一種曝氣聯(lián)合氣相抽提二維試驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種曝氣聯(lián)合氣相抽提二維試驗(yàn)裝置，包括二維試驗(yàn)?zāi)Ｐ?、與二維試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦B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(jī)、空氣過濾器、第一氣壓調(diào)節(jié)閥、第二氣壓調(diào)節(jié)閥、第一流量計(jì)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(jì)、活性炭過濾器、真空泵。本發(fā)明裝置能夠進(jìn)行各種土層條件下的地下水曝氣試驗(yàn)，氣相抽提試驗(yàn)以及曝氣聯(lián)合氣相抽提的試驗(yàn)；在試驗(yàn)過程中能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測各項(xiàng)參數(shù)，主要包括曝氣壓力、曝氣流量以及抽提流量等；同時(shí)，還能在試驗(yàn)的不同階段對(duì)土層中不同位置處采取水樣或氣體樣品進(jìn)行定量分析。
【專利說明】一種曝氣聯(lián)合氣相抽提二維試驗(yàn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種曝氣二維試驗(yàn)裝置，特別是涉及曝氣聯(lián)合氣相抽提二維試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，由于缺乏有效的環(huán)境保護(hù)，我國土壤和地下水污染問題日益嚴(yán)重。2011年國務(wù)院發(fā)布《全國地下水防治規(guī)劃(2011-2020年)》，要求有計(jì)劃地加快推進(jìn)地下水污染修復(fù)，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(guī)劃也特別提出須“加強(qiáng)地下水污染防治”。以江蘇為例，2006年?2011年，江蘇省連續(xù)兩輪開展了共為期6年的化工生產(chǎn)企業(yè)專項(xiàng)整治。為進(jìn)一步提升化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展層次，確定從2012年?2014年，再用3年時(shí)間在全省開展新一輪化工生產(chǎn)企業(yè)專項(xiàng)整治，旨在全面提高化工行業(yè)環(huán)保和安全水平，推進(jìn)化工行業(yè)高端發(fā)展、轉(zhuǎn)型發(fā)展、綠色集約發(fā)展。預(yù)計(jì)到2014年年底，全省化工生產(chǎn)企業(yè)安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)全部達(dá)到國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，城市主城區(qū)、居民集中區(qū)、飲用水水源地的化工生產(chǎn)企業(yè)原則上全部遷出或轉(zhuǎn)產(chǎn)、關(guān)閉。這些工業(yè)污染場地如不加治理或修復(fù)直接使用將存在很大的環(huán)境隱患和人體健康風(fēng)險(xiǎn)。工業(yè)場地污染物中，揮發(fā)/半揮發(fā)性有機(jī)染物占有較大的比重，約占70%以上。
[0003]揮發(fā)性有機(jī)污染物主要來源于:(1)石油化工生產(chǎn)區(qū)、加油站等形成的落地油或事故泄漏、含油生產(chǎn)污水排放和輸油管道的滲漏；(2)化工廠、農(nóng)藥廠等化學(xué)品生產(chǎn)企業(yè)，在生產(chǎn)車間、分裝車間、藥品儲(chǔ)存?zhèn)}庫和廠區(qū)內(nèi)運(yùn)輸途中造成的藥品泄露。大量的揮發(fā)性有機(jī)污染物直接進(jìn)入土壤中，吸附于土壤顆粒內(nèi)外表面，由于其具有較強(qiáng)的揮發(fā)性，容易在土壤中擴(kuò)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(yán)重的地下水污染，還會(huì)對(duì)地表生物造成危害。
[0004]地下水曝氣法(AS)自80年代中期發(fā)展起來，是處理土壤和地下水中可揮發(fā)有機(jī)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(fù)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。在1982-2008年美國地下水污染“超級(jí)基金”治理項(xiàng)目地下水原位修復(fù)各技術(shù)中曝氣法所占的比例高達(dá)23%。地下水曝氣法一般與土壤氣相抽提法結(jié)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(qū)，氣流在浮力作用下向上運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)部分易揮發(fā)性污染物從土壤和地下水中揮發(fā)并進(jìn)入空氣流，含有污染物的空氣上升到非飽和區(qū)，然后采用土壤氣相抽提技術(shù)進(jìn)行處理。同時(shí)，注入的新鮮空氣可以幫助好氧生物進(jìn)行生物降解，進(jìn)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(fù)機(jī)理尚未完全達(dá)成共識(shí)，導(dǎo)致實(shí)際工程中不可避免地出現(xiàn)設(shè)計(jì)不合理，造成資源浪費(fèi)，因此研究地下水曝氣修復(fù)的內(nèi)在機(jī)理非常重要。目前我國對(duì)土壤和地下水污染影響及修復(fù)技術(shù)研究較少，修復(fù)技術(shù)手段相對(duì)薄弱且缺乏完善的理論體系，治理經(jīng)驗(yàn)明顯不足，不能滿足土壤和地下水污染大規(guī)模有效治理的需要。在借鑒發(fā)達(dá)國家先進(jìn)修復(fù)技術(shù)的同時(shí)，國內(nèi)也應(yīng)積極開展污染修復(fù)技術(shù)的基礎(chǔ)性研究。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問題:本發(fā)明提供一種針對(duì)地下水曝氣法室內(nèi)試驗(yàn)需求，可以模擬對(duì)處于不同條件下的土體和地下水中揮發(fā)/半揮發(fā)性有機(jī)污染物進(jìn)行曝氣聯(lián)合氣相抽提修復(fù)，同時(shí)對(duì)過程中的各項(xiàng)工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)和監(jiān)測，試驗(yàn)過程中可實(shí)時(shí)采取水樣進(jìn)行定量分析，從而對(duì)修復(fù)過程和內(nèi)在機(jī)理進(jìn)行研究的曝氣聯(lián)合氣相抽提二維試驗(yàn)裝置。
[0007]技術(shù)方案:本發(fā)明的曝氣聯(lián)合氣相抽提二維試驗(yàn)裝置，包括二維試驗(yàn)?zāi)Ｐ?、與二維試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦B接的曝氣模塊和氣相抽提模塊，二維試驗(yàn)?zāi)Ｐ桶Ｐ筒?、設(shè)置在模型槽內(nèi)部臨近兩端內(nèi)壁的隔板、設(shè)置在模型槽上端的多孔鋼板、設(shè)置在多孔鋼板上側(cè)的加壓氣囊、設(shè)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(gè)水箱，加壓氣囊連接有第一空壓機(jī)，水箱與模型槽的連接管道上設(shè)置有閥門，模型槽的一個(gè)側(cè)面板上設(shè)置有多個(gè)取樣孔。曝氣模塊包括依次連接的第二空壓機(jī)、空氣過濾器、第一氣壓調(diào)節(jié)閥、第二氣壓調(diào)節(jié)閥、第一流量計(jì)和氣壓傳感器，氣壓傳感器通過管路與曝氣孔連接，或與設(shè)置在模型槽內(nèi)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(jì)、活性炭過濾器、真空泵，氣相抽提管的主體設(shè)置在模型槽上部，排氣口設(shè)置在模型槽外部。
[0008]本發(fā)明中，隔板包括由外向內(nèi)依次設(shè)置的多孔有機(jī)玻璃、土工布和細(xì)孔鋼絲網(wǎng)。
[0009]有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
(I)本裝置可以參照實(shí)際工程地質(zhì)勘察報(bào)告，采用分層填裝土樣的方法模擬現(xiàn)場土體分層及非均質(zhì)等情況，通過左右兩側(cè)水箱水位控制再現(xiàn)現(xiàn)場土層飽和與非飽和帶，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行各種復(fù)雜土層條件下的地下水曝氣試驗(yàn)、氣相抽提試驗(yàn)以及曝氣聯(lián)合氣相抽提試驗(yàn)。
[0010](2)本裝置在模型槽兩端底部還分別連接有一個(gè)水箱，它們不僅僅是用于實(shí)驗(yàn)的時(shí)候調(diào)整地下水位。還可以通過調(diào)節(jié)兩個(gè)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(yàn)過程中模擬地下水的流動(dòng)，還原現(xiàn)場修復(fù)時(shí)的地下水條件，以研究地下水流動(dòng)對(duì)修復(fù)效果的影響。
[0011](3)本裝置設(shè)置了氣壓調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)與氣壓傳感器，同時(shí)還在模型槽側(cè)面不同位置處設(shè)置了多個(gè)取樣孔。通過對(duì)流量計(jì)與氣壓傳感器數(shù)據(jù)的記錄，以及通過取樣孔取得的液體和氣體樣品進(jìn)行定量分析，使得試驗(yàn)過程中能夠?qū)崟r(shí)控制和監(jiān)測各項(xiàng)工藝參數(shù)，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(shí)，還能在試驗(yàn)的不同階段對(duì)土層中不同位置處取樣進(jìn)行定量分析。充分實(shí)現(xiàn)了修復(fù)工藝參數(shù)控制以及修復(fù)全過程污染物清除規(guī)律實(shí)時(shí)監(jiān)控。
[0012](4)由于本裝置既可以在模型槽內(nèi)部設(shè)置空氣注入管，也可利用模型槽底板上設(shè)置的曝氣孔分別進(jìn)行地下水曝氣操作，因此，實(shí)驗(yàn)過程中曝氣點(diǎn)可靈活選擇。通過底板曝氣孔進(jìn)行曝氣操作時(shí)，便于對(duì)模型箱內(nèi)土體及地下水狀況進(jìn)行系統(tǒng)研究，因曝氣管路對(duì)地層及地下水沒有干擾，有利于專門進(jìn)行曝氣機(jī)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(jìn)行曝氣時(shí)，更符合現(xiàn)場真實(shí)工況，因此可以最大程度模擬現(xiàn)場修復(fù)工藝如曝氣井點(diǎn)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(duì)修復(fù)效果的影響。
[0013](5)本裝置在模型槽底面共設(shè)置了三個(gè)曝氣孔，實(shí)驗(yàn)過程中可選擇一個(gè)或多個(gè)進(jìn)行曝氣。因此，利用本裝置既能進(jìn)行單孔曝氣試驗(yàn)，還能進(jìn)行多孔曝氣試驗(yàn)，以研究單一曝氣井的影響范圍以及多個(gè)曝氣井之間的相互影響，為現(xiàn)場應(yīng)用時(shí)確定曝氣井的最優(yōu)間距提供試驗(yàn)研究依據(jù)。
[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(jìn)行整體固定，然后用氣囊可以對(duì)土層加壓，從而模擬不同深度土層所受的應(yīng)力狀態(tài)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)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(diǎn)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(jī)；18、閥門；19、取樣孔；20、第二空壓機(jī)；21、空氣過濾器；22、第一氣壓調(diào)節(jié)閥；23、第二氣壓調(diào)節(jié)閥；24、第一流量計(jì)；25、氣壓傳感器；26、空氣注入管；30、氣相抽提管；31、第二流量計(jì)；32、活性炭過濾器；33、真空泵；40、連接孔。
【具體實(shí)施方式】 [0019]下面結(jié)合說明書附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明最進(jìn)一步具體說明。
[0020]如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明的曝氣聯(lián)合氣相抽提二維試驗(yàn)裝置中，包括二維試驗(yàn)?zāi)Ｐ?、與二維試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦B接的曝氣模塊和氣相抽提模塊。二維試驗(yàn)?zāi)Ｐ桶Ｐ筒?0、設(shè)置在模型槽10內(nèi)部且臨近兩端內(nèi)壁的隔板11、設(shè)置在模型槽10上端的多孔鋼板12、設(shè)置在多孔鋼板12上側(cè)的加壓氣囊13、設(shè)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(gè)水箱16，加壓氣囊13連接有第一空壓機(jī)17，水箱16與模型槽10的連接管道上設(shè)置有閥門18，模型槽10的一個(gè)側(cè)面板上設(shè)置有取樣孔19 ;曝氣模塊包括依次連接的第二空壓機(jī)20、空氣過濾器21、第一氣壓調(diào)節(jié)閥22、第二氣壓調(diào)節(jié)閥23、第一流量計(jì)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(shè)置在模型槽10內(nèi)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(jì)31、活性炭過濾器32、真空泵33，氣相抽提管30的主體設(shè)置在模型槽10上部，排氣口設(shè)置在模型槽10外部。隔板11包括由外向內(nèi)依次設(shè)置的多孔有機(jī)玻璃、土工布和細(xì)孔鋼絲網(wǎng)。
[0021 ] 另外，第一流量計(jì)24、第二流量計(jì)31和氣壓傳感器25通過數(shù)據(jù)線連接到電腦數(shù)據(jù)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(zhì)為有機(jī)玻璃。氣相抽提管30和空氣注入管26所用的材料為PVC管，內(nèi)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(gè)曝氣孔之間的間距為20 cm。模型槽10側(cè)面共設(shè)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(nèi)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(xì)孔鋼絲網(wǎng)的孔徑為0.5 mm。第一空壓機(jī)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(diào)節(jié)閥22的調(diào)節(jié)范圍為0-200 kPa，第二氣壓調(diào)節(jié)閥23的調(diào)節(jié)范圍為0-15 kPa。第一流量計(jì)24和第二流量計(jì)31的測量范圍為(TlO L/min。[0022]本發(fā)明裝置在使用時(shí):
(I)在僅進(jìn)行曝氣試驗(yàn)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(yàn)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(dá)到指定的高度，然后關(guān)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(dú)運(yùn)行曝氣系統(tǒng)，并選定好工藝參數(shù)(曝氣點(diǎn)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(yàn)土層。試驗(yàn)過程中可實(shí)時(shí)監(jiān)測曝氣壓力和曝氣流量等參數(shù)，同時(shí)可在試驗(yàn)不同階段、在土層的不同位置處取樣進(jìn)行定量分析。
[0023](2)在進(jìn)行曝氣聯(lián)合氣相抽提試驗(yàn)時(shí)，先將試驗(yàn)土樣按設(shè)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(cè)底部慢慢注入，直至地下水位達(dá)到指定高度，然后關(guān)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(yùn)行氣相抽提系統(tǒng)和曝氣系統(tǒng)，并選定好工藝參數(shù)，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(yàn)過程中可實(shí)時(shí)監(jiān)測曝氣壓力、曝氣流量、真空壓力和抽提流量等參數(shù)，同時(shí)可在試驗(yàn)不同階段、在土層的不同位置處取樣進(jìn)行定量分析。
[0024](3)由于曝氣試驗(yàn)過程中涉及揮發(fā)性污染物的去除，因此裝置頂蓋一般是密封的。但如果試驗(yàn)中未加入揮發(fā)性有機(jī)污染物，而僅僅是研究空氣的流動(dòng)形態(tài)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，則頂
蓋無需密封。
[0025](4)在模擬深部土層的曝氣試驗(yàn)或是曝氣聯(lián)合氣相抽提試驗(yàn)時(shí)，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(yīng)力。另外，在施加荷載時(shí)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(yàn)過程中，如果需要模擬地下水的流動(dòng)，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(cè)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(shí)現(xiàn)水的流動(dòng)，更加真實(shí)地還原現(xiàn)場水文地質(zhì)條件。
[0027](6)試驗(yàn)過程中需采取水樣(或氣體)進(jìn)行氣相色譜分析時(shí)，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(yī)用橡膠塞封閉，以便于針孔采樣及封閉。
【權(quán)利要求】
1.一種曝氣聯(lián)合氣相抽提二維試驗(yàn)裝置，其特征在于，該裝置包括二維試驗(yàn)?zāi)Ｐ?、與所述二維試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦B接的曝氣模塊和氣相抽提模塊，所述二維試驗(yàn)?zāi)Ｐ桶Ｐ筒?10)、設(shè)置在所述模型槽(10)內(nèi)部且臨近兩端內(nèi)壁的隔板(11)、設(shè)置在模型槽(10)上端的多孔鋼板(12)、設(shè)置在所述多孔鋼板(12)上側(cè)的加壓氣囊(13)、設(shè)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(gè)水箱(16)，所述加壓氣囊(13)連接有第一空壓機(jī)(17)，所述水箱(16)與模型槽(10)的連接管道上設(shè)置有閥門(18)，模型槽(10)的一個(gè)側(cè)面板上設(shè)置有多個(gè)取樣孔(19)； 所述曝氣模塊包括依次連接的第二空壓機(jī)(20)、空氣過濾器(21)、第一氣壓調(diào)節(jié)閥(22)、第二氣壓調(diào)節(jié)閥(23)、第一流量計(jì)(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(shè)置在模型槽(10)內(nèi)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(jì)(31)、活性炭過濾器(32)、真空泵(33)，所述氣相抽提管(30)的主體設(shè)置在模型槽(10)上部，排氣口設(shè)置在模型槽(10)外部。
2.如權(quán)利要求1所述的曝氣聯(lián)合氣相抽提二維試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的隔板(11)包括由外向內(nèi)依次設(shè)置的多孔有機(jī)玻璃板、土工布和細(xì)孔鋼絲網(wǎng)。
【文檔編號(hào)】G01N33/18GK103529190SQ201310495166
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】劉志彬, 劉松玉, 方偉, 杜延軍, 陳志龍 申請(qǐng)人:東南大學(xué)