CN109297867B - 一种污染区现场快速检测管及检测方法 - Google Patents

一种污染区现场快速检测管及检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种污染区现场快速检测管及检测方法，该检测管包含：检测管本体，填充在检测管本体内底部的第一显色剂层，填充在检测管本体内且处于第一显色剂层上的第二显色剂层，以及填充在检测管本体内且处于第二显色剂层上的砾石层。其中，检测管本体沿其横截面由内到外包含：内侧区，和以及外侧区；砾石层在内侧区的填料为细粒径砾石；砾石层在外侧区的填料为粗粒径砾石。本发明的检测管及检测方法能够检测污染场地中的重金属，并且能够快速获得地下水的动力学弥散参数及重金属污染物扩散系数。

Description

一种污染区现场快速检测管及检测方法
技术领域
本发明涉及污染区检测技术，具体涉及一种污染区现场快速检测管及检测方法，用于快速检测污染区地下水动力学弥散系数和重金属污染物浓度扩散系数。
背景技术
污染场地长期受到废水污灌、矿物及废弃物堆放淋溶的影响，其土壤和包气带水理化性质发生改变，引发土壤和包气带水重金属严重污染，环境质量下降。
为了对污染区土壤和包气带中污染物的运移、扩散、降解等规律进行分析和探讨，需要建立溶质运移模型，在构建模型时需要确定弥散参数和污染物扩散系数。
弥散参数确定的方法有实验室模拟与野外就地测量。水动力弥散过程由分了扩散与机械弥散组成，与分了扩散系数这一可测定的物质固有参数不同，室内测量得到的机械弥散系数受多种因素影响，具有明显的尺寸效应，参数的准确性及工程应用的广泛性非常有限。由于实验室模拟的方法有很大的误差，因此弥散参数宜在现场测定，但目前尚未有现场测定的技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种污染区现场快速检测管及检测方法，该检测管解决了实验室模拟检测误差大的问题，通过现场检测，能够测定污染现场地下水的弥散参数及重金属污染物扩散系数，检测快速且误差小。
为了达到上述目的，本发明提供了一种污染区现场快速检测管，该检测管包含：检测管本体，填充在所述检测管本体内底部的第一显色剂层，填充在所述检测管本体内且处于第一显色剂层上的第二显色剂层，以及填充在所述检测管本体内且处于第二显色剂层上的砾石层。
其中，所述检测管本体沿其横截面由内到外包含：内侧区，和以及外侧区。
所述砾石层在内侧区的填料为细粒径砾石；所述砾石层在外侧区的填料为粗粒径砾石。
该检测管用于检测重金属离子，所述的第一显色剂层和第二显色剂层均为重金属离子的显色剂。
优选地，所述的第一显色剂层在内侧区的填充浓度等于外侧区的填充浓度。
优选地，所述的第二显色剂层在内侧区的填充浓度等于外侧区的填充浓度的2倍。
优选地，所述的第一显色剂层在内侧区的填充浓度等于第二显色剂层在外侧区的填充浓度。
优选地，所述细粒径砾石的粒径为10～20mm；所述粗粒径砾石的粒径为20～40mm；所述的重金属离子包含：Cd2+；所述的显色剂包含：脱氢胆酸和柠檬酸共同修饰的银纳米粒。
本发明还提供了一种污染区现场快速检测方法，该方法包含：
现场测定的场地选取：选择分布有污染源、地势平坦且处于该污染源下游的场地，场地的河流中含有：含水层；
分析场地的地下水流向：对场地的地下水补给、径流和排泄分区并分析地下水的流向；
在现场布置快速检测管：选择在场地中表层的土壤渗透系数K1>>中下层的土壤渗透系数K2的地方，沿着水流方向在该地方纵向和横向布设快速检测管；通过纵向布设的速检测管中显色剂在一定时间内的显色效果，反映一定时间内重金属污染物在纵向上的浓度扩散系数，并通过式(1)间接得出纵向上地下水动力学弥散系数；通过横向布设的快速检测管中显色剂在一定时间内的显色效果，反映一定时间内重金属污染物在横向上的浓度扩散系数，并通过式(1)间接得出横向上地下水动力学弥散系数；
式(1)中，C为水溶液中重金属污染物浓度，μ为孔隙流速，t为时间，χ为距离，D为弥散系数。
优选地，在步骤中，所述的含水层包含：碎屑岩层间裂隙含水层组和松散岩类孔隙含水层组。
优选地，在步骤中，所述碎屑岩层间裂隙含水层组及松散岩类孔隙含水层组的单孔涌水量为50～100m3/d或渗透系数为0.1～100m/d。
优选地，所述的检测管包含：检测管本体，填充在所述检测管本体内底部的第一显色剂层，填充在所述检测管本体内且处于第一显色剂层上的第二显色剂层，以及填充在所述检测管本体内且处于第二显色剂层上的砾石层。
其中，所述检测管本体沿其横截面由内到外包含：内侧区，和以及外侧区。
所述砾石层在内侧区的填料为细粒径砾石；所述砾石层在外侧区的填料为粗粒径砾石。
该检测管用于检测重金属离子，所述的第一显色剂层和第二显色剂层均为重金属离子的显色剂。
优选地，所述的第一显色剂层在内侧区的填充浓度等于外侧区的填充浓度；所述的第二显色剂层在内侧区的填充浓度等于外侧区的填充浓度的2倍；所述的第一显色剂层在内侧区的填充浓度等于第二显色剂层在外侧区的填充浓度；所述细粒径砾石的粒径为10～20mm；所述粗粒径砾石的粒径为20～40mm；所述的重金属离子包含：Cd2+；所述的显色剂包含：脱氢胆酸和柠檬酸共同修饰的银纳米粒。
本发明的污染区现场快速检测管及检测方法，解决了实验室模拟检测误差大的问题，具有以下优点：
(1)本发明的检测管能够检测污染场地中的重金属，并且能够快速获得地下水的动力学弥散参数及重金属污染物扩散系数；
(2)本发明的检测管对各层显色剂浓度的限定，通过显色剂的浓度差异以实现在野外对重金属的显色效果进行判定；
(3)本发明的检测管中的砾石层粒径在一定程度上影响土壤中水分扩散率，对重金属扩散有一定影响，通过对粒径的限定，使重金属扩散速率得到控制，保证了检测的效果；
(4)本发明的方法能够根据污染场地的实际情况，通过横向和纵向布设，以得到横向和纵向上的动力学弥散参数及重金属污染物扩散系数，测得的误差较小。
附图说明
图1为本发明的污染区现场快速检测管的结构示意图。
图2为本发明图1在A-A’向的截面图。
图3为本发明的方法对快速检测管的布设图。
图4为本发明实施例1的现场测试区平面图。
图5为本发明实施例1的研究区水文地质剖面图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
一种污染区现场快速检测管，如图1所示，为本发明的污染区现场快速检测管的结构示意图，该检测管包含：检测管本体10，填充在检测管本体10内底部的第一显色剂层20，填充在检测管本体10内且处于第一显色剂层20上的第二显色剂层30，以及填充在检测管本体10内且处于第二显色剂层30上的砾石层40。
如图2所示，为本发明图1在A-A’向的截面图，检测管本体10沿其横截面由内到外包含：内侧区11，和以及外侧区12。
砾石层40在内侧区11的填料为细粒径砾石；砾石层40在外侧区12的填料为粗粒径砾石。
该检测管用于检测重金属离子，第一显色剂层20和第二显色剂层30均为重金属离子的显色剂。
进一步地，第一显色剂层20在内侧区11的填充浓度等于外侧区12的填充浓度。
进一步地，第二显色剂层30在内侧区11的填充浓度等于外侧区12的填充浓度的2倍。
进一步地，第一显色剂层20在内侧区11的填充浓度等于第二显色剂层30在外侧区12的填充浓度。
进一步地，细粒径砾石的粒径为10～20mm；粗粒径砾石的粒径为20～40mm；重金属离子包含：Cd2+；显色剂包含：脱氢胆酸和柠檬酸共同修饰的银纳米粒，当检测到水溶液中Cd2+时，纳米的颜色由浅黄色逐渐变为酒红色。
脱氢胆酸和柠檬酸共同修饰的银纳米粒的制备方法，具体如下：
室温下，在90mL去离子水中加入l mL硝酸银(硝酸银水溶液浓度为10000μmol/L)，搅拌5min，然后快速加入0.012g硼氢化钠，溶液立刻变成黄色，继续搅拌2min，加入0.1mL10000μmol/L柠檬酸钠水溶液，搅拌两分钟，再加入5mL脱氢胆酸溶液(脱氢胆酸溶液浓度为200μmol/L，容积为体积比1：9的乙醇和水)，搅拌2h，反应在避光的条件下进行，合成脱氢胆酸和柠檬酸根共同修饰的银纳米粒。
本发明的检测管通过快速检测管中显色剂在一定时间内的显色效果，反映一定时间内重金属污染物的浓度扩散系数，通过式(1)间接得出纵向上地下水动力学弥散系数。
式(1)中，C为水溶液中重金属污染物浓度，μ为孔隙流速，t为时间，χ为距离，D为弥散系数。
本发明还提供了一种污染区现场快速检测方法，该方法包含：
(1)现场测定的场地选取：选择分布有污染源、地势平坦且处于该污染源下游的场地，场地的河流中含有：含水层；
(2)分析场地的地下水流向：对场地的地下水补给、径流和排泄分区并分析地下水的流向；
(3)在现场布置快速检测管：选择在场地中表层的土壤渗透系数K1>>中下层的土壤渗透系数K2的地方，如图3所示，为本发明的方法对快速检测管的布设图，沿着水流方向在该地方纵向和横向布设快速检测管；通过纵向布设的快速检测管中显色剂在一定时间内的显色效果(显色剂在检测管中的显色长度和显色剂在检测管内、外径中显色扩散范围)，反映一定时间内重金属污染物在纵向上的浓度扩散系数，并通过式(1)间接得出纵向上地下水动力学弥散系数；通过横向布设的快速检测管中显色剂在一定时间内的显色效果(显色剂在检测管中的显色长度和显色剂在检测管内、外径中显色扩散范围)，反映一定时间内重金属污染物在横向上的浓度扩散系数，并通过式(1)间接得出横向上地下水动力学弥散系数。
式(1)中，C为水溶液中重金属污染物浓度，μ为孔隙流速，t为时间，χ为距离，D为弥散系数。
进一步地，在步骤(1)中，含水层包含：碎屑岩层间裂隙含水层组和松散岩类孔隙含水层组。
进一步地，在步骤(1)中，碎屑岩层间裂隙含水层组及松散岩类孔隙含水层组的单孔涌水量为50～100m3/d或渗透系数为0.1～100m/d。
进一步地，检测管包含：检测管本体10，填充在检测管本体10内底部的第一显色剂层20，填充在检测管本体10内且处于第一显色剂层20上的第二显色剂层30，以及填充在检测管本体10内且处于第二显色剂层30上的砾石层40。
其中，检测管本体10沿其横截面由内到外包含：内侧区11，和以及外侧区12。
砾石层40在内侧区11的填料为细粒径砾石；砾石层40在外侧区12的填料为粗粒径砾石。
该检测管用于检测重金属离子，第一显色剂层20和第二显色剂层30均为重金属离子的显色剂。
进一步地，第一显色剂层20在内侧区11的填充浓度等于外侧区12的填充浓度；第二显色剂层30在内侧区11的填充浓度等于外侧区12的填充浓度的2倍；第一显色剂层20在内侧区11的填充浓度等于第二显色剂层30在外侧区12的填充浓度；细粒径砾石的粒径为10～20mm；粗粒径砾石的粒径为20～40mm；重金属离子包含：Cd2+；显色剂包含：脱氢胆酸和柠檬酸共同修饰的银纳米粒。
实施例1
一种污染区现场快速检测方法，该方法包含：
(1)现场测定的场地选取：
如图4所示，为本发明实施例1的现场测试区平面图，现场试验点选在五通桥区西坝镇宏岳煤矿附近农田，为沐溪河的冲洪积平坝，地形较平坦，属构造侵蚀剥蚀的低山丘陵中等切割区；区内主要含水层层为：第四系松散岩类孔隙含水层组和碎屑岩层间裂隙含水层组，其中裂隙含水层组为须家河组(T3xj)长石石英砂岩，砂岩含水性较好，单孔涌水量50～100m3/d或渗透系数0.1～100m/d。裂隙含水岩组主要接受大气降水补给，区内地形较有利于地表水排泄，大气降水多以片流形式迅速下排，汇入沫溪溪河外排出境，仅少量沿岩石孔隙裂隙向深部下渗运移，补充地下水储存于含水层中。现场测定场地周边污染源分布集中，主要有煤矿排污水渠、养鱼塘、养猪场、砖厂、工业烟囱大气排污、运煤道路、高速公路等；
(2)分析场地的地下水流向：如图5所示，为本发明实施例1的研究区水文地质剖面图，对场地的地下水补给、径流和排泄分区并分析地下水的流向；
(3)在现场布置快速检测管：选择在场地中表层的土壤渗透系数K1>>中下层的土壤渗透系数K2的地方，如图3所示，沿着水流方向在该地方纵向和横向布设快速检测管；通过纵向布设的速检测管中显色剂在一定时间内的显色效果，反映一定时间内重金属污染物在纵向上的浓度扩散系数，并通过式(1)间接得出纵向上地下水动力学弥散系数；通过横向布设的快速检测管中显色剂在一定时间内的显色效果，反映一定时间内重金属污染物在横向上的浓度扩散系数，并通过式(1)间接得出横向上地下水动力学弥散系数。
综上所述，本发明的污染区现场快速检测管及检测方法能够检测污染场地中的重金属，并且能够快速获得地下水的动力学弥散参数及重金属污染物扩散系数。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种污染区现场快速检测管，其特征在于，该检测管包含：
检测管本体(10)，
填充在所述检测管本体(10)内底部的第一显色剂层(20)，填充在所述检测管本体(10)内且处于第一显色剂层(20)上的第二显色剂层(30)，以及
填充在所述检测管本体(10)内且处于第二显色剂层(30)上的砾石层(40)；
其中，所述检测管本体(10)沿其横截面由内到外包含：内侧区(11)，和以及外侧区(12)；
所述砾石层(40)在内侧区(11)的填料为细粒径砾石；所述砾石层(40)在外侧区(12)的填料为粗粒径砾石；
该检测管用于检测重金属离子，所述的第一显色剂层(20)和第二显色剂层(30)均为重金属离子的显色剂；
所述的第一显色剂层(20)在内侧区(11)的填充浓度等于外侧区(12)的填充浓度；所述的第二显色剂层(30)在内侧区(11)的填充浓度等于外侧区(12)的填充浓度的2倍；所述的第一显色剂层(20)在内侧区(11)的填充浓度等于第二显色剂层(30)在外侧区(12)的填充浓度；
所述的显色剂包含：脱氢胆酸和柠檬酸共同修饰的银纳米粒。
2.根据权利要求1所述的污染区现场快速检测管，其特征在于，所述细粒径砾石的粒径为10～20mm。
3.根据权利要求1所述的污染区现场快速检测管，其特征在于，所述粗粒径砾石的粒径为20～40mm。
4.一种采用如权利要求1-3中任意一项所述的污染区现场快速检测管的检测方法，其特征在于，该方法包含：
(1)现场测定的场地选取：选择分布有污染源、地势平坦且处于该污染源下游的场地，场地的河流中含有：含水层；
(2)分析场地的地下水流向：对场地的地下水补给、径流和排泄分区并分析地下水的流向；
(3)在现场布置所述的污染区现场快速检测管：选择在场地中表层的土壤渗透系数K1>>中下层的土壤渗透系数K2的地方，沿着水流方向在该地方纵向和横向布设快速检测管；通过纵向布设的速检测管中显色剂在一定时间内的显色效果，反映一定时间内重金属污染物在纵向上的浓度扩散系数，并通过式(1)间接得出纵向上地下水动力学弥散系数；通过横向布设的快速检测管中显色剂在一定时间内的显色效果，反映一定时间内重金属污染物在横向上的浓度扩散系数，并通过式(1)间接得出横向上地下水动力学弥散系数；
式(1)中，C为水溶液中重金属污染物浓度，μ为孔隙流速，t为时间，χ为距离，D为弥散系数。
5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述的含水层包含：碎屑岩层间裂隙含水层组和松散岩类孔隙含水层组。
6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述碎屑岩层间裂隙含水层组及松散岩类孔隙含水层组的单孔涌水量为50～100m3/d或渗透系数为0.1～100m/d。
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