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用于模擬含水層中dnapl污染物的表面活性劑強(qiáng)化修復(fù)過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于模擬含水層中DNAPL污染物的表面活性劑強(qiáng)化修復(fù)過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置及方法。本發(fā)明采用二維可視化砂箱模擬含水層，可以直接觀測(cè)和記錄DNAPL污染羽在垂向和水平向的運(yùn)移，并定量計(jì)算污染物的擴(kuò)散面積變化，在修復(fù)效率估算和污染物遷移風(fēng)險(xiǎn)控制上具有直觀可視化優(yōu)勢(shì)，可以在工程前期優(yōu)化工藝尤其是優(yōu)選表面活性劑的種類及其濃度。
【專利說(shuō)明】用于模擬含水層中DNAPL污染物的表面活性劑強(qiáng)化修復(fù)過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)境污染治理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于模擬含水層中DNAPL污染物的表面活性劑強(qiáng)化修復(fù)過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著化工工業(yè)的發(fā)展，在產(chǎn)品的生產(chǎn)、運(yùn)輸、存貯和使用過(guò)程中，每年有大量的有毒有機(jī)物進(jìn)入土壤和地下水環(huán)境中，成為一類重要的污染物質(zhì)。其中的重非水相液體(DNAPL)密度比水大，常穿透包氣帶進(jìn)入飽和含水層。在飽和含水層中向下遷移時(shí)，遇到粒徑較細(xì)的土壤層時(shí)可能無(wú)法穿透，堆積在其上形成DNAPL聚集區(qū)。由于1，2-DCA和PCE之類的DNAPL具有較低的水溶解度和較高的與水之間的界面張力，傳統(tǒng)的抽出處理法對(duì)其修復(fù)效果不佳，目前采用較多的方法是加入表面活性劑進(jìn)行強(qiáng)化抽出處理(SurfactantEnhanced Aquifer Remediation,簡(jiǎn)稱SEAR)。SEAR技術(shù)的原理是通過(guò)加入表面活性劑，提高難溶有機(jī)污染物在水中的溶解度和移動(dòng)性，通過(guò)設(shè)在含水層中的抽取井造成的水力梯度，將污染物混合液抽取到地表進(jìn)行分離、處理，最后將處理后達(dá)標(biāo)的水外排或重新灌入到地下水中。
[0003]運(yùn)用SEAR技術(shù)對(duì)DNAPL進(jìn)行處理，當(dāng)表面活性劑溶液流經(jīng)DNAPL聚集體時(shí)，可能同時(shí)存在增流作用和增溶作用兩種過(guò)程。以往的研究大多認(rèn)為，增流作用可能會(huì)造成DNAPL的垂直遷移，使污染羽進(jìn)一步擴(kuò)大，因此在選擇表面活性劑時(shí)通常追求較高的增溶效果，對(duì)于降低油水界面張力的效果大多盡量抑制。為了抑制表面活性劑對(duì)DNAPL的增流作用，需要大量的前期實(shí)驗(yàn)來(lái)選擇合適的表面活性劑配比。盡管這樣，實(shí)際修復(fù)過(guò)程中加入表面活性劑后DNAPL的遷移擴(kuò)散很難完全避免。若以增溶原理進(jìn)行修復(fù)，要達(dá)到較高的增溶效果一般需要很高的表面活性劑投放量，在高成本的同時(shí)還帶來(lái)了表面活性劑對(duì)土壤的污染和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。此外，場(chǎng)地地下含水層中多孔介質(zhì)的結(jié)構(gòu)、粒徑與孔徑分布等都對(duì)表面活性劑的增溶與增流效果存在影響。因此根據(jù)實(shí)際場(chǎng)地中的污染物組成和水文地質(zhì)情況選擇合適的表面活性劑來(lái)提高修復(fù)效率，減少表面活性劑用量是SEAR技術(shù)的重點(diǎn)。
[0004]為了對(duì)表面活性劑的增溶與增流作用進(jìn)行評(píng)估，修復(fù)工程前期需要進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。以往的模擬實(shí)驗(yàn)很多采用一維柱實(shí)驗(yàn)，雖然能較好的驗(yàn)證表面活性劑的增溶效果，但由于難以直接觀測(cè)加入表面活性劑后DNAPL污染羽的遷移情況，對(duì)表面活性劑的增流作用及其對(duì)修復(fù)效率的影響難以進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估。后來(lái)的模擬實(shí)驗(yàn)較多采用二維砂箱，不僅可以模擬地下含水層中的非均質(zhì)性及其影響，而且能直觀觀測(cè)加入表面活性劑后DNAPL污染羽的遷移流動(dòng)。
[0005]現(xiàn)有的二維砂箱實(shí)驗(yàn)裝置存在一些不足，比如抽出液中的污染物沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理就直接排放，沒(méi)有較好的手段方便地測(cè)試砂箱中污染物分布面積。Taylor等(Taylor，Τ.P.; Pennell, K.D.; Abriolaj L.Μ.; Dane，J.H.，Surfactant enhanced recovery oftetrachloroethyIene from a porous medium containing low permeability lenses: 1.Experimental studies.Journal of Contaminant Hydrology2001, 48, (3-4)，325-350.)設(shè)計(jì)的二維砂箱由無(wú)機(jī)玻璃板和鋁合金構(gòu)成，但該裝置缺少循環(huán)處理部分和數(shù)碼圖像成像分析部分。
[0006]國(guó)內(nèi)李隋等(李隋等.表面活性劑強(qiáng)化抽取處理修復(fù)DNAPL污染含水層的實(shí)驗(yàn)研究.吉林大學(xué)，2008.)設(shè)計(jì)的含水層實(shí)驗(yàn)裝置是由聚氯乙烯板做成的封閉式矩形槽，具體設(shè)計(jì)為:滲流槽長(zhǎng)為120cm,寬為32cm,高為56cm,兩邊各有寬為6cm的布水空格,隔板上密布有直徑為0.15cm布水孔。槽子正面布有10列6行共60個(gè)直徑為2cm的取樣孔。進(jìn)水孔在槽子正面的左下角，出水孔在另一側(cè)面距槽底24cm的位置。該裝置的厚度達(dá)到32cm，已經(jīng)不屬于二維砂箱的尺度范疇，取樣只能通過(guò)正面的取樣孔，會(huì)對(duì)砂箱內(nèi)的流場(chǎng)產(chǎn)生干擾，且缺少循環(huán)處理部分和數(shù)碼圖像成像分析部分。
[0007]本發(fā)明為修復(fù)工程前期的修復(fù)條件優(yōu)化和修復(fù)結(jié)果模擬提供方便的可視化定量研究方法。以往工程前期為了優(yōu)化表面活性劑的配比大多進(jìn)行一維柱實(shí)驗(yàn)，雖然能較好的驗(yàn)證表面活性劑的增溶效果，但由于難以直接觀測(cè)加入表面活性劑后DNAPL污染羽的遷移情況，對(duì)表面活性劑的增流作用及其對(duì)修復(fù)效率的影響難以進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估。本方法采用二維可視化砂箱模擬含水層，可以直接觀測(cè)和記錄DNAPL污染羽在垂向和水平向的運(yùn)移，并定量計(jì)算污染物的擴(kuò)散面積變化，在修復(fù)效率估算和污染物遷移風(fēng)險(xiǎn)控制上具有直觀可視化優(yōu)勢(shì)，據(jù)此可以在工程前期優(yōu)化工藝尤其是優(yōu)選表面活性劑的種類及其濃度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種用于模擬含水層中DNAPL污染物的表面活性劑強(qiáng)化修復(fù)過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置及方法。
[0009]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0010]本發(fā)明的目的之一在于提供一種用于模擬含水層中DNAPL污染物的表面活性劑強(qiáng)化修復(fù)過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置，所述裝置包括二維可視化砂箱、循環(huán)系統(tǒng)及表面活性劑加入裝置。
[0011]所述二維可視化砂箱向上開(kāi)口，其橫向上由帶濾孔的隔板分隔為兩端的水槽及中間的砂槽；所述二維可視化砂箱前方設(shè)置有定時(shí)取像裝置。本發(fā)明所述二維可視化砂箱前后為無(wú)色透明無(wú)機(jī)玻璃，兩側(cè)和底部為無(wú)色透明有機(jī)玻璃條，以形成二維砂箱。用玻璃膠對(duì)兩側(cè)和底部進(jìn)行密封，其開(kāi)口用于填砂及加入污染物。所述帶濾孔的隔板可選用帶濾孔的有機(jī)玻璃條，能夠使水透過(guò)即可。所述定時(shí)取像裝置可將數(shù)碼相機(jī)放置于砂箱前，設(shè)置好曝光參數(shù)后連接到電腦上，利用Nikontrol3k軟件定時(shí)取像。
[0012]所述循環(huán)系統(tǒng)包括活性炭柱、水箱和分別置于二維可視化砂箱兩端水槽中的抽水井模擬管及回灌井模擬管，所述抽水井模擬管接入活性炭柱的底部，活性炭柱的頂部與水箱連通，水箱再連接回灌井模擬管，以形成循環(huán)通路；
[0013]所述表面活性劑加入裝置連入水箱中，以向水箱中加入表面活性劑溶液。
[0014]所述抽水井模擬管與活性炭柱底部之間依次設(shè)有第一蠕動(dòng)泵和三通閥；所述水箱與回灌井模擬管之間設(shè)有第二蠕動(dòng)泵。利用蠕動(dòng)泵模擬實(shí)際工程中的抽水泵，可以對(duì)抽水流速進(jìn)行調(diào)節(jié)。三通閥的主要作用在于模擬過(guò)程中定時(shí)取水樣，以檢測(cè)分析DNAPL污染物的濃度變化。[0015]所述表面活性劑加入裝置與水箱之間設(shè)有第三蠕動(dòng)泵。第三蠕動(dòng)泵的作用在于向水箱中加入表面活性劑溶液。
[0016]所述二維可視化砂箱的內(nèi)壁采用磨砂面，避免發(fā)生壁面效應(yīng)。
[0017]所述二維可視化砂箱后方平行設(shè)置有透射光源。為消除砂箱表面反射光線干擾，實(shí)驗(yàn)在黑暗環(huán)境中進(jìn)行，在砂箱后方平行放置燈箱作為光源，燈箱長(zhǎng)寬、高度都與砂箱一致，燈箱內(nèi)置4根熒光燈管，用勻光板將光線導(dǎo)出以保證光線均勻。
[0018]所述活性炭柱的頂層和底層覆蓋碎石，中間填充椰殼活性炭。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，活性炭柱可以有效吸附水中的DNAPL污染物和表面活性劑，避免直接排放抽出液造成污染。
[0019]所述抽水井模擬管及回灌井模擬管為下部設(shè)置濾孔的有機(jī)玻璃管。
[0020]本發(fā)明的目的之二在于提供一種利用所述實(shí)驗(yàn)裝置模擬含水層中DNAPL污染物的表面活性劑強(qiáng)化修復(fù)過(guò)程的實(shí)驗(yàn)方法，所述實(shí)驗(yàn)方法包括以下步驟:
[0021]I)向二維可視化砂箱中注水；
[0022]2)在飽水狀態(tài)下向砂槽中均勻填充粗石英砂；在填充過(guò)程中，設(shè)置細(xì)石英砂層以模擬弱透水層，其上注入經(jīng)染色的DNAPL污染物，形成聚集體；繼續(xù)填充粗石英砂至水面以下；
[0023]3)通過(guò)抽水井模擬管從二維可視化砂箱向活性炭柱中抽水，經(jīng)吸附處理后流入水箱中；將水箱中的水灌入回灌井模擬管中，形成循環(huán)；循環(huán)過(guò)程中使二維可視化砂箱中水位保持穩(wěn)定；
[0024]4)根據(jù)循環(huán)系統(tǒng)中水的流量計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)向水箱中加入表面活性劑溶液的量，使水箱中表面活性劑溶液的濃度保持恒定；
[0025]5)在抽水井模擬管和活性炭柱之間定時(shí)取水樣，分析DNAPL污染物的濃度變化并作出曲線圖，評(píng)估表面活性劑增強(qiáng)修復(fù)含水層中DNAPL污染物的效率；
[0026]6)對(duì)記錄的數(shù)碼圖像進(jìn)行分析；根據(jù)DNAPL污染羽的形態(tài)變化和分布面積，評(píng)估DNAPL遷移擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)。
[0027]本發(fā)明所述的粗石英砂與細(xì)石英砂是相對(duì)而言的。本領(lǐng)域技術(shù)人員為了在粗石英砂中形成弱透水層，可以根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)選擇粗石英砂和細(xì)石英砂的粒徑。例如，可選擇0.95mm或0.60mm的粗石英砂作為多孔介質(zhì),選擇0.30mm的細(xì)石英砂作為弱透水層。
[0028]本發(fā)明對(duì)弱透水層在粗石英砂中的位置不做特殊要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際的地層情況進(jìn)行選擇。
[0029]本發(fā)明所述的“飽水狀態(tài)”是指在二維可視化砂箱中注水后，向水中均勻填充粗石英砂，填充至水面以下。填充過(guò)程自始至終在飽水狀態(tài)下進(jìn)行，以防止石英砂的孔隙中存在氣泡。
[0030]弱透水層上注入經(jīng)染色的DNAPL污染物后，由于未達(dá)到該弱透水層細(xì)粒介質(zhì)的入滲壓，污染物被弱透水層截留形成聚集體。
[0031]所述實(shí)驗(yàn)方法在黑暗環(huán)境中進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后打開(kāi)透射光源，以使射入二維可視化砂箱各處的光線均勻。
[0032]所述粗石英砂在填充前依次用0.05mol/L Na0H>0.05mol/L HN03、5%過(guò)氧化氫分別浸泡3h，再用去離子水反復(fù)沖洗后自然風(fēng)干。
[0033]所述細(xì)石英砂層優(yōu)選為向下凸的弧形。這種設(shè)計(jì)能夠使污染物在細(xì)石英砂層上被截留形成聚集體，避免污染物向兩側(cè)擴(kuò)散遷移，從而在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后可以更好地評(píng)價(jià)DNAPL遷移擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)。
[0034]所述DNAPL污染物用蘇丹紅IV染色。蘇丹紅IV已被廣泛用于NAPL污染物的染色示蹤實(shí)驗(yàn)，燒杯實(shí)驗(yàn)證明蘇丹紅IV染色的DNAPL不會(huì)被表面活性劑脫色。
[0035]本發(fā)明可通過(guò)三通閥定時(shí)取水樣，用頂空氣相色譜法分析DNAPL污染物的濃度變化。
[0036]在具體模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，本發(fā)明可選擇1，2-DCA和PCE作為DNAPL污染物，選擇十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)作為表面活性劑，通過(guò)改變DNAPL污染物類型、粗石英砂粒徑、表面活性劑濃度、抽水流速等因素，對(duì)含水層中DNAPL污染物的表面活性劑強(qiáng)化修復(fù)過(guò)程進(jìn)行模擬，以在工程前期優(yōu)化工藝尤其是優(yōu)選表面活性劑的種類及其濃度。
[0037]例如，通過(guò)在兩種不同粒徑的粗石英砂中分別加入表面活性劑與不加表面活性劑情況下抽水實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，考查表面活性劑對(duì)DNAPL的增強(qiáng)去除效果，及DNAPL污染物自身理化性質(zhì)、多孔介質(zhì)粒徑等對(duì)表面活性劑增強(qiáng)修復(fù)過(guò)程中增溶與增流作用的影響。
[0038]通過(guò)記錄DNAPL污染物在兩種粒徑的粗石英砂二維砂箱中分別在不同抽水流速與加入不同濃度的表面活性劑溶液條件下抽水實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，考查不同表面活性劑投放濃度、抽水流速及多孔介質(zhì)粒徑條件下SEAR過(guò)程中DNAPL的遷移擴(kuò)散對(duì)抽出效率的影響。
[0039]與已有技術(shù)方案相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0040]1、本發(fā)明采用二維可視化砂箱模擬含水層，可以直接觀測(cè)和記錄DNAPL污染羽在垂向和水平向的運(yùn)移，并用數(shù)碼圖像分析方法定量計(jì)算污染物的擴(kuò)散面積變化，在修復(fù)效率估算和污染物遷移風(fēng)險(xiǎn)控制上具有直觀可視化優(yōu)勢(shì)，據(jù)此可以在工程前期根據(jù)場(chǎng)地情況優(yōu)化工藝尤其是優(yōu)選表面活性劑的種類及其濃度。
[0041]2、采用了活性炭柱處理抽出液，使整個(gè)抽出處理系統(tǒng)成為循環(huán)系統(tǒng)。
[0042]3、砂箱的內(nèi)壁采用磨砂面，從而有效避免了壁面效應(yīng)，DNAPL在二維尺度上的遷移不再只發(fā)生在壁面附近，而是在整個(gè)砂箱厚度上均勻進(jìn)行。
[0043]4、采用透射光源，而且采用了勻光板，保證射入砂箱各處的光線均勻。實(shí)驗(yàn)在黑暗環(huán)境中進(jìn)行，能消除砂箱玻璃表面反射光線的干擾，使后期對(duì)實(shí)驗(yàn)圖像進(jìn)行定量分析時(shí)源于外界的誤差盡可能小。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0044]圖1是本發(fā)明所述實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖2是本發(fā)明所述實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)物圖:(a)正面圖；(b)側(cè)面圖；
[0046]圖3是本發(fā)明所述實(shí)驗(yàn)方法的流程圖。
[0047]圖中:1_ 二維可視化砂箱；2_表面活性劑加入裝置；3_抽水井模擬管；4_回灌井模擬管；5-活性炭柱；6-水箱；7-第一螺動(dòng)泵；8_二通閥；9_第二螺動(dòng)泵；10-第二螺動(dòng)泵。
[0048]下面對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。但下述的實(shí)例僅僅是本發(fā)明的簡(jiǎn)易例子，并不代表或限制本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書(shū)為準(zhǔn)。
【具體實(shí)施方式】
[0049]下面結(jié)合附圖并通過(guò)【具體實(shí)施方式】來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。[0050]為更好地說(shuō)明本發(fā)明，便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的典型但非限制性的實(shí)施例如下:
[0051]如圖1和圖2所示，一種用于模擬含水層中DNAPL污染物的表面活性劑強(qiáng)化修復(fù)過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置，所述裝置包括二維可視化砂箱1、循環(huán)系統(tǒng)及表面活性劑加入裝置2。
[0052]所述二維可視化砂箱I向上開(kāi)口，其橫向上由帶濾孔的隔板分隔為兩端的水槽及中間的砂槽；所述二維可視化砂箱I前方設(shè)置有定時(shí)取像裝置，后方平行設(shè)置有透射光源；所述二維可視化砂箱I的內(nèi)壁采用磨砂面。
[0053]所述循環(huán)系統(tǒng)包括活性炭柱5、水箱6和分別置于二維可視化砂箱I兩端水槽中的抽水井模擬管3及回灌井模擬管4，所述抽水井模擬管3接入活性炭柱5的底部，活性炭柱5的頂部與水箱6連通，水箱6再連接回灌井模擬管4，以形成循環(huán)通路；所述活性炭柱5的頂層和底層覆蓋碎石，中間填充椰殼活性炭。
[0054]所述表面活性劑加入裝置2連入水箱6中，以向水箱6中加入表面活性劑溶液。
[0055]所述抽水井模擬管3與活性炭柱5底部之間依次設(shè)有第一蠕動(dòng)泵7和三通閥8 ；所述水箱6與回灌井模擬管4之間設(shè)有第二蠕動(dòng)泵9。所述表面活性劑加入裝置2與水箱6之間設(shè)有第三蠕動(dòng)泵10。所述抽水井模擬管3及回灌井模擬管4為下部設(shè)置濾孔的有機(jī)
玻璃管。
[0056]以下為通過(guò)本發(fā)明所述的實(shí)驗(yàn)裝置模擬含水層中DNAPL污染物的表面活性劑強(qiáng)化修復(fù)過(guò)程的具體實(shí)驗(yàn)方法示例。工藝流程如圖3所示。
[0057]所用二維可視化砂箱的尺寸為高50cm,寬80cm,厚lcm。砂箱前后為厚0.5cm的無(wú)色透明無(wú)機(jī)玻璃，為避免發(fā)生壁面效應(yīng)，內(nèi)壁采用磨砂面，兩側(cè)和底部為無(wú)色透明有機(jī)玻璃條，用玻璃膠對(duì)側(cè)部和底部進(jìn)行密封，上部開(kāi)口用于填砂及加入污染物。砂箱橫向上由帶濾孔的有機(jī)玻璃條隔為3部分，中間60cm寬度填砂，兩側(cè)為各IOcm寬的水槽。為消除砂箱表面反射光線干擾，實(shí)驗(yàn)在黑暗環(huán)境中進(jìn)行，在砂箱后方平行放置燈箱作為光源，燈箱內(nèi)置4根熒光燈管，用勻光板將光線導(dǎo)出以保證光線均勻。數(shù)碼相機(jī)(Nikon D90)放置于砂箱前IOOcm處,設(shè)置好曝光參數(shù)后連接到電腦上,利用Nikontrol3k軟件定時(shí)取像。
[0058]實(shí)驗(yàn)選用半透明石英砂作為多孔介質(zhì)，裝填前依次使用0.05mol/L NaOH,0.05mol/L HNO3>5%過(guò)氧化氫分別浸泡3h,去離子水反復(fù)沖洗后自然風(fēng)干。
[0059]實(shí)驗(yàn)前先往砂箱中注入一定高度的去離子水，在飽水狀態(tài)下用漏斗往中間60cm寬砂槽中均勻填充石英砂，每填2cm高度敲擊外壁使石英砂落實(shí)。在距砂箱右側(cè)20cm，底部16cm高處為中心,設(shè)置Icm厚的弧形細(xì)石英砂層模擬弱透水層,其上注入5ml用80mg/L蘇丹紅IV染色的DNAPL污染物。由于未達(dá)到該弱透水層細(xì)粒介質(zhì)的入滲壓，污染物被弱透水層截留形成聚集體。設(shè)置完污染物聚集體后繼續(xù)充填石英砂，直至達(dá)到36cm高度。
[0060]實(shí)驗(yàn)中用直徑1cm，下部20cm帶濾孔的有機(jī)玻璃管插入兩邊水槽中模擬抽水井與回灌井，利用蠕動(dòng)泵模擬抽水泵。將連接第一蠕動(dòng)泵的膠管一端插到左側(cè)抽水井的有機(jī)玻璃管中，另一端連接到活性炭柱的底部，抽出的水從活性炭柱底部進(jìn)入，經(jīng)活性炭柱吸附處理之后從頂部流出，經(jīng)過(guò)膠管進(jìn)入到水箱中?；钚蕴恐?00cm，內(nèi)直徑30cm，頂層和底層覆蓋碎石，中間填充椰殼活性炭。第二蠕動(dòng)泵連接的膠管將水從水箱中抽出，灌入到回灌井中，形成循環(huán)系統(tǒng)。第一蠕動(dòng)泵和第二蠕動(dòng)泵控制在相同流量，使砂箱中水位保持穩(wěn)定，并控制砂箱中部的水位高度維持在30cm。需要向抽水體系中加入表面活性劑時(shí)，根據(jù)循環(huán)系統(tǒng)中水的流量計(jì)算出每分鐘需要加入的表面活性劑量，用第三蠕動(dòng)泵將事先配好的表面活性劑溶液抽取到水箱中，使水箱中表面活性劑溶液的濃度保持恒定。在抽水井與活性炭柱之間設(shè)置三通閥，實(shí)驗(yàn)中定時(shí)取水樣，用頂空氣相色譜法分析DNAPL污染物的濃度變化。
[0061]實(shí)驗(yàn)結(jié)束后利用Photoshop CS5軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中記錄的數(shù)碼圖像進(jìn)行截圖，去除實(shí)驗(yàn)裝置和其它背景信息。截圖后照片分辨率均為2423X887像素，每個(gè)像素約為
0.2mmX0.2mm,截取圖片實(shí)際大小為48.46cmX 17.74cm。圖形信息提取在ImageJ軟件中完成。ImageJ是一個(gè)基于java的圖像處理軟件，具備多種圖像處理和分析功能，能進(jìn)行圖片的區(qū)域和像素統(tǒng)計(jì)，已被廣泛應(yīng)用。在ImageJ中設(shè)置一定的閾值對(duì)污染物分布范圍進(jìn)行信息提取，然后進(jìn)行二值化，設(shè)定染色區(qū)域?yàn)楹谏溆嗖糠譃榘咨?。最后?duì)二值化的圖形利用ImageJ軟件的measure指令測(cè)量黑色區(qū)域的面積，以像素點(diǎn)為單位統(tǒng)計(jì)記錄面積值。
[0062]水樣中DNAPL濃度按照USEPA-8260C方法在氣相色譜-質(zhì)譜儀(GC，USA AgilentTechnologies5973;MS, USA Agilent Techno1gies5975)中進(jìn)行測(cè)定。氣相色譜儀米用DB-VRX毛細(xì)管柱(60mX0.25mm IDX 1.4 μ m; Agilent Technologies)，以流量為 1.2ml/min的氦氣作為載氣，注射器和烘箱的最高溫度設(shè)定為230°C。檢測(cè)下限為0.05mg/L。
[0063]根據(jù)實(shí)驗(yàn)中得到的水樣中DNAPL濃度變化作出曲線圖，可以評(píng)估該工藝下表面活性劑增強(qiáng)修復(fù)含水層中該種DNAPL污染物的效率。根據(jù)圖像記錄的DNAPL污染羽形態(tài)變化和分布面積，可以評(píng)估該工藝下DNAPL遷移擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)。
[0064] 申請(qǐng)人:聲明，本發(fā)明通過(guò)上述實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的詳細(xì)結(jié)構(gòu)特征以及方法，但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)結(jié)構(gòu)特征以及方法，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)結(jié)構(gòu)特征以及方法才能實(shí)施。所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對(duì)本發(fā)明的任何改進(jìn)，對(duì)本發(fā)明所選用部件的等效替換以及輔助部件的增加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開(kāi)范圍之內(nèi)。
[0065]以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡(jiǎn)單變型，這些簡(jiǎn)單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0066]另外需要說(shuō)明的是，在上述【具體實(shí)施方式】中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過(guò)任何合適的方式進(jìn)行組合，為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對(duì)各種可能的組合方式不再另行說(shuō)明。
[0067]此外，本發(fā)明的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開(kāi)的內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種用于模擬含水層中DNAPL污染物的表面活性劑強(qiáng)化修復(fù)過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述裝置包括二維可視化砂箱(1)、循環(huán)系統(tǒng)及表面活性劑加入裝置(2 ); 所述二維可視化砂箱(1)向上開(kāi)口，其橫向上由帶濾孔的隔板分隔為兩端的水槽及中間的砂槽；所述二維可視化砂箱(1)前方設(shè)置有定時(shí)取像裝置； 所述循環(huán)系統(tǒng)包括活性炭柱(5)、水箱(6)和分別置于二維可視化砂箱(1)兩端水槽中的抽水井模擬管(3)及回灌井模擬管(4)，所述抽水井模擬管(3)接入活性炭柱(5)的底部，活性炭柱(5)的頂部與水箱(6)連通，水箱(6)再連接回灌井模擬管(4)，以形成循環(huán)通路； 所述表面活性劑加入裝置(2)連入水箱(6)中，以向水箱(6)中加入表面活性劑溶液。
2.如權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述抽水井模擬管(3)與活性炭柱(5)底部之間依次設(shè)有第一蠕動(dòng)泵(7)和三通閥(8);所述水箱(6)與回灌井模擬管(4)之間設(shè)有第二蠕動(dòng)泵(9)； 優(yōu)選地，所述表面活性劑加入裝置(2)與水箱(6)之間設(shè)有第三蠕動(dòng)泵(10)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述二維可視化砂箱(1)的內(nèi)壁采用磨砂面； 優(yōu)選地，所述二維可視化砂箱(1)后方平行設(shè)置有透射光源。
4.如權(quán)利要求1-3 之一所述的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述活性炭柱(5)的頂層和底層覆蓋碎石，中間填充椰殼活性炭。
5.如權(quán)利要求1-4之一所述的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述抽水井模擬管(3)及回灌井模擬管(4)均為下部設(shè)置濾孔的有機(jī)玻璃管。
6.一種利用如權(quán)利要求1-5之一所述實(shí)驗(yàn)裝置模擬含水層中DNAPL污染物的表面活性劑強(qiáng)化修復(fù)過(guò)程的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，所述實(shí)驗(yàn)方法包括以下步驟: 1)向二維可視化砂箱(1)中注水； 2)在飽水狀態(tài)下向砂槽中均勻填充粗石英砂；在填充過(guò)程中，設(shè)置細(xì)石英砂層以模擬弱透水層，其上注入經(jīng)染色的DNAPL污染物，形成聚集體；繼續(xù)填充粗石英砂至水面以下； 3)通過(guò)抽水井模擬管(3)從二維可視化砂箱(1)向活性炭柱(5)中抽水，經(jīng)吸附處理后流入水箱(6)中；將水箱(6)中的水灌入回灌井模擬管(4)中，形成循環(huán)；循環(huán)過(guò)程中使二維可視化砂箱(1)中水位保持穩(wěn)定； 4)根據(jù)循環(huán)系統(tǒng)中水的流量計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)向水箱(6)中加入表面活性劑溶液的量，使水箱(6)中表面活性劑溶液的濃度保持恒定； 5)在抽水井模擬管(3)和活性炭柱(5)之間定時(shí)取水樣，分析DNAPL污染物的濃度變化并作出曲線圖，評(píng)估表面活性劑增強(qiáng)修復(fù)含水層中DNAPL污染物的效率； 6)對(duì)記錄的數(shù)碼圖像進(jìn)行分析；根據(jù)DNAPL污染羽的形態(tài)變化和分布面積，評(píng)估DNAPL遷移擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)。
7.如權(quán)利要求6所述的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，所述實(shí)驗(yàn)方法在黑暗環(huán)境中進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后打開(kāi)透射光源，以使射入二維可視化砂箱(1)各處的光線均勻。
8.如權(quán)利要求6或7所述的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，所述粗石英砂在填充前依次用0.05mol/L Na0H、0.05mol/L HN03、5%過(guò)氧化氫分別浸泡3h,再用去離子水反復(fù)沖洗后自然風(fēng)干。
9.如權(quán)利要求6-8之一所述的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，所述細(xì)石英砂層為向下凸的弧形。
10.如權(quán)利要求6-9之一所述的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，所述DNAPL污染物用蘇丹紅IV染色。
【文檔編號(hào)】G01N13/00GK103926172SQ201410155855
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月17日
【發(fā)明者】伍斌, 李慧穎, 楊賓, 杜曉明, 李發(fā)生 申請(qǐng)人:中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院