CN108398360A - 一种研究NAPLs运移及相变规律的试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种研究NAPLs运移及相变规律的试验装置。该装置包括：实验箱、有机玻璃筒、NAPLs气体浓度传感器和马氏瓶。在实验箱中填入配好的指定干密度和指定含水量的土样，装有NAPLs的有机玻璃筒埋入土样中，将金属网小桶固定在实验箱的前壁上，并且埋入土样中，NAPLs气体浓度传感器安装在金属网小桶中，NAPLs渗入土样中，马氏瓶通过橡胶软管与实验箱的金属底座中内置的进水通道连接，马氏瓶中的水流到土样的底部。本发明提供的实验装置和方法可以定量地测量NAPLs在非饱和土中运移时测点处气相体积分数随时间的变化，也能得到在同一时刻不同测点处NAPLs气相浓度分布规律，还可测得在不同干密度、含水量的条件下NAPLs运移和相变规律。
Description
技术领域
本发明涉及土壤研究技术领域，尤其涉及一种监测NAPLs(non-aqueous phaseliquids，非水溶相液体)在非饱和土中运移过程及相变的试验装置。
背景技术
石油作为当前的主要能源物之一，应用越来越广泛。一些石油类产品在生产，运输，贮存和使用过程中难免发生一些泄露事故，污染地下环境，这些非水相的污染物与水不相容且难于降解，会成为地下土中长期存在的污染源。目前，国内外的一些学者对NAPLs在非饱和土中的运移规律做了相关的研究，但缺乏直接的实验验证，也没有相关的实验装置监测此过程中的NAPLs的相变。
发明内容
本发明的实施例提供了一种研究NAPLs运移及相变规律的试验装置，以克服现有技术的缺点。
一种监测NAPLs在非饱和土中运移过程及相变的实验装置，包括：实验箱、有机玻璃筒和NAPLs气体浓度传感器；
在所述实验箱中填入配好的指定干密度和指定含水量的土样，装有NAPLs的有机玻璃筒埋入所述土样中，所述NAPLs渗入所述土样中，将金属网小桶固定在所述实验箱的前壁上，所述金属网小桶埋入所述土样中，所述NAPLs气体浓度传感器安装在所述金属网小桶中。
进一步地，所述装置还包括：马氏瓶，所述马氏瓶通过橡胶软管与所述实验箱的金属底座中内置的进水通道连接，所述马氏瓶中的水流到所述土样的底部，使得实验箱中土体维持一定高度的地下水位。
进一步地，所述实验箱包括实验箱上部、实验箱下部、金属底座和金属支撑，所述实验箱上部和所述实验箱下部、所述实验箱下部和所述金属底座之间都是通过螺栓孔和螺栓连接，所述实验箱上部和所述金属底座之间通过金属支撑连接。
进一步地，所述螺栓孔和所述螺栓的连接处设有密封胶条。
进一步地，所述金属网小桶通过空心螺杆固定在实验箱的前壁上，所述金属网小桶逐层安装，待填土深度达到该层位置后再安装该层的金属网小桶。
进一步地，所述实验箱的前面预留有NAPLs气体浓度传感器进入的小孔，该小孔直径4cm；相邻小孔圆心间的距离为15cm，沿着中间竖向留有6个小孔，最下方的小孔距箱底15cm，水平方向在中轴左侧留有3排小孔，每排4个小孔，排与排之间的距离为30cm。
进一步地，所述NAPLs气体浓度传感器通过实验箱上预留的孔洞放置于实验箱内的金属网小桶中，所述金属网小桶的尾部设置有螺纹，该螺纹连接在一空心螺杆上，螺杆另一头连接有橡胶螺帽，所述空心螺杆两头的连接处设有密封垫圈，NAPLs气体浓度传感器的接线通过橡胶螺帽中心的孔洞穿出后，孔洞用胶密封。
进一步地，所述NAPLs气体浓度传感器采用横向三排，纵向一列的布置方式放入土样中。
进一步地，所述有机玻璃箱的厚度小于其高度和宽度，所述有机玻璃筒的底部设有金属网，所述有机玻璃筒底面各个方向的泄漏是相同的，所述有机玻璃筒的筒壁刻有刻度。
进一步地，所述NAPLs气体浓度传感器包括半导体传感器。
进一步地，所述实验箱体中共填土1.1m高，所述有机玻璃筒10埋入土中10cm，所述有机玻璃的筒外直径取7cm，高30cm。由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的实验装置和方法可以定量地测量NAPLs在非饱和土中运移时测点处气相体积分数随时间的变化，也能得到在同一时刻不同测点处NAPLs气相浓度分布规律。本发明实施例提供的非饱和土中NAPLs运移过程及相变的实验方法，原理明确，思路清晰，可测得在不同干密度、含水量的条件下NAPLs运移和相变规律。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种监测NAPLs在非饱和土中运移过程及相变的实验装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种实验箱的结构图；
图3为本发明实施例提供的一种实验箱各部分之间连接处的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种传感器金属网小桶连接处的示意图；
图5为本发明实施例提供的一种有机玻璃筒的结构图。
附图标记说明：
1实验箱上部 2实验箱下部 3金属底座 4马氏瓶
5传感器预留孔 6金属支撑 7螺栓孔 8软管接口
9螺栓 10有机玻璃筒 11密封胶条 12金属网小桶
13空心螺杆 14橡胶螺帽 15实验箱侧壁 16超细孔金属网
具体实施方式
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
该实施例提供了一种监测NAPLs在非饱和土中运移过程及相变的实验装置。
实验原理：在一定范围内，可以假定土体是轴对称的，也就是说NAPLs在水平各个方向的运移都是相同的，选取任一水平方向再加上竖直方向就可以得到NAPLs在土体中的运移情况，实际三维问题就转化为理想二维问题了。实验中用以汽油为例进行研究，汽油外观为透明液体，不便于与观测锋面的运移位置，可加入苏丹III染剂，苏丹III是一种化学染色剂，主要是用于石油、机油和其他的一些工业溶剂的染色，这样可以很明显地看到锋面的位置；汽油进入土体后会发生相变，一般情况下，主要是气相和液相，可以通过测量不同位置的气相汽油和液相汽油浓度随时间的变化，目前，可用半导体传感器测量气相汽油的浓度，液相汽油的浓度的测量目前没有合适可靠的传感器，目前考虑主要变量为土体含水量和干密度，配置某一干密度下不同含水量的土体进行实验，改变干密度并仍按之前的含水量配置土体，这样就可以得到同样干密度不同含水量的实验结果和同一含水量不同干密度的实验结果；在给定的某一干密度和含水量的条件下，还可以得到某一测点处气相汽油浓度随时间变化的情况。
该实施例提供的一种监测NAPLs在非饱和土中运移过程及相变的实验装置的结构如图1所示，包括实验箱、有机玻璃筒10、NAPLs气体浓度传感器和马氏瓶4。实验箱包括实验箱上部1、实验箱下部2、金属底座3和金属支撑6；实验箱上部1和实验箱下部2、实验箱下部2和金属底座3之间都是通过螺栓孔7和螺栓9连接，所述螺栓孔7和螺栓9的连接处设有密封胶条，实验箱上部1和金属底座3之间通过金属支撑6连接。
在本发明的一个具体应用中，实验箱体中共填土1.1m高，模拟泄漏源的装有NAPLs的有机玻璃筒10埋入土中10cm，模拟泄漏源的有机玻璃筒10的外直径取7cm，高30cm。待其他准备工作都完成后在有机玻璃筒10中加入汽油。
金属网小桶通过空心螺杆固定在实验箱的前壁上，便于安装拆卸。为填土方便，金属网小桶逐层安装，待填土深度达到该层位置后再安装该处的金属网小桶12及传感器，并且所述金属网小桶12埋入所述土样中，NAPLs气体浓度传感器安装在金属网小桶中，NAPLs气体浓度传感器也埋入土样中，可以保证传感器良好的工作环境。
上述NAPLs气体浓度传感器用来测量土样中NAPLs的气相浓度，在实际应用中，可以将NAPLs气体浓度传感器采用横向三排，纵向一列的布置方式放入土样中，基本覆盖了二维运移所需要的整个区域。
上述NAPLs气体浓度传感器通过实验箱上预留的孔洞放置于实验箱内的金属网小桶中。上述金属网小桶由细金属网制成，土颗粒无法进入，空气可自由出入，金属小筒尾部有螺纹，连接在一空心螺杆上，螺杆另一头连接有橡胶螺帽，金属网小桶通过空心螺杆固定在实验箱的壁上。上述空心螺杆两头的连接处可以设有密封垫圈，NAPLs气体浓度传感器的接线通过橡胶螺帽中心的孔洞穿出后，孔洞用胶密封。
马氏瓶4通过橡胶软管8与实验箱金属底座中内置的进水通道连接(若不考虑地下水的影响或地下水位远低于土层深度时可不连接马氏瓶)。马氏瓶4中的水流到所述土样的底部。所述的实验箱上部和下部的外壁均带有水平和竖直方向的刻度，在实验过程中，要保证实验箱中土体维持一定高度的地下水位。
有机玻璃箱(1和2)的厚度远小于其高度和宽度，并安装金属支撑6保证其稳定，用来模拟土样中NAPLs的二维运移过程。有机玻璃筒10的底部设有超细孔金属网，模拟泄漏源，可保证各个方向的泄漏是相同的，筒壁刻有刻度可随时读出泄露的总量。有机玻璃筒通过埋入土中的方式固定，操作简单且符合实际情况。
图2为本发明实施例提供的一种实验箱的结构图，图3为本发明实施例提供的一种实验箱各部分之间连接处的示意图。实验箱主体采用有机玻璃制成，实验箱高1.2m，宽1.2m，厚15cm；有机玻璃壁厚1cm，可保证实验箱的安全；实验箱底座用金属制成，并通过金属支撑和实验箱上部连接，保证实验箱的稳定。
实验箱各部分之间的连接处设有防渗漏的密封胶条。所述的实验箱的前面预留有NAPLs气体浓度传感器进入的小孔，该小孔直径4cm；相邻小孔圆心间的距离为15cm，沿着中间竖向留有6个小孔，最下方的小孔距箱底15cm，水平方向在中轴左侧留有3排小孔，每排4个小孔，排与排之间的距离为30cm，可参考图1。
可选地，NAPLs气体浓度传感器可以采用半导体传感器。
综上所述，本发明实施例提供的实验装置可以定量地测量NAPLs在非饱和土中运移时测点处各相体积分数随时间的变化，也能得到在同一时刻不同测点处NAPLs各相浓度分布规律。本发明实施例提供的非饱和土中NAPLs运移过程及相变的实验方法，原理明确，思路清晰，可测得在不同干密度、含水量的条件下NAPLs运移和相变规律。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的设备中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的设备中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个设备中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种研究NAPLs运移及相变规律的试验装置，其特征在于，包括：实验箱、有机玻璃筒和NAPLs气体浓度传感器；
在所述实验箱中填入配好的指定干密度和指定含水量的土样，装有NAPLs的有机玻璃筒埋入所述土样中，所述NAPLs渗入所述土样中，将金属网小桶固定在所述实验箱的前壁上，并且所述金属网小桶埋入所述土样中，所述NAPLs气体浓度传感器安装在所述金属网小桶中。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：马氏瓶，所述马氏瓶通过橡胶软管与所述实验箱的金属底座中内置的进水通道连接，所述马氏瓶中的水流到所述土样的底部，使得实验箱中土体维持一定高度的地下水位。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述实验箱包括实验箱上部、实验箱下部、金属底座和金属支撑，所述实验箱上部和所述实验箱下部、所述实验箱下部和所述金属底座之间都是通过螺栓孔和螺栓连接，所述实验箱上部和所述金属底座之间通过金属支撑连接。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述螺栓孔和所述螺栓的连接处设有密封胶条。
5.根据权利要求1或者2或者3或者4所述的装置，其特征在于，所述金属网小桶通过空心螺杆固定在实验箱的前壁上，所述金属网小桶逐层安装，待填土深度达到该层位置后再安装该层的金属网小桶。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述实验箱的前面预留有NAPLs气体浓度传感器进入的小孔，该小孔直径4cm；相邻小孔圆心间的距离为15cm，沿着中间竖向留有6个小孔，最下方的小孔距箱底15cm，水平方向在中轴左侧留有3排小孔，每排4个小孔，排与排之间的距离为30cm。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述NAPLs气体浓度传感器通过实验箱上预留的孔洞放置于实验箱内的金属网小桶中，所述金属网小桶的尾部设置有螺纹，该螺纹连接在一空心螺杆上，螺杆另一头连接有橡胶螺帽，所述空心螺杆两头的连接处设有密封垫圈，NAPLs气体浓度传感器的接线通过橡胶螺帽中心的孔洞穿出后，孔洞用胶密封。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述NAPLs气体浓度传感器采用横向三排，纵向一列的布置方式放入土样中。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述有机玻璃箱的厚度小于其高度和宽度，所述有机玻璃筒的底部设有金属网，所述有机玻璃筒底面各个方向的泄漏是相同的，所述有机玻璃筒的筒壁刻有刻度。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述实验箱体中共填土1.1m高，所述有机玻璃筒10埋入土中10cm，所述有机玻璃的筒外直径取7cm，高30cm。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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