[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

本發明提供了一種非水相液體污染物在地下水中遷移及阻隔試驗系統，包括試驗土樣室、勻變速供污模塊、供水模塊和溶液收集模塊；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且依次設置，之間設置透水結構；勻變速供污模塊與第一砂槽連通，供水模塊與第一砂槽的底端連通，溶液收集模塊設置在工程屏障隔離槽以及第二砂槽的底端。本方案可針對現場不同地質條件、不同工況模擬非水相液體污染物在地層中的運移和擴散，研究非水相污染物在不同粒徑多孔介質中運移與分布特征，同時還可系統研究工程屏障隔離墻對非水相液體污染物在地下環境中運移擴散后產生的污染羽的隔離阻控效果。

技術領域

本發明涉及地質工程及土木工程（巖土）技術領域，特別涉及一種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。

背景技術

由于填埋場滲濾液泄漏、地下貯油設施及輸油管線中石油制品的泄漏，有機溶劑和其他石油類產品對土壤和地下水的污染日趨嚴重。受石油類有機物污染的土體中含有多種有毒物質，進入地下水環境后，將對生物體造成嚴重的危害。大部分有機污染物與水不互溶（可能部分溶于水，此時溶解相和非水相同時存在），這種液體通常稱為非水相液體（Nonaqueous Phase Liquids, NAPLs），包括密度比水大的重非水相液體（DenseNonaqueous Phase Liquids, DNAPLs）和密度比水小的輕非水相液體（Light NonaqueousPhase Liquids, LNAPLs）。常見的LNAPLs包括汽油和柴油，DNAPLs包括四氯乙烯、三氯乙烯、煤焦油等一些常見的氯代烴等。

NAPLs在地下水土中的遷移過程為多組分多相流問題。兩相流可能由水相和DNAPLs組成，發生在潛水面以下；三相流可能由空氣、水以及NAPL組成，發生在包氣帶中。石油類有機污染物不僅會污染地表水體，還會沿著包氣帶入滲污染地下水土。一方面，石油類有機污染物受重力和毛細力的作用在包氣帶中做垂直運動，部分污染物運動到地下潛水面以上并浮于水面，部分溶解于地下水中。另一方面，由于毛細力的作用有機污染物將吸附于粗顆粒土壤的孔隙中或被土壤固體顆粒吸附；絕大部分有機污染物都具有揮發性，揮發性有機污染物將分離成純液相和氣相占據包氣帶孔隙，這些殘留的污染物會通過降水滲透溶解到地下水中，對地下水造成持續污染。

建立反映各主要成份運移過程的預測模型是設計地下水土石油類有機污染凈化修復方案的基礎。然而，目前人們對包氣帶中石油驅替遷移機理的研究還不夠深入，對多場耦合作用下非水相液體污染物的遷移擴散過程缺乏系統研究，所以尚難以建立起實用的數學模型來描述多相流體系中石油污染物的遷移轉換規律。

發明內容

本發明提供了一種室內縮尺模型試驗來模擬石油類有機污染物在包氣帶和地下水土中的運移和擴散，以深入研究包氣帶中石油驅替遷移機理，對預測地下水污染發展趨勢以及修復土壤和地下水污染具有重要意義。

為了達到上述目的，本發明提供了一種非水相液體污染物在地下水中遷移及阻隔試驗系統，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。

進一步地，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。