CN105300843A - 一种可模拟在不同水文地质条件下污染物迁移的柱装置 - Google Patents

Abstract

一种可模拟在不同水文地质条件下污染物迁移的柱装置，包括污染物投放装置、温度控制装置、测压装置、介质的装填装置和样品收集装置，污染物投放装置包括注射器、注射器泵、硅胶管；温度控制装置包括水浴恒温锅、蠕动泵、温度传感探头、温度表、螺旋管和有机玻璃管测压装置包括压力传感探头、压力表和导线；介质的装填装置包括不锈钢管、200目不锈钢网片、内丝两通宝塔和恒温箱；样品收集装置包括收集探头、样品架和控制台。本发明的优点是：该柱装置可根据野外土样实际情况通过环刀进行取样后进行原状土的研究，进行温度，压力和流速的调节来模拟实际条件下的污染物迁移过程，揭示野外实际情况中污染物在多孔介质中的迁移规律。

Description

一种可模拟在不同水文地质条件下污染物迁移的柱装置

技术领域

本发明涉及研究环境污染物在多孔介质中穿透能力的实验装置，特别是一种可模拟在不同水文地质条件下污染物迁移的柱装置。

背景技术

近些年，随着科技得的大力发展，各种新物质新材料陆续出现并且大量使用。使其不可避免的会进入环境中并且造成环境污染。同时这些环境污染物质也会随着降雨和废水的乱排放而进入地下水环境之中，并随着地下水流的移动而进行扩散，使得污染区域变大。污染物在地下水含水层中迁移这个过程是很复杂的。此外自然界中的土壤可以通过自身吸附，细菌的分解、转化等过程使污染浓度降低。环境污染物在土壤中的迁移转化规律是广大环境工作者需要弄清的首要工作。

目前室内研究主要集中在室内一维柱实验上。大多数柱实验研究集中在研究污染物在饱和多孔介质中的迁移规律，此外在这种条件下主要研究石英砂等均匀的介质或者是研究扰动土介质的迁移实验，而且有研究表明地下水含水层的温度和压力对污染物的迁移规律造成很大的影响。综上所述目前的室内模拟装置并不能反映出野外的实际情况。为了提高实验精度就需要选择一个合适的模拟装置。一种可模拟在不同水文地质条件下污染物迁移的柱装置考虑了水文地质条件的设置来研究污染物在多孔介质中的穿透能力，通过设置的污染物投放装置、测压装置、介质的装填装置、水浴温度调节装置、污染物检测装置等设计的部分功能，使得装置能够模拟出在不同水文地质条件下污染物在含水介质中的迁移过程，从而得出比较准确的结论。

发明内容

本发明目的在于针对上述存在问题，提供一种可模拟在不同水文地质条件下污染物迁移的柱装置，该柱装置可以选择野外不同的地层土壤介质类型，设置不同地下水含水层渗流场、水化学场、温度场等条件，研究在不同条件下污染物在含水层一维方向上的迁移转化的规律。

本发明的技术方案：

一种可模拟在不同水文地质条件下污染物迁移的柱装置，包括污染物投放装置、温度控制装置、测压装置、介质的装填装置和样品收集装置，污染物投放装置包括注射器、注射器泵、两通接头、硅胶管，注射器固定于注射器泵上，注射器通过两通接头与硅胶管连接，硅胶管的另一端从螺旋管中穿过；温度控制装置包括三通接头、水浴恒温锅、蠕动泵、温度传感探头、温度表、螺旋管和有机玻璃管，三通接头的一个端口与螺旋管内的有机玻璃管连接，另一个端口与测压装置的三通接头连接，三通接头的第三个接口设有温度传感探头并通过导线与温度表连接，螺旋管包裹在硅胶管上，螺旋管的出口端与水浴恒温锅相连，进口端与蠕动泵连接，水浴恒温锅与蠕动泵通过硅胶管连接并形成水循环；测压装置包括三通接头、压力传感探头、压力表和导线，三通接头的一个端口与温度控制装置的三通接头连接，另一个端口与样品收集装置中的不锈钢管上端的内丝两通宝塔连接，三通接头的第三个接口设有压力传感探头并通过导线与压力表连接；介质的装填装置包括不锈钢管、200目不锈钢网片、内丝两通宝塔、恒温箱和三通接头，不锈钢管内装填多孔介质，不锈钢管两端分别与内丝两通宝塔螺纹连接并在连接端面设有200目不锈钢网片，不锈钢管下端的内丝两通宝塔与三通接头的一个端口连接，三通接头的另一个端口与样品收集装置中的收集探头连接，三通接头的第三个接口通过导线与压力表连接；样品收集装置包括收集探头、样品架和控制台，取样瓶放置在样品架上并通过控制台设置取样间隔时间进行取样。

所述不锈钢管的直径为1cm、5cm或10cm，对应长度为5cm、10cm或20cm。

本发明的优点是：该柱装置可根据野外土样实际情况通过环刀进行取样后进行原状土的研究，进行温度，压力和流速的调节来模拟实际条件下的污染物迁移过程；本装置从室内试验的角度有效的揭示野外实际情况中污染物在多孔介质中的迁移规律，可以根据研究的要求进行原状土和扰动土的研究。

附图说明

图1为该模拟装置结构示意图。

图中：1.注射器，2.注射器泵，3.两通接头，4.硅胶管，5-Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ.三通接头，6.压力传感探头，7.压力表，8.导线，9.水浴恒温锅，10.蠕动泵，11.温度传感探头，12.温度表，13.螺旋管，14.有机玻璃管，15.不锈钢管，16.200目不锈钢网片，17.内丝两通宝塔，18.恒温箱，19.收集探头，20样品架，21控制台。

具体实施方式

实施例：

一种可模拟在不同水文地质条件下污染物迁移的柱装置，包括污染物投放装置、温度控制装置、测压装置、介质的装填装置和样品收集装置，污染物投放装置包括注射器1、注射器泵2、两通接头3、硅胶管4，注射器1固定于注射器泵2上，注射器1通过两通接头3与硅胶管4连接，硅胶管4的另一端从螺旋管13中穿过；温度控制装置包括三通接头5-Ⅰ、水浴恒温锅9、蠕动泵10、温度传感探头11、温度表12、螺旋管13和有机玻璃管14，三通接头5-Ⅰ的一个端口与螺旋管13内的有机玻璃管14连接，另一个端口与测压装置的三通接头5-Ⅱ连接，三通接头5-Ⅰ的第三个接口设有温度传感探头11并通过导线与温度表12连接，螺旋管包裹在硅胶管上，螺旋管的出口端与水浴恒温锅9相连，出口端与蠕动泵10连接，水浴恒温锅9与蠕动泵10通过硅胶管连接并形成水循环；测压装置包括三通接头5-Ⅱ、压力传感探头6、压力表7和导线8，三通接头5-Ⅱ的一个端口与温度控制装置的三通接头5-Ⅰ连接，另一个端口与样品收集装置中的不锈钢管15上端的内丝两通宝塔17连接，三通接头5-Ⅱ的第三个接口设有压力传感探头6并通过导线与压力表7连接；介质的装填装置包括不锈钢管15、200目不锈钢网片16、内丝两通宝塔17、恒温箱18和三通接头5-Ⅲ，不锈钢管15内装填多孔介质，不锈钢管15两端分别与内丝两通宝塔17螺纹连接并在连接端面设有200目不锈钢网片16，不锈钢管15下端的内丝两通宝塔17与三通接头5-Ⅲ的一个端口连接，三通接头5-Ⅲ的另一个端口与样品收集装置中的收集探头19连接，三通接头5-Ⅲ的第三个接口通过导线8与压力表7连接；样品收集装置包括收集探头19、样品架20和控制台21，取样瓶放置在样品架20上并通过控制台21设置取样间隔时间进行取样。

该实施例中不锈钢管的直径为5cm，对应长度为10cm。

本发明的工作机理：

本装置考虑了渗流场、压力场、温度场等因素对环境污染物在地下水含水层中的迁移的影响。其中水化学条件可以通过污染物储备液进行配置，将配置好的污染物储备液用100mL的注射器吸取后放置于注射器泵上，通过设置注射器泵的参数-流量、流速、注射时长等来实现实验过程中污染物是瞬时点源投放或者是持续点源投放。实验的温度场由温度控制装置来实现，其具体工作原理如下：通过水浴恒温锅将锅内的水加热至所需温度后通过蠕动泵后注入螺旋管中，螺旋管内是通过污染物样品的有机玻璃管通过热量传递来加热样品。穿过螺旋管后将热水重新导入水浴恒温锅内，实现水的循环。在通过螺旋管加热后的污染物溶液通过温度探头后便可以得出实际的温度值，然后再通过恒温箱中的介质的装填装置，由于介质装置中不锈钢管中装填了介质导致通道内的压力增大，所以在此外通过介质前需要还经过压力探头的监测后可以得到实际的压力值。本装置可以研究原状土污染物迁移的影响，原理如下：在野外采样密封保存的环刀放置到相应尺寸的不锈钢管后安装了不锈钢网片后固定在恒温箱中的宝塔上形成原装土柱。为了保持在土柱中迁移时候温度保证不变，所以在研究过程中都放置在恒温箱中。最后取样装置主要是通过控制台来设置取样的时间间隔使得样品在研究中能够得到最精确的检测。

该模拟装置为了满足污染物在地下水的迁移规律的需要，可以根据实际的地质条件填装介质，可以通过改变温度，压力和介质填充条件来与实际情况相符合。

该模拟装置进行检测的具体步骤如下：

1)检测装置的密封

将装置各个部分连接好后，通过注射器将去离子水通过硅胶管泵入装置的各个部位，连续注射一段时间观察查看装置有无渗漏现象。

2)装填多孔介质

本装置中装填的多孔介质为将野外取得的土样经过烘干、碾碎成粉末、过筛，使得多孔介质的粒径分布在0.1-0.3mm之间或者是利用环刀取得的原状土样。若为需要研究扰动土则将多孔介质一层一层的加入下端带有砂网的不锈钢管中，每加一层(每层约2-3cm)压实后在加下一层，直至装填好整个不锈钢管。待填装满后三端也放置一个不锈钢网片，然后与恒温箱中的宝塔连接好，并竖直放置。

3)多孔介质饱水排空气

去离子水通过注射器和注射器泵注入到不锈钢管中流速缓慢并且保持恒定，待多孔介质石扰动土或原状土样缓慢饱水。

4)设置水文地质参数

将水浴恒温锅中加入水溶液后调节至所需的温度后进行加热，利用蠕动泵把加热好的热溶液泵入螺旋管中对通过螺旋管中的有机玻璃管中的溶液进行加热，通过下游的温度监测探头，来取得进入多孔介质填充柱前的温度。反过来还可以通过目标温度值来调节水浴恒温锅的加热温度。由于恒温箱的设置使得进入多孔介质中的溶液温度保持不变

此外在溶液在入多孔介质填充柱前需要通过压力监测探头来得出此时的水力压力。反过来还可以通过目标压力值来调节注射器泵的注入流量大小。

5)注入环境污染物质

将污染物溶解分散在水溶液中，根据需求配置一定浓度的溶液，用注射器吸取溶液后，将污染溶液的注射器放置在注射器泵上。通过硅胶管注入介质填充柱中。可以调节注射器泵注射量来实现模拟点源瞬间投放、点源持续投放等过程。

6)污染迁移检测

当污染物投放之后，在自动取样装置上放置若干个4ml取样瓶，并且在设置台上按照不同的多孔介质的性质安排恰当的时间进行自动取样，一次取样体积按照检测仪器的样品最低需要量的需要来确定，待监测后取样的数据稳定后方可停止取样。

Claims (2)

1.一种可模拟在不同水文地质条件下污染物迁移的柱装置，其特征在于：包括污染物投放装置、温度控制装置、测压装置、介质的装填装置和样品收集装置，污染物投放装置包括注射器、注射器泵、两通接头、硅胶管，注射器固定于注射器泵上，注射器通过两通接头与硅胶管连接，硅胶管的另一端从螺旋管中穿过；温度控制装置包括三通接头、水浴恒温锅、蠕动泵、温度传感探头、温度表、螺旋管和有机玻璃管，三通接头的一个端口与螺旋管内的有机玻璃管连接，另一个端口与测压装置的三通接头连接，三通接头的第三个接口设有温度传感探头并通过导线与温度表连接，螺旋管包裹在硅胶管上，螺旋管的出口端与水浴恒温锅相连，进口端与蠕动泵连接，水浴恒温锅与蠕动泵通过硅胶管连接并形成水循环；测压装置包括三通接头、压力传感探头、压力表和导线，三通接头的一个端口与温度控制装置的三通接头连接，另一个端口与样品收集装置中的不锈钢管上端的内丝两通宝塔连接，三通接头的第三个接口设有压力传感探头并通过导线与压力表连接；介质的装填装置包括不锈钢管、200目不锈钢网片、内丝两通宝塔、恒温箱和三通接头，不锈钢管内装填多孔介质，不锈钢管两端分别与内丝两通宝塔螺纹连接并在连接端面设有200目不锈钢网片，不锈钢管下端的内丝两通宝塔与三通接头的一个端口连接，三通接头的另一个端口与样品收集装置中的收集探头连接，三通接头的第三个接口通过导线与压力表连接；样品收集装置包括收集探头、样品架和控制台，取样瓶放置在样品架上并通过控制台设置取样间隔时间进行取样。

2.根据权利要求1所述可模拟在不同水文地质条件下污染物迁移的柱装置，其特征在于：所述不锈钢管的直径为1cm、5cm或10cm，对应长度为5cm、10cm或20cm。