该装置可由空气压缩机、压力土柱、第一气体体积计量仪、第一天平、第一液体体积计量仪，第一调压阀、活塞，计算机和打印机共同组装而成：由空气压缩机，连接第一阀门，再将第一阀门与第一调压阀的输入端相连接，第一调压阀的输出端与压力传感器和活塞相连，活塞、第一压力传感器组由间距为15cm竖直排列的7个压力传感组成，第一温度传感器组由间距为15cm竖直排列的7个温度传感组成均与压力土柱相连，土柱下方与第四阀门相连，第四阀门与第一液体体积计量仪输入端对接，第一液体体积计量仪的数据输出端与计算机通过数据线相连，活塞上部与第二阀门相连，第二阀门与第一气体体积计量仪相连，第一气体体积计量仪与第三阀门对接，第三阀门与第一容器相连，第一容器的下部与第一天平相连。第一天平的量测数据通过数据线传入计算机，所需的数据结果可用打印机打印输出。压力土柱的内径φ300mm，净高1200mm，自上而下分布七个测温点(从上至下15cm一个)和七个测压点(从上至下15cm一个)，温度传感器和压力传感器位于同一水平位置。在试验过程中，可将温度传感器和压力传感器分别嵌入相应的测温点和测压点，并有数据传输线路将传感器和微机相连，以实现对土柱内部温度和压力的实时监测和记录。通过在压实活塞(与空气压缩机相连)上施加气压可模拟在土柱上施加20T/m2的压力，并且可通过改变气压来改变施加在土柱上的压力。
(2)降雨土柱装置：该装置可由降雨土柱、第二气体体积计量仪、第二天平、第二液体体积计量仪、第一水槽、第一平流泵、第一过滤器、压力计、温度计、活塞，计算机和打印机共同组装而成：由第一水槽与流量计相连，流量计与第一平流泵相连，第一平流泵的输出端与第五阀门相连，第五阀门与活塞上部相连，活塞下部与降雨土柱相连，土柱两侧分别是第二压力传感器组和第二温度传感器组，土柱下方与第八阀门相连，第八阀门下方与第二液体体积计量仪相连，第二液体体积计量仪与计算机通过数据线相连，降雨土柱上方与第六阀门相连，第六阀门与第二气体体积记量仪输入端相连，第二气体体积计量仪输出端与第七阀门相连，第七阀门下方与第二容器相连，第二容器与第二天平相连，第二天平由数据线与计算机输入接口相连，所需的数据结果可用打印机打印输出。降雨土柱的内径φ300mm，净高1200mm，自上而下分布七个测温点和七个测压点[传感器的安装、功能及其与微机的连接同(1)所述]。安装在顶部的降雨器可模拟降雨过程，降雨量由平流泵的流量控制，平流泵流量调节范围为：0.01ml/min～5ml/min。
(3)温控土柱装置：该装置可由加热制冷浴槽、温控土柱、第三气体体积计量仪、第三天平、第三液体体积计量仪，计算机和打印机共同组装而成：由加热制冷浴槽与温控土柱相连，土柱两侧分别是第三压力传感器组和第四温度传感器组，土柱下方与第十一阀门相连，第十一阀门下方与第三液体体积计量仪相连，第三液体体积计量仪与计算机通过数据线连接，土柱上方与第九阀门相连，第九阀门与第三气体体积记量仪输入端相连，第三气体体积计量仪输出端与第十阀门相连，第十阀门下方与第三容器相连，第三容器与天平相连，天平的测量数据可通过数据线传入计算机，所需的数据结果可用打印机打印输出。温控土柱的内径φ300mm，净高1200mm，自上而下分布七个测温点和七个测压点[传感器的安装、功能及其与微机的连接同(1)所述]。采用夹套形式温控。温度由既可温控又可制冷的恒温浴槽循环控制，控温范围：-15～100℃。
(4)自然土柱装置：该装置可由空气压缩机、自然土柱、第四气体体积计量仪、第四液体体积计量仪，计算机和打印机共同组装而成：自然土柱两侧分别是第四压力传感器组和第四温度传感器组，土柱下方与第十四阀门相连，第十四阀门下方与第四液体体积计量仪相连，第四液体体积计量仪的输出端与计算机相连，土柱上方与第十二阀门相连，第十二阀门与第四气体体积记量仪输入端相连，第四气体体积计量仪输出端与第十三阀门相连，第十三阀门下方与第四容器相连，第四容器与第四天平相连，第四天平与计算机输入端相连，所需的数据结果可用打印机打印输出。自然土柱的内径φ300mm，净高1200mm，自上而下分布7个测温点和7个测压点[传感器的安装、功能及其与微机的连接同(1)所述]。
这四个试验装置可开展不同可控条件下的独立试验研究，并且自成体系。具体而言，其一压力土柱装置，利用空气压缩机驱动，使活塞对试验土柱施压，在此过程中，可根据试验要求对压力进行调控，压力调控的范围是0-0.5Mpa；同时，嵌入土柱内的传感器可以实时监测土柱内压力和温度的变化，微机通过数据采集系统将压力和温度的时空变化数据进行采集。其二降雨土柱装置，在该系统组装完毕以后，启动安装在土柱顶部的降雨器，可模拟降雨过程，降雨量由平流泵的流量控制，平流泵与微机相连，即可实现对降雨模拟的实时控制，降雨强度控制的范围0.01-5ml/min；与此同时，安置在土柱下端的液体计量仪亦开始工作，并利用光电技术对液面进行实时跟踪，用微机对相关数据进行实时记录。其三温控土柱系统：通过加热制冷浴槽对土柱进行水浴循环温控，控温范围在-15～100℃。由于浴槽与微机连接，故可依据试验需要在控温范围内对土柱温度进行调控；传感器，气体、液体计量仪亦在微机的控制下协同采集、记录数据。其四自然土柱系统：即对土柱不施加任何作用，让其在自然状态下，对其进行气体、液体的计量和测试，其主要的目的是为了与压力土柱系统、降雨土柱系统和温控土柱系统所开展的试验结果进行对比。
试验系统测定的关键性技术主要有：
(1)流体(填埋气体和渗滤液)计量技术
①气体体积计量：在每个土柱上各安装一个气体体积计量装置。气体体积采用排水称重法计量，计算机按采集周期自动采集排出水的质量，计算气体在不同时刻的累积量。
②液体体积计量：在每个土柱下各安装一个液体体积计量装置。液体体积采用光电跟踪液面的方法，通过位移传感器测长计算液体体积。计算机按采集周期自动采集不同时刻的累积产液量。
(2)温度和压力测定技术
①温度测量：在每个土柱上，自上而下安装七个温度传感器(共28个)，计算机通过数据采集卡及其采集软件，按采集周期自动采集各点的温度值。
②压力测量：在每个土柱上，自上而下安装七个压力传感器(共28个)，计算机通过数据采集卡及其采集软件，按采集周期自动采集各点的压力值。
(3)流体(填埋气体和渗滤液)渗透率测定技术
①气相渗透率测试流程：流程由空气压缩机、过滤器、调压阀、气体质量流量计及其管阀件组成。测试压力由调压阀调节，计算机通过采集气体流量，土柱进出口压力，结合土柱尺寸、气体粘度等参数，由达西定律计算土柱气体渗透率值。
②液相渗透率测试流程：流程由平流泵、活塞容器及其管阀件等组成。测试流量由平流泵控制，土柱进出口压力，结合土柱尺寸、液体粘度等参数，由达西定律计算土柱液体渗透率值。
(4)数据自动采集处理系统
该系统由数据采集卡、数据采集处理软件、工控机、打印机等组成；数据处理包括：模型本构参数的反演计算、液体渗透率计算、气体渗透率计算；软件系统包括：系统设置、参数录入、数据处理、系统退出等功能菜单。
采集的参数包括：
29路压力值(1路压力为压实压力)；29路温度值(1路温度为恒温浴槽温度)；4路天平值(计算排出气量)；4路位移值(计算排出液量)；2路平流泵流量(1路降雨量、1路液体渗透率测量)。
数据采集处理软件：
试验过程总所采集的数据均通过已开发的数据采集程序CDA-LG(Code of DataAcquisition for Leachate and Gas)来实现。
本试验系统实现过程：
(1)对本试验系统进行合理组装，即可实现对耦合作用的模拟，其具体实施过程：若开展三场(压力、水分和温度)耦合作用条件的试验研究，首先将土样置于土柱内，在土柱上端装加压活塞，该活塞具有透水功能，并同时与空气压缩机和平流泵相连，从而可实现对土柱的压力、降雨耦合作用。然后将加热制冷浴槽以及水浴循环系统装配在土柱上，若同时启动空气压缩机、平流泵、加热制冷浴槽，即可实现对土柱的三场耦合作用。同时，将压力传感器、温度传感器从测试点插入，气体体积测量仪和天平共同构成气体测量装置与土柱上端出口连接，对溢出的气体进行测量，液体体积计量仪则与土柱下端出口相连，对渗滤出的液体进行计量。而且，所有传感，计量仪器均设有微机接口，以实现与计算机的数据交换和对数据的实时监测、记录和处理。
(2)若开展单场(压力、水分或温度)作用条件的研究，则可根据需要选择与单场作用相应的仪器，进行适当组装，开展相关的试验研究。以考虑压力作用的试验为例，其具体过程：将压力土柱，通过调压阀和活塞与空气压缩机连接，从而可实现对土柱的压力作用模拟，同时将温度传感器和压力传感器插入测试点，并与微机连接，实现对土柱内温度和压力变化的实时跟踪记录，气体体积计量仪和天平构成气体测量装置与压力土柱的上端出口连接，对溢出气体进行跟踪计量；液体体积计量仪则与压力土柱的下端出口连接，对试验过程中渗滤的液体进行跟踪量测。所有测量结果均可输入计算机，并进行相关后期处理。其他两场的单独模拟实验过程与压力作用类似，只要将相应的仪器进行置换即可。
本监测试验系统与现有设备相比，具有以下优点：
(1)本试验系统可以实现多场耦合条件下填埋气体和渗滤液传输动态特性试验研究，解决了仅考虑单场条件下试验的研究的缺陷和试验数据的不准；
(2)可以开展不同环境条件下相同介质或同一环境条件下不同介质特性的同步正交试验研究，缩短了试验的周期；
(3)内嵌自主编制的数据采集程序CDA-LG，可对测试数据进行高精度自动化采集。
(4)在试验柱体系统上方和下方均设置智能转换阀，可以根据需要开展单场或者多场耦合的试验研究。且本试验系统具有多功能性和扩充性，能够满足相关试验基础研究。
本试验系统可实现的技术指标：
(1)可以实现压力在0-0.5MPa作用下可控试验研究；
(2)可以实现温度在-15-100℃作用下可控试验研究；
(3)可以实现流量在0.01-5ml/min范围内降雨模拟试验研究；
(4)可以实现的气体渗透率测量范围：0.01-5.0达西；
(5)可以实现的液体渗透率测量范围：0.10-120.0达西。
附图说明
图1为一种填埋气体和渗滤液传输过程的监测试验系统结构示意图
图2为一种测量压力土柱的试验装置示意图
图3为一种测量降雨土柱的试验装置示意图
图4为一种测量温控土柱的试验装置示意图
图5为一种测量自然土柱的试验装置示意图
其中：1-空气压缩机；2-第一阀门；3-第一调压阀；4-压力传感器；5-第一压力传感器组；6-压力土柱；7-活塞；8-第二阀门；9-第一气体体积计量仪；10-第三阀门；11-第一容器；12-第一天平；13-第一温度传感器组；14-第四阀门；15-第一液体体积计量仪；16-第一水槽；17-第一过滤器；18-第一平流泵；19-第五阀门；20-降雨器；21-第二压力传感器组；22-降雨土柱；23-第六阀门；24-第二气体体积计量仪；25-第七阀门；26-第二容器；27-第二天平；28-第二温度传感器组；29-第八阀门；30-第二液体体积计量仪；31-加热制冷浴槽；32-第三压力传感器组；33-温控土柱；34-第九阀门；35-第三气体体积计量仪；36-第十阀门；37-第三容器；38-第三天平；39-第三温度传感器组；40-第十一阀门；41-第三液体体积计量仪；42-第四压力传感器组；43-自然土柱；44-第十二阀门；45-第四气体体积计量仪；46-第十三阀门；47-第四容器；48-第四天平；49-第四温度传感器组；50-第十四阀门；51-第四液体体积计量仪；52-第十五阀门；53-第二过滤器；54-第二调压阀；55-气体质量流量计；56-第十六阀门、57-第十七阀门、58-第十八阀门、59-第十九阀门；60-第二水槽；61-第三过滤器；62-第二平流泵；63-活塞容器；64-第二十阀门、65-第二十一阀门、66-第二十二阀门、67-第二十三阀门；68-计算机；69-打印机；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
研制设备包括以下四个模拟填埋土柱系统，即测量压力土柱装置，测量降雨土柱装置，测量温控土柱装置，测量自然土柱装置，根据图1、图2、图3、图4和图5可知，该系统分别与配套数据转化传输系统相连，并微机终端形成对接；而且，各测量土柱装置上的液体体积测量仪、气体体积测量仪、温度传感器和压力传感器均通过数据线与计算机相连，从而可实现对试验系统的实时监测，并对采集的数据进行处理。其连接关系是：
1)压力作用下的渗滤液和填埋气体传输动态特性试验：在改变外界荷载的条件下测定压力土柱的气体及渗滤液的变化情况，由空气压缩机1与第一阀门2连接，第一阀门2与第一调压阀3的输入端相连接，第一调压阀3的输出端与压力传感器4和活塞7相连，压力土柱6分别与活塞7、第一压力传感器组5和第一温度传感器组13相连，压力土柱6下方与第四阀门14相连，第四阀门14与第一液体体积计量仪15输入端相连，第一液体体积计量仪15输出端与计算机68相连，活塞7上部与第二阀门8相连，第二阀门8与第一气体体积计量仪9相连，第一气体体积计量计9与第三阀门10相连，第三阀门10与第一容器11相连，第一容器11的下部与第一天平12相连。第一天平12的输出端与计算机68相连，将所得数据传入计算机。
2)降雨作用下的渗滤液和填埋气体传输动态特性：在外界降雨的条件下测定降雨土柱的气体及渗滤液的变化情况，降雨器20与第五阀门19相连，第五阀门19通过第一平流泵18与第一过滤器17和第一水槽16相连，第一平流泵18的输出端与第五阀门19相连，第五阀门19与降雨器20上部相连，降雨器20下部与降雨土柱22相连，降雨土柱22分别与两侧的第二压力传感器组21和第二温度传感器组28相连，降雨土柱22下方与第八阀门29相连，第八阀门29下方与第二液体体积计量仪30相连，第二液体体积计量仪30的输出端与计算机68相连，降雨土柱22上方与第六阀门23相连，第六阀门23输出端与第二气体体积记量仪24输入端相连，第二气体体积计量仪24输出端与第七阀门25相连，第七阀门25下方与第二容器26相连，第二容器26与第二天平27相连，第二天平27与计算机68输入端相连，将输出结果用打印机69打印输出。
3)温度作用下的渗滤液和填埋气体传输动态特性：在改变外界温度的条件下测定温控土柱的气体及渗滤液的变化情况，由加热制冷浴槽31与温控土柱33相连，温控土柱33分别与两侧的第三压力传感器组32和第三温度传感器组39相连，温控土柱33下方与第十一阀门40相连，第十一阀门40下方与第三液体体积计量仪41相连，第三液体体积计量仪41的输出端与计算机68相连，温控土柱33上方与第九阀门34相连，第九阀门34输出端与第三气体体积记量仪35输入端相连，第三气体体积计量仪35输出端与第十阀门36相连，第十阀门36下方与第三容器37相连，第三容器37与第三天平38相连，第三天平38与计算机68输入端相连，将输出结果用打印机打印输出。
4)无外界载荷条件下的渗滤液和填埋气体传输动态特性：在无外界干扰下测定自然土柱的气体及渗滤液的变化情况，自然土柱43分别与两侧的第四压力传感器组42和第四温度传感器组49相连，自然土柱43下方与第十四阀门50相连，第十四阀门50下方与第四液体体积计量仪51相连，第四液体体积计量仪51的输出端与计算机68相连，自然土柱43上方与第十二阀门44相连，第十二阀门44输出端与第四气体体积记量仪45输入端相连，第四气体体积计量仪45输出端与第十三阀门46相连，第十三阀门46下方与第四容器47相连，第四容器47与第四天平48相连，第四天平48与计算机68输入端相连，计算机68包括主机和显示器，将输出结果用打印机69打印输出。
5)气相渗透率测试试验：开展气相渗透率测试，由空气压缩机1与第十五阀门52相连，第十五阀门52与第二过滤器53输入端相连，第二过滤器53输出端与第二调压阀54输入端相连，第二调压阀54的输出端与气体质量流量计55相连，气体质量流量计55输出端分别与第十六阀门56、第十七阀门57、第十八阀门58、第十九阀门59，相连，第十六阀门56连接到压力土柱6，第十七阀门57连接到降雨土柱22，第十八阀门58连接到温控土柱33，第十九阀门59连接到自然土柱43，气体质量流量计55另一输出端与计算机68相连，将所得结果用计算机显示，可用打印机69打印输出。
6)液相渗透率测试试验：开展水相渗透率测试，活塞容器63通过第二平流泵62、第三过滤器61与第二水槽60相连，活塞容器63分别与第二十阀门64、第二十一阀门65、第二十二阀门66、第二十三阀门67相连，第二十阀门64与压力土柱6相连，第二十一阀门65与降雨土柱22相连，第二十二阀门66与温控土柱33相连，第二十三阀门67与自然土柱43相连。
Claims (5)
1.一种填埋气体和渗滤液传输过程的监测试验系统，它由压力土柱装置、降雨土柱装置、温控土柱装置、自然土柱装置组成，其特征在于：
压力土柱装置由空气压缩机(1)、压力土柱(6)、第一气体体积计量仪(9)、第一天平(12)、第一液体体积计量仪(15)，第一调压阀(3)、活塞(7)，计算机(68)和打印机(69)组成，空气压缩机(1)经第一阀门(2)与第一调压阀(3)的输入端管道连接，第一调压阀(3)的输出端与压力传感器(4)和活塞(7)相连，压力土柱(6)是一底端设置有若干管道接口的封闭容器，活塞(7)嵌入设置在压力土柱(6)内，第一压力传感器组(5)和第一温度传感器组(13)对应均匀分层设置在压力土柱(6)的两侧，压力土柱(6)的底部经第四阀门(14)与第一液体体积计量仪(15)管道连接，活塞(7)的上部经第二阀门(8)与气体体积计量仪(9)的输入端管道连接，气体体积计量仪(9)的输出端通过管道经第三阀门(10)伸入第一容器(11)内，第一容器(11)固定设置在第一天平(12)上，第一压力传感器组(5)、第一温度传感器组(13)、第一液体体积计量仪(15)和第一天平(12)通过数据线与计算机(68)连接；
降雨土柱装置由降雨土柱(22)、第二气体体积计量仪(24)、第二天平(27)、第二液体体积计量仪(30)、第一水槽(16)、第一平流泵(18)、第一过滤器(17)、降雨器(20)，计算机(68)和打印机(69)组成，第一水槽(16)通过管道与第一过滤器(17)的输入端连接，第一过滤器(17)的输出端通过管道依次经第一平流泵(18)、流量计和第五阀门(19)与降雨器(20)相连，降雨土柱(22)是一底端设置有若干管道接口的封闭容器，降雨器(20)设置在降雨土柱(22)的顶部，第二压力传感器组(21)和第二温度传感器组(28)对应均匀分层设置在降雨土柱(22)的两侧，降雨土柱(22)的底部经第八阀门(29)与第二液体体积计量仪(30)管道连接，降雨土柱(22)的上部经第六阀门(23)与第二气体体积记量仪(24)的输入端管道连接，第二气体体积记量仪(24)的输出端通过管道经第七阀门(25)伸入第二容器(26)内，第二容器(26)固定设置在第二天平(27)上，第二压力传感器组(21)、第二温度传感器组(28)、第二液体体积计量仪(30)和第二天平(27)通过数据线与计算机(68)连接；
温控土柱装置由加热制冷浴槽(31)、温控土柱(33)、第三气体体积计量仪(35)、第三天平(38)、第三液体体积计量仪(42)，计算机(68)和打印机(69)组成，加热制冷浴槽(31)进水管和溢流管分别与温控土柱(33)外腔的下部和上部相连，第三压力传感器组(32)和第三温度传感器组(39)对应均匀分层设置在温控土柱(33)两侧内，温控土柱(33)的底部经第十一阀门(40)与第三液体体积计量仪(41)管道连接，温控土柱(33)的上部经第九阀门(34)与第三气体体积记量仪(35)的输入端管道连接，第三气体体积记量仪(35)的输出端通过管道经第十阀门(36)伸入第三容器(37)，第三容器(37)固定设置在第三天平(38)上，第三压力传感器组(32)、第三温度传感器组(39)、第三液体体积计量仪(41)和第三天平(38)通过数据线与计算机(68)连接；
自然土柱装置由空气压缩机(1)、自然土柱(43)、第四气体体积计量仪(45)、第四液体体积计量仪(51)，计算机(68)和打印机(69)组成，第四压力传感器组(42)和第四温度传感器组(49)对应均匀分层设置在自然土柱(43)两侧，自然土柱(43)的底部经第十四阀门(50)与第四液体体积计量仪(51)管道连接，自然土柱(43)的上部经第十二阀门(44)与第四气体体积记量仪(45)的输入端管道连接，第四气体体积记量仪(45)的输出端通过管道经第十三经阀门(46)伸入第四容器(47)内，第四容器(47)固定设置在第四天平(48)上，第四压力传感器组(42)、第四温度传感器组(49)、第四液体体积计量仪(51)和第四天平(48)通过数据线与计算机(68)连接；计算机(68)与打印机(69)连接。
2.根据权利要求1所述的一种填埋气体和渗滤液传输过程的监测试验系统，其特征在于：空气压缩机(1)经第十五阀门(52)与第二过滤器(53)的输入端管道相连，第二过滤器(53)的输出端经第二调压阀(54)与气体质量流量计(55)管道连接，气体质量流量计(55)经第十六阀门(56)与压力土柱(6)的底端管道连接，气体质量流量计(55)经第十七阀门(57)与降雨土柱(22)的底端管道连接，气体质量流量计(55)经第十八阀门(58)与温控土柱(33)的底端管道连接，气体质量流量计(55)经第十九阀门(59)与自然土柱(43)底端管道连接。
3.根据权利要求1所述的一种填埋气体和渗滤液传输过程的监测试验系统，其特征在于：第二水槽(60)通过管道经第三过滤器(61)与第二平流泵(62)连接，第二平流泵(62)与活塞容器(63)管道连接，活塞容器(63)通过管道经第二十阀门(64)与压力土柱(6)的底端管道连接，活塞容器(63)通过管道经第二十一阀门(65)与降雨土柱(22)的底端管道连接，活塞容器(63)通过管道经第二十二阀门(66)与温控土柱(33)的底端管道连接，活塞容器(63)通过管道经第二十三阀门(67)与自然土柱(43)的底端管道连接。
4.根据权利要求1所述的一种填埋气体和渗滤液传输过程的监测试验系统，其特征在于：第一压力传感器组(5)、第二压力传感器组(21)、第三压力传感器组(32)、第四压力传感器组(42)都是由间距为15cm竖直排列的7个压力传感组成。
5.根据权利要求1所述的一种填埋气体和渗滤液传输过程的监测试验系统，其特征在于：第一温度传感器组(13)、第二温度传感器组(28)、第三温度传感器组(39)、第四温度传感器组(49)都是由间距为15cm竖直排列的7个温度传感组成。
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Application publication date: 20080416 Assignee: JIANGSU ZHONGYI ECOLOGICAL SOIL INSTITUTE Co.,Ltd. Assignor: INSTITUTE OF ROCK AND SOIL MECHANICS, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES Contract record no.: X2022420000095 Denomination of invention: Monitoring test system for landfill gas and leachate transfer process Granted publication date: 20120725 License type: Common License Record date: 20220920 Application publication date: 20080416 Assignee: Wuhan Zhongke Solid Waste Resources Industrial Technology Research Institute Co.,Ltd. Assignor: INSTITUTE OF ROCK AND SOIL MECHANICS, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES Contract record no.: X2022420000094 Denomination of invention: Monitoring test system for landfill gas and leachate transfer process Granted publication date: 20120725 License type: Common License Record date: 20220920 |
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