CN216377642U - 反硝化试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种反硝化试验装置，包括进水系统、反硝化系统、测压系统和气液分离系统；进水系统包括储液罐，反硝化系统包括反硝化柱，反硝化柱的底部与储液罐连接；反硝化柱内由下至上依次设有第一碎石层、碳源材料层和第二碎石层，所述反硝化柱的柱体上设有取样孔和测压孔；测压系统包括设有透明管测压板，每个透明管对应一个测压孔，且测压孔与透明管的底部连接；所述气水分离系统包括气液分离器，所述气液分离器设有进水管和出水管，所述进水管与反硝化柱的顶部连接通过出水管将反硝化后的液体排出。本实用新型的装置可通过测定液位差获得渗透系数，且可以采集气体，从而为解析动水条件下的生物反硝化规律奠定基础。

Description

反硝化试验装置

技术领域

本实用新型涉及地下水硝酸盐污染防治技术领域，具体而言涉及一种反硝化试验装置。

背景技术

地下水硝酸盐污染是我国当前重大的环境地质问题之一。为此，针对硝酸盐污染防治的研究日益受到重视。其中，室内动水柱试验可以模拟地下水的渗流，是研究硝酸盐污染防治中必不可少的环节。

目前，对于模拟地下水流环境的室内动水柱试验装置，大都采用了简单的柱体试验装置，缺少必要的渗透系数测定和气体采集部分，因此，无法解析在反硝化过程中因气体和生物堵塞而导致碳源材料层透水性能变化的规律，以及在木质碳源条件下生物反硝化规律，从而不利于对生物反硝化的进一步的研究。

实用新型内容

本实用新型目的在于针对现有技术的不足，提供一种反硝化试验装置，该装置可通过测定流量和对应流量下的液位差获得渗透系数，且可以采集反硝化过程中产生的气体，从而为解析动水条件下的生物反硝化规律奠定基础。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种反硝化试验装置，包括进水系统、反硝化系统、测压系统和气液分离系统；

所述进水系统包括储液罐，所述储液罐与反硝化系统连接；

所述反硝化系统包括反硝化柱，所述反硝化柱的底部与储液罐连接并形成第一通路，所述第一通路上设有泵，通过所述泵将液体输送至反硝化柱内；

所述反硝化柱内由下至上依次设有第一碎石层、碳源材料层和第二碎石层，所述反硝化柱的柱体上设有取样孔和测压孔，所述测压孔包括第一测压孔和第二测压孔，所述第一测压孔位于第一碎石层对应的反硝化柱的柱体上，所述第二测压孔位于第二碎石层对应的反硝化柱的柱体上；

所述测压系统包括测压板，所述测压板上设有一组透明管，每个透明管对应一个测压孔，且测压孔与透明管的底部连接形成第二通路；

所述气液分离系统包括气液分离器，所述气液分离器设有进水管和出水管，所述进水管与反硝化柱的顶部连接并形成第三通路，通过所述第三通路将反硝化柱内的液体输送至气液分离器内，通过所述出水管将反硝化后的液体排出。

优选的，所述第一碎石层和第二碎石层的厚度皆为5cm。

优选的，所述反硝化柱的尺寸为

优选的，所述测压孔和取样孔的尺寸相同，皆为

优选的，所述取样孔与测压孔的数量相等，且取样孔与测压孔的位于同一条水平线上。

优选的，所述测压孔还包括第三测压孔，所述第三测压孔位于碳源材料层对应的反硝化柱的柱体上。

优选的，所述透明管的尺寸为

优选的，所述泵为蠕动泵，所述蠕动泵与储液罐之间设有阀门。

优选的，所述气液分离器为带有密封胶塞的玻璃瓶，所述进水管的一端与反硝化柱的顶部连接并形成第三通路，进水管的另一端穿过密封胶塞，并位于瓶口处；所述出水管的一端与液体收集容器连接，出水管的另一端穿过密封胶塞出水管的另一端穿过密封胶塞伸入玻璃瓶内，且伸入长度比进水管另一端的伸入长度长。

优选的，所述进水管和出水管的尺寸皆为

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型设有测压系统，通过测定柱体的流量，以及对应流量下透明管之间形成的液位值差，得到获取渗透系数所需的参数，之后得到整个或分层碳源材料的渗透系数，从而通过渗透系数变化分析反硝化过程中，由于气体和生物堵塞导致的碳源材料层透水性能变化的规律，为解决实际应用时碳源材料层堵塞问题奠定基础。

2、本实用新型设有的气液分离系统，可定期采集瓶内的气体样品，用于测定气体组分和浓度，这些气体组分的测定不仅有助于深入解析在木质碳源条件下的生物反硝化规律，同时有利于控制反硝化过程中副反应问题，如温室气体(二氧化碳、氧化亚氮和甲烷)的释放。

附图说明

图1是本实用新型的反硝化试验装置的结构示意图。

图2是本实用新型的反硝化试验装置的集成式结构示意图。

图3是本实用新型的反硝化试验装置的集成式结构示意图。

附图标记说明：1、进水系统；11、储液罐；2、反硝化系统；21、反硝化柱；211、取样孔；212、测压孔；2121、第一测压孔；2122、第二测压孔；2123、第三测压孔；3、测压系统；31、测压板；311、透明管；4、气液分离系统；41、气液分离器；411、进水管；412、出水管；5、泵；6底框架；61、支架；611、托台。

具体实施方式

为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本实用新型的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本实用新型的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施。

结合图1-3，本实用新型提供了一种反硝化试验装置，该装置设有测压系统和气液分离系统，通过测压装置测定获取渗透系数所需的参数，通过渗透系数解析在反硝化过程中因气体和生物堵塞而导致碳源材料层透水性能变化的规律，同时可通过气液分离系统采集在反硝化过程中产生的气体，从而可深入解析在木质碳源条件下生物反硝化规律。

在具体的实施例中，如图1所示，提供一种反硝化试验装置，包括进水系统1、反硝化系统2、测压系统3和气液分离系统4。

所述进水系统1包括储液罐11，所述储液罐11与反硝化系统2连接。

所述反硝化系统2包括反硝化柱21，所述反硝化柱21的底部与储液罐11连接并形成第一通路，所述第一通路上设有泵5，通过所述泵5将液体输送至反硝化柱内。

所述反硝化柱21内由下至上依次设有第一碎石层、碳源材料层和第二碎石层，所述反硝化柱的柱体上设有取样孔211和测压孔212，所述测压孔包括第一测压孔2121和第二测压孔 2122，所述第一测压孔位于第一碎石层对应的反硝化柱的柱体上，所述第二测压孔位于第二碎石层对应的反硝化柱的柱体上。

所述测压系统3包括测压板31，所述测压板上设有一组透明管311，每个透明管311对应一个测压孔212，且测压孔212与透明管311的底部连接形成第二通路。

测压孔位于反硝化柱的不同位置，每个部位的压力不相同，所以，每个测压孔连接的透明管内，从反硝化柱内流入的液体也是不相同的，从而每个透明管内的液位值存在差值。

所述气液分离系统4包括气液分离器41，所述气液分离器41设有进水管411和出水管 412，所述进水管411与反硝化柱的顶部连接并形成第三通路，通过所述第三通路将反硝化柱内的液体输送至气液分离器内，通过所述出水管412将反硝化后的液体排出。

在优选的实施例中，所述第一碎石层和第二碎石层的厚度皆为5cm，且第一碎石层和碳源材料层之间设有筛网，第二碎石层和碳源材料层之间设有筛网。

在优选的实施例中，所述反硝化柱的尺寸为

应当理解为，由下至上依次设置的第一碎石层、碳源材料层和第二碎石层填满反硝化柱，第一碎石层和第二碎石层的厚度优选为5cm即可满足需求，由此，根据反硝化柱的柱体长度的变化，碳源材料层的厚度为柱体长度与第一碎石层和第二碎石层的差值。

在更为优选的实施例中，反硝化柱采用有机玻璃管制作。

在优选的实施例中，所述测压孔212和取样孔211的尺寸相同，皆为

应当理解为，测压孔和取样孔的尺寸包括但不限于此，可以根据实际情况选择。

在优选的实施例中，所述取样孔211与测压孔212的数量相等，且取样孔与测压孔的位于同一条水平线上。应当理解为，取样孔与测压孔的数量和位置包括但不限于此，取样孔的数量至少为两个，且分别位于对应第一碎石层和第二碎石层的反硝化柱的柱体上，如此，可以了解底部和顶部液体的反应情况，有助于分析生物反硝化规律。

在优选的实施例中，所述测压孔还包括第三测压孔2123，所述第三测压孔位于碳源材料层对应的反硝化柱的柱体上。应当理解为，还可以根据需要设置更多的测压孔。

在优选的实施例中，所述透明管311的尺寸为

在实际使用过程中，透明管的尺寸可根据实际情况选择。

在另一个优选的实施例中，透明管311采用带刻度的有机玻璃管，从而可以更容易读取水位值；测压板31采用PP板制作。

在优选的实施例中，所述泵5为蠕动泵，所述蠕动泵与储液罐之间设有阀门，便于控制液体的输送。

在另一个优选的实施例中，蠕动泵采用多通道式，即一台泵可同时至少向2个反硝化柱供水。

在优选的实施例中，所述气液分离器41为带有密封胶塞的玻璃瓶，所述进水管的一端与反硝化柱的顶部连接并形成第三通路，进水管的另一端穿过密封胶塞，并位于瓶口处；所述出水管的一端与液体收集容器连接，出水管的另一端穿过密封胶塞伸入玻璃瓶内，且伸入长度比进水管另一端的伸入长度长。

由此，在液体进入玻璃瓶后，气体在液体的上部积累，当积累到一定压力后，玻璃瓶由于密封存在内外压差，部分气体随液体被挤出，通过出水管排出；而对气体的分析，只需用注射器针头刺入胶塞，直接抽取上部气体进行分析即可。

在更为优选的实施例中，所述进水管和出水管的尺寸皆为

在实际使用过程中，进水管和出水管的尺寸可根据实际情况选择。

在更为优选的实施例中，均可采用软管连接，以形成第一、第二和第三通路，也可以根据实际情况选择其他的连接方式。

在其他优选的实施例中，如图2、图3所示，反硝化试验装置设有底框架6，所述底框架上设有支架61，所述支架上设有托台611，反硝化柱21排列在托台611上，反硝化柱21的数量可根据实际情况设置。

测压板31设于支架61上，且测压板与反硝化柱数量相对应。

气液分离器41设于反硝化柱的顶部，且气液分离器与反硝化柱数量相对应。

泵5设于底框架6上，泵的数量可根据实际情况设置。

通过上述集成式设计，装置的空间布置结构较为紧凑，明显减少了试验装置的占地面积，也便于移动，同时极大地减少了连接软管、管件等材料的用量，降低了成本。

本实用新型的反硝化试验装置的具体使用过程如下：

反硝柱的装填：选用尺寸为

的反硝化柱21，反硝化柱由下至上依次为5cm碎石层、40cm碎木层和5cm碎石层，碎石层和碎木层交界处设有40目的不锈钢筛网。

其中，碎木层按照等容重为0.2g/mL进行分层装填，根据容重计算每层柱体装填的碎木质量，称取碎木装入柱体后进行反复锤击压实，直至厚度为5cm。

反硝化柱的接种：采集当地菜地表层0-10cm的土样，捡除草根、碎石等杂质颗粒后密封冷藏。

将上述土样按照0.1kg/L的浓度配制成溶液，充分混合搅拌后静置沉降12h，取用上层清液，再加入100mg/L的硝态氮作为接种液。

接种液灌入反硝化柱21，直至浸没整个碎木层，静置48h后从底部放空。

测压板的校准：在对反硝化柱21进行完全饱水后，抽取测压板31上透明管311及软管内的气体，直至被水完全充满。

通过上述步骤，要达到在静水条件下玻璃管顶部的液面高度齐平。

装置的运行：根据试验设计在储液罐11配制好溶液，由蠕动泵输入反硝化柱底部，从反硝化柱顶部流出后进入气液分离器，经气液分离后最终出水。

其中，蠕动泵的流量设计为0.5mL/min，需要定期检验和校准，收集和测定一段时间内出水流量。

最后，按照定期从各取样口采集水样用于分析相关指标，从气液分离器采集气体样品用于分析气体组成和浓度，并根据透明管内的液位值计算出液位差值。

根据液位差值和蠕动泵的流量，采用达西定律计算出渗透系数。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种反硝化试验装置，其特征在于，包括进水系统、反硝化系统、测压系统和气液分离系统；

所述进水系统包括储液罐，所述储液罐与反硝化系统连接；

所述反硝化系统包括反硝化柱，所述反硝化柱的底部与储液罐连接并形成第一通路，所述第一通路上设有泵，通过所述泵将液体输送至反硝化柱内；

所述反硝化柱内由下至上依次设有第一碎石层、碳源材料层和第二碎石层，所述反硝化柱的柱体上设有取样孔和测压孔，所述测压孔包括第一测压孔和第二测压孔，所述第一测压孔位于第一碎石层对应的反硝化柱的柱体上，所述第二测压孔位于第二碎石层对应的反硝化柱的柱体上；

所述测压系统包括测压板，所述测压板上设有一组透明管，每个透明管对应一个测压孔，且测压孔与透明管的底部连接形成第二通路；

所述气液分离系统包括气液分离器，所述气液分离器设有进水管和出水管，所述进水管与反硝化柱的顶部连接并形成第三通路，通过所述第三通路将反硝化柱内的液体输送至气液分离器内，通过所述出水管将反硝化后的液体排出。

2.根据权利要求1所述的反硝化试验装置，其特征在于，所述第一碎石层和第二碎石层的厚度皆为5cm。

3.根据权利要求1所述的反硝化试验装置，其特征在于，所述反硝化柱的尺寸为

4.根据权利要求1所述的反硝化试验装置，其特征在于，所述测压孔和取样孔的尺寸相同，皆为

5.根据权利要求1或4所述的反硝化试验装置，其特征在于，所述取样孔与测压孔的数量相等，且取样孔与测压孔的位于同一条水平线上。

6.根据权利要求1所述的反硝化试验装置，其特征在于，所述测压孔还包括第三测压孔，所述第三测压孔位于碳源材料层对应的反硝化柱体上。

7.根据权利要求1所述的反硝化试验装置，其特征在于，所述透明管的尺寸为

8.根据权利要求1所述的反硝化试验装置，其特征在于，所述泵为蠕动泵，所述蠕动泵与储液罐之间设有阀门。

9.根据权利要求1所述的反硝化试验装置，其特征在于，所述气液分离器为带有密封胶塞的玻璃瓶，所述进水管的一端与反硝化柱的顶部连接并形成第三通路，进水管的另一端穿过密封胶塞，并位于瓶口处；所述出水管的一端与液体收集容器连接，出水管的另一端穿过密封胶塞出水管的另一端穿过密封胶塞伸入玻璃瓶内。

10.根据权利要求1或8所述的反硝化试验装置，其特征在于，所述进水管和出水管的尺寸皆为

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