CN205263072U - 一种缩比仿真溢油风化对水质影响的实验装置 - Google Patents

Abstract

一种缩比仿真溢油风化对水质影响的实验装置。包括：溢油风化模拟装置、油品及分散剂计量添加模块、水质取样分析模块，针对溢油量、水面油膜、水深、水流及波浪、自然光照等风化条件、溢油风化及分散的水质浓度变化等影响因素，在缩比仿真环境中再现溢油风化(包括溢油分散)对水质的影响，并将特定油品和缩比仿真环境条件下的实验结果还原换算为同类溢油在真实环境风化中造成的分阶段水质指标浓度变幅。本实用新型为科学地认识溢油及其分散后的环境归宿与危害，开展溢油环境影响评价和环境风险评估，积极有效地采取污染防备、应急处置、环境修复对策措施提供实验技术支持。

Description

一种缩比仿真溢油风化对水质影响的实验装置

技术领域

本发明涉及一种缩比仿真溢油风化及水质影响的实验装置，属于环境保护及溢油应急与环境影响实验技术领域，它能在缩比仿真环境中再现溢油风化(包括溢油分散)对水质的影响，为科学地认识溢油及其分散后的环境归宿与危害，开展溢油环境影响评价和环境风险评估，积极有效地采取污染防备、应急处置、环境修复对策措施提供实验装置支持。

背景技术

随着全球经济持续快速发展，对能源的需求不断增加，沿海及内河、水上、水下及陆域溢油事故风险均明显加大，近些年国内外溢油污染事故呈现大规模频发态势，已引起世界各国的高度重视，大力加强了溢油风险防范和应急处置工作。

原油及其炼制产品种类繁多，其发生溢出事故进入环境的规模各异，受风、浪、流、光照、生物活动等多重因素的作用所经历的蒸发、光氧化、溶解、乳化、粘附于颗粒物沉降、微生物降解等风化过程随着环境条件的变化而千差万别。

为了科学地认识溢油的环境归宿与危害，积极有效地采取污染防备与应急处置对策措施，世界多国科学家持续开展了溢油风化和环境影响的研究、观测和实验，以便由此入手，了解各种风化过程和阶段对不同环境受体的危害，为防治污染对策提供有效依据，并根据溢油风化整体特征找到适合而系统的模型方法，统一应用于溢油应急辅助决策，采用多学科方法来研究和预测溢油的环境归宿，分析和预警溢油的环境危害及影响。

李志军等人的《波浪作用下油脂冰内溢油行为物理模拟实验技术》一文，制作了一个长130cm，宽15cm，深50cm的玻璃水槽，置于控温精度较高的低温实验室内，玻璃水槽上面敞口，周边5面均加保温材料板。依靠由震荡台电机提供动力的契型块在水槽内的垂直运动造波，通过调节水深、电机运动频率及传动臂调节孔位置，变换波长和波高。(《大连海事大学学报》第23卷第4期)

赵云英等人的《波浪槽模拟海况检验消油剂的乳化性能》一文，提到了一个波浪槽试验装置，波浪槽为(0.8×1.0×15)m³，实际水深为0.5m，波高大约为0.38m。造波机由计算机控制，按一定频率形成波浪并且有破碎波的产生。破碎波的频率为10s。在波浪槽水面上根据需要布上一定厚度的油膜。采用波浪槽模拟海浪的运动状况，研究波浪对消油剂清除海面溢油的作用。(《海洋环境科学》第23卷第4期)

张秀芝等人在《海上溢油风化特性及化学分散剂效果的影响因素研究》一文中，提到一个模拟原油风化的装置，由波浪槽和围油栏组成，波浪槽系露天混凝土结构，25m(长)×0.6m(宽)×1.2m(高)，槽顶端安装造波机及控制器，首尾设消能坡，其上铺碎石及竹扫帚苗，波浪槽可以模拟30cm波高的波浪。(《海洋环境科学》第16卷第3期)

杨庆霄等人在《溢油的物理性质在模拟风化过程中的变化》一文提到一个风化模拟装置，其处于一间蔽光的暗室内，风化槽中加入自来水，经恒温槽恒温的水由循环泵经进水管打入风化槽中。多余的水经回水管再流入恒温槽。回水管高度为控制风化槽水位的高度。油样品放在装满海水约5L的生物培养缸中。培养缸放在风化槽的中部。用温度计可随时观察到风化槽内的水温。电风扇和灯光分别模拟自然条件下的风和太阳光。照明用6×40w日光灯，每边三个，以保证足够的照度。(《海洋环境科学》第8卷第3期)

于顺、安伟等人发明的《一种模拟海上溢油性质变化试验装置》(CN2008102113352)涉及海洋环境模拟装置，包括底部设有水槽支架、顶部设有风罩的条状水槽，水槽与造波机连通，风罩与带风机箱的通风管道连通，水槽的四个侧壁外表面均设有空气幕围挡，集造波、生风、升降温、保温功能于一体，集成的数控系统，用于近似地模拟海上溢油的性质变化。

吴海涛、乔冰等人发明的《海上溢油风化模拟系统》(CN2009101056450)在溢油池中安装了由拨水板以及侧面推进器组成的水流模拟装置，通过控制器调节压缩空气推进气缸，带动拨水板在溢油池内做周期性的往复运动，以及推动侧面推进器有规律地从外部拍打溢油池壁，使水面产生纵向的流动和横向的波浪。

包木太、沈田田等人发明的《一种海底溢油行为归宿的实验模拟装置》(CN2014104881817)包括两个圆柱形模拟海水容器、安装于容器底部的原油、溢油分散剂锥形喷嘴，原油、溢油分散剂储罐、恒温控制循环水装置、紫外荧光照相系统，用于模拟海底溢油的行为归宿。

李昊、孙宝江等人发明的《一种模拟深水区水下溢油的装置与方法》(CN2014105595831)包括压力控制系统、混合注入系统、实验模型系统和给排水系统；可模拟不同压强、温度、喷射速度等深水环境下油气行为归宿，实现较高精度的参数测量。

安伟、钱国栋等人发明的《水下溢油模拟试验装置及其操作方法》(CN2015100436301)在试验水槽外部一侧设有试验水配制水槽，另一侧外部设有水下注油单元轨道、水下注油单元和电控柜，集试验水配制和多种变化的注油条件等功能于一体，并配有PLC控制系统，更为近似地模拟水下溢油的实际状况。

现有的一些其他的海洋环境模拟试验模型如CN200975971Y，CN2252989Y以及CN2421640Y所揭示。

上述有关海上溢油风化模拟实验的论文和专利缺乏能够缩比仿真溢油风化对水质影响的实验装置，而主要聚焦于：

1.模拟水流和波浪的试验装置；

2.对水面和海底溢油行为的物理模拟；

3.波浪对化学分散剂清油作用及效果的测试；

4.溢油的物理性质在模拟风化过程中的变化。

尽管李思源等人曾分析了利用上述《海上溢油风化模拟系统》(CN2009101056450)进行溢油风化模拟时的海水水质变化(《海上污染防治及应急技术研讨会论文集》，中国环境科学出版社，2009：261-266)，但由于缺乏对真实溢油的缩比仿真分析，其结果难以说明溢油在真实环境条件下的水质影响，无法定量预测溢油的环境风险与危害。

有关模拟海洋环境进行腐蚀试验的专利还存在下述一些不足：

1.均是室内模拟，对光照、降雨等自然条件考虑不足；

2.都是用造波机造浪，不能模拟海洋中海水的环流、湍流等；

3.未能较真实地模拟海洋环境中不同深度海水运动的变化等。

发明内容

(1)发明目的

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种缩比仿真溢油风化对水质影响的实验装置，能在缩比仿真环境中再现溢油风化(包括溢油分散)对水质的影响。本发明为科学地认识溢油及其分散后的环境归宿与危害，开展溢油环境影响评价和环境风险评估，积极有效地采取污染防备、应急处置、环境修复对策措施提供实验装置支持。

(2)技术方案

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种缩比仿真溢油风化对水质影响的实验装置，其包括溢油风化模拟装置、油品及分散剂计量添加模块、水质取样分析模块；

所述溢油风化模拟装置包括拼接式圆柱形水池框架、多契型推水板、水池圆心轴固定杆、圆柱形整体外包橡胶水池、水池顶部滑轨及配有拖带固定器的电动滑轮、电动滑轮速度频率控制器，所述溢油风化模拟装置架设在室外，所述圆柱形整体外包橡胶水池盛放具有一定表面积和水深的实验用水，实验用水为海水、河水或配水，所述多契型推水板带动水体接近于实际状况地流动及形成一定的波浪；

所述油品及分散剂计量添加模块配有第一组输送计量泵和计量添加计算模块，根据溢油风化模拟装置的水体表面积及水深、实验油品的粘度、密度及其常见油膜厚度，所述计量添加模块计算溢油风化模拟实验需要添加的油品体积和重量，并自动计量和向所述圆柱形整体外包橡胶水池添加实验油品及溢油分散剂；

所述水质取样分析模块配有第二组输送计量泵和缩比仿真效果判别模块，在溢油风化过程中按照一定的时间间隔自实验水池自动计量抽取一定体积的水样并输送至储样瓶，采用标准方法分析水样的COD、BOD₅和含油量，采用一体化多功能水质测试仪在现场测试水样的水温、盐度、pH、溶解氧、浊度和电导率，缩比仿真效果判别模块综合应用这些数据，用于评估后续适用环境的溢油水质影响；

所述圆柱形水池框架由硬质材质拼接，其底部圆心托盘带垂直向上固定杆和6～10个供平面连接杆固定的插槽，每个插槽插入1根底部平面连接杆，底部和顶部圆形框各由6～10段等长圆弧条组成，每段圆弧条的两端分别与底部或顶部四通连接器中的圆弧形连接口相连，底部四通连接器的另外两个连接口分别朝向圆心托盘和顶部，与底部平面连接杆和顶部柱面连接杆相连，顶部四通连接器的另外两个连接口分别朝向底部和顶部，与顶部柱面连接杆和顶部滑轨固定杆相连；

所述圆柱形水池框架从外部整体包裹并系固于框架上的圆柱形整体外包橡胶水池；

固定于顶部滑轨固定杆的2根半圆形顶部滑轨带有电动滑轮及其速度频率控制器；

所述多契型推水板的中心套于所述水池圆心轴固定杆上，两端与所述电动滑轮的拖带固定器相连，随着电动滑轮在顶部滑轨上间歇式往复滑动，在实验水池内推动多契型推水板以一定的垂直递减的速度做正向或反向圆周运动并推动水体做相应的运动。

该缩比仿真溢油风化对水质影响的实验装置组成示意图，见图1所示。

(3)优点和功效

本发明针对溢油量、水面油膜、水深、水流及波浪、水质、自然光照等风化条件、溢油风化及分散的水质浓度变化等影响因素，集成创建了缩比仿真溢油风化对水质影响的实验装置，包括：溢油风化模拟装置、油品及分散剂计量添加模块、水质取样分析模块，用于在缩比仿真环境中再现溢油风化(包括溢油分散)对水质的影响，该装置弥补了难以利用溢油风化实验结果准确反映溢油风化对真实环境水质影响的缺憾，填补了溢油风化对水质影响的缩比仿真实验装置空白，有利于科学地认识溢油及其分散后的环境归宿与危害，开展溢油环境影响评价和环境风险评估，积极有效地采取污染防备、应急处置、环境修复对策措施提供实验装置支持。

附图说明

图1：缩比仿真溢油风化对水质影响的实验装置组成示意图；

图中序号说明如下：

1：拼接式圆柱形水池框架	2：多契型推水板	3：水池圆心轴固定杆
			4：圆柱形整体外包橡胶水池	5：水池顶部滑轨及电动滑轮	6：电动滑轮速度频率控制器
7：油品计量添加输送计量泵	8：水质取样分析输送计量泵	9：水质检测传感器及显示器

具体实施方式

本发明是一种缩比仿真溢油风化对水质影响的实验装置。包括：溢油风化模拟装置、油品及分散剂计量添加模块、水质取样分析模块，它们相互之间的关系是：油品及分散剂计量添加模块根据油品特性及油膜厚度特性、被溢油分散剂分散特性，向溢油风化模拟装置计量添加适宜的油品以及需要时添加溢油分散剂，水质取样分析模块定时探测溢油风化模拟装置内的实验水体水质指标或定量取样分析相关指标，应用缩比仿真效果判别模块判定缩比仿真效果，供改进和优化缩比仿真实验条件参考，为科学地认识溢油及其分散后的环境归宿与危害，开展溢油环境影响评价和环境风险评估，积极有效地采取污染防备、应急处置、环境修复对策措施提供实验装置支持。

溢油风化模拟装置包括拼接式圆柱形水池框架、多契型推水板、水池圆心轴固定杆、圆柱形整体外包橡胶水池、水池顶部滑轨及配有拖带固定器的电动滑轮、电动滑轮速度频率控制器，溢油风化模拟装置架设在室外，圆柱形整体外包橡胶水池盛放具有一定表面积和水深的实验用水，实验用水为海水、河水或配水，多契型推水板带动水体接近于实际状况地流动及形成一定的波浪；

油品及分散剂计量添加模块配有第一组输送计量泵和计量添加计算模块，根据溢油风化模拟装置的水体表面积及水深、实验油品的粘度、密度及其常见油膜厚度，计量添加模块计算溢油风化模拟实验需要添加的油品体积和重量，并自动计量和向圆柱形整体外包橡胶水池添加实验油品及溢油分散剂；

水质取样分析模块配有第二组输送计量泵和缩比仿真效果判别模块，在溢油风化过程中按照一定的时间间隔自实验水池自动计量抽取一定体积的水样并输送至储样瓶，采用标准方法分析水样的COD、BOD₅和含油量，采用一体化多功能水质测试仪在现场测试水样的水温、盐度、pH、溶解氧、浊度和电导率，缩比仿真效果判别模块综合应用这些数据，用于评估后续适用环境的溢油水质影响；

圆柱形水池框架由硬质材质拼接，其底部圆心托盘带垂直向上固定杆和6～10个供平面连接杆固定的插槽，每个插槽插入1根底部平面连接杆，底部和顶部圆形框各由6～10段等长圆弧条组成，每段圆弧条的两端分别与底部或顶部四通连接器中的圆弧形连接口相连，底部四通连接器的另外两个连接口分别朝向圆心托盘和顶部，与底部平面连接杆和顶部柱面连接杆相连，顶部四通连接器的另外两个连接口分别朝向底部和顶部，与顶部柱面连接杆和顶部滑轨固定杆相连；

圆柱形水池框架从外部整体包裹并系固于框架上的圆柱形整体外包橡胶水池；固定于水池顶部滑轨固定杆的2根半圆形顶部滑轨带有电动滑轮及其速度频率控制器；

多契型推水板的中心套于水池圆心轴固定杆上，两端与电动滑轮的拖带固定器相连，随着电动滑轮在水池顶部滑轨上间歇式往复滑动，在实验水池内推动多契型推水板以一定的垂直递减的速度做正向或反向圆周运动并推动水体做相应的运动。

Claims (1)

1.一种缩比仿真溢油风化对水质影响的实验装置，其特征在于包括溢油风化模拟装置、油品及分散剂计量添加模块、水质取样分析模块；

所述溢油风化模拟装置包括拼接式圆柱形水池框架、多契型推水板、水池圆心轴固定杆、圆柱形整体外包橡胶水池、水池顶部滑轨及配有拖带固定器的电动滑轮、电动滑轮速度频率控制器，所述溢油风化模拟装置架设在室外，所述圆柱形整体外包橡胶水池盛放具有一定表面积和水深的实验用水，实验用水为海水、河水或配水，所述多契型推水板带动水体接近于实际状况地流动及形成一定的波浪；

所述油品及分散剂计量添加模块配有第一组输送计量泵和计量添加计算模块，根据溢油风化模拟装置的水体表面积及水深、实验油品的粘度、密度及其常见油膜厚度，所述计量添加模块计算溢油风化模拟实验需要添加的油品体积和重量，并自动计量和向所述圆柱形整体外包橡胶水池添加实验油品及溢油分散剂；

所述水质取样分析模块配有第二组输送计量泵和缩比仿真效果判别模块，在溢油风化过程中按照一定的时间间隔自实验水池自动计量抽取一定体积的水样并输送至储样瓶，采用标准方法分析水样的COD、BOD₅和含油量，采用一体化多功能水质测试仪在现场测试水样的水温、盐度、pH、溶解氧、浊度和电导率，缩比仿真效果判别模块综合应用这些数据，用于评估后续适用环境的溢油水质影响；

所述圆柱形水池框架由硬质材质拼接，其底部圆心托盘带垂直向上固定杆和6～10个供平面连接杆固定的插槽，每个插槽插入1根底部平面连接杆，底部和顶部圆形框各由6～10段等长圆弧条组成，每段圆弧条的两端分别与底部或顶部四通连接器中的圆弧形连接口相连，底部四通连接器的另外两个连接口分别朝向圆心托盘和顶部，与底部平面连接杆和顶部柱面连接杆相连，顶部四通连接器的另外两个连接口分别朝向底部和顶部，与顶部柱面连接杆和顶部滑轨固定杆相连；

所述圆柱形水池框架从外部整体包裹并系固于框架上的圆柱形整体外包橡胶水池；

固定于顶部滑轨固定杆的2根半圆形顶部滑轨带有电动滑轮及其速度频率控制器；

所述多契型推水板的中心套于所述水池圆心轴固定杆上，两端与所述电动滑轮的拖带固定器相连，随着电动滑轮在顶部滑轨上间歇式往复滑动，在实验水池内推动多契型推水板以一定的垂直递减的速度做正向或反向圆周运动并推动水体做相应的运动。