地下水原位化學和生物修復模擬試驗裝置及模擬試驗方法

地下水原位化學和生物修復模擬試驗裝置及模擬試驗方法
【專利摘要】本發明公開了一種地下水原位化學和生物修復模擬試驗裝置及模擬試驗方法。該裝置包括滲流槽、進出水緩沖槽、供水裝置和液體回收瓶，滲流槽分別通過多孔布水隔板與進、出水緩沖槽連通，出水緩沖槽外側設帶閥門的排水孔；滲流槽上游設一排注射井，槽內設若干監測井，監測井內裝水質分析探頭；滲流槽和進出水緩沖槽頂部設密封頂板，頂板上設進、排氣孔；滲流槽側壁上設測壓管。該方法包括：裝填介質、飽水、泵入污染地下水、加入藥劑模擬原位化學和生物修復過程。本發明裝置設計靈活簡便，試驗成本低，過程可控性強，可用于研究原位條件下化學和生物強化處理有機污染地下水的動態效果及其作用機制，也可用于觀察特定污染物在地下水中的衰減過程。
【專利說明】地下水原位化學和生物修復模擬試驗裝置及模擬試驗方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于地下水治理【技術領域】，具體涉及一種能夠準確反映化學和生物強化技術原位修復有機污染地下水情況的地下水原位化學和生物修復模擬試驗裝置及模擬試驗方法。
【背景技術】
[0002]地下水作為重要的淡水資源，與人類的生活息息相關。隨著工農業生產的不斷發展，我國地下水污染狀況日益嚴重，其中氯代烴、苯系物和石油烴等有機物污染已超過了重金屬污染，成為當前主要的地下水污染形式，并對生態環境和人類健康造成極大危害，因此，選擇有效的修復技術對其進行控制和治理已成為環保領域重要的研究課題之一，具有十分重要的社會經濟效益。
[0003]常用的有機污染地下水修復技術包括異位抽出處理法和原位化學、生物處理法。前者是指從污染區域的含水層中直接抽取已經污染的地下水，經地表后續處理并達標后重新注回地下水體中；后者是指向地下水污染區域直接注入化學和(或)生物藥劑，通過強化地下環境中有機污染物的化學和生物降解過程以加快其去除。異位抽出處理是早期地下水修復的代表性技術，應用較為廣泛，但其存在處理成本高、治理范圍有限和后期修復效果差等缺點；實踐表明原位化學和生物法處理地下水有機污染物能達到較高的去除效率，并具有費用低、施工簡便、修復范圍廣、環境擾動少和污染物暴露機率低等優勢，從而越來越受到人們的青睞與關注，應用前景非常廣闊，其在歐美國家已逐漸成為了主流的有機污染地下水修復技術。
[0004]由于地下環境的復雜性、多變性和不可見性，使得化學和生物強化措施對有機污染物在地下含水層中遷移、轉化和降解規律的影響并不十分清楚，從而無法有針對性地提高原位化學和生物處理法的修復效率，因此，需要在室內條件下深入研究原位化學、生物及其聯合強化措施促進地下水有機污染物降解的作用機制。目前，有關該領域的實驗室研究主要在靜態或一維動態條件下開展，其無法完全反映污染物在地下含水層中的環境行為特征，因此，有必要研制一種能在三維尺度下準確模擬有機污染地下水原位化學和生物修復動態過程的小試模擬裝置，以探討化學和生物強化處理有機污染地下水的機理，為地下水修復技術的開發提供可靠的理論依據和基礎參數。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在于解決現有技術的不足，提供一種結構簡單，可控性強，能夠準確模擬有機污染地下水原位化學和生物修復動態過程的地下水原位化學和生物修復模擬試驗裝置及模擬試驗方法，該裝置可用于研究原位化學、生物及其聯合強化措施處理有機污染地下水的作用機制，也可用于觀察特定污染物在地下水中的衰減過程。
[0006]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0007]一種地下水原位化學和生物修復模擬試驗裝置，主要包括滲流槽、進水緩沖槽、出水緩沖槽、供水裝置和液體回收瓶，供水裝置由順序相連的氮氣囊、儲液瓶和蠕動泵組成；供水裝置通過輸水軟管與進水緩沖槽底部連接，滲流槽進水側面和出水側面分別通過多孔布水隔板與進水緩沖槽和出水緩沖槽連通，出水緩沖槽外側不同高度分別設有帶閥門的排水孔，通過輸水軟管和流量計連接到液體回收瓶；滲流槽上游設有注射井；滲流槽內設有若干監測井，監測井內設有多參數水質分析探頭，多參數水質分析探頭與位于滲流槽外部的水質分析終端顯示器連接；滲流槽和進、出水緩沖槽頂部設有起密封作用的頂板，頂板上設有進、排氣孔；滲流槽的側壁上距底部附近位置有開孔，開孔處安裝有L形測壓管。
[0008]優選方案:
[0009]所述滲流槽和進、出水緩沖槽均為方形，均由有機玻璃板做成；所述滲流槽和進、出水緩沖槽頂部均設有法蘭式有機玻璃頂板，滲流槽頂板上設有進氣孔及進氣管、排氣孔及帶壓力表的排氣管，進水緩沖槽頂板上設有排氣孔及帶壓力表的排氣管，出水緩沖槽頂板上設有排氣孔及帶壓力表的排氣管。
[0010]所述滲流槽上游設有一排縱向等間距排列的注射井；每個注射井底部密封，頂部設有帶有橡膠塞的螺口蓋；每個注射井下部開有一系列孔。
[0011]所述滲流槽槽體內設有多列橫向排列的監測井，每列監測井在滲流槽平面縱向范圍內均勻分布多個監測點，每個監測點布設有多根距滲流槽底部不同高度的監測井管；每根監測井管底部密封，頂部設有帶有橡膠塞的螺口蓋；每根監測井管下部為帶條形篩縫的篩管，每根監測井管上部設有排氣口。
[0012]所述滲流槽前側壁上設 有橫向等間距排列的多根L形測壓管。
[0013]所述多孔布水隔板材質為有機玻璃，多孔布水隔板外側設有過濾網；所述注射井下部孔的外面和監測井下部篩管的外面均設有過濾網。
[0014]更優選在滲流槽體內設有5列監測井，每列監測井在滲流槽平面縱向范圍內均勻分布3個監測點，每個監測點布設有2根距滲流槽底部不同高度的監測井管。
[0015]一種利用上述模擬試驗裝置進行的地下水原位化學和生物修復模擬試驗方法，按如下步驟進行:
[0016](一)、裝填介質:打開滲流槽頂部的密封頂板，將注射井管和監測井管從槽頂部裝入槽體中，同時，將含水層介質(具有透水性能的巖土類物質粗砂、中砂、細砂、砂質粉土、粉土、粉質粘土或粘土等)裝入滲流槽槽體內，每裝填一定高度進行鋪平、夯實；之后在含水介質層上填一層厚粘土；
[0017](二)、飽水:所有介質裝填完畢后，從進水緩沖槽底部緩慢注入蒸餾水，對模擬含水層進行飽水，直到水位最終浸沒含水介質層；通過蠕動泵控制流量小于lL/h(進水流量很低是為了獲得最大飽水度，減少在水滲入期間介質中氣泡體積，避免槽內空氣對后續試驗的影響);介質飽水過程持續時間需> 24h，并穩定12~72h ;之后將含水介質層中殘存的空氣從測壓管中吸出，使測壓管水位全部穩定在模擬含水層高度附近，上下不超過5cm ；
[0018](三)、泵入污染地下水:飽水結束后，將除氧后的污染地下水從儲液瓶中經蠕動泵流入模擬槽中，分別通過蠕動泵和設在不同高度的出水緩沖槽排水孔控制進、出水流量，調節模擬含水層的水力參數，使滲流槽水頭差< 5cm (優選0.5^1.5cm)，水力坡度< 20%。(優選4.8^14.3%。)，并通過氯離子示蹤實驗確定模擬含水層中的水流速度；
[0019](四)、當污染地下水在模擬含水層中飽和并均勻分布后，向注射井中加入能同時促進有機污染物化學和生物降解的復合藥劑，開始模擬原位化學和生物強化措施聯合修復有機污染地下水過程:
[0020]I)加完藥劑后，先用帶橡膠塞的螺口蓋將各注射井和監測井密封，再用滲流槽頂部的密封頂板將模擬裝置密封，最后經頂板上的滲流槽進氣孔向滲流槽中通入一段時間氮氣，以保證整個系統處于厭氧地下水條件；
[0021]2)模擬系統運行期間維持進、出水流速穩定，含水層溫度1(T25°C，運行時間60天以上；
[0022]3)每隔3?15天用多參數水質分析探頭連接終端顯示器測定監測井中水的pH、D0、ORP和EC ;再將滲流槽頂部的密封頂板取下，用帶有< 0.45 μ m濾膜的針管注射器經螺口蓋橡膠塞采取監測井中水樣l(Tl00ml，測定其中污染物濃度、TOC和微生物數量，并用多參數氣體分析儀經監測井排氣口采集和分析監測井中CO2和O2含量，每次采樣結束后重新用密封頂板將模擬裝置密封，并通入氮氣除氧；
[0023]4)系統運行結束后，將模擬裝置中的污染地下水緩慢排盡，采集各監測井底部附近含水層介質樣品，分析其中污染物含量及微生物數量和活性；
[0024](五)、利用上述數據，并與不加藥劑的對照處理比較，探討化學和生物強化措施聯合修復有機污染地下水的動態修復效果和作用機制。
[0025]上述方法中的裝填介質和飽水過程優選按如下方法進行:
[0026]打開滲流槽頂部的密封頂板，將粗砂作為含水層介質裝入滲流槽槽體內，為保證介質在進水后不產生裂縫，每加入2?10cm高的含水層介質后進行鋪平、夯實；含水層裝填高度為15?40cm，并在含水層介質上表面填2?IOcm厚粘土作為包氣帶，以防止污染物的揮發；
[0027]在裝填含水層介質的同時，將注射井管從槽頂部裝入槽體中；注射井管共21根，在滲流槽平面縱向范圍內均勻分布，管間距為r9cm，管底距滲流槽底部f5cm，注射井管距槽進水端小于20cm ；
[0028]在裝填含水層介質和注射井管的同時，將監測井管也按一定的縱向和橫向布局從槽頂部裝入槽體中:滲流槽體內共設31列監測井，其中f 2列監測井在注射井上游，距注射井2?15cm,其余監測井在注射井下游,分別距注射井不同距離布設,如10cm、30cm、55cm、85cm等；每列監測井在滲流槽平面縱向范圍內均勻分布2飛個監測點，相鄰監測點之間間距為6?9cm，每個監測點布設2?4根監測井管，分別距滲流槽底部不同高度，如6cm、12cm、18cm、24cm等；在每根監測井管內安裝多參數水質分析探頭，并與裝置外的水質分析終端顯示器相連；
[0029]在對模擬含水層進行飽水過程中，滲流槽內水位每升高2?IOcm后，停止提升水位，穩置一段時間，直到水位最終浸沒含水介質層表面。
[0030]本發明的有益效果:
[0031]與現有的技術相比，本發明提供的用于模擬有機污染地下水原位化學和生物修復的實驗室小試模擬裝置及模擬試驗方法具有以下優點:
[0032]1、本發明提供的裝置可在三維尺度下，通過對地下水流量、滲透系數和水力坡度等參數的控制，準確模擬有機污染地下水原位化學和生物修復的動態過程，其也可用于觀察特定污染物在地下水中的衰減規律，實現對平面和剖面上污染物在化學和生物強化處理下沿縱向及橫向降解程度的測定，從而有助于全面闡明原位化學、生物及其聯合強化措施促進地下水有機污染物降解的作用機制；
[0033]2、本發明的設計靈活簡便，過程可控性強，試驗成本低廉，投資遠低于現成觀測井法，且采樣、管理更為方便和快捷，具有較高的推廣使用價值；
[0034]3、本發明對地下水環境和污染物種類的適用范圍廣，既可模擬厭氧條件下地下水中氯代烴類污染物的還原脫氯過程。
[0035]4、本發明的模擬試驗裝置并不只局限于模擬污染地下水的修復過程，也可作為反應器用于城市地表污水的治理研究。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1是本發明地下水原位化學和生物修復模擬試驗裝置的正面結構示意圖；
[0037]圖2是圖1模擬裝置的俯視圖；
[0038]圖3是本發明中多孔布水隔板的結構示意圖；
[0039]圖4是本發明中注射井的結構示意圖；
[0040]圖5是本發明中監測井的結構示意圖；
[0041]附圖中的標號分別為:1、氮氣囊，2、蠕動泵，3、儲液瓶，4、進水緩沖槽，5、進水緩沖槽排氣孔及帶壓力表的排氣管，6、滲流槽，7、多孔布水隔板，8-1、進水緩沖槽頂板，8-2、滲流槽頂板，8-3、出水緩沖槽頂板，9、注射井，10、監測井，11、多參數水質分析探頭，12、水質分析終端顯示器，13、測壓管，14、出水緩沖槽，15、排水孔及閥門，16、液體流量計，17、滲流槽進氣孔及進氣管，18、滲流槽排氣孔及帶壓力表的排氣管，19、出水緩沖槽排氣孔及帶壓力表的排氣管，20、液體回收瓶，21、帶橡膠塞的螺口蓋，22、取樣針管，23、監測井排氣口，24、篩管25、條形篩縫。
【具體實施方式】
[0042]以下結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的說明。
[0043]實施例1
[0044]如圖1飛所示，本發明的一種地下水原位化學和生物修復模擬試驗裝置，主要包括矩形滲流槽6、進水緩沖槽4、出水緩沖槽14、供水裝置和液體回收瓶20，其中，供水裝置由順序相連的氮氣囊1、儲液瓶3和蠕動泵2組成；供水裝置通過輸水軟管與進水緩沖槽4底部連接，滲流槽6進水側面和出水側面分別通過多孔布水隔板7與進水緩沖槽4和出水緩沖槽14連通，出水緩沖槽14外側不同高度分別設有帶閥門的排水孔(即圖1中的排水孔及閥門15)，排水孔通過輸水軟管和液體流量計16連接到液體回收瓶20 ;滲流槽6上游設有一排縱向等間距排列的注射井9，槽內空間設有若干監測井10，井內裝有多參數水質分析探頭11，所有的多參數水質分析探頭11都連接到位于滲流槽6外部的水質分析終端顯示器12 ;滲流槽和進、出水緩沖槽頂部均設有起密封作用的法蘭式有機玻璃頂板，滲流槽頂板8-2上設有滲流槽進氣孔及進氣管17、滲流槽排氣孔及帶壓力表的排氣管18，進水緩沖槽頂板8-1上設有進水緩沖槽排氣孔及帶壓力表的排氣管5，出水緩沖槽頂板8-3上設有出水緩沖槽排氣孔及帶壓力表的排氣管19。滲流槽前側壁上設有橫向等間距排列的四根L形測壓管13 (即滲流槽側壁距底部附近位置開孔，開孔處裝有L形測壓管)。這四根L形測壓管用于觀察模擬含水層的沿程水位，并排出槽體內的多余氣泡。
[0045]所述的供水裝置由順序相連的氮氣囊1、儲液瓶3和蠕動泵2組成，儲液瓶3和蠕動泵2之間用輸水軟管連接。氮氣囊I用于維持儲液瓶3內壓力與外界大氣壓一致，以保證液體順利從瓶中流出；蠕動泵2用于調節滲流槽6的進水流量，可選用標準型蠕動泵，流量范圍為0.03~500mL/min(本實施例選用BT100N型蠕動泵，河北省保定申辰泵業有限公司生產)。
[0046]所述的滲流槽和進、出水緩沖槽均由有機玻璃板構成，板厚度為Icm;滲流槽的尺寸為105 X 36 X 46cm (長X寬X高)，進、出水緩沖槽的尺寸為7 X 36 X 46cm (長X寬X聞)。
[0047]所述的多孔布水隔板7材質為有機玻璃,厚度為Icm,孔直徑為0.5cm,孔間距為Icm,隔板外側包裹60 μ m不銹鋼絲網以防止泥砂堵住布水孔。 [0048]所述的出水緩沖槽14外側從底部到頂部共設5個排水孔，孔間距為7.5cm,所帶螺旋閥門用于調節出水流量，并用所接流量計測定準確數值，流量計可選用玻璃轉子流量計，測量范圍為0.2.0L/h (本實施例優選天津流量儀表有限公司生產的LZB-50型轉子流量計)。
[0049]所述的注射井9為多孔PVC管，直徑為3cm，長度為40cm，孔直徑為0.5cm,孔間距為Icm ;所述的監測井10為PVC管,直徑為2.5cm,長度為36cm,每根監測井管下部為帶條形篩縫25的篩管24,監測井下部的篩管部分長度為IOcm,篩管上的條形篩縫寬度為0.5cm,監測井上部設有I個排氣口(即監測井排氣口 23)，用于采集監測井內的氣體成分。注射井下部孔的外面和監測井下部篩管的外面均包裹60 μ m不銹鋼絲網以防止泥砂堵住篩孔；注射井和監測井管底部均密封；注射井和監測井管頂部均用帶橡膠塞的螺口蓋21密封。
[0050]所述的多參數水質分析探頭11用于在線測定篩管內水樣的溶解氧(DO)、pH、電導率(EC)和氧化還原電位(ORP)等指標，可選用復合型探頭以節省空間(本實施例優選意大利HANNA儀器公司生產的HI9829型探頭)。
[0051]實施例2
[0052]一種利用實施例1所述地下水原位化學和生物修復模擬試驗裝置進行的，模擬厭氧條件下氯代烴污染地下水的原位化學生物聯合修復過程的模擬試驗方法如下:
[0053]試驗過程中，首先打開滲流槽6頂部的法蘭式有機玻璃頂板8-2，將粗砂作為含水層介質裝入槽體內，為保證介質在進水后不產生裂縫，每加入5cm高粗砂需要進行鋪平、夯實。含水層裝填高度為25cm,并在含水層介質上表面填6cm厚粘土作為包氣帶，以防止氯代烴污染物的揮發。在裝填含水層介質的同時，將注射井管10和監測井管11也按一定的縱向和橫向布局從槽頂部裝入槽體中。注射井管共5根，在滲流槽平面縱向范圍內均勻分布，以保證在含水層中形成充分的反應帶，管間距為6cm，管距滲流槽底部3cm，距槽進水端為15cm ;在滲流槽體內共設5列監測井，其中I列監測井在注射井上游，距注射井10cm，其余4列監測井在注射井下游,分別距注射井10cm、30cm、55cm和85cm,每列監測井在滲流槽平面縱向范圍內均勻分布3個監測點(如圖2所示)，間距為9cm，每個監測點布設2根監測井管，分別距滲流槽底部6cm和18cm (如圖1所示)，每根監測井管內安裝多參數水質分析探頭11，并與裝置外的水質分析終端顯示器12相連。
[0054]所有介質裝填完畢后，從進水緩沖槽4底部緩慢注入蒸餾水，以對模擬含水層進行飽水。當槽內水位每升高5cm高時，停止提升水位，穩置一段時間，直到水位最終浸沒砂層表面為止。通過蠕動泵2控制流量為0.5L/h。進水流量很低是為了獲得最大飽水度，減少在水滲入期間介質中氣泡體積，避免槽內空氣對后續試驗的影響。介質飽水過程持續約24h，并穩定24h，之后將砂層中殘存的空氣從測壓管13中吸出，使測壓管水位全部穩定在30cm高度。
[0055]飽水結束后，將除氧后的氯代烴污染地下水從儲液瓶3中經蠕動泵流入滲流槽中。分別通過蠕動泵和出水緩沖槽排水孔(不同高度)控制進、出水流量，調節模擬含水層的水力參數，使滲流槽水頭差為1cm，水力坡度為9.5%。，并通過氯離子示蹤實驗確定模擬含水層中的水流速度。
[0056]當污染地下水在模擬含水層中飽和并均勻分布后，從注射井9中加入能同時促進氯代烴化學和生物降解的復合藥劑，開始模擬原位化學和生物強化措施聯合修復氯代烴污染地下水的過程。加完藥劑后，先用帶橡膠塞的螺口蓋21將各注入井和監測井密封，再用法蘭式有機玻璃頂板8-2將模擬裝置密封，最后經頂板的滲流槽進氣孔17向滲流槽中通入一段時間氮氣，以保證整個系統處于厭氧地下水條件。模擬系統運行期間維持進、出水流速穩定，含水層溫度12°C。運行時間120d，每隔7d用多參數水質分析探頭11連接水質分析終端顯示器12測定監測井中水的pH、DO、ORP和EC，再將有機玻璃頂板取下，用帶0.45 μ m濾膜的針管注射器(即取樣針管22)經螺口蓋橡膠塞采取監測井中水樣20ml，按國家標準測定其中氯代烴濃度、TOC和微生物數量，并用多參數氣體分析儀經監測井排氣口 23采集和分析監測井中CO2和O2含量。每次采樣結束后重新用有機玻璃頂板將模擬裝置密封，并通入氮氣除氧。運行結束后，將模擬裝置中的污染地下水緩慢排盡，采集各監測井底部附近砂樣，分析其中氯代烴含量及微生物數量和活性。利用上述數據，并與不加藥劑的對照處理比較，探討化學和生物強化措施聯合修復氯代烴污染地下水的動態修復效果和作用機制。
[0057]實施例3
[0058]另一種利用實施例1所述地下水原位化學和生物修復模擬試驗裝置進行的，模擬厭氧條件下氯代烴污染地下水的原位化學生物聯合修復過程的模擬試驗方法，與實施例2基本相同，不同之處在于:
[0059]每加入2cm高粗砂需要進行鋪平、夯實。含水層裝填高度為15cm，并在含水層介質上表面填2cm厚粘土作為包氣帶；注射井管共2根，管間距為9cm，管底距滲流槽底部5cm，距槽進水端IOcm ;滲流槽體內共設3列監測井，其中I列監測井在注射井上游，距注射井15cm，其余2列監測井在注射井下游,分別距注射井30cm、60cm布設；每列監測井在滲流槽平面縱向范圍內均勻分布5個監測點，間距為6cm，每個監測點布設2根監測井管，分別距滲流槽底部不同高度12cm、18cm。滲流槽內水位每升高2cm后，停止提升水位，穩置一段時間；通過蠕動泵控制流量為0.3L/h ;介質飽水過程25h，并穩定72h ;之后將砂層中殘存的空氣從測壓管中吸出，使測壓管水位全部穩定在15±5cm高。調節模擬含水層的水力參數，使滲流槽水頭差為0.5cm，水力坡度為4.8%。。模擬系統運行期間維持進、出水流速穩定,含水層溫度10°C，運行時間180d ;每隔15d用多參數水質分析探頭連接終端顯示器測定監測井中水的pH、DO、ORP和EC ;再將滲流槽頂部的密封頂板取下，用帶有0.45 μ m濾膜的針管注射器經螺口蓋橡膠塞采取監測井中水樣100ml。
[0060]實施例4[0061]另一種利用實施例1所述地下水原位化學和生物修復模擬試驗裝置進行的，模擬厭氧條件下農藥阿特拉津(2-氯-4- 二乙胺基-6-異丙胺基-1，3，5-三嗪)污染地下水的原位化學生物聯合修復過程的模擬試驗方法，與實施例2基本相同，不同之處在于:
[0062]每加入IOcm高粗砂需要進行鋪平、夯實。含水層裝填高度為30cm，并在含水層介質上表面填IOcm厚粘土作為包氣帶；注射井管共8根，管間距為4cm，管底距滲流槽底部Icm,距槽進水端18cm ;滲流槽體內共設8列監測井，其中前2列監測井在注射井上游，分別距注射井2cm、15cm,其余6列監測井在注射井下游,分別距注射井10cm、25cm、40cm、55cm、70cm和85cm距離布設；每列監測井在滲流槽平面縱向范圍內均勻分布2個監測點，間距為9cm，每個監測點布設4根監測井管，分別距滲流槽底部不同高度6cm、12cm、18cm和24cm。滲流槽內水位每升高IOcm后，停止提升水位，穩置一段時間；通過蠕動泵控制流量為0.8L/h ;介質飽水過程30h，并穩定12h ;之后將砂層中殘存的空氣從測壓管中吸出，使測壓管水位全部穩定在30±5cm高。調節模擬含水層的水力參數，使滲流槽水頭差為1.5cm，水力坡度為14.3%。。向注射井中加入能同時促進阿特拉津化學和生物降解的復合藥劑，模擬原位化學和生物強化措施聯合修復阿特拉津污染地下水過程。模擬系統運行期間維持進、出水流速穩定，含水層溫度25°C，運行時間60d ;每隔3d用多參數水質分析探頭連接終端顯示器測定監測井中水的pH、D0、0RP和EC ;再將滲流槽頂部的密封頂板取下，用帶有小于0.45 μ m濾膜的針管注射器經螺口蓋橡膠塞采取監測井中水樣10ml。
[0063]實施例5
[0064]另一種利用如實施例1所述地下水原位化學和生物修復模擬試驗裝置進行的，模擬厭氧條件下農藥阿特拉津污染地下水的原位化學生物聯合修復過程的模擬試驗方法，與實施例4基本相同，不同之處在于:
[0065]滲流槽的尺寸為250X115X60cm (長X寬X高)。含水層裝填高度為40cm，且測壓管水位全部穩定在40±5cm高。調節模擬含水層的水力參數，使滲流槽水頭差為5cm，水力坡度為20%。。模擬系統運行期間維持進、出水流速穩定，含水層溫度irC，運行時間150d。
[0066]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種地下水原位化學和生物修復模擬試驗裝置，其特征在于，主要包括滲流槽、進水緩沖槽、出水緩沖槽、供水裝置和液體回收瓶，供水裝置由順序相連的氮氣囊、儲液瓶和蠕動泵組成；供水裝置通過輸水軟管與進水緩沖槽底部連接，滲流槽進水側面和出水側面分別通過多孔布水隔板與進水緩沖槽和出水緩沖槽連通，出水緩沖槽外側不同高度分別設有帶閥門的排水孔，通過輸水軟管和流量計連接到液體回收瓶；滲流槽上游設有注射井；滲流槽內設有若干監測井，監測井內設有多參數水質分析探頭，多參數水質分析探頭與位于滲流槽外部的水質分析終端顯示器連接；滲流槽和進、出水緩沖槽頂部設有起密封作用的頂板，頂板上設有進、排氣孔；滲流槽的側壁上距底部附近位置有開孔，開孔處安裝有L形測壓管。
2.如權利要求1所述的地下水原位化學和生物修復模擬試驗裝置，其特征在于，所述滲流槽和進、出水緩沖槽均為方形，均由有機玻璃板做成；所述滲流槽和進、出水緩沖槽頂部均設有法蘭式有機玻璃頂板，滲流槽頂板上設有進氣孔及進氣管、排氣孔及帶壓力表的排氣管，進水緩沖槽頂板上設有排氣孔及帶壓力表的排氣管，出水緩沖槽頂板上設有排氣孔及帶壓力表的排氣管。
3.如權利要求1或2所述的地下水原位化學和生物修復模擬試驗裝置，其特征在于，所述滲流槽上游設有一排縱向等間距排列的注射井；每個注射井底部密封，頂部設有帶有橡膠塞的螺口蓋；每個注射井下部開有一系列孔。
4.如權利要求3所述的地下水原位化學和生物修復模擬試驗裝置，其特征在于，所述滲流槽槽體內設有多列橫向排列的監測井，每列監測井在滲流槽平面縱向范圍內均勻分布多個監測點，每個監測點布設有多根距滲流槽底部不同高度的監測井管；每根監測井管底部密封，頂部設有帶有橡膠塞的螺口蓋；每根監測井管下部為帶條形篩縫的篩管，每根監測井管上部設有排氣口。
5.如權利要求4所述的地下水原位化學和生物修復模擬試驗裝置，其特征在于，所述滲流槽前側壁上設有橫向等間距排列的多根L形測壓管。
6.如權利要求5所述的地下水原位化學和生物修復模擬試驗裝置，其特征在于，所述多孔布水隔板材質為有機玻璃，多孔布水隔板外側設有過濾網；所述注射井下部孔的外面和監測井下部篩管的外面均設有過濾網。
7.如權利要求6所述的地下水原位化學和生物修復模擬試驗裝置，其特征在于，在滲流槽體內設有5列監測井，每列監測井在滲流槽平面縱向范圍內均勻分布3個監測點，每個監測點布設有2根距滲流槽底部不同高度的監測井管。
8.一種利用如權利要求1-6所述的模擬試驗裝置進行的地下水原位化學和生物修復模擬試驗方法，其特征在于，按如下步驟進行: (一)、裝填介質:打開滲流槽頂部的密封頂板，將注射井管和監測井管從槽頂部裝入槽體中，同時，將具有透水性能的巖土類物質粗砂、中砂、細砂、砂質粉土、粉土、粉質粘土或粘土作為含水層介質裝入滲流槽槽體內，每裝填一定高度進行鋪平、夯實；之后在含水介質層上填一層厚粘土； (二)、飽水:所有介質裝填完畢后，從進水緩沖槽底部緩慢注入蒸餾水，對模擬含水層進行飽水，直到水位最終浸沒含水介質層；通過蠕動泵控制流量小于lL/h ;介質飽水過程持續時間> 24h，并穩定12~72h ; 之后將含水介質層中殘存的空氣從測壓管中吸出，使測壓管水位全部穩定在模擬含水層高度附近，上下不超過5cm ； (三)、泵入污染地下水:飽水結束后，將除氧后的污染地下水從儲液瓶中經蠕動泵流入模擬槽中，分別通過蠕動泵和設在不同高度的出水緩沖槽排水孔控制進、出水流量，調節模擬含水層的水力參數，使滲流槽水頭差< 5cm，水力坡度< 20%。，并通過氯離子示蹤實驗確定模擬含水層中的水流速度； (四)、當污染地下水在模擬含水層中飽和并均勻分布后，向注射井中加入能同時促進有機污染物化學和生物降解的復合藥劑，開始模擬原位化學和生物強化措施聯合修復有機污染地下水過程: 1)加完藥劑后，先用帶橡膠塞的螺口蓋將各注射井和監測井密封，再用滲流槽頂部的密封頂板將模擬裝置密封，最后經頂板上的滲流槽進氣孔向滲流槽中通入一段時間氮氣，以保證整個系統處于厭氧地下水條件； 2)模擬系統運行期間維持進、出水流速穩定，含水層溫度1(T25°C，運行時間60天以上； 3)每隔3~15天用多參數水質分析探頭連接終端顯示器測定監測井中水的pH、DO、ORP和EC ;再將滲流槽頂部的密封頂板取下，用帶有< 0.45 μ m濾膜的針管注射器經螺口蓋橡膠塞采取監測井中水樣l(Tl00ml，測定其中污染物濃度、TOC和微生物數量，并用多參數氣體分析儀經監測井排氣口采集和分析監測井中CO2和O2含量，每次采樣結束后重新用密封頂板將模擬裝置密封，并通入氮氣除氧； 4)系統運行結束后，將模擬裝置中的污染地下水緩慢排盡，采集各監測井底部附近含水層介質樣品，分析其中污染物含量及微生物數量和活性； (五)、利用上述數據，并與不加藥劑的對照處理比較，探討化學和生物強化措施聯合修復有機污染地下水的動態修復效果和作用機制。
9.如權利要求8所述的地下水原位化學和生物修復模擬試驗方法，其特征在于，其中的裝填介質和飽水過程按如下方法進行: 打開滲流槽頂部的密封頂板，將含水層介質裝入滲流槽槽體內，每加入2~IOcm高的含水層介質后進行鋪平、夯實；含水層裝填高度為15~40cm，并在含水層介質上表面填flOcm厚粘土作為包氣帶； 在裝填含水層介質的同時，將注射井管從槽頂部裝入槽體中；注射井管共21根，在滲流槽平面縱向范圍內均勻分布，管間距為r9cm，管底距滲流槽底部f5cm，注射井管距槽進水端小于20cm ； 在裝填含水層介質和注射井管的同時，將監測井管也按一定的縱向和橫向布局從槽頂部裝入槽體中:滲流槽體內共設31列監測井，其中f 2列監測井在注射井上游，距注射井2~15cm，其余監測井在注射井下游，分別距注射井不同距離布設；每列監測井在滲流槽平面縱向范圍內均勻分布2飛個監測點，間距為6~9cm ;每個監測點布設2~4根監測井管，分別距滲流槽底部不同高度；在每根監測井管內安裝多參數水質分析探頭，并與裝置外的水質分析終端顯示器相連； 在對模擬含水層進行飽水過程中，滲流槽內水位每升高flOcm后，停止提升水位，穩置一段時間，直到水位最終浸沒含水介質層表面為止。
10.如權利要求8或9所述的地下水原位化學和生物修復模擬試驗方法，其特征在于，按如下步驟進行: (一)、打開滲流槽頂部的密封頂板，將粗砂作為含水層介質裝入滲流槽槽體內，每加入5cm高的粗砂后進行鋪平、夯實；含水層裝填高度為30cm，并在含水層介質上表面填6cm厚粘土作為包氣帶； 在裝填含水層介質的同時，將注射井管從槽頂部裝入槽體中；注射井管共5根，在滲流槽平面縱向范圍內均勻分布，管間距為6cm，管底距滲流槽底部3cm，注射井管距槽進水端小于15cm ； 在裝填含水層介質和注射井管的同時，將監測井管也按一定的縱向和橫向布局從槽頂部裝入槽體中:在滲流槽體內共設5列監測井，其中I列監測井在注射井上游，距注射井10cm,其余4列監測井在注射井下游,分別距注射井10cm、30cm、55cm和85cm,每列監測井在滲流槽平面縱向范圍內均勻分布3個監測點，間距為9cm，每個監測點布設2根監測井管，分別距滲流槽底部6cm和18cm ； (二)、飽水:滲流槽內水位每升高5cm后，停止提升水位，穩置一段時間，直到水位最終浸沒砂層表面；通過蠕動泵控制流量為0.5L/h ;介質飽水過程持續24h，并穩定24h ;之后將砂層中殘存的空氣從測壓管中吸出，使測壓管水位全部穩定在30±5cm高度； (三)、泵入污染地下水:調節模擬含水層的水力參數，使滲流槽水頭差0.5^1.5cm，水力坡度為4.8~14.3%o ； (四)、加入復合藥劑，模擬原位化學和生物修復有機污染地下水過程: 1)加完藥劑后，先將各注射井和監測井密封，再將模擬裝置密封，最后向滲流槽中通入氮氣； 2)模擬系統運行期間維持進、出水流速穩定，含水層溫度1(T12°C，運行時間120d； 3)每隔7天用多參數水質分析探頭連接終端顯示器測定監測井中水的pH、DO、ORP和EC ;用帶0.45 μ m濾膜的針管注射器經螺口蓋橡膠塞采取監測井中水樣20ml，測定其中污染物濃度、TOC和微生物數量； 4)系統運行結束后，將模擬裝置中的污染地下水緩慢排盡，采集各監測井底部附近砂樣，分析其中污染物含量及微生物數量和活性； (五)、利用上述數據，并與不加藥劑的對照處理比較，探討化學和生物強化措施聯合修復污染地下水的動態修復效果和作用機制。
【文檔編號】G01N33/18GK103630659SQ201210501869
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年11月30日 優先權日:2012年11月30日
【發明者】羅啟仕, 孟梁, 郭琳, 李炳智, 朱杰 申請人:上海市環境科學研究院