CN112170478A - 一种三维模拟固相抽提试验装置及方法 - Google Patents

一种三维模拟固相抽提试验装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种三维模拟固相抽提试验装置及方法，属于环境修复技术领域。技术方案是：试验发生装置（1）内填充有污染物的土壤，有污染物的土壤中埋设抽气井和注气井，试验发生装置顶端设有砂箱封闭盖（7）；抽气井一（14）、抽气井二（15）和抽气井三（16）均与抽气系统（3）连接，抽气系统通过气体处理系统（6）与回收池（11）连接；注气井一和注气井二均通过注入管道（9）与三通接头的一端连接，三通接头的另外两端分别与注气系统（4）和注液系统（5）连接，注气系统与臭氧发生器连接，注液系统与H2O2储存罐连接。本发明从三维角度模拟强化固相抽提技术，提高固相抽提效果，减小模拟结果与实际情况偏差。

Description

一种三维模拟固相抽提试验装置及方法
技术领域
本发明涉及一种三维模拟固相抽提试验装置及方法，属于环境修复技术领域。
背景技术
随着工业化进程加快，我国出现了许多有机污染场地，土壤受到不同程度的污染，土壤有机污染修复变得愈加重要，对污染土壤进行修复前需对土壤修复技术进行筛选确定拟修复技术，同时需要进行室内试验和现场中试验获取相关技术的关键参数。在众多的土壤修复技术中，固相抽提技术因技术成熟、抽提效率相对高、成本低等优点而被广泛应用。
目前，固相抽提技术的室内试验装置多以一维柱状装置为主，研究结论与实际情况偏差比较大，不具有代表性；同时，对于固相抽提的强化研究也因试验装置简单仅限于通过单向通风处理，未考虑注气体氧化剂、注液体氧化剂等可抽提效率的因素，强化研究考虑因素较少,同时一维柱状装置仅可考虑抽气速率，不能考虑不同的抽注方式对土壤中污染物去除效果的影响，从而不能指导后续的修复设计。
发明内容
本发明目的是提供一种三维模拟固相抽提试验装置及方法，从三维角度模拟强化固相抽提技术，提高固相抽提效果，减小模拟结果与实际情况偏差，解决了背景技术中存在的问题。
本发明的技术方案是：
一种三维模拟固相抽提试验装置，包含试验发生装置、H2O2储存罐、抽气系统、注入系统、气体处理系统、砂箱封闭盖、臭氧发生器、回收池、抽气井和注气井，试验发生装置为顶端开口的长方形盒状结构，内填充有污染物的土壤，有污染物的土壤中埋设抽气井和注气井，试验发生装置顶端设有砂箱封闭盖；所述抽气井数量为三个，分别为抽气井一、抽气井二和抽气井三，抽气井一、抽气井二和抽气井三均与抽气系统连接，抽气系统通过气体处理系统与回收池连接；所述注气井数量为两个，分别为注气井一和注气井二，注气井一和注气井二均与注入系统连接；所述注入系统包含注入管道、三通接头、注气系统和注液系统，注气井一和注气井二均通过注入管道与三通接头的一端连接，三通接头的另外两端分别与注气系统和注液系统连接，注气系统与臭氧发生器连接，注液系统与H2O2储存罐连接。
所述抽气系统包含抽气管道和抽气泵，抽气井一、抽气井二和抽气井三均通过抽气管道和处理系统与回收池连接，处理系统与抽气井一、抽气井二和抽气井三之间的抽气管道上设有抽气泵。所述抽气管道为PVC软管，直径为2.0cm，可与抽气井无缝连接，通过抽气泵控制管内负压大小来改变抽提速率。
所述注气系统包含注气管道和真空泵，所述注液系统包含注液管道和蠕动泵，三通接头的另外两端分别通过注气管道和注液管道与臭氧发生器和H2O2储存罐连接；注气管道和注液管道上分别设有真空泵和蠕动泵。所述注入管道、注气管道和注液管道材质为PVC软管，直径为2.0cm，注入管道可与注气井、注气管道和注液管道无缝连接；臭氧发生器或其他液体暂存器为气体贮存系统，通过真空泵和蠕动泵控制管内负压大小来改变抽提速率。
所述气体处理系统为内部填充椰果皮和活性炭的玻璃柱，其直径为6cm，长度为20cm，气体经过吸附后进入回收池。
所述试验发生装置为三维玻璃砂箱，长宽高分别为：80cm×60cm×40cm，三维玻璃砂箱材质为5mm厚的玻璃材质，用于贮存有机污染土壤，布设抽气井和注气井，开展试验研究。
所述抽气井和注气井为带有筛孔的壁厚为1.5mm，直径为2cm，长度为40cm的玻璃管，用于抽取土壤中的挥发性/半挥发性有机物。
一种三维模拟固相抽提试验方法，采用上述的试验装置，步骤如下：
①在试验发生装置内填充带有污染物的土壤，并测定土壤中污染物浓度，同时将抽气井和注气井预埋入污染土壤中，并用砂箱封闭盖将试验发生器盖住以防止土壤中的污染物挥发掉，减少试验误差；
②可开展以下三组不同情景下的试验：抽气情景，抽气及注气情景，抽气、注气及注液情景；
抽气情景下：使用抽气泵通过抽气管道抽取土壤中的挥发性污染物，有机物污染物通过气体处理系统并最终进入回收池，试验结束后，可采集不同位置的土壤来检验抽气效果；
抽气及注气情景下：使用抽气泵通过抽气管道、抽气井一、抽气井二和抽气井三抽取土壤中的挥发性污染物；同时，使用真空泵抽取臭氧发生器内产生的臭氧通过注气井一和注气井二注入土壤中，有机物污染物通过气体处理系统并最终进入回收池；
抽气、注气及注液情况下：使用抽气泵通过抽气管道、抽气井一、抽气井二和抽气井三抽取土壤中的挥发性污染物；同时，使用真空泵抽取臭氧发生器内产生的臭氧通过注气井一和注气井二注入土壤中，使用蠕动泵从过氧化氢储存器中抽取过氧化氢液体，并通过注气井一和注气井二注入土壤中，注气及注液可同时或交替进行；
③试验结束后，可采集不同位置的土壤来分析不同情景下的去除效果。
所述抽气井、注气井、抽气泵、真空泵、蠕动泵、臭氧发生器、回收池和H2O2储存罐均为本领域公知公用的设备，在市场上均可购买。
本发明的有益效果是：本发明通过建立固相抽提技术的三维模型，从三维角度模拟抽提效果，获取固相抽提技术关键参数（抽提速率、抽提井位置等），从三维角度模拟强化固相抽提技术，提高固相抽提效果，有效解决了现有固相抽提技术室内试验装置仅为一维柱状装置，模拟结果与实际情况误差大等问题，实现了从三维角度获取固相抽提技术关键参数和强化固相抽提技术，为后续污染土壤的固相抽提技术中试验和修复工程提供更详尽的设计依据。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图中：试验发生装置1、H2O2储存罐2、抽气系统3、注气系统4、注液系统5、气体处理系统6、砂箱封闭盖7、抽气管道8、注入管道9、臭氧发生器10、回收池11、真空泵12、蠕动泵13、抽气井一14、抽气井二15、抽气井三16、注气井一17、注气井二18、注气管道19、注液管道20、抽气泵21。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例对本发明做进一步的说明。
一种三维模拟固相抽提试验装置，包含试验发生装置1、H2O2储存罐2、抽气系统3、注入系统、气体处理系统6、砂箱封闭盖7、臭氧发生器10、回收池11、抽气井和注气井，试验发生装置1为顶端开口的长方形盒状结构，内填充有污染物的土壤，有污染物的土壤中埋设抽气井和注气井，试验发生装置1顶端设有砂箱封闭盖7；所述抽气井数量为三个，分别为抽气井一14、抽气井二15和抽气井三16，抽气井一14、抽气井二15和抽气井三16均与抽气系统3连接，抽气系统3通过气体处理系统6与回收池11连接；所述注气井数量为两个，分别为注气井一17和注气井二18，注气井一17和注气井二18均与注入系统连接；所述注入系统包含注入管道、三通接头、注气系统4和注液系统5，注气井一17和注气井二18均通过注入管道9与三通接头的一端连接，三通接头的另外两端分别与注气系统4和注液系统5连接，注气系统4与臭氧发生器10连接，注液系统5与H2O2储存罐2连接。
所述抽气系统3包含抽气管道8和抽气泵21，抽气井一14、抽气井二15和抽气井三16均通过抽气管道8和处理系统6与回收池11连接，处理系统6与抽气井一14、抽气井二15和抽气井三16之间的抽气管道上设有抽气泵21。所述抽气管道8为PVC软管，直径为2.0cm，可与抽气井无缝连接，通过抽气泵21控制管内负压大小来改变抽提速率。
所述注气系统4包含注气管道19和真空泵12，所述注液系统5包含注液管道20和蠕动泵13，三通接头的另外两端分别通过注气管道和注液管道与臭氧发生器10和H2O2储存罐2连接；注气管道和注液管道上分别设有真空泵12和蠕动泵13。所述注入管道、注气管道和注液管道材质为PVC软管，直径为2.0cm，注入管道可与注气井、注气管道和注液管道无缝连接；臭氧发生器或其他液体暂存器为气体贮存系统，通过真空泵12和蠕动泵13控制管内负压大小来改变抽提速率。
所述气体处理系统6为内部填充椰果皮和活性炭的玻璃柱，其直径为6cm，长度为20cm，气体经过吸附后进入回收池。
所述试验发生装置1为三维玻璃砂箱，长宽高分别为：80cm×60cm×40cm，三维玻璃砂箱材质为5mm厚的玻璃材质，用于贮存有机污染土壤，布设抽气井和注气井，开展试验研究。
所述抽气井和注气井为带有筛孔的壁厚为1.5mm，直径为2cm，长度为40cm的玻璃管，用于抽取土壤中的挥发性/半挥发性有机物。
具体试验过程：
1）在试验发生装置1内填充带有污染物的土壤，并测定土壤中污染物浓度，同时将抽气井和注气井预埋入污染土壤中，并用砂箱封闭盖7将试验发生器盖住以防止土壤中的污染物挥发掉，减少试验误差；
2）本发明可开展以下三组不同情景下的试验：抽气情景、抽气及注气体氧化剂情景、抽注液体氧化剂情况；
抽气情景下：仅用抽气井开展固相抽提技术试验，使用抽气泵21通过抽气管道8抽取土壤中的挥发性污染物，有机物污染物通过气体处理系统6并最终进入回收池11，试验结束后，可采集不同位置的土壤来检验抽气效果。该情境下，可探讨不同抽气速率下土壤中污染物去除速率，为后续的固相抽提技术提供最佳抽气速率。
抽气/注气情景下：该情境下采用抽气井/注气井开展固相抽提技术试验，使用抽气泵21通过抽气管道8 、抽气井一14、抽气井二15和抽气井三16抽取土壤中的挥发性污染物；同时，使用真空泵12抽取臭氧发生器内产生的臭氧通过注气井一17和注气井二18注入土壤中，有机物污染物通过气体处理系统6并最终进入回收池11，试验结束后，可采集不同位置的土壤来检验抽气、注气效果，用以增大抽提效率；同时臭氧具有氧化性，可以降解土壤中的有机物，增大降解效率。该情景下，可探讨抽气/注气情况下的污染物去除效率，确定最佳抽提速率和注入速率和抽气井和注气井的位置，为后续的固相抽提技术提供最佳抽气速率。
抽气/注液情景下：该情境下采用抽气井/注气井开展固相抽提技术试验，使用抽气泵21通过抽气管道8、抽气井一14、抽气井二15和抽气井三16抽取土壤中的挥发性污染物；同时，使用真空泵12抽取臭氧发生器内产生的臭氧通过注气井一17和注气井二18注入土壤中，用以增大抽提效率；同时臭氧具有氧化性，可以降解土壤中的有机物。使用蠕动泵从过氧化氢储存器中抽取过氧化氢液体，并通过注气井一17和注气井二18注入土壤中，试验结束后，可采集不同位置的土壤来检验抽气、注气、注液效果，用以增大抽提效率；该情景下，可探讨抽气/注气/注液情况下的污染物去除效率，通过研究同时注入、交替注入过氧化氢液体和臭氧，以探索最佳的注入方式、注入速率，注入氧化性气体和氧化性液体的效果。
3）试验结束后，可采集不同位置的土壤来分析不同情景下的去除效果。

Claims (5)

1.一种三维模拟固相抽提试验装置，其特征在于：包含试验发生装置（1）、H2O2储存罐（2）、抽气系统（3）、注入系统、气体处理系统（6）、砂箱封闭盖（7）、臭氧发生器（10）、回收池（11）、抽气井和注气井，试验发生装置（1）为顶端开口的长方形盒状结构，内填充有污染物的土壤，有污染物的土壤中埋设抽气井和注气井，试验发生装置（1）顶端设有砂箱封闭盖（7）；所述抽气井数量为三个，分别为抽气井一（14）、抽气井二（15）和抽气井三（16），抽气井一（14）、抽气井二（15）和抽气井三（16）均与抽气系统（3）连接，抽气系统（3）通过气体处理系统（6）与回收池（11）连接；所述注气井数量为两个，分别为注气井一（17）和注气井二（18），注气井一（17）和注气井二（18）均与注入系统连接；所述注入系统包含注入管道、三通接头、注气系统（4）和注液系统（5），注气井一（17）和注气井二（18）均通过注入管道（9）与三通接头的一端连接，三通接头的另外两端分别与注气系统（4）和注液系统（5）连接，注气系统（4）与臭氧发生器（10）连接，注液系统（5）与H2O2储存罐（2）连接。
2.根据权利要求1所述的一种三维模拟固相抽提试验装置，其特征在于：所述抽气系统（3）包含抽气管道（8）和抽气泵（21），抽气井一（14）、抽气井二（15）和抽气井三（16）均通过抽气管道（8）和处理系统（6）与回收池（11）连接，处理系统（6）与抽气井一（14）、抽气井二（15）和抽气井三（16）之间的抽气管道上设有抽气泵（21）。
3.根据权利要求1或2所述的一种三维模拟固相抽提试验装置，其特征在于：所述注气系统（4）包含注气管道（19）和真空泵（12），所述注液系统（5）包含注液管道（20）和蠕动泵（13），三通接头的另外两端分别通过注气管道和注液管道与臭氧发生器（10）和H2O2储存罐（2）连接；注气管道和注液管道上分别设有真空泵（12）和蠕动泵（13）。
4.根据权利要求1或2所述的一种三维模拟固相抽提试验装置，其特征在于：所述气体处理系统（6）为内部填充椰果皮和活性炭的玻璃柱。
5.一种三维模拟固相抽提试验方法，采用权利要求1-4任意一项所述的试验装置，其特征在于：
①在试验发生装置（1）内填充带有污染物的土壤，并测定土壤中污染物浓度，同时将抽气井和注气井预埋入污染土壤中，并用砂箱封闭盖（7）将试验发生器盖住以防止土壤中的污染物挥发掉，减少试验误差；
②可开展以下三组不同情景下的试验：抽气情景，抽气及注气情景，抽气、注气及注液情景；
抽气情景下：使用抽气泵（21）通过抽气管道（8）抽取土壤中的挥发性污染物，有机物污染物通过气体处理系统（6）并最终进入回收池（11），试验结束后，可采集不同位置的土壤来检验抽气效果；
抽气及注气情景下：使用抽气泵（21）通过抽气管道（8）、抽气井一（14）、抽气井二（15）和抽气井三（16）抽取土壤中的挥发性污染物；同时，使用真空泵（12）抽取臭氧发生器内产生的臭氧通过注气井一（17）和注气井二（18）注入土壤中，有机物污染物通过气体处理系统（6）并最终进入回收池（11）；
抽气、注气及注液情况下：使用抽气泵（21）通过抽气管道（8）、抽气井一（14）、抽气井二（15）和抽气井三（16）抽取土壤中的挥发性污染物；同时，使用真空泵（12）抽取臭氧发生器内产生的臭氧通过注气井一（17）和注气井二（18）注入土壤中，使用蠕动泵从过氧化氢储存器中抽取过氧化氢液体，并通过注气井一（17）和注气井二（18）注入土壤中，注气及注液可同时或交替进行；
③试验结束后，可采集不同位置的土壤来分析不同情景下的去除效果。
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