CN107607693A - 一种污染土壤井下固化体长期稳定性快速测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种污染土壤井下固化体长期稳定性快速测试装置及方法，属于污染土壤固化体稳定性测试装置及方法。根据金属矿或者煤矿井下条件，采用相似原理及简化手段，制作井下固化体稳定性测试装置，该装置主要有气样室、试体箱、水样管、压力稳定系统和监控系统几个部分，在实验室内完成污染土壤固化体稳定性及对井下环境影响的快速检测。（1）模拟固化体充填及凝固过程中对井下空气环境的影响；（2）模拟固化体对井下水环境质量的影响；（3）模拟固化体所处不同压力环境条件下毒性浸出特性；（4）模拟不同固化剂、不同固化强度条件下污染物质浸出特性；（5）模拟隔离墙对固化体中污染物质浸出的抑制效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种污染土壤固化体稳定性测试装置及方法，特别是一种污染土壤井下固化体长期稳定性快速测试装置及方法。
背景技术
固化技术是污染土壤与粘结剂之间可以不发生化学反应，只是机械的将污染物质包裹在结构完整的固化体中，隔离污染土壤与外界环境的联系，从而达到控制污染物质迁移的目的。
污染土壤处理是否满足井下环境保护的要求是污染土壤井下固化处理的关键。目前国际上公认的环境保护评价依据是浸出毒性测试，主要有三类：最大释放水平测试、动态释放能力测试和针对再利用情景的浸出测试。我国2007年颁布执行的污染物质浸出毒性浸出方法标准是最大释放水平测试方法，但是该方法存在过度修复，修复成本偏高问题。污染土壤井下固化处理技术是污染土壤固化技术的再发展，其作为一项新的技术，固化体所处的环境条件区别很大。因此，需要研究发展能够反映污染土壤实际治理环境的浸出毒性测试新方法，合理确定治理修复目标和需求，避免过度修复，降低修复成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种污染土壤井下固化体长期稳定性快速测试装置及方法，反映井下污染土壤固化体实际所处的环境条件，检测固化体对井下环境的影响，避免过度修复，降低污染土壤修复成本。
本发明的技术方案是：本发明提供一种井下污染土壤固化体长期稳定性快速检测包括模拟检测装置和检测方法；
所述的模拟试验装置包括：试体箱、气样室、水样试管、水压稳定系统和监控系统；在试体箱的上部有气样室，在气样室上有取气样口；在试体箱两端各设置一根水样试管，分别为第一水样试管和第二水样试管，每一个水样试管上均有一个取水样口，分别为第一取水样口和第二取水样口；水压稳定系统通过管道与水样试管和试体箱连接，在试体箱、气样室和水样试管中均连接有压力传感器，压力传感器的输出信号均与监控系统输入端连接。
所述的试体箱的一端有隔离墙，在试体箱内放置充填体；所述的水压稳定系统为氮气瓶供气稳压系统。
所述的监控系统包括监控仪和压力传感器，压力传感器连接在监控仪的输入端。
所述的模拟试验方法步骤如下：
（1）污染土壤井下固化体对气体环境的影响测试：首先制作试体箱、气样室；试体箱内充入污染土壤浆体，在试体箱上方安装并密闭气样室；气样室内通过氮气瓶和进气管充入氮气；在污染土壤浆体充入和凝固过程中，抽取气样室内的气体送样检测；
（2）污染土壤井下固化体对地下水环境的影响测试方法：在步骤（1）的基础上，等待污染土壤固化体达到28天凝固后，在试体箱的两侧安装水样管；水样管中充入清水，整体密闭，水不充满，水样管上段空气段，空气段为5~10cm；使用氮气瓶和进气管，将氮气充入水样管空气段，氮气加压，使水压增加0~5MPa；压力水和污染土壤固化体接触，定期取水样，检测水中污染物质浓度；
（3）井下污染土壤固化体污染物质迁移控制方法：在步骤（1）中充入试体箱内污染土壤浆体前，提前充填一段隔离墙，整个试验装置结构不变，然后按照步骤（1）和步骤（2）实施，定期取水样管中水样，检测水中污染物质浓度；
（4）不同深度矿井条件下，井下污染土壤固化体毒性浸出特性测试方法：按照步骤（1）、步骤（2）进行；同时，不同深度矿井条件，对应的水体压力条件不同；改变氮气加压压力，相应改变水样管水压，定期取水样管中水样，检测水中污染物质浓度；
（5）污染土壤固化体长期稳定性快速测试方法：保持水体压力，通过水体压力传感器实时监测水体压力，当压力不足时，补充压力至设计值，长期取水样检测污染物质析出浓度变化，直至浓度稳定。
进一步的，步骤（1）中，污染土壤固化体充填和凝固，均在在封闭的气样室中，采集过程气体样，送样检测，评价污染土壤井下固化体对气体环境的影响。
进一步的，步骤（2）中，水样管模拟井下充水条件与固化体直接接触，通过水样监测，评价污染土壤固化体对井下水环境的影响；步骤（2）中，所述的定期取水样为保证20次取样水量不超过水样管总水量的5%。
进一步的，步骤（3）中，对二个水样试管中的一个水样试管与污染土壤固化体之间充填隔离墙，模拟地下水与固化体间接接触时，污染物质析出浓度，改变不同隔离墙参数，实现不同污染物质迁移控制。
进一步的，步骤（4）中，不同深度的矿井对应的充水压力不同，通过改变氮气瓶加压压力，模拟不同深度矿井条件下的压力条件。
进一步的，步骤（5）中，对于不同的水体压力，改变固化体受力环境，气样室内充入氮气，并加压，改变固化体压力条件，压力增加，固化体中污染物质析出速度增加，从而缩短固化体中污染物质析出时间，实现快速测试污染土壤固化体长期稳定性。
有益效果：本发明污染土壤固化技术与井下充填环境结合起来，提出一种井下污染固化体毒性浸出快速检测技术方法与模拟试验装置，具有以下有益效果。
1、分析金属矿、煤矿井下条件，将其复杂的采矿地质条件按照一定的相似原理简化为实验室可实现的低成本环境条件。
2、模拟井下固化体充填和凝固过程中对空气环境的影响，为评价污染土壤固化体井下充填对井下工人生产环境质量影响提供依据。
3、模拟不同井下积水浸泡时间污染土壤固化体在地下水中的污染物质浸出特性，为评价固化体对井下水环境质量影响提供依据，并评价污染土壤固化体长期稳定性。
4、通过改变试样管水压，模拟不同矿井深度不同积水压力条件下固化体中污染物质析出特性。
5、模拟不同固化剂、不同固化强度条件下，污染土壤固化体污染物质扩散变化，为选择合适的固化剂、合理的配比提供依据。
6、通过改变隔离墙参数（材料、强度等），模拟各种隔离墙对污染土壤固化体污染物质浸出的抑制作用，为井下污染物质迁移的控制提供依据。
附图说明
图1为本发明的模拟试验装置结构示意图。
图中，1、监测仪；2、第一水样试管；3、取气样口；4、第二水样试管；5、氮气瓶；6、第二取水样口；7、隔离墙；8、试体箱；9、第一取水样口；10气样室。
具体实施方式
本发明提供一种井下污染土壤固化体长期稳定性快速检测包括模拟检测装置和检测方法；
所述的模拟试验装置包括：试体箱8、气样室10、水样试管、水压稳定系统和监控系统；在试体箱的上部有气样室，在气样室上有取气样口3；在试体箱8两端各设置一根水样试管，分别为第一水样试管2和第二水样试管4，每一个水样试管上均有一个取水样口，分别为第一取水样口9和第二取水样口6；水压稳定系统通过管道与水样试管和试体箱8连接，在试体箱8、气样室10和水样试管中均连接有压力传感器，压力传感器的输出信号均与监控系统输入端连接。
所述的试体箱8的一端有隔离墙7，在试体箱内放置充填体；所述的水压稳定系统为氮气瓶5供气稳压系统。
所述的监控系统包括监控仪1和压力传感器，压力传感器连接在监控仪1的输入端。
污染土壤井下固化体长期稳定性快速测试装置中：
（1）试体箱：浇筑测试污染土壤固化体和隔离墙。
（2）气样室：在污染土壤充填和凝固过程中安装在试体箱上部，模拟井下固化体空气环境，依据井下静态和动态空气环境条件，采用氮气加压的方式。
（3）水样试管：圆形管状结构，模拟井下固化体与地下水接触通道，在试体箱两端各设置两根水样试管，其中一侧模拟固化体直接接触地下水情况，另一侧模拟固化体由隔离墙隔开间接与地下水接触情况。
（4）水压稳定系统：采用高压氮气瓶保压，模拟井下固化体所处的压力环境条件。
（5）监控系统：采用本装置监测内容有几个方面，其一，监测气样室内空气压力；其二，监测水样管内水体压力；其三，监测污染土壤固化体自身压力。采用压力传感器的测定压力，并将压力信号传输至电脑主机。
所述的模拟试验方法步骤如下：
（1）污染土壤井下固化体对气体环境的影响测试：首先制作试体箱、气样室；试体箱内充入污染土壤浆体，在试体箱上方安装并密闭气样室；气样室内通过氮气瓶和进气管充入氮气；在污染土壤浆体充入和凝固过程中，抽取气样室内的气体送样检测；
（2）污染土壤井下固化体对地下水环境的影响测试方法：在步骤（1）的基础上，等待污染土壤固化体达到28天凝固后，在试体箱的两侧安装水样管；水样管中充入清水，整体密闭，水不充满，水样管上段空气段，空气段为5~10cm；使用氮气瓶和进气管，将氮气充入水样管空气段，氮气加压，使水压增加0~5MPa；压力水和污染土壤固化体接触，定期取水样，检测水中污染物质浓度；
（3）井下污染土壤固化体污染物质迁移控制方法：在步骤（1）中充入试体箱内污染土壤浆体前，提前充填一段隔离墙，整个试验装置结构不变，然后按照步骤（1）和步骤（2）实施，定期取水样管中水样，检测水中污染物质浓度；
（4）不同深度矿井条件下，井下污染土壤固化体毒性浸出特性测试方法：按照步骤（1）、步骤（2）进行；同时，不同深度矿井条件，对应的水体压力条件不同；改变氮气加压压力，相应改变水样管水压，定期取水样管中水样，检测水中污染物质浓度；
（5）污染土壤固化体长期稳定性快速测试方法：保持水体压力，通过水体压力传感器实时监测水体压力，当压力不足时，补充压力至设计值，长期取水样检测污染物质析出浓度变化，直至浓度稳定。
进一步的，步骤（1）中，污染土壤固化体充填和凝固，均在在封闭的气样室中，采集过程气体样，送样检测，评价污染土壤井下固化体对气体环境的影响。
进一步的，步骤（2）中，水样管模拟井下充水条件与固化体直接接触，通过水样监测，评价污染土壤固化体对井下水环境的影响；步骤（2）中，所述的定期取水样为保证20次取样水量不超过水样管总水量的5%；
进一步的，步骤（3）中，对二个水样管中的一个水样管与污染土壤固化体之间充填隔离墙，模拟地下水与固化体间接接触时，污染物质析出浓度，改变不同隔离墙参数，实现不同污染物质迁移控制。
进一步的，步骤（4）中，不同深度的矿井对应的充水压力不同，通过改变氮气瓶加压压力，模拟不同深度矿井条件下的压力条件。
进一步的，步骤（5）中，对于不同的水体压力，改变固化体受力环境，气样室内充入氮气，并加压，改变固化体压力条件，压力增加，固化体中污染物质析出速度增加，从而缩短固化体中污染物质析出时间，实现快速测试污染土壤固化体长期稳定性。
实施例1：污染土壤井下固化体对气体环境的影响测试方法：
首先制作试体箱、气样室；试体箱内充入污染土壤浆体，在试体箱上方安装并密闭气样室；气样室内通过氮气瓶和进气管充入氮气；在污染土壤浆体充入和凝固过程中，抽取气样室内的气体送样检测。污染土壤固化体充填和凝固，均在在封闭的气样室中，采集过程气体样，送样检测，评价污染土壤井下固化体对气体环境的影响。
实施例2：污染土壤井下固化体对地下水环境的影响测试方法：
制作试体箱和水样管，试体箱内充入污染土壤浆体，等待污染土壤固化体达到28天凝固后，在试体箱的两侧安装水样管；水样管中充入清水，整体密闭，水不充满，水样管上段（5~10cm）空有空气段；使用氮气瓶和进气管，将氮气充入水样管空气段，氮气加压，使水压增加（0~5MPa）；压力水和污染土壤固化体接触，定期取水样，检测水中污染物质浓度。
水样管模拟井下充水条件与固化体直接接触，通过水样监测，评价污染土壤固化体对井下水环境的影响。
实施例3：污染土壤井下固化配比选择：
本实施例实施方式与实施例2基本相同，定期取样监测水体中污染物质浓度，不同的可采用多组该试验装置，每组装置充入不同材料、不同配比的固化剂，对比分析污染物质析出变化，选择对污染土壤固化最佳的固化剂和配比。
实施例4：井下污染土壤固化体污染物质迁移控制方法：
本实施例实施方式和实施例2基本相同，只是在试验充入污染土壤浆体前，在试体箱中提前充入隔离墙并凝固，这样，污染土壤固化体与水通过隔离墙间接接触，污染物质析出则首先要通过隔离墙，隔离墙对其析出有一定的控制作用，试验不同隔离墙对污染物质的控制作用。
实施例5：不同深度矿井条件下，井下污染土壤固化体毒性浸出特性
本实施例实施方式和实施例2基本相同，区别在于，不同深度的矿井对应的充水压力不同，通过改变氮气瓶加压压力，相应改变水样管中水压，使污染土壤固化体接触水环境变化，定期取水样检测水体中的污染物质浓度，评价不同深度矿井，固化体毒性浸出特性。
实施例6：污染土壤固化体长期稳定性快速测试方法：
污染土壤固化体为低渗透体，传统长期稳定性测试需要很长的时间，耗费大量人力、物力、财力，本方法通过改变固化体压力条件来缩短试验时间，实现固化体长期稳定性的快速测试。本实施例的实施方式与步骤2基本相同，不同的是，改变固化体受力环境，气样室内充入氮气，并加压，改变固化体压力条件，压力增加，固化体中污染物质析出速度增加，从而缩短固化体中污染物质析出时间，实现快速测试污染土壤固化体长期稳定性。
Claims (9)
1.一种污染土壤井下固化体长期稳定性快速测试装置，其特征在于：试体箱、气样室、水样试管、水压稳定系统和监控系统；在试体箱的上部有气样室，在气样室上有取气样口；在试体箱两端各设置一根水样试管，分别为第一水样试管和第二水样试管，每一个水样试管上均有一个取水样口，分别为第一取水样口和第二取水样口；水压稳定系统通过管道与水样试管和试体箱连接，在试体箱、气样室和水样试管中均连接有压力传感器，压力传感器的输出信号均与监控系统输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种污染土壤井下固化体长期稳定性快速测试装置，其特征在于：所述的试体箱的一端有隔离墙，在试体箱内放置充填体；所述的水压稳定系统为氮气瓶供气稳压系统。
3.根据权利要求1所述的一种污染土壤井下固化体长期稳定性快速测试装置，其特征在于：所述的监控系统包括监控仪和压力传感器，压力传感器连接在监控仪的输入端。
4.一种采用污染土壤井下固化体长期稳定性快速测试装置的方法，其特征是：
模拟试验方法步骤如下：
（1）污染土壤井下固化体对气体环境的影响测试：首先制作试体箱、气样室；试体箱内充入污染土壤浆体，在试体箱上方安装并密闭气样室；气样室内通过氮气瓶和进气管充入氮气；在污染土壤浆体充入和凝固过程中，抽取气样室内的气体送样检测；
（2）污染土壤井下固化体对地下水环境的影响测试方法：在步骤（1）的基础上，等待污染土壤固化体达到28天凝固后，在试体箱的两侧安装水样管；水样管中充入清水，整体密闭，水不充满，水样管上段空气段，空气段为5~10cm；使用氮气瓶和进气管，将氮气充入水样管空气段，氮气加压，使水压增加0~5MPa；压力水和污染土壤固化体接触，定期取水样，检测水中污染物质浓度；
（3）井下污染土壤固化体污染物质迁移控制方法：在步骤（1）中充入试体箱内污染土壤浆体前，提前充填一段隔离墙，整个试验装置结构不变，然后按照步骤（1）和步骤（2）实施，定期取水样管中水样，检测水中污染物质浓度；
（4）不同深度矿井条件下，井下污染土壤固化体毒性浸出特性测试方法：按照步骤（1）、步骤（2）进行；同时，不同深度矿井条件，对应的水体压力条件不同；改变氮气加压压力，相应改变水样管水压，定期取水样管中水样，检测水中污染物质浓度；
（5）污染土壤固化体长期稳定性快速测试方法：保持水体压力，通过水体压力传感器实时监测水体压力，当压力不足时，补充压力至设计值，长期取水样检测污染物质析出浓度变化，直至浓度稳定。
5.根据权利要求4所述的一种污染土壤井下固化体长期稳定性快速测试装置及方法，其特征在于：步骤（1）中，污染土壤固化体充填和凝固，均在在封闭的气样室中，采集过程气体样，送样检测，评价污染土壤井下固化体对气体环境的影响。
6.根据权利要求4所述的一种污染土壤井下固化体长期稳定性快速测试装置及方法，其特征在于：步骤（2）中，水样管模拟井下充水条件与固化体直接接触，通过水样监测，评价污染土壤固化体对井下水环境的影响；步骤（2）中，所述的定期取水样为保证20次取样水量不超过水样管总水量的5%。
7.根据权利要求4所述的一种污染土壤井下固化体长期稳定性快速测试装置及方法，其特征在于：步骤（3）中，对二个水样管中的一个水样管与污染土壤固化体之间充填隔离墙，模拟地下水与固化体间接接触时，污染物质析出浓度，改变不同隔离墙参数，实现不同污染物质迁移控制。
8.根据权利要求4所述的一种污染土壤井下固化体长期稳定性快速测试装置及方法，其特征在于：步骤（4）中，不同深度的矿井对应的充水压力不同，通过改变氮气瓶加压压力，模拟不同深度矿井条件下的压力条件。
9.根据权利要求4所述的一种污染土壤井下固化体长期稳定性快速测试装置及方法，其特征在于：步骤（5）中，对于不同的水体压力，改变固化体受力环境，气样室内充入氮气，并加压，改变固化体压力条件，压力增加，固化体中污染物质析出速度增加，从而缩短固化体中污染物质析出时间，实现快速测试污染土壤固化体长期稳定性。
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Denomination of invention: A rapid testing device and method for the long-term stability of underground solidified bodies in polluted soil Granted publication date: 20230915 Pledgee: Bank of Jiangsu Co.,Ltd. Xuzhou Branch Pledgor: XUZHOU CUMT BACKFILL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2024980005301 |
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