一种污染物在包气带中的截留释放试验三维模拟系统及其试验方法技术方案

本发明专利技术公开了一种污染物在包气带中的截留释放试验三维模拟系统及其试验方法，系统包括试验主箱，还设有含水层渗流补给控制箱、渗滤液储槽以及给渗滤液提供水动力的水泵，所述试验主箱由箱体以及覆盖于箱体上的配水盖组成，所述箱体的一侧侧壁下方沿水平方向均布多个补给口，所述补给口对侧的箱体侧壁上沿竖直方向均布多个出水管；所述配水盖的顶部设有用于配水的配水管；所述含水层渗流补给控制箱的上方设有进水管，含水层渗流补给控制箱的侧壁相应位置上设有溢流管，含水层渗流补给控制箱的下方设有补给管，所述补给管与补给口相连，补给管上设有水阀；所述渗滤液储槽经水泵与配水管相连；试验方法包括垃圾渗滤液淋滤及蒸馏水反淋洗两个过程。

【技术实现步骤摘要】
一种污染物在包气带中的截留释放试验三维模拟系统及其试验方法
本专利技术涉及包气带研究领域，具体涉及一种污染物在包气带中的截留释放试验三维模拟系统及其试验方法。
技术介绍
包气带作为含水层天然屏障，其因对污染物质的截留及衰减而受到关注并进行相关研究。包气带对污染物质的截留及衰减强度与包气带介质本身的物理、化学性质和渗滤液组分、性质有密切关系，目前对与污染物在包气带中的截留及衰减研究，国内仍主要处于室内试验研究阶段，现有
对于垃圾渗滤液污染物在包气带中的截留释放试验为一维淋滤柱试验，该试验方法忽略了污染物下渗过程中包气带含水率及溶质梯度变化对模型试验的影响，而在实验室尺度上，包气带含水率及介质内溶质梯度变化对试验结果的影响都是不容忽视的，故而一维淋滤柱试验的试验结果与实际有所偏差，不利于对实际垃圾渗滤液污染物在包气带中的截留与释放的机理研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是：针对现有技术的不足，提供一种污染物在包气带中的截留释放试验三维模拟系统及其试验方法，构建三维渗滤液淋滤-蒸馏水反淋洗物理模型，以解决现有一维淋滤柱试验忽略了污染物下渗过程中包气带含水率及溶质梯度变化对模型试验的影响的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案概述如下：一种污染物在包气带中的截留释放试验三维模拟系统，包括试验主箱、含水层渗流补给控制系统、包气带配水淋滤系统以及出水收集监测系统，所述试验主箱由箱体以及覆盖于箱体上的配水盖组成，所述箱体的一侧侧壁下方沿水平方向均布多个补给口，所述补给口对侧的箱体侧壁上沿竖直方向均布多个出水管；所述含水层渗流补给控制系统包括含水层渗流补给控制箱，所述含水层渗流补给控制箱的上方设有进水管，含水层渗流补给控制箱的侧壁相应位置上设有溢流管，含水层渗流补给控制箱的下方设有补给管，所述补给管与补给口相连，且补给管上设有水阀；所述包气带配水淋滤系统包括依次相连的渗滤液储槽、水泵以及配水管，所述配水管与配水盖相连；所述出水收集监测系统与箱体侧壁上的出水管相连，所述出水管上设有水阀。进一步地，所述试验主箱的规格为80cm×40cm×70cm、材质为1.5cm厚的透明有机玻璃。进一步地，所述出水管包括从下到上的下出水管、中出水管以及上出水管三个出水管，所述下出水管、中出水管以及上出水管分别距离箱底5cm、20cm、30cm。进一步地，所述配水管与水泵设有六组，所述配水管为外径6mm、内径4mm的空压管，所述空压管延伸至试验主箱内的部分等距间隔设有直径为1mm的配水孔；所述水泵为蠕动泵。进一步地，所述出水收集监测系统为出水混合槽。进一步地，所述配水盖内部中空，所述配水管延伸至配水盖内部空腔，配水盖的底部设有连通配水盖内部空腔的配水孔。一种利用上述的污染物在包气带中的截留释放试验三维模拟系统进行试验的方法，包括垃圾渗滤液淋滤及蒸馏水反淋洗两个过程，具体为：(1)渗滤液淋滤试验1)流场调试在试验箱体内填入含水层模拟介质，其中的含水层模拟介质由下至上依次为：底部衬层、模拟含水层介质，进行地下水流场水平渗流的调试，模拟一定梯度条件下的地下水渗流场情况，且保证水头自由高度接近但低于模拟含水层介质顶面；2)包气带模拟介质测试及装填分别在含水层模拟介质上方填入包气带介质，并对包气带介质进行抽样，进行孔隙度、粒径、级配筛分及骨架密度进行测定；3)垃圾渗滤液污染源测定测定渗滤液的污染因子浓度；流场调试及渗滤液污染因子浓度测定完毕后，使用水泵抽取渗滤液淋滤于包气带顶面；同时记录出水水质及时间，待指示剂保守离子在出水水质中达到稳定后，则视为包气带对污染物截留达到饱和；(2)蒸馏水反淋洗试验前述试验平衡后停止渗滤液淋滤，保持试验主箱体进水端与出水端持续稳定渗流，检测出水水质，待出水水质基本稳定后，将淋滤动力装置的溶剂更换为蒸馏水进行持续淋洗；同时记录排水水质变化情况及时间，待单位截留量最大的COD在出水水质中达到稳定后，则视为模型反淋洗达到平衡。作为优选的，所述含水层模拟介质中的底部衬层采用粒径2～3cm砾石装填而成，所述模拟含水层介质为40目粒径的石英砂，模型中含水层的水动力条件主要由进水口和出水管水头差及阀门开闭程度来控制，含水层主体需要选用导水性较好的介质，因此，本次试验采用40目粒径的石英砂；所述包气带模拟介质为研究区采集的原岩土样，更为符合对研究区实际情况。作为优选的，测定的污染因子包括：有机物综合指标COD、无机物Cl-、NO3-、NH3-N、SO42-、Pb、Cr6+以及Zn浓度。作为优选的，其中的Cl-为指示剂保守离子。相对于现有技术，本专利技术所产生的有益效果：1、本专利技术中，由水力条件分析可知：本专利技术提供的物理模型系统中补给源包括含水层渗流补给控制箱侧向补给的渗流补给系统供水以及通过渗滤液储槽补给的淋滤系统垂向供给的淋滤液，补给源模拟更符合实际环境；2、本专利技术将包气带及含水层视为整体，充分考虑包气带含水率及介质内溶质梯度变化，构建了一种三维渗滤液淋滤-蒸馏水反淋洗新型物理模型，解决了现有一维淋滤柱试验忽略了污染物下渗过程中包气带含水率及溶质梯度变化对模型试验的影响的问题；3、本专利技术定量阐明包气带对污染物截留，通过不同厚度、体积的包气带介质的工况设定，定量分析了研究区包气带介质单位体积对污染物的截留量，试验结果更为精准。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步说明。图1是本专利技术提供的试验系统的示意简图；图2是试验主箱的结构示意图；图3是配水盖的结构示意图；图4是10cm厚包气带模拟系统出水污染物浓度的时间迹线图；图5是20cm厚包气带模拟系统出水污染物浓度的时间迹线图；图6是30cm厚包气带模拟系统出水污染物浓度的时间迹线图；图7是10cm厚包气带反淋洗试验浓度迹线图；图8是20cm厚包气带反淋洗试验浓度迹线图；图9是30cm厚包气带反淋洗试验浓度迹线图；图中标号分别为：1、试验主箱；11、配水盖；111、配水管；112、配水孔；12、箱体；13、补给口；14、下出水管；15、中出水管；16、上出水管；17、模拟含水层；18、模拟包气带；2、含水层渗流补给控制箱；21、进水管；22、溢流管；23、补给管；3、渗滤液储槽；4、水泵；5、出水混合槽。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术的实施方式包括但不限于下列实施例。实施例1如图1-图2，一种污染物在包气带中的截留释放试验三维模拟系统，包括试验主箱1、含水层渗流补给控制系统、包气带配水淋滤系统以及出水收集监测系统，所述试验主箱1由箱体12以及覆盖于箱体12上的配水盖11组成，该试验主箱1可分层承载不同模拟介质，所述箱体12的一侧侧壁下方沿水平方向均布多个补给口13，所述补给口13对侧的箱体12侧壁上沿竖直方向均布多个出水管；所述含水层渗流补给控制系统包括含水层渗流补给控制箱2，所述含水层渗流补给控制箱2的上方设有进水管21，含水层渗流补给控制箱2的侧壁相应位置上设有溢流管22，含水层渗流补给控制箱2的下方设有补给管23，所述补给管23与补给口13相连，且补给管23上设有水阀，提供侧向渗流的水动力来源；所述包气带配水淋滤系统包括依次相连的渗滤液储槽3、水泵4以及配水管111，所述配水管111与配水盖11相连,提供纵向水(溶剂)动力来源本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种污染物在包气带中的截留释放试验三维模拟系统，包括试验主箱(1)、含水层渗流补给控制系统、包气带配水淋滤系统以及出水收集监测系统，其特征在于，所述试验主箱(1)由箱体(12)以及覆盖于箱体(12)上的配水盖(11)组成，所述箱体(12)的一侧侧壁下方沿水平方向均布多个补给口(13)，所述补给口(13)对侧的箱体(12)侧壁上沿竖直方向均布多个出水管；所述含水层渗流补给控制系统包括含水层渗流补给控制箱(2)，所述含水层渗流补给控制箱(2)的上方设有进水管(21)，含水层渗流补给控制箱(2)的侧壁相应位置上设有溢流管(22)，含水层渗流补给控制箱(2)的下方设有补给管(23)，所述补给管(23)与补给口(13)相连，且补给管(23)上设有水阀；所述包气带配水淋滤系统包括依次相连的渗滤液储槽(3)、水泵(4)以及配水管(111)，所述配水管(111)与配水盖(11)相连；所述出水收集监测系统与箱体(12)侧壁上的出水管相连，所述出水管上设有水阀。

【技术特征摘要】
1.一种污染物在包气带中的截留释放试验三维模拟系统，包括试验主箱(1)、含水层渗流补给控制系统、包气带配水淋滤系统以及出水收集监测系统，其特征在于，所述试验主箱(1)由箱体(12)以及覆盖于箱体(12)上的配水盖(11)组成，所述箱体(12)的一侧侧壁下方沿水平方向均布多个补给口(13)，所述补给口(13)对侧的箱体(12)侧壁上沿竖直方向均布多个出水管；所述含水层渗流补给控制系统包括含水层渗流补给控制箱(2)，所述含水层渗流补给控制箱(2)的上方设有进水管(21)，含水层渗流补给控制箱(2)的侧壁相应位置上设有溢流管(22)，含水层渗流补给控制箱(2)的下方设有补给管(23)，所述补给管(23)与补给口(13)相连，且补给管(23)上设有水阀；所述包气带配水淋滤系统包括依次相连的渗滤液储槽(3)、水泵(4)以及配水管(111)，所述配水管(111)与配水盖(11)相连；所述出水收集监测系统与箱体(12)侧壁上的出水管相连，所述出水管上设有水阀。2.如权利要求1所述的污染物在包气带中的截留释放试验三维模拟系统，其特征在于：所述试验主箱(1)的规格为80cm×40cm×70cm、材质为1.5cm厚的透明有机玻璃。3.如权利要求2所述的污染物在包气带中的截留释放试验三维模拟系统，其特征在于：所述出水管包括从下到上的下出水管(14)、中出水管(15)以及上出水管(16)三个出水管，所述下出水管(14)、中出水管(15)以及上出水管(16)分别距离箱底5cm、20cm、30cm。4.如权利要求1所述的污染物在包气带中的截留释放试验三维模拟系统，其特征在于：所述配水管(111)与水泵(4)设有六组，所述配水管(111)为外径6mm、内径4mm的空压管，所述空压管延伸至试验主箱(1)内的部分等距间隔设有直径为1mm的配水孔；所述水泵(4)为蠕动泵。5.如权利要求1所述的污染物在包气带中的截留释放试验三维模拟系统，其特征在于：所述出水收集监测系统为出水混合槽(5)。6.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋凯，刘丹，刘建，任旭，王飞，白雪，
申请(专利权)人：宋凯，刘丹，刘建，任旭，王飞，白雪，
类型：发明
国别省市：四川,51