CN108931608B - 一种固化淤泥渗出液收集测试装置及方法 - Google Patents

一种固化淤泥渗出液收集测试装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种固化淤泥渗出液收集测试装置，包括盛放试样的渗出***、与所述渗出***通过排液管路连接的用于监测所述试样渗出的渗出液的监测***和与所述渗出***连接的用于使所述试样渗出所述渗出液的压力***，所述压力***包括氮气瓶和水箱，所述水箱中装有去离子水，所述氮气瓶通过进气管路连接所述水箱的上端使氮气从所述水箱的上端进入所述水箱，所述水箱的下端通过进水管路与所述渗出***连接使所述去离子水从所述水箱的下端通过所述进水管路进入所述渗出***。有益效果：可模拟在长期渗流作用条件下，重金属在固化淤泥中的释放、迁移和转化过程。

Description

一种固化淤泥渗出液收集测试装置及方法
技术领域
本发明涉及环境岩土与环境工程技术领域，尤其涉及一种固化淤泥渗出液收集测试装置及方法。
背景技术
随着城市化进程的加快，生活和工业废水的大量排放造成了河道、湖泊淤泥的污染。被污染的淤泥具有高含水率、高有机质含量的特点，并富含大量污染物。其中，重金属离子是淤泥中主要的污染物，在自然环境中不能被微生物降解。一旦淤泥中的重金属离子通过溶解、迁移作用进入生物圈，会在食物链的生物放大作用下富集，与动物体内的蛋白质作用，影响动物的正常生理活动。此外，淤泥中盐分较高，会明显提高周围环境的电导率，抑制植物对养分的吸收，对植物根系造成损害。因此，实际工程生产中需要对淤泥中的污染物进行妥善处理，避免或减少对生态环境影响。
固化/稳定化(S/S)技术是处理淤泥较为经济、有效的方法。该方式是将淤泥与固化材料按一定比例混合，通过固化材料的物理吸附和化学作用提高淤泥的强度，同时降低重金属的溶解性和迁移能力。经固化/稳定化技术处理得到的固化淤泥可以作为土工建筑材料加以利用，且不会对环境造成二次污染。
目前，固化淤泥中污染物的影响研究主要是通过采集施工现场固化淤泥样和周围被污染的水样进行分析评价。该方法需要耗费大量的人力物力，且只能得到有限的采样数据，难以全面、正确评价固化淤泥中污染物对环境的影响情况。因此，研究在长期渗流作用条件下，固化淤泥中污染物的释放、迁移情况已成为岩土工程中重要的课题。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种可模拟在长期渗流作用条件下，重金属在固化淤泥中的释放、迁移和转化过程的固化淤泥渗出液收集测试装置及方法。
本发明的实施例提供一种固化淤泥渗出液收集测试装置，包括盛放试样的渗出***、与所述渗出***通过排液管路连接的用于监测所述试样渗出的渗出液的监测***和与所述渗出***连接的用于使所述试样渗出所述渗出液的压力***，所述压力***包括氮气瓶和水箱，所述水箱中装有去离子水，所述氮气瓶通过进气管路连接所述水箱的上端使氮气从所述水箱的上端进入所述水箱，所述水箱的下端通过进水管路与所述渗出***连接使所述去离子水从所述水箱的下端通过所述进水管路进入所述渗出***。
进一步地，所述渗出***包括渗出室，还包括横置于所述渗出室内的上多孔透水板和下多孔透水板，所述上多孔透水板和所述下多孔透水板上下设置且相互平行，所述试样设于所述上多孔透水板和所述下多孔透水板之间，所述进水管路的出水端连接或者靠近所述下多孔透水板以将所述去离子水从下往上导入所述试样中，所述上多孔透水板靠近所述排液管路或者与所述排液管路连接以使所述渗出液从上经过所述上多孔透水板和所述排液管路排出。
进一步地，所述渗出***还包括基座和盖板，所述渗出室嵌入所述基座当中，所述盖板用于密封所述渗出室的上端开口，一松紧阀设于所述盖板的上端，用于将所述盖板向上拔出或者向下塞入所述渗出室。
进一步地，所述基座包括相互平行且上下设置的上底板和下底板，所述渗出室的底端嵌入所述下底板，所述进水管路伸入所述下底板，其出水端向上弯折后连接或者靠近所述下多孔透水板，所述松紧阀的下端穿过所述上底板与所述盖板连接且所述松紧阀的中部与所述上底板通过螺纹啮合连接。
进一步地，所述监测***包括称重装置、数据采集器和集样瓶，所述集样瓶位于所述称重装置上，其瓶嘴塞有开口橡皮塞，所述排液管路的出液端穿过所述开口橡皮塞伸入所述集样瓶内，pH传感器和电导率传感器亦穿过所述开口橡皮塞伸入所述集样瓶内，所述称重装置、所述pH传感器和所述电导率传感器均通过线缆与所述数据采集器连接。
进一步地，所述集样瓶为带有刻度的锥形瓶，所述数据采集器通过数据线与电脑连接，所述电脑用于控制所述数据采集器的数据采集时间。
进一步地，所述水箱包括有机玻璃壁和设于所述有机玻璃壁上下两端的金属框架，所述金属框架与所述有机玻璃壁通过螺纹连接，一排气补液接口设于所述水箱的上端，用于去离子水的补进或者氮气的排出，所述进水管路伸入位于下端的所述金属框架，且其进水端向上弯折与所述水箱内部连通。
进一步地，所述进气管路上设有气压调节阀和压力表，所述进水管路上设有双通阀。
本发明的实施例还提供一种固化淤泥渗出液收集测试方法，利用上述的固化淤泥渗出液收集测试装置进行测试，包括如下步骤：
S1：向所述水箱中注入所述去离子水；
S2：将试样装入所述渗出***；
S3：打开所述氮气瓶，通过所述氮气将所述去离子水压入所述渗出***；
S4：所述监测***采集到第一滴所述渗出液时，所述监测***开始计时，并开始采集所述渗出液的实时参数；
S5：设置采样时间间隔，对所述渗出液进行分时段采样，并分析每时段采集的所述渗出液中的各阴、阳离子的浓度；
S6：根据所述水箱内的压力值、所述实时参数和每段所述渗出液中的各阴、阳离子的浓度，分析污染物在所述试样中的释放、迁移和转化过程。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
(1)本发明通过室内对具有代表性的所述试样(固化淤泥)进行长期渗流监测，解决了现场不定期采样不便的问题。
(2)本发明所述的压力***的输出压力可控，从而能够有效的控制所述渗出***的渗透压力，从而能够模拟不同降水、入渗条件下的土水相互作用的过程。
(3)所述锥形瓶，可收集所述渗出液，且便于分时段采样分析；所述称重装置、所述pH传感器和所述电导率传感器可实时监测所述渗出液的理化性质，且基本实现了自动化操作。
(4)本发明通过对渗透压力、所述渗出液的流量、所述渗出液的pH值、所述渗出液的电导率和所述渗出液中的各阴、阳离子浓度等参数的分析，能够了解在长期渗流条件下，所述试样(固化淤泥)中污染物的释放、迁移和转化情况，从而能够评价固化剂固化淤泥的效果，为采取有效的环保措施提供参考依据。
附图说明
图1是本发明所述的固化淤泥渗出液收集测试装置的示意图；
图2是本发明所述的固化淤泥渗出液收集测试方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种固化淤泥渗出液收集测试装置，包括盛放试样12的渗出***、与所述渗出***通过排液管路14连接的用于监测所述试样12渗出的渗出液的监测***和与所述渗出***连接的用于使所述试样12渗出所述渗出液的压力***。所述试样12为施工现场固化淤泥样及其周围被污染的水样。
所述压力***包括氮气瓶1和水箱5，所述氮气瓶1通过进气管路4连接所述水箱的上端使氮气从所述水箱5的上端进入所述水箱5，所述进气管路4上设有气压调节阀2和压力表3，所述气压调节阀2用于调节所述氮气瓶1输出的氮气压力，所述压力表3用于监测所述进气管路4和所述水箱5中的气压。
所述水箱5包括有机玻璃壁52和设于所述有机玻璃壁52上下两端的金属框架51，所述金属框架51与所述有机玻璃壁52通过螺纹连接，所述有机玻璃壁51与二所述金属框架52之间的空间为蓄水腔，所述进气管路4通过位于上端的所述金属框架51的中心区域与所述蓄水腔连通。一排气补液接口53设于所述水箱5的上端，用于将去离子水补进所述蓄水腔或者将氮气排出所述蓄水腔。
所述水箱5通过一进水管路6与所述渗出***连接，所述进水管路6伸入位于下端的所述金属框架51当中，且其进水端向上弯折直至与所述水箱5内部连通。本实施例中，所述进水管路6的进水端与所述进水管路6伸入位于下端的所述金属框架51当中的部分之间的夹角为90°，或者所述进水管路6的进水端向上弯折90°后继续向上延伸直至与所述蓄水腔连通。
所述进水管路6能够导出所述蓄水腔中的所述去离子水。通过所述有机玻璃壁52，可以看见所述蓄水腔中的所述去离子水。
所述渗出***包括渗出室13，还包括横置于所述渗出室内的上多孔透水板11和下多孔透水板，所述上多孔透水板11和所述下多孔透水板上下设置且相互平行，所述试样设于所述上多孔透水板11和所述下多孔透水板之间。所述渗出***还包括基座9和盖板10，所述渗出室13嵌入所述基座9当中，具体的，所述基座9包括相互平行且上下设置的上底板和下底板，所述渗出室13的底端嵌入所述下底板。
所述盖板10用于密封所述渗出室13的上端开口，一松紧阀8的下端穿过所述上底板与所述盖板10连接且所述松紧阀8的中部与所述上底板通过螺纹啮合连接。旋转所述松紧阀8时，所述松紧阀旋进或者旋出所述上底板，从而能够将所述盖板10向上拔出或者向下塞入所述渗出室13。所述进水管路6伸入所述下底板，其出水端向上弯折后连接或者靠近所述下多孔透水板，以将所述去离子水从下往上导入所述试样中，所述上多孔透水板11靠近所述排液管路14或者与所述排液管路14连接以使所述渗出液从上经过所述上多孔透水板11和所述排液管路14排出。所述松紧阀8、所述基座9、所述盖板10、所述上多孔透水板11、所述上多孔透水板和所述试样12的中轴线保持一致。
本实施例中，所述进水管路6的出水端与所述进水管路6伸入所述下底板当中的部分之间的夹角为90°，或者所述进水管路6的进水端向上弯折90°后继续向上延伸直至能向所述试样导入所述去离子水。部分所述排液管路14埋入所述盖板10中，且所述排液管路14的进液端向下弯折90°直至靠近所述上多孔透水板11或者与所述上多孔透水板11连接。
所述进水管路6上设有双通阀7，打开所述双通阀7，所述水箱5与所述渗出室13连通，所述去离子水可以从所述水箱5流入所述渗出室13。
所述监测***包括称重装置、数据采集器20和集样瓶，所述集样瓶位于所述称重装置上，其瓶嘴塞有开口橡皮塞，所述排液管路14的出液端穿过所述开口橡皮塞伸入所述集样瓶内，pH传感器15和电导率传感器16亦穿过所述开口橡皮塞伸入所述集样瓶内，所述称重装置、所述pH传感器15和所述电导率传感器16均通过线缆19与所述数据采集器20连接。所述集样瓶为带有刻度的锥形瓶17，透明，能够在采集所述渗出液的同时还能测出被采集的所述渗出液的体积，所述数据采集器20通过数据线21与电脑22连接，所述电脑22用于计时同时用于控制所述数据采集器20的数据采集时间。所述称重装置为电子天平18，用于测量被采集的所述渗出液的重量。
所述pH传感器15用于检测所述渗出液的pH值，所述电导率传感器16用于检测所述渗出液的电导率，通过所述pH传感器15和所述电导率传感器16能够自动的获取所述渗出液的理化性质。所述数据采集器20能够实时读取所述pH传感器15和所述电导率传感器16采集的所述渗出液的实时参数。
作为优选，所述进气管路4和所述进液管路6选用PVC软管，所述排液管路14选用硅胶管。
作为优选，所述气压调节阀2的调节范围为0～1MPa，精度为0.01MPa。
作为优选，所述电子天平18的称量范围为0～3000g，精度为0.01g。
作为优选，所述pH传感器15的浓度检测范围为0～14，精度为0.01。
作为优选，所述电导率传感器16的浓度检测范围为0～20000μS/cm，精度为0.1μS/cm。
本发明的实施例提供了一种固化淤泥渗出液收集测试方法，利用上述的本所述固化淤泥渗出液收集测试装置对试样进行测试，包括如下步骤：
S1：向所述水箱5中注入所述去离子水。
S2：将试样装入所述渗出***。
S3：打开所述氮气瓶1，通过所述氮气将所述去离子水压入所述渗出***。
S4：所述监测***采集到第一滴所述渗出液时，所述监测***开始计时，并开始采集所述渗出液的实时参数。
S5：设置采样时间间隔，对所述渗出液进行分时段采样，并分析每时段采集的所述渗出液中的各阴、阳离子的浓度。为了保证测试的准确性，每次采样时，需关闭所述双通阀7，并暂停计时。
S6：根据所述水箱5内的压力值、所述实时参数和每段所述渗出液中的各阴、阳离子的浓度，分析污染物在所述试样中的释放、迁移和转化过程。
下面以具体实施例为例来对所述固化淤泥渗出液收集测试方法进行说明：
选取某地含重金属污染物的淤泥，采用某固化剂进行固化处理后，制成直径为61.8mm，高度为40mm的试样。
请参考图2，测试开始前，关闭所述双通阀7，将去所述离子水经由所述排气补液接口53注入水箱5，待去所述离子水注满所述水箱5后关闭所述排气补液接口53；调节所述松紧阀8，将所述下多孔透水板、所述试样12和所述上多孔透水板11依次放入所述渗出室13，盖上所述盖板10后拧紧所述松紧阀8，保证所述渗出室13内各部分紧密贴合。
测试时，依次打开所述双通阀7和所述氮气瓶1的阀门，通过所述气压调节阀2设置进气压力为0.3MPa，使所述试样充分排气饱和；待所述锥形瓶17滴入第一滴所述渗出液，开始计时，利用电脑22控制所述数据采集器20，实时监测渗出所述液流量、pH值和电导率值等参数变化情况。
设置采样时间间隔为1h、2h、4h、6h、10h、16h、24h，每次采集10ml所述渗出液，利用电感耦合等离子体光谱仪ICP-OES测试渗出液中阴、阳离子浓度，尤其是重金属离子浓度，以便了解污染物在固化淤泥中释放、迁移和转化规律。为保证试验的准确性，每次采样时，需关所述闭双通阀7，并暂停计时。
试验结束时，结束电脑计时，保存数据，依次关闭所述氮气瓶1阀门和所述双通阀7，打开所述排气补液接口53排出氮气；待装置内压力完全释放后，拧松所述松紧阀8，依次取出所述盖板10、所述上多孔透水板11、所述试样12和所述下多孔透水板。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种固化淤泥渗出液收集测试装置，其特征在于：包括盛放试样的渗出***、与所述渗出***通过排液管路连接的用于监测所述试样渗出的渗出液的监测***和与所述渗出***连接的用于使所述试样渗出所述渗出液的压力***，所述压力***包括氮气瓶和水箱，所述水箱中装有去离子水，所述氮气瓶通过进气管路连接所述水箱的上端使氮气从所述水箱的上端进入所述水箱，所述水箱的下端通过进水管路与所述渗出***连接使所述去离子水从所述水箱的下端通过所述进水管路进入所述渗出***；所述渗出***包括渗出室，还包括横置于所述渗出室内的上多孔透水板和下多孔透水板，所述上多孔透水板和所述下多孔透水板上下设置且相互平行，所述试样设于所述上多孔透水板和所述下多孔透水板之间，所述进水管路的出水端连接或者靠近所述下多孔透水板以将所述去离子水从下往上导入所述试样中，所述上多孔透水板靠近所述排液管路或者与所述排液管路连接以使所述渗出液从上经过所述上多孔透水板和所述排液管路排出；所述渗出***还包括基座和盖板，所述渗出室嵌入所述基座当中，所述盖板用于密封所述渗出室的上端开口，一松紧阀设于所述盖板的上端，用于将所述盖板向上拔出或者向下塞入所述渗出室；所述基座包括相互平行且上下设置的上底板和下底板，所述渗出室的底端嵌入所述下底板，所述进水管路伸入所述下底板，其出水端向上弯折后连接或者靠近所述下多孔透水板，所述松紧阀的下端穿过所述上底板与所述盖板连接且所述松紧阀的中部与所述上底板通过螺纹啮合连接。
2.如权利要求1所述的固化淤泥渗出液收集测试装置，其特征在于：所述监测***包括称重装置、数据采集器和集样瓶，所述集样瓶位于所述称重装置上，其瓶嘴塞有开口橡皮塞，所述排液管路的出液端穿过所述开口橡皮塞伸入所述集样瓶内，pH传感器和电导率传感器亦穿过所述开口橡皮塞伸入所述集样瓶内，所述称重装置、所述pH传感器和所述电导率传感器均通过线缆与所述数据采集器连接。
3.如权利要求1所述的固化淤泥渗出液收集测试装置，其特征在于：所述集样瓶为带有刻度的锥形瓶，所述数据采集器通过数据线与电脑连接，所述电脑用于控制所述数据采集器的数据采集时间。
4.如权利要求1所述的固化淤泥渗出液收集测试装置，其特征在于：所述水箱包括有机玻璃壁和设于所述有机玻璃壁上下两端的金属框架，所述金属框架与所述有机玻璃壁通过螺纹连接，一排气补液接口设于所述水箱的上端，用于去离子水的补进或者氮气的排出，所述进水管路伸入位于下端的所述金属框架，且其进水端向上弯折与所述水箱内部连通。
5.如权利要求1所述的固化淤泥渗出液收集测试装置，其特征在于：所述进气管路上设有气压调节阀和压力表，所述进水管路上设有双通阀。
6.一种固化淤泥渗出液收集测试方法，其特征在于：利用权利要求1至5任一项所述的固化淤泥渗出液收集测试装置进行测试，包括如下步骤：
S1：向所述水箱中注入所述去离子水；
S2：将试样装入所述渗出***；
S3：打开所述氮气瓶，通过所述氮气将所述去离子水压入所述渗出***；
S4：所述监测***采集到第一滴所述渗出液时，所述监测***开始计时，并开始采集所述渗出液的实时参数；
S5：设置采样时间间隔，对所述渗出液进行分时段采样，并分析每时段采集的所述渗出液中的各阴、阳离子的浓度；
S6：根据所述水箱内的压力值、所述实时参数和每段所述渗出液中的各阴、阳离子的浓度，分析污染物在所述试样中的释放、迁移和转化过程。
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