CN203461868U - 一种模拟可渗透性反应墙的室内实验*** - Google Patents
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Abstract
一种模拟可渗透性反应墙去除地下水中污染溶质的室内实验***，包括依次连接的供液袋、带有流量控制的进水管、模拟可渗透性反应墙的实验柱装置、废液收集桶、吸附袋。实验柱装置组成包括：可渗透性反应柱、砂砾石垫层、砂砾石保护层、以及柱状壳体。砂砾石垫层、可渗透性反应柱、砂砾石保护层自下而上的设置于柱状壳体内，柱状壳体的底部开设有入水口，顶部开设有出水口，侧壁开设有取样口，取样口上接有取样插头。本实验装置的目的是通过抽样方式测量可渗透反应墙对地下水中1,2-二氯苯的脱氯效果，同时检验可渗透反应墙的穿透时间。可见，本实验柱装置结构新颖、操作简单、使用方便，为研究可渗透性反应墙修复地下水技术提供了良好的手段。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种模拟可渗透性反应墙的室内实验***，可用于去除地下水中氯苯类等有机溶质污染，属于地下水污染修复技术领域。
背景技术
地下水是水资源的重要组成部分，对社会经济发展具有重要意义。我国是水资源非常短缺的国家，人均水资源占有量只是世界平均水平的1／4，全国有近70％的人口饮用地下水。中国地质调查局的专家在国际地下水论坛发言中提到，全国有90％的地下水都遭受了不同程度的污染，其中60％污染严重。地下水污染主要指人类活动引起地下水化学成分、物理性质和生物学特性发生改变而使质量下降的现象。目前，有的地区地下水有机物污染已超过重金属污染和放射性污染。尤其在长三角地区，随着城市规划和产业结构的调整，众多化工企业开始陆续搬迁，遗留化工场地土壤和地下水污染已经成为影响周边人群健康以及土地开发再利用的重要问题。
地下水修复技术是目前环境科学领域研究的一个热点和前沿问题。原位修复技术不仅可以节约成本，而且能够在不对土体进行扰动的前提下清除土壤和地下水中的污染物，提高治理效率。目前，地下水污染原位修复技术主要包括：自然衰减法、抽水处理法、冲洗法、可渗透反应墙法、土壤气相抽提法和地下水曝气法。抽水处理法是传统的地下水修复技术，已经被应用于地下环境中可溶性污染物的恢复和治理。该方法抽取已污染的地下水，然后在地表利用物理化学方法或微生物降解法等进行处理，最终将净化水排入地表水体、回用或回灌补给地下水。抽水处理法修复效果可靠，但运行费用高，修复周期长。可渗透反应墙法（PRB）是一种生物或化学反应技术，墙体一般安装在地下含水层中，垂直于地下水流方向。当地下水流在水力梯度作用下通过反应墙时，经过微生物降解或污染物与墙体材料发生化学反应而被去除，从而达到环境修复的目的。该方法原理简单，施工方便，运行费用低廉。金属铁对卤代有机物的降解原理在 1990 年代初期用于处理地下水的可渗透性反应墙墙体材料，并取得了巨大成功。美国环保署的研究表明，金属铁的活性可以保持 5 年以上。相对于传统的地下水处理方法即抽出处理法(Pump and Treat)，PRB技术具有能持续原位处理污染物(5～10年)、处理多种污染物(如重金属、有机物等)、处理效果好、安装施工方便、性价比相对较高等优点。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提出一种模拟可渗透性反应墙的室内实验***，用于去除地下水中氯苯类（如1,2-二氯苯）等有机溶质。
本实用新型为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种模拟可渗透性反应墙去除地下水中污染溶质的室内实验***，其特征是包括：依次连接的用于维持恒定水头的供液袋、带有流量控制的进水管、模拟可渗透性反应墙的实验柱装置、用于贮存实验柱装置流出液的废液收集桶、用于吸收废气的吸附袋，所述模拟可渗透性反应墙的实验柱装置组成包括：用于去除地下水中污染溶质的可渗透性反应柱、用于改善流态的砂砾石垫层、用于防止水流冲刷的砂砾石保护层、以及柱状壳体，所述砂砾石垫层、可渗透性反应柱、砂砾石保护层自下而上的设置于柱状壳体内，所述柱状壳体的底部开设有入水口，顶部开设有出水口，侧壁开设有取样口，所述取样口上接有取样插头。
本实用新型进一步的改进在于：
1、所述进水管上安装有用于读取流量的计数器。所述计数器采用单片机原理，用于记录输液器每分钟供液滴数，从而计算输液器供液流量。
2、所述供液袋为医用输液软袋。可重复灌装，主要作用是在实验过程中装有溶液、保持恒定水头，模拟固定水头边界。供液袋材质采用非PVC医用膜，在持续供液过程中，软袋体积会随溶液变化，避免空气进入从而引起挥发。所述进水管采用医用精量输液器，利用输液器的流量开关控制供液的流量，模拟流量边界。
3、所述可渗透性反应柱为还原铁型反应柱。具体由Fe/Ni双金属材料（还原性铁粉混合微量金属Ni，Ni作为催化剂，Ni含量为2%-5%）、石英砂颗粒混合构成。可渗透性反应柱主要用于去除地下水中的污染物溶质，混合入的石英砂颗粒，可增加Fe/Ni双金属柱体渗透性。
4、所述砂砾石垫层具有三层结构，底层为粗垫层，粒径范围为2.0-3.0cm；中间层为过渡层，粒径范围为0.5-1.0cm；顶层为细垫层，粒径范围为0.05-0.1cm。其中，粗垫层的主要作用是将入流水柱初步离散；过渡层的主要作用是进一步离散水流，使流态趋向均匀；细垫层的主要作用是均衡水流和过滤杂质。
5、所述砂砾石保护层具有两层结构，下层为过渡层，粒径范围为0.5-1.0cm；上层为压重层，粒径范围为0.05-0.1cm。砂砾石保护层的主要作用是改善水流条件和防止实验柱体中反应材料流失。
6、所述柱状壳体由上、中、下三段有机玻璃管相连组成，上段有机玻璃管内装有砂砾石保护层，中段有机玻璃管内装有可渗透性反应柱，下段有机玻璃管内装有砂砾石垫层，相连的有机玻璃管之间通过法兰和螺栓固定连接，法兰连接处设有硅胶垫用于防水。
7、上段有机玻璃管的侧壁开设有一个取样口，中段有机玻璃管的侧壁开设有轴向分布的3个取样口，下段有机玻璃管的侧壁开设有一个取样口。可见3个取样口均匀布置在可渗透性反应柱段，其余2个取样口分别位于砂砾石垫层和砂砾石保护层位置。
8、所述取样插头由滤管、取样针头和控制开关组成，其中滤管与取样口螺纹连接。
9、所述废液收集桶采用PC材料纯净水桶，顶部加橡胶塞密封；所述吸附袋装有活性炭吸附材料。可渗透性反应墙装置的流出液经管路流入废液收集桶；挥发性废气排入吸附袋，废气经活性炭吸附净化后排出实验室。
本实验装置的目的是通过抽样方式测量可渗透反应墙对氯苯类化合物（1,2-二氯苯）的去除效果，同时检验可渗透反应墙的穿透时间。
实验过程中，污染的地下水从柱状壳体的底部入水口流入，经过砂砾石垫层后，地下水均匀渗入可渗透性反应柱；可渗透性反应柱内的化学材料（还原性铁粉）和地下水中的氯苯类化合物发生氧化还原反应，最终氯苯类化合物脱氯，浓度降低，同时反应生成的Fe(OH)3可吸附部分溶质，进一步净化水质。需要抽样时，打开抽样插头上的控制开关，用玻璃针管缓慢抽取适量溶液用于检测分析，抽取完毕后关闭控制开关即可。
可见，本实验柱装置结构新颖、操作简单、使用方便，为研究可渗透性反应墙修复地下水技术提供了良好的手段，预计在推出后将受到业内的普遍欢迎。
附图说明
图1为本实用新型模拟可渗透性反应墙的室内实验***示意图。
图2为模拟可渗透性反应墙的实验柱装置结构示意图。
图3为模拟可渗透性反应墙的实验柱装置剖视示意图。
图4为取样插头结构示意图。
具体实施方式
如图1、图2、图3、图4所示，本实施例模拟可渗透性反应墙去除地下水中污染溶质的室内实验***，用于地下水中1,2-二氯苯的脱氯，组成包括依次连接的用于维持恒定水头的供液袋8、带有流量控制的进水管9、模拟可渗透性反应墙的实验柱装置10、用于贮存实验柱装置10流出液的废液收集桶11、用于吸收废气的吸附袋12，本实施例的模拟可渗透性反应墙的实验柱装置，如图2至4所示，包括：用于去除地下水中污染溶质的可渗透性反应柱1、用于改善流态的砂砾石垫层、用于防止水流冲刷的砂砾石保护层、以及柱状壳体4，砂砾石垫层、可渗透性反应柱1、砂砾石保护层自下而上的设置于柱状壳体内，柱状壳体4的底部开设有入水口6-1，顶部开设有出水口6-2，侧壁开设有取样口6，取样口6上接有取样插头5。如图4所示，取样插头5由滤管5-1、取样针头5-2和控制开关5-3组成，其中滤管5-1与取样口6螺纹连接。柱状壳体4由上、中、下三段有机玻璃管相连组成，上段有机玻璃管内装砂砾石保护层，中段有机玻璃管内装可渗透性反应柱1，下段有机玻璃管内装砂砾石垫层，相连的有机玻璃管之间通过法兰7-1和螺栓7-2固定连接，法兰连接处设有硅胶垫用于防水。上段有机玻璃管的侧壁开设有一个取样口，中段有机玻璃管的侧壁开设有轴向分布的3个取样口，下段有机玻璃管的侧壁开设有一个取样口。3个取样口均匀布置在可渗透性反应柱段，其余2个取样口分别位于砂砾石垫层和砂砾石保护层位置。
如图3所示的本实施例中，砂砾石垫层为圆柱体形，直径5cm，高度15cm，且具有三层结构，底层为粗垫层2-1，厚度约10cm，由粒径范围为2.0-3.0cm的卵砾石组成；中间层为第一过渡层2-2，厚度约4cm，由粒径范围为0.5-1.0cm的卵砾石组成；顶层为细垫层2-3，厚度约1cm，由粒径范围为0.05-0.1cm的石英砂组成。其中，粗垫层2-1的主要作用是将入流水柱初步离散；第一过渡层2-2的主要作用是进一步离散水流，使流态趋向均匀；细垫层2-3的主要作用是均衡水流和过滤杂质。砂砾石保护层为圆柱体，直径5cm，高度15cm，具有两层结构，下层为5cm厚的第二过渡层3-1，粒径范围为0.5-1.0cm；上层为10cm厚的压重层3-2，粒径范围为0.05-0.1cm。砂砾石保护层的主要作用是改善水流条件和防止实验柱体中反应材料流失。
本例采用的可渗透性反应柱为还原铁型反应柱，直径5cm，高度20cm，由Fe/Ni双金属材料（还原性铁粉混合微量金属Ni，Ni作为催化剂，Ni含量为2%-5%）、石英砂颗粒混合构成。可渗透性反应柱主要用于去除地下水中的污染物（1,2-二氯苯），混合掺入的少量石英砂颗粒，可增加Fe/Ni双金属柱体渗透性。
本实施例中，所述进水管9上安装有用于读取流量的计数器13。计数器13采用电子计数器，悬挂在输液器视窗上，监测每分钟供液滴数，通过供液滴速计算供液流量。供液袋8采用医用输液软袋，容量为1000ml，可重复灌装。实验过程中，供液袋8体积随溶液变化，保证软袋内外为大气压，即维持供液恒定水头，同时避免空气进入引起1,2-二氯苯挥发从而降低溶液浓度。进水管9采用精量输液器，利用输液器开关控制实验供液流量。废液收集桶采用PC材料纯净水桶，顶部加橡胶塞密封；所述吸附袋装有活性炭吸附材料。
实验过程中，供液袋8中含1,2-二氯苯溶液经进水管9从有机玻璃柱底部入水口6-1流入模拟可渗透性反应墙的实验柱装置10，经过砂砾石垫层后溶液均匀渗入Fe/Ni双金属可渗透性反应柱1。在金属Ni催化作用下，铁粉、水和氯苯类化合物发生氧化还原反应，最终氯苯类化合物发生脱氯反应，浓度降低，同时反应生成的Fe(OH)3可吸附部分溶质，进一步净化水质。可渗透性反应柱的流出液经管路流入废液收集桶；挥发性废气排入吸附袋，废气经活性炭吸附净化后排出实验室。
抽样时，打开抽样插头上的控制开关，用玻璃针管缓慢抽取适量溶液用于检测分析，抽取完毕后关闭控制开关即可。
本实用新型不局限于上述实施例。凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。
Claims (10)
1. 一种模拟可渗透性反应墙去除地下水中污染溶质的室内实验***，其特征是包括：依次连接的用于维持恒定水头的供液袋、带有流量控制的进水管、模拟可渗透性反应墙的实验柱装置、用于贮存实验柱装置流出液的废液收集桶、用于吸收废气的吸附袋，所述模拟可渗透性反应墙的实验柱装置组成包括：用于去除地下水中污染溶质的可渗透性反应柱、用于改善流态的砂砾石垫层、用于防止水流冲刷的砂砾石保护层、以及柱状壳体，所述砂砾石垫层、可渗透性反应柱、砂砾石保护层自下而上的设置于柱状壳体内，所述柱状壳体的底部开设有入水口，顶部开设有出水口，侧壁开设有取样口，所述取样口上接有取样插头。
2. 根据权利要求1所述模拟可渗透性反应墙去除地下水中污染溶质的室内实验***，其特征在于：所述进水管上安装有用于读取流量的计数器，所述计数器采用单片机原理，用于记录输液器每分钟供液滴数，从而计算输液器供液流量。
3. 根据权利要求1所述模拟可渗透性反应墙去除地下水中污染溶质的室内实验***，其特征在于：所述供液袋为医用输液软袋；所述进水管采用医用精量输液器。
4. 根据权利要求1所述模拟可渗透性反应墙去除地下水中污染溶质的室内实验***，其特征在于：所述可渗透性反应柱为还原铁型反应柱。
5. 根据权利要求1所述模拟可渗透性反应墙去除地下水中污染溶质的室内实验***，其特征在于：所述砂砾石垫层具有三层结构，底层为粗垫层，粒径范围为2.0-3.0cm；中间层为过渡层，粒径范围为0.5-1.0cm；顶层为细垫层，粒径范围为0.05-0.1cm。
6. 根据权利要求1所述模拟可渗透性反应墙去除地下水中污染溶质的室内实验***，其特征在于：所述砂砾石保护层具有两层结构，下层为过渡层，粒径范围为0.5-1.0cm；上层为压重层，粒径范围为0.05-0.1cm。
7. 根据权利要求1所述模拟可渗透性反应墙去除地下水中污染溶质的室内实验***，其特征在于：所述柱状壳体由上、中、下三段有机玻璃管相连组成，上段有机玻璃管内装有砂砾石保护层，中段有机玻璃管内装有可渗透性反应柱，下段有机玻璃管内装有砂砾石垫层，相连的有机玻璃管之间通过法兰和螺栓固定连接，法兰连接处设有硅胶垫用于防水。
8. 根据权利要求1所述模拟可渗透性反应墙去除地下水中污染溶质的室内实验***，其特征在于：上段有机玻璃管的侧壁开设有一个取样口，中段有机玻璃管的侧壁开设有轴向分布的3个取样口，下段有机玻璃管的侧壁开设有一个取样口。
9. 根据权利要求1所述模拟可渗透性反应墙去除地下水中污染溶质的室内实验***，其特征在于：所述取样插头由滤管、取样针头和控制开关组成，其中滤管与取样口螺纹连接。
10. 根据权利要求1所述模拟可渗透性反应墙去除地下水中污染溶质的室内实验***，其特征在于：所述废液收集桶采用PC材料纯净水桶，顶部加橡胶塞密封；所述吸附袋装有活性炭吸附材料。
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