原位修復的修復劑傳輸波及效率的測定裝置及測定方法
【專利摘要】本發明提供一種原位修復的修復劑傳輸波及效率的測定裝置，包括泵吸單元、二維箱體結構、圖像采集單元及注入單元；二維箱體結構設置有透明材料制成的蓋板，蓋板下為盛裝基質樣品的長方形槽；圖像采集單元的攝像頭位于二維箱體結構的蓋板的上方；所述長方形槽的一面側壁上開有修復劑進口，修復劑進口與注入單元連接；開有修復劑進口的側壁所相對的側壁處設置有出液管，所述出液管與泵吸單元連接。本發明提出的方法，實現了精確計算不同孔隙體積(PV)條件下修復液傳輸的波及效率；本發明提出的測定裝置具有自動化程度高、結構緊湊、運行方便、操作簡單的特點，裝置價格也比較便宜，為地下水及土壤原位修復研究提供了科學的模擬設備及計算方法。
【專利說明】
原位修復的修復劑傳輸波及效率的測定裝置及測定方法
技術領域
[0001] 本發明屬于土壤再生領域，具體涉及一種原位修復的修復效果測定方法及采用的 裝置。
【背景技術】
[0002] 根據對污染土壤的修復手段的不同，修復技術可以分為異位修復和原位修復。由 于原位修復較異位修復更直接、快速、經濟而且效果好，因此正發展成為一種很有應用前景 的修復技術。如果將修復液直接注入受污染的場地，由于場地通常具有非均質性，因此使得 修復液在注入過程中會出現分布不均的情況，即修復液會優先進入大孔隙滲透率高的區域 形成固定通道，進而對小孔隙低滲透率區域形成繞流，導致修復液無法進入小孔隙低滲透 率區域，而低滲透率區域污染物濃度往往又較高，修復液無法進入該區域與污染物接觸會 嚴重影響污染物的去除率，并最終影響污染場地工程修復的效果。因此，如何使修復液更均 勻的分布于所修復區域，尤其是低滲透率區域，成為了制約原位修復技術發展的重要因素。
[0003] 聚合物相對來說是一種高粘度、低密度的非牛頓流體，具有剪切變稀的特性（即在 低剪切速率下具有較高的粘度，在高剪切速率下粘度明顯降低），它的引入能夠顯著提高修 復液在非均勻介質中傳輸的波及效率，尤其是能夠促使修復液進入小孔隙低滲透率區域。 聚合物添加劑增加修復劑傳輸波及效率的微觀機理是聚合物的加入能夠增加粘度，改善流 度比，從而增加修復液分布的均勻程度。
[0004] 現有技術中，修復劑被用于油田開采中的驅油體系，以提高石油的采收率，很少用 于污染物的去除及污染場地的修復。已發明的專利中只是簡略提及波及效率（例如專利 CN201280048149.6地下油回收優化的系統和方法），沒有給出具體的測定裝置及計算方法， 而在土壤原位修復技術中尚沒有波及效率的評估手段。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術存在的不足之處，本發明給出了一種系統的、簡單的、有效的、準確 的計算波及效率的裝置及方法。本發明的目的之一是提出一種原位修復的修復劑傳輸波及 效率的測定裝置。
[0006] 本發明的另一目的是提出一種原位修復的修復劑傳輸波及效率的測定方法。
[0007] 實現本發明上述目的的技術方案為：
[0008] -種原位修復的修復劑傳輸波及效率的測定裝置，其特征在于，包括栗吸單元、二 維箱體結構、圖像采集單元及注入單元；
[0009] 所述二維箱體結構設置有透明材料制成的蓋板，蓋板下為盛裝基質樣品的長方形 槽;所述圖像采集單元包括攝像頭和與攝像頭連接的數據處理模塊，所述攝像頭位于二維 箱體結構的蓋板的上方;所述長方形槽的一面側壁上開有修復劑進口，所述修復劑進口與 注入單元連接;開有修復劑進口的側壁所相對的側壁處設置有出液管，所述出液管與栗吸 單元連接。
[0010] 其中，所述栗吸單元包括蠕動栗和軟管，所述軟管的內徑與二維箱體結構的長方 形槽的槽深的比值為1:4~8,栗吸單元的軟管連接有流出單元;所述注入單元包括蠕動栗 和軟管，所述軟管的內徑與二維箱體結構的長方形槽的槽深的比值為1:4~8。
[0011] 其中，所述修復劑進口連接有進液管，進液管中心線與開有修復劑進口的側壁平 行；所述進液管上分布有多個進液孔，相鄰進液孔間距為20~30mm，進液孔的孔徑為3~ 8mm 〇
[0012] 進一步地，開有修復劑進口的側壁所相對的側壁處設置有出液管，出液管中心線 與開有修復劑進口的側壁平行;所述出液管上分布有多個吸孔，相鄰吸孔間距為20~30mm， 吸孔的孔徑為3~8mm，所述出液管與栗吸單元的軟管連接。
[0013]優選地，所述二維箱體結構的長方形槽的槽深為20~40mm。
[0014] 所述的測定裝置可采用以下尺寸：所述二維箱體結構的長方形槽的長為200~ 500mm，寬為100~400mm。其中，長方形槽和蓋板之間設置有密封墊。
[0015] -種原位修復的修復劑傳輸波及效率的測定方法，采用本發明所述的裝置，包括 步驟：
[0016] 1)在所述二維箱體結構的長方形槽內盛裝已知孔隙體積的基質樣品；蓋上蓋板， 保持蓋板與所述長方形槽密封；
[0017] 2)通過注入單元向二維箱體結構注入修復劑，同時用栗吸單元抽真空；
[0018] 3)用攝像頭記錄修復劑在基質內傳輸的浸潤前緣圖像，計算修復劑傳輸的波及面 積，按照公式（1)計筧波及效率
[0019]
( 1 )
[0020] 式（1)中：SE--波及效率，％ ;SA--浸潤峰波及的面積，cm2;TA--當注入IPV 時浸潤峰波及的總面積，cm2 JlPV是基質樣品孔隙體積的1倍）
[0021] 本發明方法所測定的基質樣品，所述基質可以是石英砂、土壤、栽植基質、肥料、廢 渣中的一種或多種。
[0022]其中，所述步驟2)注入修復劑的操作進行1~10次，在注入修復劑2~10次的操作 中，待前一次修復劑注完后開始下一次的注入;每次注入修復劑的體積為土樣孔隙體積的 0.1~1倍。
[0023] 其中，所述步驟2)中，注入修復劑的速度為0.1%~5%倍的長方形槽的體積。
[0024] 進一步地，本發明所述的測定方法中，所述修復劑為溶液，修復劑中含有聚合物， 配置聚合物含量不同的修復劑溶液后測定修復劑的粘度，比較不同聚合物含量的修復劑的 波及效率，及比較表觀波及效率（通過肉眼觀察到浸潤峰波及整個二維箱體求得）達到 100%時所用聚合物溶液的孔隙體積(PV)。
[0025]根據攝制的浸潤前緣圖像計算波及面積可采用已有的圖形處理軟件，例如 ImageJ,AutoCAD,Photoshop，MatIab等。
[0026] 本發明的有益效果在于：
[0027] 本發明提供了測定聚合物提高修復劑傳輸波及效率的裝置及方法，通過人工構造 非均勻介質的二維土箱開展聚合物輸送液注入研究，通過拍照記錄對比不同時刻添加聚合 物以及不添加聚合物情況下輸送液在二維土箱內傳輸波及效率差異。
[0028]本發明提出的方法，實現了精確計算不同孔隙體積(PV)條件下修復液傳輸的波及 效率;本發明提出的測定裝置和現有裝置相比，具有自動化程度高、結構緊湊、運行方便、操 作簡單的特點，裝置的價格也比較便宜，為地下水及土壤原位修復研究提供了科學的模擬 設備及計算方法。
【附圖說明】
[0029]圖1為原位修復的修復劑傳輸波及效率的測定裝置的結構圖。
[0030]圖2為二維箱體結構的俯視圖。
[0031]圖3為二維箱體結構的正視圖。
[0032]圖4為二維箱體結構的左視圖（圖3和圖4均是相對于圖2的方位）
[0033]圖5為浸潤前緣圖像。
[0034]圖中各標記如下：
[0035] A:注入單元，B:栗吸單元，C:二維箱體結構，D:圖像采集單元，E:流出單元；
[0036] 1-2#蠕動栗、2-6mm*4mm硬管、3-25#的軟管、4-1#蠕動栗、5-蠕動栗操作顯示板、6_ YZ1515x栗頭、7-螺紋孔、8-出液口、9-出液管、10-底槽、11 -進液口、12-進液管、13-蓋板、 14-密封橡膠墊、15-底板。
【具體實施方式】
[0037]以下以具體實施例來進一步說明本發明技術方案。本領域技術人員應當知曉，實 施例僅用于說明本發明，不用于限制本發明的范圍。
[0038]實施例中，如無特別說明，所用技術手段為本領域常規的技術手段。
[0039] 實施例1:
[0040] 如圖1，一種原位修復的修復劑傳輸波及效率的測定裝置，包括栗吸單元B、二維箱 體結構C、圖像采集單元D、注入單元A及流出單元E;
[0041] 參見圖2、圖3、圖4,所述二維箱體結構設置有PMM材質的蓋板13,蓋板下為盛裝基 質樣品的長方形的底槽10;圖像采集單元D包括攝像頭和與攝像頭連接的數據處理模塊，所 述攝像頭位于二維箱體結構的蓋板13的上方;底槽10的一面側壁上開有修復劑進口，所述 修復劑進口與注入單元A連接;開有修復劑進口的側壁所相對的側壁處設置有出液管，所述 出液管9與栗吸單元B連接。
[0042] 栗吸單元包括2#蠕動栗1(型號BT100N)，配置YZ1515X栗頭，栗頭上安裝25#軟管 (內徑6.4mm)，軟管連接于流出單元E，流出單元E用于收集流出的液體。
[0043] 注入單元的1#蠕動栗4和軟管型號與栗吸單元的相同，配置YZ1515X栗頭6和蠕動 栗操作顯示板5。1#蠕動栗4所連的三根25#的軟管3連接三根硬管2，該硬管連接進 液管12的進液口 11，進液管12上有均布的<P 4mm小孔7個。進液管中心線與開有修復劑進 口的側壁平行。出液管9的中心線與開有修復劑進口的側壁平行，出液管9上有均布的 cp4mm吸孔7個，出液管伸出二維箱體結構的一端為出液口 8。
[0044] 二維箱體結構的底槽10的內部尺寸303*203*30mm;蓋板13的外形尺寸為367*267* 9.6mm;底槽和蓋板之間設置有橡膠密封墊14和底板15，螺紋孔7用于底槽和蓋板、底板15的 緊固。底板15為一整塊透明的PMM板。
[0045] 實施例2
[0046] 采用實施例1的裝置，在二維箱體結構的底槽10內分別填充不同粒徑的石英砂:分 別為粗砂（10~20目）、中砂（20~40目）和細砂(40~70目）三種不同粒徑的石英砂。實驗之 前，石英砂要經過一定的預處理，即挑選經嚴格篩分的一定粒徑段的石英砂酸泡、水洗、烘 干備用。
[0047] 每填一層砂子后刮平壓實，直至裝滿底槽10,蓋上密封橡膠墊14和蓋板13,擰緊固 定螺絲，按照圖1所示的順序連接好實驗裝置。
[0048]打開注入模塊A和栗吸裝置模塊B，將1#蠕動栗調節為IOrpm的轉速，可將聚合物溶 液吸入二維箱體結構模塊C，測定模型中每等間隔加入0.1孔隙體積(PV)時的波及效率，波 及(浸潤）的過程示意圖如圖5所示。
[0049] 通過排水法求得箱體模型中不同粒徑石英砂的孔隙度，具體參數如表1中所示。
[0050] 表1不同石英砂參數測定結果
[0052] 藥品選擇及其粘度測定
[0053] (1)實驗用聚合物：實驗選取的聚合物，為不同濃度梯度的黃原膠溶液（Gum xanthan，USP grade，分子式C35H49O29，阿拉丁，中國上海）。采用DV-II+PRO VISCOMETER粘度 計(BR00KFILELD)對上述兩類聚合物進行粘度測試(測試溫度為25°C)，具體參數如表2中所 不。
[0054]表2黃原膠粘度測定結果(T = 25°C)
[0056] (2)實驗用修復劑:選用的是2g/L的高錳酸鉀(KMnO4)溶液，高錳酸鉀配完靜置兩 小時后用于上述實驗。
[0057] 方法及檢測結果見表3和表4。
[0058] (1)使用實施例的測定聚合物提高修復劑傳輸波及效率的裝置，底槽內放置粗砂， 量取I .OPV的聚合物溶液分十次倒入錐形瓶，每次倒入0.1PV，注完后倒下一次，1#蠕動栗以 IOrpm的轉速進液(每分鐘進液20mL);
[0059] (2)同時2#蠕動栗將二維箱體全速抽真空；
[0060] (3)用高清攝像機記錄溶液浸潤前緣的變化情況（即浸潤前緣在箱體中的位置）； 每次倒入的O. IPV注完后拍照；
[0061] (4)用ImageJ圖形處理軟件(減去背景值選項設定為10.0%，該值由色度與孔隙體 積的對應關系確定，由實驗校核獲得)計算液體浸潤的面積，按照公式（1)計算聚合物溶液 的波及效率，如表3所示；
[0062]表3黃原膠波及效率測定
[0064]表4顯示的是當表觀波及效率達到100%時，所消耗的聚合物溶液的孔隙體積 (PV)。表中數據越接近1PV，說明聚合物溶液越能將石英砂中的孔隙填滿(特別是小孔隙）， 故而波及效率也就越高。從表中可以看出，隨著聚合物濃度的升高，波及效率也隨之提高。 由表4實測孔隙體積(PV)與色度對應值可確定背景值的閾值。當色度背景值設置為10.0% 時，表4中消耗聚合物溶液的孔隙體積(PV)值與表3中1.0 PV時通過圖像處理計算所測定的 波及效率是吻合的。
[0065]表4聚合物溶液孔隙體積(PV)
[0067]以上的實施例僅僅是對本發明的【具體實施方式】進行描述，并非對本發明的范圍進 行限定，本領域技術人員在現有技術的基礎上還可做多種修改和變化，在不脫離本發明設 計精神的前提下，本領域普通工程技術人員對本發明的技術方案作出的各種變型和改進， 均應落入本發明的權利要求書確定的保護范圍內。
【主權項】
1. 一種原位修復的修復劑傳輸波及效率的測定裝置，其特征在于，包括累吸單元、二維 箱體結構、圖像采集單元及注入單元； 所述二維箱體結構設置有透明材料制成的蓋板，蓋板下為盛裝基質樣品的長方形槽； 所述圖像采集單元包括攝像頭和與攝像頭連接的數據處理模塊，所述攝像頭位于二維箱體 結構的蓋板的上方;所述長方形槽的一面側壁上開有修復劑進口，所述修復劑進口與注入 單元連接;開有修復劑進口的側壁所相對的側壁處設置有出液管，所述出液管與累吸單元 連接。2. 根據權利要求1所述的測定裝置，其特征在于，所述累吸單元包括蠕動累和軟管，所 述軟管的內徑與二維箱體結構的長方形槽的槽深的比值為1:4~8,累吸單元的軟管連接有 流出單元;所述注入單元包括蠕動累和軟管，所述軟管的內徑與二維箱體結構的長方形槽 的槽深的比值為1:4~8。3. 根據權利要求1所述的測定裝置，其特征在于，所述修復劑進口連接有進液管，進液 管中屯、線與開有修復劑進口的側壁平行;所述進液管上分布有多個進液孔，相鄰進液孔間 距為20~30mm，進液孔的孔徑為3~8mm。4. 根據權利要求2所述的測定裝置，其特征在于，開有修復劑進口的側壁所相對的側壁 處設置有出液管，出液管中屯、線與開有修復劑進口的側壁平行;所述出液管上分布有多個 吸孔，相鄰吸孔間距為20~30mm，吸孔的孔徑為3~8mm，所述出液管與累吸單元的軟管連 接。5. 根據權利要求1~4任一所述的測定裝置，其特征在于，所述二維箱體結構的長方形 槽的槽深為20~40mm。6. 根據權利要求1~4任一所述的測定裝置，其特征在于，所述二維箱體結構的長方形 槽的長為200~500mm，寬為100~400mm;長方形槽和蓋板之間設置有密封墊。7. -種原位修復的修復劑傳輸波及效率的測定方法，采用權利要求1~6任一所述的裝 置，其特征在于，包括步驟： 1) 在所述二維箱體結構的長方形槽內盛裝已知孔隙體積的基質樣品；蓋上蓋板，保持 蓋板與所述長方形槽密封； 2) 通過注入單元向二維箱體結構注入修復劑，同時用累吸單元抽真空； 3) 用攝像頭記錄修復劑在基質內傳輸的浸潤前緣圖像，計算修復劑傳輸的波及面積， 按照公式(1)計算波及效率(1) 式（1)中：SE--波及效率，％ ; SA-一浸潤峰波及的面積，cm2; TA--當注入1PV時浸潤 峰波及的總面積，cm2"(lPV是基質樣品孔隙體積的1倍）8. 根據權利要求7所述的測定方法，其特征在于，所述步驟2)注入修復劑的操作進行1 ~10次，在注入修復劑2~10次的操作中，待前一次修復劑注完后開始下一次的注入;每次 注入修復劑的體積為基質孔隙體積的0.1~1倍。9. 根據權利要求7或8所述的測定方法，其特征在于，所述步驟2)中，注入修復劑的速度 為0.1 %~5 %倍的長方形槽的體積。10. 根據權利要求7或8所述的測定方法，其特征在于，所述修復劑為溶液，修復劑中含 有聚合物，配置聚合物含量不同的修復劑溶液后測定修復劑的粘度，比較不同聚合物含量 的修復劑的波及效率。
【文檔編號】G01N13/00GK105842122SQ201610268237
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月28日
【發明人】陳家軍, 劉云松
【申請人】北京師范大學