CN108447376A - 一种评估纳米粒子在地下环境中运移和归趋的模拟实验装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种评估纳米粒子在地下环境中运移和归趋的模拟实验装置和方法，包括供水装置、反应器、注射装置、取样装置和蓄水装置，所述反应器为一个带有上盖的槽体，槽体内通过两个垂直隔网将槽体内空间分隔为入水池、模拟含水层和出水池；所述供水装置与入水池相连，所述蓄水装置与出水池相连，槽体内模拟含水层区域的上游设有注射井，槽体内设置有监测井，上盖上与注射井对应的位置设有注射孔，与监测井对应的位置设有取样孔，所述注射装置与注射孔连接，所述取样装置与取样孔连接。该装置设计灵活、操作简单、实用性强、成本低。

Description

一种评估纳米粒子在地下环境中运移和归趋的模拟实验装置 和方法

技术领域

本发明属于土壤和地下水修复治理技术领域，具体涉及一种评估纳米粒子在地下环境中运移和归趋的模拟实验装置和方法。

背景技术

地下水是人类生产、生活的重要水源之一。然而由于工农业生产和废弃物排放等的影响，我国地下水污染问题日益突出。2016年1月水利部发布的地下水动态月报表明水质评价结果总体较差，超8成的地下水受到污染，部分地区存在一定程度的重金属和有毒有机物污染。这些污染地下水若得不到及时治理，饮用水和食品安全隐患等诸多问题将接踵而至，并对人体健康和生态环境造成了极大威胁，因此亟需发展适宜有效的地下水污染治理修复技术。

污染地下水修复技术包括异位修复技术(主要是抽出-处理技术)和原位修复技术(原位注射、可渗透反应墙等)。抽出-处理是将污染地下水抽出/泵出后在地表进行处理，达标后再进行回灌。该过程所需成本高、能源消耗大、浪费地下水资源、不可持续，已越来越多地为国内外学者和欧美发达国家的工程师们所抛弃。原位修复技术可对地下水中的污染物进行就地处理，经济效益性好、便于管理。其中原位注射技术是向地下水污染区域直接注入化学或生物药剂，通过强化地下水中有机污染物的化学或生物降解过程以加快其去除，具有较高的去除效率以及施工简便、费用低、对环境扰动小和污染物暴露少等优点。纳米材料由于具有比表面积大、表面活性强、反应快速有效等优势，成为地下水修复的研究热点，如有众多研究利用原位注射纳米零价铁修复氯代烃等有机物污染地下水，课题组已发表文章也表明，纳米材料如纳米氧化镁及其改性材料、纳米氧化铝及其改性材料能够对地下水中的重金属进行十分有效地吸附去除。

然而当纳米材料通过原位注射技术应用于实际地下水修复时，纳米粒子的迁移性能将对污染物的修复效果产生重要影响，因此纳米粒子在地下含水层中的迁移和归趋是亟待探究的热点和难点问题。开展纳米粒子在地下环境中的运移和归趋研究，不仅为纳米材料修复实际污染地下水的效果预测提供依据，对于探究纳米粒子对环境和人体健康的影响也具有重要意义。

由于地下环境的复杂性和隐蔽性，纳米粒子在地下含水层中的运移和归趋难以预测，此外，由于纳米粒子与可溶的化学药剂不同，其在地下水中的迁移性能是影响污染物修复效果的重要因素之一，因此，有必要研制一种操作简单、实用性强、设计灵活的能够模拟纳米材料在地下环境中运移和归趋及其对污染地下水原位修复过程的模拟装置，通过室内模拟实验深入研究原位注射技术在不同含水层类型和流水场条件下，纳米粒子的迁移距离(影响半径)、注射用量、使用寿命及其对污染物的修复效果，为污染地下水原位修复技术的开发提供可靠的理论依据和基础参数，并为原位注射技术的实际应用提供参数支持。

发明内容

解决的技术问题：本发明的目的在于针对现有研究的不足，提供一种评估纳米粒子在地下环境中运移和归趋的模拟实验装置和方法，并对原位注射纳米材料修复污染地下水的整个过程进行模拟。通过填充不同类型的介质以模拟不同类型的地下饱和均质含水层，调整流水场等条件，采用边搅拌边注射的方式将纳米悬液注入地下水中，然后分析纳米粒子产生的离子和目标污染物在不同时间、空间的分布与转化，适用于研究纳米粒子在饱和均质含水层中的运移和归趋，以及模拟原位注射技术对污染物的修复效果。

技术方案：一种评估纳米粒子在地下环境中运移和归趋的模拟实验装置，包括供水装置、反应器、注射装置、取样装置和蓄水装置，所述反应器为一个带有上盖的槽体，槽体内通过两个垂直隔网将槽体内空间分隔为入水池、模拟含水层和出水池；所述供水装置与入水池相连，所述蓄水装置与出水池相连，槽体内模拟含水层区域的上游设有注射井，槽体内设置有监测井，上盖上与注射井对应的位置设有注射孔，与监测井对应的位置设有取样孔，所述注射装置与注射孔连接，所述取样装置与取样孔连接。

上述供水装置包括管道顺序相连的储液瓶、流量计和蠕动泵a，供水装置再通过管道与入水池相连，所述管道上设有取样阀a。

上述蓄水装置包括水位调节槽和废液收集瓶，出水池通过管道与水位调节槽连接，管道上设有阀门和取样阀b，水位调节槽设有用于固定水位的出水口。

上述注射井和监测井为带有条形筛缝的不锈钢筛管，筛缝小于填充介质粒径，筛管壁厚0.8mm，注射井内径为1.5cm，监测井内径为1cm；注射井和监测井通过防水硅酮密封胶将井底与槽体底部竖直粘结。

上述隔网由有机玻璃板边框和不锈钢丝网构成，不锈钢丝网通过防水硅酮密封胶粘结固定在有机玻璃板边框上，所述入水池和出水池分别与模拟含水层交界的位置上设有凹槽，有机玻璃板边框插于凹槽中；入水池和出水池中填充粒径为1.5～4cm的鹅卵石。

上述上盖为厚5mm的有机玻璃板，其上设有孔径为4.8mm的注射孔和孔径为1mm的取样孔，注射孔和取样孔的位置和数量分别与注射井和监测井相对应；注射孔连接注射装置后用于注射纳米粒子，取样孔处设置取样装置，所述取样装置为带有鲁尔接口0.5mm外径的5号取样针，取样针针头由上盖处的取样孔竖直***模拟含水层，利用硅橡胶将取样针固定在上盖上，另一端与带有鲁尔接口的止通阀连接，止通阀的外接口连接一次性注射器。

上述注射装置包括电动搅拌器、烧杯和蠕动泵b；注射时，将纳米粒子置于烧杯中加去离子水不停搅拌，防止材料沉淀，并通过蠕动泵将4.8mm外径的泵管一端置于烧杯中纳米粒子悬液下方，另一端与4.8mm的注射孔连接。

上述装置评估纳米粒子在地下环境中运移和归趋的模拟实验的方法，实验步骤如下：(1)反应器清洗和检漏：对槽体及各配件进行清洗，先使用肥皂水进行擦洗，去离子水冲去泡沫；用10％硝酸溶液润洗，并用去离子水洗去表面残留酸；最后用去离子水冲洗3遍；将注射井、监测井和取样针等全部固定好，并将所述模拟实验装置连接好，使槽体充满水静止12h进行检漏；(2)介质填充：采用湿法填充的方式，具体步骤为：往槽体内注入5cm水头，用烧杯撒入1～2cm洁净的填充介质，所述介质为石英砂，用木杵将已填充的部分压实，再注水、填充石英砂至反应器顶部，使填充后的反应器在饱和的状态下静置24h，然后将顶部空出的部分再填满石英砂，最后盖上上盖并进行密封；(3)泵入去离子水：经由蠕动泵将去离子水从供水装置泵入反应器中，对***进行清洗；通过蠕动泵、入水池、出水池水位高度、蓄水装置的出水口高度控制模拟含水层的水力参数；根据填充介质的渗透系数、模拟含水层的水力梯度和反应器截面积，通过达西定律计算确定蠕动泵的设定流速；根据设定的模拟含水层水力梯度，通过调节水位调节槽的出水口高度，使入水池、出水池水位和水头稳定；使***稳定运行48～96h；(4)泵入污染地下水：***稳定运行后，泵入污染地下水，该过程持续时间≥96h，使污染物在反应器中均匀分布；(5)注射纳米粒子：连续泵入污染地下水后，取样分析污染物初始浓度，当各监测点污染物浓度分布均匀且与供水装置中污染物的初始浓度一致时，通过注射装置经由上盖的注射孔注入能够有效修复该污染物的纳米粒子作为修复药剂，通过检测不同监测点污染物残余浓度、纳米粒子产生的离子浓度方式进行定量分析，或通过目视观察方式定性分析纳米粒子的分布规律，以评估纳米粒子在地下环境中的运移和归趋并模拟基于原位注射纳米粒子对污染地下水的修复过程；其中：

1)注射速率：纳米粒子的注射速率应小于含水层地下水流速，以保持含水层内流速均匀；

2)注射量和注射浓度：根据纳米粒子修复污染物的批量实验研究结果，得到去除的污染物的量与纳米粒子质量的比值，再根据本模拟实验的污染地下水体积和污染物总量，计算得出模拟实验所需纳米粒子的注射量，注射体积的计算方式如下：

V＝π×r²×h×θ

式中：V为纳米粒子注射体积，单位mL；π为圆周率，无量纲常数；r为注射井的设计影响半径，单位cm；h为反应器高度，单位cm；θ为含水层移动孔隙度，无量纲，由注射量和注射体积进而确定一定体积和浓度的污染地下水所需纳米材料的注射浓度；

3)***运行期间维持进、出水流速稳定、水头稳定，每隔2～12h用一次性注射器采取监测井中水样，测定纳米粒子产生的离子浓度和污染物浓度，获得含水层中纳米粒子在空间和时间上的迁移规律，及其对污染物的修复效率；

(6)地下水取样体积和速率：根据纳米粒子和污染物分析方法与地下水流速大小设置取样体积和取样速率：为降低取样对含水层流场的影响，取样体积应在满足浓度分析的基础上尽量小；取样速率应该足够低，不超过含水层水流速度的5％。

有益效果：(1)本发明装置可根据实际污染场地的水文地质情况(包括含水层渗透系数、地下水流速、水力梯度等)，设置室内实验参数，准确模拟纳米粒子在地下环境中的运移及其对污染地下水修复的动态过程。(2)本模拟装置将注射井和监测井固定在反应器槽体底部，使得井的定位更加准确，避免了含水层填充过程对其造成移动。(3)针对纳米悬液的特点，本模拟装置中的注射装置设有搅拌器和蠕动泵等，既可防止材料沉淀，又能够使纳米粒子以一定速率连续注射进模拟含水层，增强了实验过程的可控性。(4)通过注射不同的纳米粒子(如纳米氧化镁及其改性材料、纳米氧化铝及其改性材料等)，更加科学地呈现出纳米材料在地下水含水层中的水力传导性对污染物修复效果的影响。(5)本发明的取样方法更加科学，通过控制取样频率、样品量和速率，实验过程尽可能地减少了取样对含水层流水场的人为影响。(6)本发明装置设计灵活、操作简单、实用性强，能够很大程度上降低污染地下水原位修复的室内模拟成本，提高模拟研究的工作效率。(7)本发明不只局限于模拟某种纳米粒子在地下环境中的运移和归趋，也适用于基于原位注射纳米粒子对任何有机/无机污染地下水的修复模拟，具有广泛地应用价值。

附图说明

图1为本发明模拟装置的结构示意图；

图2为反应器俯视图；

图3为纳米氧化镁注射后监测井A7、B7、AB3和AB4中镉浓度随时间的变化图；

图4纳米氧化镁注射后监测井A9、B9、A10和B10中镉浓度随时间的变化图；

图5不同监测井B7、B8、B9和B10中未改性和改性纳米氧化镁产生的镁离子浓度随时间的变化图；

图6反应器中纳米粒子的迁移情况目视观察图(图中黑色部分为改性纳米氧化镁)。

储液瓶1、流量计2、蠕动泵a 3、取样阀a 4、反应器5、入水池6、出水池7、隔网8、注射井9、监测井10、上盖11、注射孔12、取样孔13、阀门14、取样阀b 15、水位调节槽16、废液收集瓶17、电动搅拌器18、烧杯19、蠕动泵b 20。

具体实施方式

下面的实施例可使本专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1

如图1～2所示，本发明的一种评估纳米粒子在地下环境中运移和归趋的模拟实验装置，主要包括供水装置、反应器5、注射装置、取样装置和蓄水装置，其中供水装置包括管道顺序相连的储液瓶1、流量计2和蠕动泵a 3，供水装置再通过管道与入水池6相连，所述管道上设有取样阀a 4；蠕动泵用于调节反应器进水流量，可选用多泵头蠕动泵***，可同时供应注射装置和几个平行的模拟实验装置，流量范围为0.21～21mL/min(本实施例选用美国Cole-Parmer仪器公司Masterflex L/S型蠕动泵***)。流量计用于监测进水流量是否与蠕动泵设置流量一致。

反应器为一个带有上盖11的方形有机玻璃槽体，有机玻璃板厚度为1cm，反应器尺寸为60cm×50cm×11cm，槽体内通过两个垂直隔网8将槽体内空间分隔为入水池6、模拟含水层和出水池7；模拟含水层尺寸为50cm×50cm×11cm，入水池和出水池尺寸均为5cm×5cm×11cm。所述供水装置与入水池相连，所述蓄水装置与出水池相连，槽体内模拟含水层区域的上游设有注射井9，槽体内设置有监测井10，上盖上与注射井对应的位置设有注射孔12，与监测井对应的位置设有取样孔13，所述注射装置与注射孔连接，所述取样装置与取样孔连接；

所述注射井和监测井为带有条形筛缝的不锈钢筛管，筛缝小于0.106mm，筛管壁厚0.8mm，注射井内径为1.5cm，高11cm，监测井内径为1cm，高11cm。注射井和监测井利用防水硅酮密封胶将井底与槽体底部竖直粘结牢固。

入水池和出水池分别与模拟含水层交界的位置上设有凹槽，上述隔网由厚5mm的有机玻璃板边框和150目不锈钢丝网(0.106mm)构成，不锈钢丝网通过防水硅酮密封胶粘结固定在有机玻璃板边框上，再将其***反应器内入水池/出水池与含水层交界位置设置的凹槽中。入水池和出水池中填充粒径为1.5～4cm的鹅卵石，防止模拟含水层区域填充后隔网装置一侧受挤压变形。

上盖为厚5mm的有机玻璃板，其上设有孔径为4.8mm的注射孔和孔径为1mm的取样孔，注射孔和取样孔的位置和数量分别与注射井和监测井相对应；注射孔连接注射装置用于注射纳米粒子作为修复药剂，取样孔处设置取样装置；所述取样装置为带有鲁尔接口0.5mm外径的5号取样针，取样针针头由上盖处的取样孔竖直***含水层，利用硅橡胶将取样针固定在上盖上，另一端与带有鲁尔接口的止通阀连接，止通阀的外接口连接一次性注射器。

注射装置包括电动搅拌器18、烧杯19和蠕动泵b 20；注射时，将纳米粒子置于烧杯中加去离子水不停搅拌，防止纳米粒子沉淀，并通过蠕动泵将4.8mm外径的泵管一端置于烧杯中纳米粒子悬液下方，一端与4.8mm的注射孔连接；将一定量的纳米粒子以一定速率连续注射进模拟含水层。

蓄水装置包括方形水位调节槽16和废液收集瓶17，出水池通过管道与方形水位调节槽连接，管道上设有阀门14和取样阀b 15，水位调节槽设有用于固定水位的出水口。

实施例2

一种利用实施例1所述的模拟实验装置，进行的纳米氧化镁在地下环境中运移和归趋及其原位注射修复镉污染地下水的模拟实验方法如下：

在模拟含水层区域设置2口注射井，井间距为20cm。设8列共30口监测井，其中2列监测井在注射井上游，1列与注射井齐平，其余5列在注射井下游，具体分布和编号如图2所示。

实验过程中，打开反应器上盖，将细砂作为含水层，采用湿法填充方式装入反应器中的模拟含水层区域，具体步骤为：先往槽体内注入5cm水头，用烧杯撒入1～2cm洁净的细砂，用木杵将已填充的部分压实，再注水、填充细砂，反复几次直至填充至反应器顶部，然后使填充后的反应器在饱和的状态下静置24h，然后将顶部空出的部分再填满细砂，最后盖上上盖并进行密封。

***密封后，从供水装置将去离子水泵入反应器中，对***进行清洗。同时，通过蠕动泵、入/出水池水位高度、蓄水装置的出水口高度控制模拟含水层的水力参数，通过调节水位调节槽的出水口高度，使出/入水池水位和水头稳定。使***稳定运行96h。待***稳定后，以2mL/min的速率泵入模拟镉污染地下水，该过程持续96h，取样分析镉初始浓度，当各监测点镉浓度分布均匀且与供水装置中镉的初始浓度一致时，通过注射装置经由上盖的两个注射孔，以2mL/min的注射速率注入纳米氧化镁，模拟基于原位注射的镉污染地下水修复过程。本次实验目标为修复10L浓度为200μg/L的镉污染模拟地下水，即2mg镉，根据纳米氧化镁修复镉的批量实验研究结果，纳米氧化镁对镉的去除量为1.99mg/g，因此去除2mg的镉所需纳米氧化镁的量为1g。每口注射井的设计影响半径为8cm，移动孔隙度为0.23，根据公式计算得出每口井的注射体积约为500mL，即每口注射井各需要500mL浓度为1g/L的纳米氧化镁，因此模拟实验将至少运行3.5天，其中纳米氧化镁需注射4.2h。若运行3.5天后，纳米氧化镁对镉仍然具有较高的修复效率，则继续泵入镉污染模拟地下水，直至注射井附近的监测井中镉浓度升高超过《地下水质量标准》(GB/T 14848-95)III类水标准0.01mg/L，模拟实验结束。

模拟***运行期间，维持进出水流速稳定，药剂注射开始后的前3天，每2h用一次性注射器从30个监测井中采取水样0.2mL，测定其中的镁离子浓度和镉浓度，根据每天的样品测定结果，调整取样时间间隔为4h、6h、8h、12h。利用上述测定数据，可绘制不同时间纳米氧化镁的迁移情况及不同空间上镉的修复效果(图3-4)。如图3和图4所示，A7和B7两个监测点位的镉浓度在纳米粒子注射之后一直保持在较低水平，主要是由于A7和B7位于注射井下游较近位置，纳米粒子迁移到附近位置对镉进行了有效修复；而其他点位镉浓度在注射初期迅速下降而后回升，说明只有较少(或者没有)的纳米粒子迁移至此，所以有镉浓度回升现象，但是A10和B10距注射井最远为30cm，镉浓度也有降低，说明纳米粒子具有较强的迁移性能，对于下游远距离的污染也具有修复效果。

实施例3

另一种利用实施例1所述模拟实验装置，进行的改性纳米氧化镁在地下环境中运移和归趋及其原位注射修复镉污染地下水的模拟实验方法，与实施例2相同，所注射的纳米粒子不同，据此可以比较改性和未改性的纳米氧化镁的迁移性能及其对镉污染地下水修复效果的异同。图5表明，改性纳米氧化镁产生的镁离子浓度远高于未改性纳米氧化镁，改性纳米氧化镁对镉的修复效果也优于未改性纳米氧化镁。此外，对修复后的模拟含水层每隔2.5cm开挖剖面，观察纳米粒子的迁移情况(图6)，可以看出纳米粒子未明显迁移至距注射井上游7.5cm处，而距注射井下游32.5cm处仍可观察到纳米粒子的存在，验证了纳米粒子较强的迁移性能。

实施例4

另一种利用实施例1所述模拟实验装置，进行的纳米氧化铝在地下环境中运移和归趋及其原位注射修复镉污染地下水的模拟实验方法，与实施例2基本相同，不同之处在于：

本次实验共有10L浓度为200μg/L的镉污染模拟地下水，根据纳米氧化铝修复镉的批量实验研究结果，每口注射井各需要500mL浓度为1.2g/L的纳米氧化铝(0.6g纳米氧化铝)。

Claims (8)

1.一种评估纳米粒子在地下环境中运移和归趋的模拟实验装置，其特征在于包括供水装置、反应器(5)、注射装置、取样装置和蓄水装置，所述反应器为一个带有上盖(11)的槽体，槽体内通过两个垂直隔网(8)将槽体内空间分隔为入水池(6)、模拟含水层和出水池(7)；所述供水装置与入水池相连，所述蓄水装置与出水池相连，槽体内模拟含水层区域的上游设有注射井(9)，槽体内设置有监测井(10)，上盖上与注射井对应的位置设有注射孔(12)，与监测井对应的位置设有取样孔(13)，所述注射装置与注射孔连接，所述取样装置与取样孔连接。

2.根据权利要求1所述评估纳米粒子在地下环境中运移和归趋的模拟实验装置，其特征在于所述供水装置包括管道顺序相连的储液瓶(1)、流量计(2)和蠕动泵a(3)，供水装置再通过管道与入水池(6)相连，所述管道上设有取样阀a(4)。

3.根据权利要求1所述评估纳米粒子在地下环境中运移和归趋的模拟实验装置，其特征在于所述蓄水装置包括水位调节槽(16)和废液收集瓶(17)，出水池通过管道与水位调节槽连接，管道上设有阀门(14)和取样阀b(15)，水位调节槽设有用于固定水位的出水口。

4.根据权利要求1所述评估纳米粒子在地下环境中运移和归趋的模拟实验装置，其特征在于所述注射井和监测井为带有条形筛缝的不锈钢筛管，筛缝小于填充介质粒径，筛管壁厚0.8mm，注射井内径为1.5cm，监测井内径为1cm；注射井和监测井通过防水硅酮密封胶将井底与槽体底部竖直粘结。

5.根据权利要求1所述评估纳米粒子在地下环境中运移和归趋的模拟实验装置，其特征在于所述隔网由有机玻璃板边框和不锈钢丝网构成，不锈钢丝网通过防水硅酮密封胶粘结固定在有机玻璃板边框上，所述入水池和出水池分别与模拟含水层交界的位置上设有凹槽，有机玻璃板边框插于凹槽中；入水池和出水池中填充粒径为1.5～4cm的鹅卵石。

6.根据权利要求1所述评估纳米粒子在地下环境中运移和归趋的模拟实验装置，其特征在于所述上盖为厚5mm的有机玻璃板，其上设有孔径为4.8mm的注射孔和孔径为1mm的取样孔，注射孔和取样孔的位置和数量分别与注射井和监测井相对应；注射孔连接注射装置后用于注射纳米粒子，取样孔处设置取样装置，所述取样装置为带有鲁尔接口0.5mm外径的5号取样针，取样针针头由上盖处的取样孔竖直***模拟含水层，利用硅橡胶将取样针固定在上盖上，另一端与带有鲁尔接口的止通阀连接，止通阀的外接口连接一次性注射器。

7.根据权利要求1所述评估纳米粒子在地下环境中运移和归趋的模拟实验装置，其特征在于所述注射装置包括电动搅拌器(18)、烧杯(19)和蠕动泵b(20)；注射时，将纳米粒子置于烧杯中加去离子水不停搅拌，防止材料沉淀，并通过蠕动泵将4.8mm外径的泵管一端置于烧杯中纳米粒子悬液下方，另一端与4.8mm的注射孔连接。

8.利用权利要求1～7任一所述装置评估纳米粒子在地下环境中运移和归趋的模拟实验的方法，其特征在于实验步骤如下：

(1)反应器清洗和检漏：对槽体及各配件进行清洗，先使用肥皂水进行擦洗，去离子水冲去泡沫；用10％硝酸溶液润洗，并用去离子水洗去表面残留酸；最后用去离子水冲洗3遍；将注射井、监测井和取样针等全部固定好，并将所述模拟实验装置连接好，使槽体充满水静止12h进行检漏；

(2)介质填充：采用湿法填充的方式，具体步骤为：往槽体内注入5cm水头，用烧杯撒入1～2cm洁净的填充介质，所述介质为石英砂，用木杵将已填充的部分压实，再注水、填充石英砂至反应器顶部，使填充后的反应器在饱和的状态下静置24h，然后将顶部空出的部分再填满石英砂，最后盖上上盖并进行密封；

(3)泵入去离子水：经由蠕动泵将去离子水从供水装置泵入反应器中，对***进行清洗；通过蠕动泵、入水池、出水池水位高度、蓄水装置的出水口高度控制模拟含水层的水力参数；根据填充介质的渗透系数、模拟含水层的水力梯度和反应器截面积，通过达西定律计算确定蠕动泵的设定流速；根据设定的模拟含水层水力梯度，通过调节水位调节槽的出水口高度，使入水池、出水池水位和水头稳定；使***稳定运行48～96h；

(4)泵入污染地下水：***稳定运行后，泵入污染地下水，该过程持续时间≥96h，使污染物在反应器中均匀分布；

(5)注射纳米粒子：连续泵入污染地下水后，取样分析污染物初始浓度，当各监测点污染物浓度分布均匀且与供水装置中污染物的初始浓度一致时，通过注射装置经由上盖的注射孔注入能够有效修复该污染物的纳米粒子作为修复药剂，通过检测不同监测点污染物残余浓度、纳米粒子产生的离子浓度方式进行定量分析，或通过目视观察方式定性分析纳米粒子的分布规律，以评估纳米粒子在地下环境中的运移和归趋并模拟基于原位注射纳米粒子对污染地下水的修复过程；其中，

1)注射速率：纳米粒子的注射速率应小于含水层地下水流速，以保持含水层内流速均匀；

2)注射量和注射浓度：根据纳米粒子修复污染物的批量实验研究结果，得到去除的污染物的量与纳米粒子质量的比值，再根据本模拟实验的污染地下水体积和污染物总量，计算得出模拟实验所需纳米粒子的注射量，注射体积的计算方式如下：

V＝π×r²×h×θ

式中：V为纳米粒子注射体积，单位mL；π为圆周率，无量纲常数；r为注射井的设计影响半径，单位cm；h为反应器高度，单位cm；θ为含水层移动孔隙度，无量纲，由注射量和注射体积进而确定一定体积和浓度的污染地下水所需纳米材料的注射浓度；

3)***运行期间维持进、出水流速稳定、水头稳定，每隔2～12h用一次性注射器采取监测井中水样，测定纳米粒子产生的离子浓度和污染物浓度，获得含水层中纳米粒子在空间和时间上的迁移规律，及其对污染物的修复效率；

(6)地下水取样体积和速率：根据纳米粒子和污染物分析方法与地下水流速大小设置取样体积和取样速率：为降低取样对含水层流场的影响，取样体积应在满足浓度分析的基础上尽量小；取样速率应该足够低，不超过含水层水流速度的5％。