[發明專利]一種封閉式地下水溶質遷移模擬實驗裝置

有效

• 申請號: 201410432121.3
• 申請日: 2014-08-27
• 公開（公告）號: CN104237080A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 趙忠偉;呂輝;華國芬;金光球;陶小虎;陳斌
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N13/04
• 分類號: G01N13/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 肖明芳

技術領域

本發明屬于環境工程和農業工程領域，具體地涉及一種封閉式地下水溶質遷移模擬實驗裝置，適用于地下水溶質遷移模擬室內土柱實驗，可用于揮發性或半揮發性污染溶質遷移模擬實驗。

背景技術

地下水環境相對比較脆弱，一旦污染后果嚴重，且持續時間長，治理難度大，尤其是各類可溶性污染物(溶質)隨地下水不斷遷移、衰減、吸附、解析和發生相互反應，給地下水污染治理帶來很大困難。準確把握污染溶質隨地下水的遷移運動規律，對地下水環境污染治理以及地下水資源管理都具有非常重要的意義。

目前，地下水溶質遷移研究的主要方法包括抽水實驗、粒子示蹤實驗、數值模擬和物理模型實驗等。抽水實驗針對地下水污染相對集中且滲透性較大的含水層，通過抽取地下水將污染物抽出地面處理，并設置觀測井來監測污染物隨地下水流場的運移情況。抽水實驗需要在已有污染場地上進行，主要應用在地下水污染治理項目中，容易受場地、實驗條件和水文地質等條件的限制。粒子示蹤實驗是在地下水中注入示蹤劑，通過監測示蹤劑粒子隨地下水運移情況，研究污染溶質隨地下水流場的運動規律。粒子示蹤實驗受水文地質條件影響較大，且示蹤劑價格相對較高，易造成二次污染。數值模擬具有高效、便捷和可視化的優點，因此成為地下水溶質遷移研究的主要方法之一(魏恒,肖洪浪.地下水溶質遷移模擬研究進展[J].冰川凍土,2013,06):1582-1589)，但數值模擬結果的驗證以及計算參數的獲取需要借助現場實驗或物理模型實驗來實現，而溶質遷移過程中很多化學反應和物理過程也沒有現成的數學模型來描述。物理模型實驗是根據相似原理建立室內模型模擬現場尺度物理現象或過程的方法,具有更加直觀、便捷和可操作性的優點，因此也成為地下水溶質遷移必不可少的研究手段之一。現有溶質遷移物理模型實驗主要以一維土柱實驗為主(中國科學院新疆生態與地理研究所,北京時域通科技有限公司，一種實驗室土壤溶質運移模擬裝置，CN201867407U[P/OL].2011-06-15；河海大學，一種土壤污染物遷移模擬裝置，CN103424341A[P/OL].2013-12-04；東北農業大學，一種模擬土壤有機污染物遷移轉化的反應裝置,CN103760319A[P/OL].2014-04-30)，實驗裝置主要包括供液部分、實驗土柱和廢液回收裝置三個部分，其中供液部分提供水源或污染源，實驗土柱是溶質遷移過程的主要載體，廢液收集裝置用于收集過量廢液和廢水。這些實驗裝置大多針對特定污染溶質設計，結構簡單且普適性不高，由于缺乏密閉保護裝置，無法應用于某些揮發性或半揮發性有毒污染溶質。

發明內容

發明目的：為解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種封閉式地下水溶質遷移模擬實驗裝置，可用于地下水溶質遷移室內土柱實驗，適用于揮發性或半揮發性污染溶質的模擬實驗，具有可持續和穩定性好的特點，同時簡化了實驗設備，節約了實驗成本，同時在保證平行實驗時水頭或流量條件的統一性有利于平行實驗結果的對比分析。

技術方案：為實現上述技術目的，本發明提出一種封閉式地下水溶質遷移模擬實驗裝置，包括供液單元、平行實驗單元、廢液回收單元、封閉式組合柜和廢氣回收單元，所述供液單元、平行實驗單元和廢液回收單元依次相連并設置于所述封閉式組合柜的內部，所述封閉式組合柜與所述廢氣回收單元相連，其中：

所述供液單元包括濾氣瓶、供液瓶、供液分流管和一組流量控制器，所述濾氣瓶通過導氣管與所述供液瓶相連；所述供液瓶與供液分流管相連；所述供液分流管與流量控制器相通連接；

所述平行實驗單元包括實驗土柱、有機玻璃容器和取樣插頭，所述實驗土柱填充于所述有機玻璃容器內，所述取樣插頭設于所述有機玻璃容器的表面，并穿過有機玻璃容器側壁插入實驗土柱內部；其中，平行實驗單元的實驗土柱的數目可以根據需要進行調節，供液分流管的分支數也可以根據需要進行調節，從而實現將從供液瓶的液體分流至平行實驗單元的各個實驗土柱中。

所述封閉式組合柜包括一個封閉的外殼，所述外殼的內部被分隔成供液室、模擬取樣室和廢液存儲室三個部分，分別用于放置供液單元、平行實驗單元和廢液回收單元；其中，所述供液室的內部設置有用于調整供液瓶的高度的、可拆卸的可升降平臺。

所述廢氣回收單元包括排氣扇和活性炭盒，所述活性炭盒一端與所述排氣扇相連，另一端連接有排風口；所述排氣扇與所述封閉式組合柜的外壁相連接。其中排氣扇作用是將封閉式組合柜內的空氣抽出，活性炭盒用于吸附空氣中散布的溶質分子，處理后的空氣經排風口排放到大氣中。