[發明專利]非水相液體污染物在地下水中遷移及阻隔試驗系統及方法

有效

• 申請號: 202010104715.7
• 申請日: 2020-02-20
• 公開（公告）號: CN111157406B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 賀勇;胡廣;張可能;朱考飛;李冰冰;喻志鵬;蔣文強
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00;G01N13/04;G01N15/08
• 代理公司: 長沙軒榮專利代理有限公司 43235
• 代理人: 黃藝平

1.一種非水相液體污染物在地下水中遷移及阻隔試驗系統，其特征在于，包括試驗土樣室、供污模塊、供水模塊、溶液收集模塊和支撐調節模塊；所述試驗土樣室至少包括第一砂槽、第二砂槽和工程屏障隔離槽，所述第一砂槽、所述工程屏障隔離槽和所述第二砂槽依次設置，所述第一砂槽與所述工程屏障隔離槽之間、以及所述工程屏障隔離槽與所述第二砂槽之間的連接處均設置透水結構，所述第一砂槽底部鋪設有礫石導水層，所述工程屏障隔離槽內設置有工程屏障隔離墻，所述第二砂槽內鋪設有礫石滲水層，所述試驗土樣室由透明的有機玻璃制成；所述供污模塊與所述第一砂槽連通，向所述第一砂槽內勻速或變速地輸送非水相液體污染物；所述供水模塊與所述第一砂槽的底端連通，向所述礫石導水層輸送水；所述溶液收集模塊設置在所述工程屏障隔離槽以及所述第二砂槽的底端，對槽底滲出的溶液進行收集；所述支撐調節模塊能模擬不同水力坡度下非水相液體污染物在地層中的遷移擴散。

2.根據權利要求1所述的非水相液體污染物在地下水中遷移及阻隔試驗系統，其特征在于，所述供污模塊包括經容積標定的有機玻璃容器、蠕動泵、污染物輸入控制閥和硅膠軟管，所述有機玻璃容器的外壁上設置有注液孔，所述有機玻璃容器通過所述硅膠軟管依次與所述蠕動泵以及所述第一砂槽連通，所述污染物輸入控制閥設置在所述硅膠軟管上，且位于所述硅膠軟管與所述第一砂槽的連接處。

3.根據權利要求2所述的非水相液體污染物在地下水中遷移及阻隔試驗系統，其特征在于，所述供水模塊包括水箱、水泵、輸水管和水位控制閥，所述水泵設置在所述水箱內，通過所述輸水管與所述第一砂槽底端連通，所述水位控制閥設置在所述輸水管與所述第一砂槽的連接處。

4.根據權利要求3所述的非水相液體污染物在地下水中遷移及阻隔試驗系統，其特征在于，所述溶液收集模塊包括多個溶液收集瓶，分別設置在所述工程屏障隔離槽以及所述第二砂槽的底端，所述溶液收集瓶通過溶液收集管與槽底連通，所述溶液收集管上均設置有一排液控制閥。

5.根據權利要求4所述的非水相液體污染物在地下水中遷移及阻隔試驗系統，其特征在于，所述第一砂槽、所述第二砂槽和所述工程屏障隔離槽底部均設置有長條狀的透水槽，所述透水槽底部開孔，槽內放置有塑料透水板，所述塑料透水板可供液體出入而防止試驗土樣穿過。

6.根據權利要求5所述的非水相液體污染物在地下水中遷移及阻隔試驗系統，其特征在于，所述透水結構為透水板，所述透水板上開有圓孔，所述圓孔內放置圓形透水石，所述透水板的其余部位均設有小孔，所述透水板的四周設置有乳膠片，用穿孔螺絲拼接固定。

7.根據權利要求6所述的非水相液體污染物在地下水中遷移及阻隔試驗系統，其特征在于，所述礫石導水層以及所述礫石滲水層均由多組不同粒徑的石英砂分層堆疊，形成多孔介質；所述工程屏障隔離墻主要由膨潤土、紅黏土、活性炭按預設的干密度混合壓實制成。

8.根據權利要求7所述的非水相液體污染物在地下水中遷移及阻隔試驗系統，其特征在于，所述第一砂槽的側壁上開設有多個預制孔，所述預制孔用于采樣和設置傳感器。

9.根據權利要求8所述的非水相液體污染物在地下水中遷移及阻隔試驗系統，其特征在于，所述支撐調節模塊主要由支撐床、支撐片、千斤頂和活動鉸接裝置組成，所述支撐床包括床板和置于地面的床架，所述試驗土樣室設置在所述床板上，所述床板的固定端通過所述活動鉸接裝置與所述床架鉸接，活動端的底部與所述千斤頂的活塞桿連接，所述支撐片設置在所述床板與所述床架之間。

10.一種非水相液體污染物在地下水中遷移及阻隔試驗方法，應用于如權利要求9所述的試驗系統，其特征在于，包括：

步驟一、組裝所述試驗系統，檢查密封性；準備好試驗用蒸餾水、經蘇丹Ⅳ染色的柴油、多組不同粒徑的石英砂以及所述工程屏障隔離墻的材料；將所述石英砂和所述工程屏障隔離墻的材料按預設的干密度壓實，所述石英砂填入所述第一砂槽和第二砂槽內，所述工程屏障隔離墻填入所述工程屏障隔離槽內；設置并調整好數碼相機；

步驟二、將蒸餾水注入所述水箱，啟動所述水泵，打開所述水位控制閥，使蒸餾水注入所述第一砂槽內，當水位達到預設位置時，關閉所述水位控制閥和所述水泵，待所述第一砂槽內形成穩定的飽和及非飽和帶；

步驟三、將經蘇丹Ⅳ染色的柴油通過所述注液孔注入所述有機玻璃容器，啟動所述蠕動泵，打開所述污染物輸入控制閥，使柴油注入所述第一砂槽內；

步驟四、實時觀測柴油在所述第一砂槽內的遷移，用所述數碼相機拍照記錄柴油鋒面的擴散過程，以獲取柴油在不同粒徑多孔介質中的鋒面擴散形態和形成透鏡體的形狀和厚度；

步驟五、由于水頭差的作用，第一砂槽內的蒸餾水和入滲的柴油均會流向所述工程屏障隔離槽，一段時間后觀測所述工程屏障隔離墻內柴油鋒面的形態，同時還觀測所述第二砂槽內有無出現柴油，以研究所述工程屏障隔離墻對柴油的吸附阻滯效果；

步驟六、每隔一段時間，通過溶液收集模塊收集溶液，溶液收集后密封保存，以供后續水樣分析，根據水中污染物濃度的時空分布，研究柴油是否通過對流、彌散作用遷移到了蒸餾水中，是否對水造成了污染；

步驟七、將所述千斤頂置于所述床板的活動端底部，所述千斤頂將試驗土樣室抬升至傾斜預設的角度，再用所述支撐片支撐固定，計算出當前的水力坡度，之后重復步驟一至步驟六，并不斷調整千斤頂的頂升高度，測試不同水力坡度下柴油在多孔介質中的運移擴散規律與工程屏障隔離墻的吸附阻滯效果。