本发明专利技术涉及一种用于模拟含水层中DNAPL污染物的表面活性剂强化修复过程的实验装置及方法。本发明专利技术采用二维可视化砂箱模拟含水层，可以直接观测和记录DNAPL污染羽在垂向和水平向的运移，并定量计算污染物的扩散面积变化，在修复效率估算和污染物迁移风险控制上具有直观可视化优势，可以在工程前期优化工艺尤其是优选表面活性剂的种类及其浓度。
【技术实现步骤摘要】
用于模拟含水层中DNAPL污染物的表面活性剂强化修复过程的实验装置及方法
本专利技术涉及环境污染治理
，具体涉及一种用于模拟含水层中DNAPL污染物的表面活性剂强化修复过程的实验装置及方法。
技术介绍
随着化工工业的发展，在产品的生产、运输、存贮和使用过程中，每年有大量的有毒有机物进入土壤和地下水环境中，成为一类重要的污染物质。其中的重非水相液体(DNAPL)密度比水大，常穿透包气带进入饱和含水层。在饱和含水层中向下迁移时，遇到粒径较细的土壤层时可能无法穿透，堆积在其上形成DNAPL聚集区。由于1，2-DCA和PCE之类的DNAPL具有较低的水溶解度和较高的与水之间的界面张力，传统的抽出处理法对其修复效果不佳，目前采用较多的方法是加入表面活性剂进行强化抽出处理(SurfactantEnhanced Aquifer Remediation,简称SEAR)。SEAR技术的原理是通过加入表面活性剂，提高难溶有机污染物在水中的溶解度和移动性，通过设在含水层中的抽取井造成的水力梯度，将污染物混合液抽取到地表进行分离、处理，最后将处理后达标的水外排或重新灌入到地下水中。运用SEAR技术对DNAPL进行处理，当表面活性剂溶液流经DNAPL聚集体时，可能同时存在增流作用和增溶作用两种过程。以往的研究大多认为，增流作用可能会造成DNAPL的垂直迁移，使污染羽进一步扩大，因此在选择表面活性剂时通常追求较高的增溶效果，对于降低油水界面张力的效果大多尽量抑制。为了抑制表面活性剂对DNAPL的增流作用，需要大量的前期实验来选择合适的表面活性剂配比。尽管这样，实际修复过程中加入表面活性剂后DNAPL的迁移扩散很难完全避免。若以增溶原理进行修复，要达到较高的增溶效果一般需要很高的表面活性剂投放量，在高成本的同时还带来了表面活性剂对土壤的污染和生态风险。此外，场地地下含水层中多孔介质的结构、粒径与孔径分布等都对表面活性剂的增溶与增流效果存在影响。因此根据实际场地中的污染物组成和水文地质情况选择合适的表面活性剂来提高修复效率，减少表面活性剂用量是SEAR技术的重点。为了对表面活性剂的增溶与增流作用进行评估，修复工程前期需要进行模拟实验。以往的模拟实验很多采用一维柱实验，虽然能较好的验证表面活性剂的增溶效果，但由于难以直接观测加入表面活性剂后DNAPL污染羽的迁移情况，对表面活性剂的增流作用及其对修复效率的影响难以进行准确的评估。后来的模拟实验较多采用二维砂箱，不仅可以模拟地下含水层中的非均质性及其影响，而且能直观观测加入表面活性剂后DNAPL污染羽的迁移流动。现有的二维砂箱实验装置存在一些不足，比如抽出液中的污染物没有经过处理就直接排放，没有较好的手段方便地测试砂箱中污染物分布面积。Taylor等(Taylor，Τ.P.; Pennell, K.D.; Abriolaj L.Μ.; Dane，J.H.，Surfactant enhanced recovery oftetrachloroethyIene from a porous medium containing low permeability lenses: 1.Experimental studies.Journal of Contaminant Hydrology2001, 48, (3-4)，325-350.)设计的二维砂箱由无机玻璃板和铝合金构成，但该装置缺少循环处理部分和数码图像成像分析部分。国内李隋等(李隋等.表面活性剂强化抽取处理修复DNAPL污染含水层的实验研究.吉林大学，2008.)设计的含水层实验装置是由聚氯乙烯板做成的封闭式矩形槽，具体设计为:渗流槽长为120cm,宽为32cm,高为56cm,两边各有宽为6cm的布水空格,隔板上密布有直径为0.15cm布水孔。槽子正面布有10列6行共60个直径为2cm的取样孔。进水孔在槽子正面的左下角，出水孔在另一侧面距槽底24cm的位置。该装置的厚度达到32cm，已经不属于二维砂箱的尺度范畴，取样只能通过正面的取样孔，会对砂箱内的流场产生干扰，且缺少循环处理部分和数码图像成像分析部分。本专利技术为修复工程前期的修复条件优化和修复结果模拟提供方便的可视化定量研究方法。以往工程前期为了优化表面活性剂的配比大多进行一维柱实验，虽然能较好的验证表面活性剂的增溶效果，但由于难以直接观测加入表面活性剂后DNAPL污染羽的迁移情况，对表面活性剂的增流作用及其对修复效率的影响难以进行准确的评估。本方法采用二维可视化砂箱模拟含水层，可以直接观测和记录DNAPL污染羽在垂向和水平向的运移，并定量计算污染物的扩散面积变化，在修复效率估算和污染物迁移风险控制上具有直观可视化优势，据此可以在工程前期优化工艺尤其是优选表面活性剂的种类及其浓度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提出一种用于模拟含水层中DNAPL污染物的表面活性剂强化修复过程的实验装置及方法。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案:本专利技术的目的之一在于提供一种用于模拟含水层中DNAPL污染物的表面活性剂强化修复过程的实验装置，所述装置包括二维可视化砂箱、循环系统及表面活性剂加入装置。所述二维可视化砂箱向上开口，其横向上由带滤孔的隔板分隔为两端的水槽及中间的砂槽；所述二维可视化砂箱前方设置有定时取像装置。本专利技术所述二维可视化砂箱前后为无色透明无机玻璃，两侧和底部为无色透明有机玻璃条，以形成二维砂箱。用玻璃胶对两侧和底部进行密封，其开口用于填砂及加入污染物。所述带滤孔的隔板可选用带滤孔的有机玻璃条，能够使水透过即可。所述定时取像装置可将数码相机放置于砂箱前，设置好曝光参数后连接到电脑上，利用Nikontrol3k软件定时取像。所述循环系统包括活性炭柱、水箱和分别置于二维可视化砂箱两端水槽中的抽水井模拟管及回灌井模拟管，所述抽水井模拟管接入活性炭柱的底部，活性炭柱的顶部与水箱连通，水箱再连接回灌井模拟管，以形成循环通路；所述表面活性剂加入装置连入水箱中，以向水箱中加入表面活性剂溶液。所述抽水井模拟管与活性炭柱底部之间依次设有第一蠕动泵和三通阀；所述水箱与回灌井模拟管之间设有第二蠕动泵。利用蠕动泵模拟实际工程中的抽水泵，可以对抽水流速进行调节。三通阀的主要作用在于模拟过程中定时取水样，以检测分析DNAPL污染物的浓度变化。所述表面活性剂加入装置与水箱之间设有第三蠕动泵。第三蠕动泵的作用在于向水箱中加入表面活性剂溶液。所述二维可视化砂箱的内壁采用磨砂面，避免发生壁面效应。所述二维可视化砂箱后方平行设置有透射光源。为消除砂箱表面反射光线干扰，实验在黑暗环境中进行，在砂箱后方平行放置灯箱作为光源，灯箱长宽、高度都与砂箱一致，灯箱内置4根荧光灯管，用匀光板将光线导出以保证光线均匀。所述活性炭柱的顶层和底层覆盖碎石，中间填充椰壳活性炭。经实验验证，活性炭柱可以有效吸附水中的DNAPL污染物和表面活性剂，避免直接排放抽出液造成污染。所述抽水井模拟管及回灌井模拟管为下部设置滤孔的有机玻璃管。本专利技术的目的之二在于提供一种利用所述实验装置模拟含水层中DNAPL污染物的表面活性剂强化修复过程的实验方法，所述实验方法包括以下步骤:I)向二维可视化砂箱中注水；2)在饱水状态下向砂本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于模拟含水层中DNAPL污染物的表面活性剂强化修复过程的实验装置，其特征在于，所述装置包括二维可视化砂箱（1）、循环系统及表面活性剂加入装置（2）；所述二维可视化砂箱（1）向上开口，其横向上由带滤孔的隔板分隔为两端的水槽及中间的砂槽；所述二维可视化砂箱（1）前方设置有定时取像装置；所述循环系统包括活性炭柱（5）、水箱（6）和分别置于二维可视化砂箱（1）两端水槽中的抽水井模拟管（3）及回灌井模拟管（4），所述抽水井模拟管（3）接入活性炭柱（5）的底部，活性炭柱（5）的顶部与水箱（6）连通，水箱（6）再连接回灌井模拟管（4），以形成循环通路；所述表面活性剂加入装置（2）连入水箱（6）中，以向水箱（6）中加入表面活性剂溶液。
【技术特征摘要】
1.一种用于模拟含水层中DNAPL污染物的表面活性剂强化修复过程的实验装置，其特征在于，所述装置包括二维可视化砂箱(1)、循环系统及表面活性剂加入装置(2 ); 所述二维可视化砂箱(1)向上开口，其横向上由带滤孔的隔板分隔为两端的水槽及中间的砂槽；所述二维可视化砂箱(1)前方设置有定时取像装置； 所述循环系统包括活性炭柱(5)、水箱(6)和分别置于二维可视化砂箱(1)两端水槽中的抽水井模拟管(3)及回灌井模拟管(4)，所述抽水井模拟管(3)接入活性炭柱(5)的底部，活性炭柱(5)的顶部与水箱(6)连通，水箱(6)再连接回灌井模拟管(4)，以形成循环通路； 所述表面活性剂加入装置(2)连入水箱(6)中，以向水箱(6)中加入表面活性剂溶液。2.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述抽水井模拟管(3)与活性炭柱(5)底部之间依次设有第一蠕动泵(7)和三通阀(8);所述水箱(6)与回灌井模拟管(4)之间设有第二蠕动泵(9)； 优选地，所述表面活性剂加入装置(2)与水箱(6)之间设有第三蠕动泵(10)。3.如权利要求1或2所述的实验装置，其特征在于，所述二维可视化砂箱(1)的内壁采用磨砂面； 优选地，所述二维可视化砂箱(1)后方平行设置有透射光源。4.如权利要求1-3 之一所述的实验装置，其特征在于，所述活性炭柱(5)的顶层和底层覆盖碎石，中间填充椰壳活性炭。5.如权利要求1-4之一所述的实验装置，其特征在于，所述抽水井模拟管(3)及回灌井模拟管(4)均为下部设置滤孔的有机玻璃管。6.一种利用如权利要求1-5之一所述实验装置模拟含水层中DNAPL污染物的...
【专利技术属性】
技术研发人员：伍斌，李慧颖，杨宾，杜晓明，李发生，
申请(专利权)人：中国环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11
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