一種曝氣聯合氣相抽提二維試驗裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種曝氣聯合氣相抽提二維試驗裝置，包括二維試驗模型、與二維試驗模型連接的曝氣模塊和氣相抽提模塊。曝氣模塊依次連接有第二空壓機、空氣過濾器、第一氣壓調節閥、第二氣壓調節閥、第一流量計和氣壓傳感器；氣相抽提模塊依次連接有氣相抽提管、第二流量計、活性炭過濾器、真空泵。本發明裝置能夠進行各種土層條件下的地下水曝氣試驗，氣相抽提試驗以及曝氣聯合氣相抽提的試驗；在試驗過程中能夠實時監測各項參數，主要包括曝氣壓力、曝氣流量以及抽提流量等；同時，還能在試驗的不同階段對土層中不同位置處采取水樣或氣體樣品進行定量分析。
【專利說明】一種曝氣聯合氣相抽提二維試驗裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種曝氣二維試驗裝置，特別是涉及曝氣聯合氣相抽提二維試驗裝置。
【背景技術】
[0002]隨著經濟的快速發展，由于缺乏有效的環境保護，我國土壤和地下水污染問題日益嚴重。2011年國務院發布《全國地下水防治規劃(2011-2020年)》，要求有計劃地加快推進地下水污染修復，到2015年基本掌握地下水污染狀況，2020年建成地下水污染防治體系。國家“十二五”規劃也特別提出須“加強地下水污染防治”。以江蘇為例，2006年?2011年，江蘇省連續兩輪開展了共為期6年的化工生產企業專項整治。為進一步提升化工產業發展層次，確定從2012年?2014年，再用3年時間在全省開展新一輪化工生產企業專項整治，旨在全面提高化工行業環保和安全水平，推進化工行業高端發展、轉型發展、綠色集約發展。預計到2014年年底，全省化工生產企業安全生產標準和環境保護標準全部達到國家相關標準要求，城市主城區、居民集中區、飲用水水源地的化工生產企業原則上全部遷出或轉產、關閉。這些工業污染場地如不加治理或修復直接使用將存在很大的環境隱患和人體健康風險。工業場地污染物中，揮發/半揮發性有機染物占有較大的比重，約占70%以上。
[0003]揮發性有機污染物主要來源于:(1)石油化工生產區、加油站等形成的落地油或事故泄漏、含油生產污水排放和輸油管道的滲漏；(2)化工廠、農藥廠等化學品生產企業，在生產車間、分裝車間、藥品儲存倉庫和廠區內運輸途中造成的藥品泄露。大量的揮發性有機污染物直接進入土壤中，吸附于土壤顆粒內外表面，由于其具有較強的揮發性，容易在土壤中擴散，從而造成更大面積的土壤污染，甚至滲透到地下水中，造成嚴重的地下水污染，還會對地表生物造成危害。
[0004]地下水曝氣法(AS)自80年代中期發展起來，是處理土壤和地下水中可揮發有機污染物的一種非常有效的方法，具有成本低、效率高、原位操作和修復時間短等優點。在1982-2008年美國地下水污染“超級基金”治理項目地下水原位修復各技術中曝氣法所占的比例高達23%。地下水曝氣法一般與土壤氣相抽提法結合使用，該方法的基本原理是將壓縮空氣注入地下水飽和區，氣流在浮力作用下向上運動，帶動部分易揮發性污染物從土壤和地下水中揮發并進入空氣流，含有污染物的空氣上升到非飽和區，然后采用土壤氣相抽提技術進行處理。同時，注入的新鮮空氣可以幫助好氧生物進行生物降解，進一步提高污染物的去除率。
[0005]由于地下水曝氣理論研究仍處在初始階段，修復機理尚未完全達成共識，導致實際工程中不可避免地出現設計不合理，造成資源浪費，因此研究地下水曝氣修復的內在機理非常重要。目前我國對土壤和地下水污染影響及修復技術研究較少，修復技術手段相對薄弱且缺乏完善的理論體系，治理經驗明顯不足，不能滿足土壤和地下水污染大規模有效治理的需要。在借鑒發達國家先進修復技術的同時，國內也應積極開展污染修復技術的基礎性研究。
【發明內容】
[0006]技術問題:本發明提供一種針對地下水曝氣法室內試驗需求，可以模擬對處于不同條件下的土體和地下水中揮發/半揮發性有機污染物進行曝氣聯合氣相抽提修復，同時對過程中的各項工藝參數進行調節和監測，試驗過程中可實時采取水樣進行定量分析，從而對修復過程和內在機理進行研究的曝氣聯合氣相抽提二維試驗裝置。
[0007]技術方案:本發明的曝氣聯合氣相抽提二維試驗裝置，包括二維試驗模型、與二維試驗模型連接的曝氣模塊和氣相抽提模塊，二維試驗模型包括模型槽、設置在模型槽內部臨近兩端內壁的隔板、設置在模型槽上端的多孔鋼板、設置在多孔鋼板上側的加壓氣囊、設置在模型槽底面上的曝氣孔和污染物注入孔，模型槽兩端底部分別連接一個水箱，加壓氣囊連接有第一空壓機，水箱與模型槽的連接管道上設置有閥門，模型槽的一個側面板上設置有多個取樣孔。曝氣模塊包括依次連接的第二空壓機、空氣過濾器、第一氣壓調節閥、第二氣壓調節閥、第一流量計和氣壓傳感器，氣壓傳感器通過管路與曝氣孔連接，或與設置在模型槽內的空氣注入管連接。氣相抽提模塊包括依次連接的氣相抽提管、第二流量計、活性炭過濾器、真空泵，氣相抽提管的主體設置在模型槽上部，排氣口設置在模型槽外部。
[0008]本發明中，隔板包括由外向內依次設置的多孔有機玻璃、土工布和細孔鋼絲網。
[0009]有益效果:本發明與現有技術相比，具有以下優點:
(I)本裝置可以參照實際工程地質勘察報告，采用分層填裝土樣的方法模擬現場土體分層及非均質等情況，通過左右兩側水箱水位控制再現現場土層飽和與非飽和帶，在此基礎上進行各種復雜土層條件下的地下水曝氣試驗、氣相抽提試驗以及曝氣聯合氣相抽提試驗。
[0010](2)本裝置在模型槽兩端底部還分別連接有一個水箱，它們不僅僅是用于實驗的時候調整地下水位。還可以通過調節兩個水箱的高度，以在模型槽兩端形成一定的水頭差，從而可在試驗過程中模擬地下水的流動，還原現場修復時的地下水條件，以研究地下水流動對修復效果的影響。
[0011](3)本裝置設置了氣壓調節閥、流量計與氣壓傳感器，同時還在模型槽側面不同位置處設置了多個取樣孔。通過對流量計與氣壓傳感器數據的記錄，以及通過取樣孔取得的液體和氣體樣品進行定量分析，使得試驗過程中能夠實時控制和監測各項工藝參數，主要包括曝氣壓力、曝氣流量、真空壓力以及抽提流量等。同時，還能在試驗的不同階段對土層中不同位置處取樣進行定量分析。充分實現了修復工藝參數控制以及修復全過程污染物清除規律實時監控。
[0012](4)由于本裝置既可以在模型槽內部設置空氣注入管，也可利用模型槽底板上設置的曝氣孔分別進行地下水曝氣操作，因此，實驗過程中曝氣點可靈活選擇。通過底板曝氣孔進行曝氣操作時，便于對模型箱內土體及地下水狀況進行系統研究，因曝氣管路對地層及地下水沒有干擾，有利于專門進行曝氣機理研究。而通過自上而下伸入土層中特定深度的空氣注入管進行曝氣時，更符合現場真實工況，因此可以最大程度模擬現場修復工藝如曝氣井點深度、曝氣井直徑、曝氣管段長度、曝氣管與土層接觸條件等對修復效果的影響。
[0013](5)本裝置在模型槽底面共設置了三個曝氣孔，實驗過程中可選擇一個或多個進行曝氣。因此，利用本裝置既能進行單孔曝氣試驗，還能進行多孔曝氣試驗，以研究單一曝氣井的影響范圍以及多個曝氣井之間的相互影響，為現場應用時確定曝氣井的最優間距提供試驗研究依據。
[0014](6)裝置頂部有多孔鋼板置于土層頂面，通過在裝置外施加剛度較大的鋼架進行整體固定，然后用氣囊可以對土層加壓，從而模擬不同深度土層所受的應力狀態。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明的裝置結構示意圖。
[0016]圖2是本發明裝置的另一種連接方法示意圖。
[0017]圖3是模型槽各面板上取樣點及連接孔布置示意圖。
[0018]圖中:10、模型槽；11、隔板；12、多孔鋼板；13、加壓氣囊；14、曝氣孔；15、污染物注入孔；16、水箱；17、第一空壓機；18、閥門；19、取樣孔；20、第二空壓機；21、空氣過濾器；22、第一氣壓調節閥；23、第二氣壓調節閥；24、第一流量計；25、氣壓傳感器；26、空氣注入管；30、氣相抽提管；31、第二流量計；32、活性炭過濾器；33、真空泵；40、連接孔。
【具體實施方式】 [0019]下面結合說明書附圖和實施例，對本發明最進一步具體說明。
[0020]如圖1、圖2和圖3所示，本發明的曝氣聯合氣相抽提二維試驗裝置中，包括二維試驗模型、與二維試驗模型連接的曝氣模塊和氣相抽提模塊。二維試驗模型包括模型槽10、設置在模型槽10內部且臨近兩端內壁的隔板11、設置在模型槽10上端的多孔鋼板12、設置在多孔鋼板12上側的加壓氣囊13、設置在模型槽10底面上的曝氣孔14和污染物注入孔15，模型槽10兩端底部分別連接一個水箱16，加壓氣囊13連接有第一空壓機17，水箱16與模型槽10的連接管道上設置有閥門18，模型槽10的一個側面板上設置有取樣孔19 ;曝氣模塊包括依次連接的第二空壓機20、空氣過濾器21、第一氣壓調節閥22、第二氣壓調節閥23、第一流量計24和氣壓傳感器25，氣壓傳感器25通過管路與曝氣孔14連接，或與設置在模型槽10內的空氣注入管26連接；氣相抽提模塊包括依次連接的氣相抽提管30、第二流量計31、活性炭過濾器32、真空泵33，氣相抽提管30的主體設置在模型槽10上部，排氣口設置在模型槽10外部。隔板11包括由外向內依次設置的多孔有機玻璃、土工布和細孔鋼絲網。
[0021 ] 另外，第一流量計24、第二流量計31和氣壓傳感器25通過數據線連接到電腦數據采集器。模型槽10的長度為110 Cm，寬度為10 Cm，高度為90 cm，且材質為有機玻璃。氣相抽提管30和空氣注入管26所用的材料為PVC管，內徑為25 mm,且通過連接孔40與模型槽10連接。連接水箱16與模型槽10所用的材料為乳膠管，且乳膠管通過連接孔40與模型槽10相連。模型槽10底面三個曝氣孔之間的間距為20 cm。模型槽10側面共設置了 4行7列的取樣孔19，其橫向間距為10 cm，縱向間距從上到下依次為11、12和11 cm。所有取樣孔的內徑為1.5 cm,外徑為2.0 cm。隔板11與模型槽10兩端的間距為10 cm,隔板11所用細孔鋼絲網的孔徑為0.5 mm。第一空壓機17排氣量小于150 L/min，最高壓力為
0.8~IMPa。真空泵33流量為20~50 L/min，真空度小于30kPa。第一氣壓調節閥22的調節范圍為0-200 kPa，第二氣壓調節閥23的調節范圍為0-15 kPa。第一流量計24和第二流量計31的測量范圍為(TlO L/min。[0022]本發明裝置在使用時:
(I)在僅進行曝氣試驗的情況下，可去除裝置中的氣相抽提管30和真空泵33。先將試驗土樣按特定的干密度裝入模型槽10中，然后蒸餾水由水箱16從裝置的底部慢慢注入，達到指定的高度，然后關閉閥門18，旨在控制地下水位高度。污染物可從模型槽10底面中間的污染物注入孔15注入，也可與水混合一起注入土層。最后，單獨運行曝氣系統，并選定好工藝參數(曝氣點深度、曝氣壓力/流量等)，使空氣從空氣注入管26或模型槽10底板上的曝氣孔14注入試驗土層。試驗過程中可實時監測曝氣壓力和曝氣流量等參數，同時可在試驗不同階段、在土層的不同位置處取樣進行定量分析。
[0023](2)在進行曝氣聯合氣相抽提試驗時，先將試驗土樣按設定的干密度裝入模型槽中，然后脫氣水由水箱16自裝置兩側底部慢慢注入，直至地下水位達到指定高度，然后關閉閥門18。污染物可從模型槽10底板中間的污染物注入孔15注入，也可與水混合一起注入土層。最后，依次運行氣相抽提系統和曝氣系統，并選定好工藝參數，使空氣從空氣注入管26或模型槽10底板上的曝氣孔14注入土層，然后在非飽和帶通過氣相抽提管30抽出。試驗過程中可實時監測曝氣壓力、曝氣流量、真空壓力和抽提流量等參數，同時可在試驗不同階段、在土層的不同位置處取樣進行定量分析。
[0024](3)由于曝氣試驗過程中涉及揮發性污染物的去除，因此裝置頂蓋一般是密封的。但如果試驗中未加入揮發性有機污染物，而僅僅是研究空氣的流動形態和運動規律，則頂
蓋無需密封。
[0025](4)在模擬深部土層的曝氣試驗或是曝氣聯合氣相抽提試驗時，可通過加壓氣囊13在土層頂部施加一定的均布荷載，以模擬深部土體所受豎向應力。另外，在施加荷載時需要在裝置周圍使用剛度較大的鋼架加固，以提供足夠的反力。
[0026](5)在試驗過程中，如果需要模擬地下水的流動，由于連接水箱16使用的是軟管，因此可通過打開閥門18，然后使模型箱左右兩側的水箱16液面保持一定的水頭差，以形成一定的水流梯度，從而實現水的流動，更加真實地還原現場水文地質條件。
[0027](6)試驗過程中需采取水樣(或氣體)進行氣相色譜分析時，采用5.0 ml玻璃注射器在取樣孔19處抽取，其中取樣孔處采用醫用橡膠塞封閉，以便于針孔采樣及封閉。
【權利要求】
1.一種曝氣聯合氣相抽提二維試驗裝置，其特征在于，該裝置包括二維試驗模型、與所述二維試驗模型連接的曝氣模塊和氣相抽提模塊，所述二維試驗模型包括模型槽(10)、設置在所述模型槽(10)內部且臨近兩端內壁的隔板(11)、設置在模型槽(10)上端的多孔鋼板(12)、設置在所述多孔鋼板(12)上側的加壓氣囊(13)、設置在模型槽(10)底板上的曝氣孔(14)和污染物注入孔(15)，模型槽(10)兩端底部分別連接一個水箱(16)，所述加壓氣囊(13)連接有第一空壓機(17)，所述水箱(16)與模型槽(10)的連接管道上設置有閥門(18)，模型槽(10)的一個側面板上設置有多個取樣孔(19)； 所述曝氣模塊包括依次連接的第二空壓機(20)、空氣過濾器(21)、第一氣壓調節閥(22)、第二氣壓調節閥(23)、第一流量計(24)和氣壓傳感器(25)，所述氣壓傳感器(25)通過管路與曝氣孔(14)連接，或與設置在模型槽(10)內的空氣注入管(26)連接； 所述氣相抽提模塊包括依次連接的氣相抽提管(30)、第二流量計(31)、活性炭過濾器(32)、真空泵(33)，所述氣相抽提管(30)的主體設置在模型槽(10)上部，排氣口設置在模型槽(10)外部。
2.如權利要求1所述的曝氣聯合氣相抽提二維試驗裝置，其特征在于，所述的隔板(11)包括由外向內依次設置的多孔有機玻璃板、土工布和細孔鋼絲網。
【文檔編號】G01N33/18GK103529190SQ201310495166
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月22日 優先權日:2013年10月22日
【發明者】劉志彬, 劉松玉, 方偉, 杜延軍, 陳志龍 申請人:東南大學