填埋气体和渗滤液传输过程的监测试验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种填埋气体和渗滤液传输过程的监测试验系统，它包括平流泵、空气压缩机、压力土柱、降雨土柱、温控土柱，自然土柱，计算机，压力传感器、液体体积计量器、温度传感器、天平分别与计算机相连，阀门分别与空气压缩机、过滤器相连，气体质量流量计分别与天平、计算机相连，压力土柱分别与活塞、阀门相连，降雨土柱分别与活塞、阀门相连，温控土柱分别与活塞加热制冷浴槽相连，自然土柱与阀门相连，活塞容器与阀门相连。本发明专利技术结构简单，操作方便，测试数据准确，缩短了试验周期，测试数据精度高，自动化采集数据快。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种监测试验系续,，更具体涉及一种填埋气体和渗滤液传输过程的监测 试验系统，主要用于定量化动态监测垃圾填埋气体和渗滤液在多场(温度-水分-压力) 耦合作用下的传输的规律及行为，不仅可用于城巿垃圾填埋场中污染物的监测研究，同 时对于岩土工程中水气两相流测试、石油工程中油类污染质的传输试验、水利水电工程 中岩土体的渗透试验、核废料地质处理中核素迁移试验以及矿业工程中煤矸石淋溶试验 等研究也具有广泛的应用价值。技术背景垃圾填埋场污染物造成的环境污染已成为当前和今后最突出的环境问题之一，污染 物以其量多、污染范围广、污染程度重等特点已成为当今生态环境重的热点和焦点问题。 国际资料统计显示，早期垃圾填埋场普遍发生渗漏，它们在不停地下渗到水环境中。监 测表明，我国的垃圾填埋场已普遍发生渗漏，在各大城巿垃圾填埋场现场监测评价中， 北京的垃圾填埋场渗漏更加明显和突出。在被检出的几种毒性污染物，大都属于联合国环境规划署以及我国有毒化学品登记中心(NRPTC)划定的优先控制的难降解有机物 (POPs)。这些污染物已远远超出其环境容量，形成生态环境的脆弱环节。目前地下水 污染空前严重，为各类灾害性病变的发生铺好了温床，形势十分严峻。当前，我国垃圾 填埋进入了高峰期，城巿垃圾填埋场渗漏污染地下水的现象屡屡发生，已成为各界密切 关注而又感到東手无策的难题。尤其是地处城巿地下水上游方向的填埋场的滲漏，它直 接影响到城巿民众的饮用水源。同时，填埋气体可透过填埋场周边的土壤或砂质土流动， 在100-200m以外的建筑物内可测得5M的填埋气体CH4。填埋气体的泄露和散发严重 威胁着周围的环境，在填埋场附近，它可以成为致命的物质，当甲烷的浓度在空气中达 到5-15%时，就会发生爆炸和燃烧，如在垃圾填埋场附近开发时都必须对其潜在的危 险性进行评价。近年来，国外土耳其首都伊斯坦布尔、菲律宾首都马尼拉，国内上海、 岳阳、成都、北京等地都有由于填埋场内填埋气体引起的场外隐蔽性事故发生。致使这些事故发生的根本原因在于对垃圾填埋气体和渗滤液潜在性传输的规律方面的研究工 作没有引起足够的重视，并没有开展相关的基础性研究。垃圾一经填埋，就伴随着垃圾的微生物降解消耗内部氧气产生大量的热量，填埋场 内部温度并高，不但影响岩土体的物理性质，而且对岩土的应力场和流体(填埋气体和 渗滤液)的渗流场也有重要的作用。同时流体作为一种环境因素对岩土的物理力学性质和热对流传输具有重要的影响；另一方面，岩土的热物理特性对流体的渗流和热传导起 着重要的控制作用。这三者之间的相互联系、相互制约的性质是由变形场、渗流场和温 度场耦合效应引起的。填埋污染物(填埋气体和渗滤液)在填埋场中的运移是一个非常 复杂的过程，其中涉及到许多确定或不确定性因素，为了控制和减少填埋气体和渗滤液 无组织的释放、减轻其对生态环境的污染，最大限度的回收填埋气体中的能源气体以及 降低滲滤液的排放浓度，就必须对填埋气体和滲滤液的传输的动态特性进行定量化测 试，须以试验的手段对填埋污染物的传输过程进行监测研究。然而，目前国内外已研发的相关试验设备，主要存在以下几个方面的问题(1) 设备均无法实现温度-水分-压力三场耦合作用的试验模拟，而只能针对单 场(仅考虑压力、水分或温度作用)进行试验模拟。(2) 在试验过程控制和数据采集上，以前的设备多是利用手工操作和记录，有些 设备使用了计算机辅助记录数据，但无法对试验进程进行实时跟踪、操控和监测，易造 成人力资源的浪费和试验数据的过于离散，对试验精度带来不利影响。(3) 多数设备只有单一和固定的接口，进而无法将设备扩充以满足研究的进一步 需要。而且无法对仪器进行合理置换，造成了设备的可拓展性和灵活性不髙，功能单一。(4) 现有的设备针对不同环境条件下开展的试验研究其周期长，无法解决多套设 备同时开展正交试验研究。为此，在测量填埋气体和渗滤液的渗透特性、传输速率和水动力学等相关参数时就 不能简单的考虑某单一因素的影响必须将温度-水分-应力耦合起来进行系统模拟研 究，这样测得的试验数据更加反映填埋场实际运营状况。填埋气体和渗滤液传输过程的 监测试验系统正是为解决系统耦合分析难，数据监测不准以及试验条件难以控制这一问 题而研制的。该试验系统不仅可以定量来分析垃圾渗滤液和填埋气体动态特性，同时可 为渗滤液的污染的控制和埋气体资源化开发提供基础的试验数据。
技术实现思路
本专利技术的目的是在于提供一种填埋气体和渗滤液传输过程的监测试验系统，该系统结构简单，操作方便，测试数据准确，縮短了试验周期，测试数据精度高，自动化采集 数据快。具体地说，其一是同时能对垃圾体在压力、降雨、温度三场作用下进行试验模拟；其二是采用传感器和微机技术，集监测、控制与数据釆集于一体，实现对试验柱体 的加压、降雨和温度变化的实时显示和监控；其三是能在显示和监控过程中，进行实时 记录，并通过自行开发的数据处理程序对试验结果进行全面的分析和可视化输入与输 出。其四是结构简洁、组装灵活、试验周期短以及应用面广。 试验系统的构成分四部分研制设备包括平流泵、空气压缩机、压力土柱、降雨土柱、温控土柱，自然土柱， 计算机，压力传感器、液体体积计量器、温度传感器、天平分别与计算机相连，阀门分 别与空气压缩机、过滤器相连,气体质量流量计分别与天平、计算机相连，压力土柱分 别与活塞、闽门相连，降雨土柱分别与活塞、阀门相连，温控土柱分别与活塞加热制冷 洛槽相连，自然土柱与阀门相连，活塞容器与阀门相连。各装置分别与配套数据转化传 输系统相连，并微机终端形成对接；而且，各测量土柱装置上的液体体积测量仪、气体 体积测量仪、温度传感器、压力传感器和天平分别通过数据线与计算机相连，从而可实 现对试验系统的实时监测，并对采集的数据进行处理。其各装置的连接关系如下A、 压力土柱装置上的七个压力传感器、七个温度传感器、阀门、液体体积计量器、天平分 别与计算机相连，从而可对试验过程中土柱内的压力进行实时操控和监测，并通过液体 体积计量器和天平计量液体和气体的产量，相关数据则可输入计算机储存和处理，该装 置主要是用来测定在不同压力载荷条件下填埋气体和渗滤液传输的动态行为及浓度分 布；B、降雨土柱装置上的七个压力传感器、液体体积计量器、七个温度传感器、天平分别与计算机相连，籍此可实时监测降雨模拟试验下土柱的压力和温度波动情况，并通 过液体体积计量器和天平计量液体和气体的产量，相关数据则可同步输入计算机储存和处理。该装置主要是用来测定在不同降雨条件下填埋气体和渗滤液传输的动态行为及浓 度分布;C、温控土柱装置上的七个压力传感器、液体体积计量器、七个温度传感器、天 平分别与计算器相连，从而实现对土柱的温度进行微机监控，利用液体体积计量器和天 平计量液体和气体的产量，相关数据亦可同步传输进计算机储存和处理，该装置主要是 用来测定在不同温度条件下填埋气体和渗滤液传输的动态行为及浓度分布；D、自然土 柱装置上的七个压力传感器、液体体积计量器、七个温度传感器、天平分别与计算机相 连，从而形成无任何外界作用，自然状态下的土柱系统，并通过液体体积计量器和天平 量测该状态下液体、气体的产量，相关数据则可同步输入计算机储存和处理，该装置主要是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种填埋气体和渗滤液传输过程的监测试验系统，它包括平流泵（６２）、空气压缩机（１）、压力土柱（６）、降雨土柱（２２）、温控土柱（３３），自然土柱（４３），计算机（６８），其特征在于：压力传感器（５、２１、３２、４２）、液体体积计量器（１５、３０、４１、５１）、温度传感器（１３、２８、３９、４９）、天平（１２、２７、３８、４８）分别与计算机（６８）相连，阀门（５２）分别与空气压缩机（１）、过滤器（５３）相连，气体质量流量计（５５）分别与天平（１５、３０、４１、５１）、计算机（６８）相连，压力土柱（６）分别与活塞（７）、阀门（１４）相连，降雨土柱（２２）分别与活塞（２０）、阀门（２９）相连，温控土柱（３３）分别与活塞（３４、４０）加热制冷浴槽（３１）相连，自然土柱（４３）与阀门（４４、５０）相连，活塞容器（６３）与阀门（６４、６５、６６、６７）相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：薛强，冯夏庭，盛谦，梁冰，谷峰，谷志孟，赵颖，刘磊，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]