地下防污屏障材料化学相容性测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种地下防污屏障材料化学相容性测试装置及方法。围压‑体积控制器连接渗透压力室，入流隔离器连接在渗透压力室和顶压‑体积控制器之间，出流隔离器连接在渗透压力室和底压‑体积控制器之间，pH监测仪和电导率监测仪连接在出流隔离器和渗透压力室之间，围压‑体积控制器、底压‑体积控制器和顶压‑体积控制器通过数据线与电脑连接。本发明专利技术用于测试污染溶液或模拟污染溶液入渗防污屏障材料造成其渗透系数的变化程度，评价防污屏障材料的化学相容性，为优化防污屏障设计和完善防污屏障服役寿命评估提供测试技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
地下防污屏障材料化学相容性测试装置及方法
本专利技术涉及地下环境污染防控，具体涉及了一种地下防污屏障材料化学相容性测试装置及方法。
技术介绍
近年来我国工业化和城市化发展迅速，但同时也带来了严重的地下环境污染问题。工业企业搬迁后的遗留遗弃场地和固体废弃物填埋场、加油站地下储库等集中废弃物填埋场都存在着严重的地下水土污染问题，并且成为场地开发利用的主要障碍。防污屏障可以简单直接防控地下水土污染，保护水资源和民众的健康安全。含无机或有机污染物的地下水渗入防污屏障后，污染物可能与土质防污屏障材料发生物理或化学作用，使防污屏障材料的工程特性改变，即存在防污屏障材料与地下水的化学相容性问题。例如，导致防污屏障材料的渗透系数变大，进而加快污染物在屏障中的迁移速度，缩短防污屏障服役寿命。因此，评价防污屏障材料与地下水的化学相容性是防污屏障设计的关键之一。目前，防污屏障设计主要考虑屏障材料的初始工程特性，缺乏化学相容性的测试及其相应方法，往往忽略防污屏障材料的化学相容性这一重要的因素，易导致防污屏障实际服役寿命小于设计寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出了一种地下防污屏障材料化学相容性测试装置及方法，解决目前防污屏障材料渗透系数测试不考虑污染溶液与防污屏障材料相互作用的问题，评价污染溶液渗透导致防污屏障材料渗透系数的变化程度，为优化防污屏障的设计提供依据，防止因化学相容性不足导致防污屏障实际服役寿命显著缩短的问题。本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现：一、一种地下防污屏障材料化学相容性测试装置：装置包含渗透压力室、出流隔离器、入流隔离器、pH监测仪、电导率监测仪、围压-体积控制器、底压-体积控制器、顶压-体积控制器和电脑；围压-体积控制器连接渗透压力室，入流隔离器连接在渗透压力室和顶压-体积控制器之间，出流隔离器连接在渗透压力室和底压-体积控制器之间，pH监测仪和电导率监测仪连接在出流隔离器和渗透压力室之间，围压-体积控制器、底压-体积控制器和顶压-体积控制器通过数据线与电脑连接。所述的渗透压力室包括围压顶帽、乳胶膜、渗透顶帽、护筒、有机玻璃罩、透水石、渗透底座、围压系统排水/注水管线、渗透顶帽入流管线、渗透顶帽排气管线、渗透底座排气管线和渗透底座出流管线；围压顶帽通过有机玻璃罩安装在渗透底座上，通过螺杆固定形成围压系统；护筒安装在渗透底座上，试样和透水石均装在护筒内，试样上下端均放置透水石，试样和透水石的侧面周围与护筒之间包裹有乳胶膜，护筒顶端安装有渗透顶帽，O型圈将乳胶膜固定在渗透底座和渗透顶帽上，形成封闭的渗透系统；试样顶面的透水石经渗透顶帽入流管线与入流隔离器连接相通，试样底面的透水石经渗透底座出流管线与出流隔离器连接相通，围压系统经围压系统排水/注水管线与围压-体积控制器连接。所述围压顶帽上安装有百分表，百分表底端穿过围压顶帽后连接到渗透顶帽顶面，试验时通过百分表监测测试过程中渗透顶帽的竖向位移进而获得试样高度的变化。所述的出流隔离器和入流隔离器结构相同，均包括上部压力腔、下部溶液腔以及位于上部压力腔和下部溶液腔二者之间的橡胶膜；上部压力腔包括上三通阀门、顶帽和上部压力腔筒；上部压力腔筒上端密封连接顶帽，顶帽顶面安装有上三通阀门，上三通阀门其中一端口连通到上部压力腔，另外两端口分别为排气/注水口、供压口；下部溶液腔包括底座、下部溶液腔筒和下三通阀门；下部溶液腔筒下端和底座密封连接，底座底面安装有下三通阀门，下三通阀门其中一端连通到下部溶液腔，另外两端口分别为采液/排液口、试样接口；上部压力腔筒下端和下部溶液腔筒上端对接，并在对接处密封设置橡胶膜，由隔离器螺杆将上部压力腔筒和下部溶液腔筒固定一起。所述橡胶膜为无渗透性、强伸缩性、耐化学腐蚀的材料，不仅起到隔离上下腔内液体的作用，还可以无损地传递上下压力腔内液体的压力。所述的pH监测仪和电导率监测仪均经流通池连接到出流隔离器和渗透压力室之间的管路上；pH监测仪包括pH探头和pH值电子显示器，电导率监测仪包括电导率探头和电导率电子显示器，流通池具有一个内腔和三个接口，三个接口分别为探头接口、入流接口和出流接口，探头接口安装pH探头/电导率探头，入流接口和出流接口分别连接渗透压力室的渗透底座出流管线和出流隔离器；渗透出流液流过流通池的内腔，通过流通池中的pH探头/电导率探头监测渗透出流液的pH或电导率。二、一种地下防污屏障材料化学相容性自动测试方法：1)安装渗透系统和围压系统，并打开围压系统阀门从围压系统排水/注水管线向渗透压力室内注满水；2)隔离器准备：打开出流隔离器和入流隔离器的排气口和采液口，关闭其他口，从采液口向下部溶液腔中分别注入已知pH和电导率的渗透溶液；3)安装pH监测仪和电导率监测仪：将pH监测仪和电导率监测仪分别安装在渗透压力室和出流隔离器之间管路的两个流通池上，将pH探头和电导率探头安装到流通池的探头接口；4)连接测试装置：围压系统通过围压系统排水/注水管线与围压-体积控制器连接，渗透系统通过渗透顶帽入流管线与顶压-体积控制器连接、通过渗透底座出流管线与底压-体积控制器连接；入流隔离器连接在渗透压力室和顶压-体积控制器之间，出流隔离器和流通池连接在渗透压力室和底压-体积控制器之间，pH监测仪和电导率监测仪安装在流通池上；5)渗透系统排气：通过围压-体积控制器向围压系统中施加较小的围压(为7～35kPa)，分别通过底压-体积控制器和顶压-体积控制器向渗透系统的渗透顶帽入流管线和渗透底座出流管线中施加小于围压的顶压和底压，排除渗透系统中的气体，直至所有可见气泡都从渗透顶帽入流管线和渗透底座出流管线中排除，渗透出流液充满渗透系统。在上述过程中，渗透系统的最大有效压力不得超过试样后续试验中的固结压力；6)试样反压饱和：通过控制器同时增加围压、顶压和底压，分级对试样施加反压并饱和；施加后的顶压和底压之和大于围压使得对试样施加反压并饱和。此步骤中，试样处于孔隙水压力较高的环境中，以便孔隙中的空气溶于水中。反压的最大增量值要足够低，避免试样中任意一点的有效应力超过后续试验中的固结应力。在任何时候，施加反压时的有效应力不能小于7kPa，避免乳胶膜从试样上脱落。每次增加围压、顶压和底压后，保持现阶段的压力几小时后再继续增加。当试样的孔隙水压力系数B≥0.95，视为试样已经达到饱和状态。7)试样固结：设置围压、顶压和底压使得试样固结；围压系统的围压为Pc，渗透系统的顶压为Pt、底压为Pb。在固结过程中Pt＝Pb，固结压力Pcs＝Pc–Pt。当顶帽和底座的出流量低于1ⅹ10-10m/s，可视为出流量接近零，试样不再被压缩，固结完成。8)溶液渗透测试：调节控制器设置围压为Pc、顶压为Pc-Pcs+0.5ΔP、底压为Pc-Pcs-0.5ΔP的压力条件，Pc表示围压系统的围压，Pcs表示围压系统的固结压力，ΔP表示渗透压差，进行保持固结压力Pcs下的溶液渗透试样过程；通过渗透压差ΔP调节顶压和底压进行四个不同压差ΔP的压力条件下的溶液渗透试样过程，在溶液渗透试样过程中实时记录渗透出流液pH和电导率随时间的变化，完成渗透测试。渗透压差ΔP根据以下表格进行选择：试样渗透系数(m/s)渗透梯度最大值1ⅹ10-6～1ⅹ10-521ⅹ10-7～1ⅹ10-6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地下防污屏障材料化学相容性测试装置，其特征在于：包含渗透压力室(1)、出流隔离器(2)、入流隔离器(3)、pH监测仪(4)、电导率监测仪(5)、围压‑体积控制器(6)、底压‑体积控制器(7)、顶压‑体积控制器(8)；围压‑体积控制器(6)连接渗透压力室(1)，入流隔离器(3)连接在渗透压力室(1)和顶压‑体积控制器(8)之间，出流隔离器(2)连接在渗透压力室(1)和底压‑体积控制器(7)之间，pH监测仪(4)和电导率监测仪(5)连接在出流隔离器(2)和渗透压力室(1)之间。

【技术特征摘要】
1.一种地下防污屏障材料化学相容性测试装置，其特征在于：包含渗透压力室(1)、出流隔离器(2)、入流隔离器(3)、pH监测仪(4)、电导率监测仪(5)、围压-体积控制器(6)、底压-体积控制器(7)、顶压-体积控制器(8)；围压-体积控制器(6)连接渗透压力室(1)，入流隔离器(3)连接在渗透压力室(1)和顶压-体积控制器(8)之间，出流隔离器(2)连接在渗透压力室(1)和底压-体积控制器(7)之间，pH监测仪(4)和电导率监测仪(5)连接在出流隔离器(2)和渗透压力室(1)之间。2.根据权利1所述的一种地下防污屏障材料化学相容性测试装置，其特征在于：所述的渗透压力室(1)包括围压顶帽(13)、乳胶膜(14)、渗透顶帽(15)、有机玻璃罩(16)、护筒(18)、透水石(19)、渗透底座(22)、围压系统排水/注水管线(23)、渗透顶帽入流管线(24)、渗透顶帽排气管线(25)、渗透底座排气管线(26)和渗透底座出流管线(27)；围压顶帽(13)通过有机玻璃罩(16)安装在渗透底座(22)上形成围压系统；护筒(18)安装在渗透底座(22)上，试样(20)和透水石(19)均装在护筒(18)内，试样(20)上下端均放置透水石(19)，试样(20)和透水石(19)的侧面周围与护筒(18)之间包裹有乳胶膜(14)，护筒(18)顶端安装有渗透顶帽(15)，形成封闭的渗透系统；试样(20)顶面的透水石(19)经渗透顶帽入流管线(24)与入流隔离器(3)连接相通，试样(20)底面的透水石(19)经渗透底座出流管线(27)与出流隔离器(2)连接相通，围压系统经围压系统排水/注水管线(23)与围压-体积控制器(6)连接。3.根据权利1所述的一种地下防污屏障材料化学相容性测试装置，其特征在于：所述围压顶帽(13)上安装有百分表(11)，百分表(11)底端穿过围压顶帽(13)后连接到渗透顶帽(15)顶面，通过百分表(11)监测测试过程中渗透顶帽(15)的竖向位移进而获得试样(20)高度的变化。4.根据权利1所述的一种地下防污屏障材料化学相容性测试装置，其特征在于：所述的出流隔离器(2)和入流隔离器(3)结构相同，均包括上部压力腔(33)、下部溶液腔(36)以及位于上部压力腔(33)和下部溶液腔(36)之间的橡胶膜(35)；上部压力腔(33)包括上三通阀门(28)、顶帽(31)和上部压力腔筒(34)；上部压力腔筒(34)上端密封连接顶帽(31)，顶帽(31)顶面安装有上三通阀门(28)，上三通阀门(28)其中一端口连通到上部压力腔(33)，另外两端口分别为排气/注水口(29)、供压口(30)；下部溶液腔(36)包括底座(38)、下部溶液腔筒(37)和下三通阀门(41)；下部溶液腔筒(37)下端和底座(38)密封连接，底座(38)底面安装有下三通阀门(41)，下三通阀门(41)其中一端连通到下部溶液腔(36)，另外两端口分别为采液/排液口(39)、试样接口(40)；上部压力腔筒(34)下端和下部...

【专利技术属性】
技术研发人员：李育超，于泽溪，魏璐璐，黄根清，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33