【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及模拟地下非饱和介质中污染物反应迁移，具体涉及一种基于地下污染物反应迁移的微流模拟控制系统。
技术介绍
1、大多数地质的特征是多孔结构，流体可以通过一个小型密闭空间网络移动，也称为孔隙，且其中孔径的广泛变化会导致速度的不均匀性，导致异常输送。其中无序孔隙结构引入的形态多样性会诱导具有空间和时间的复杂性的多样流动。
2、土壤颗粒之间的孔隙结构十分复杂，当不同流体占据孔隙空间不同时，即不同的饱和度，毛管压力也对应地发生改变。而有效相对渗透率还取决于每种不同液体相对应的饱和程度。这些与饱和度有关的参数随着时间的改变，表现出了强非线性特征。因此需分析土壤中水、地下污染物(dnapl)、空气三相流体的行为特征与相互作用机制。
3、多孔介质中的分散输送动力学来源于局部相关性，微观形态特征和宏观输送特征之间的非线性依赖性是通过孔结而非单孔水平上的输送来统计捕获的，而微流控可通过局部微尺度相关性可视化直观表现出微观孔隙中的溶质运移情况。
4、在孔隙尺度上，原位化学氧化修复(isco)依赖于溶解在水相中的化学氧化剂与残余dnapl之间的反应。一方面，化学氧化剂可以与水相中溶解的dnapl反应，由于水与dnapl界面的强浓度梯度，溶解物质的连续降解促进了其进一步溶解。另一方面，反应直接发生在水相和dnapl的界面上，其中dnapl被直接氧化。无论氧化剂是与dnapl相反应还是与溶解相反应，不混溶流体界面的传质和化学反应都是isco修复技术涉及的基本过程。
5、相关技术中，主要通过紫外分光光
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种基于地下污染物反应迁移的微流模拟控制系统，以解决现有通过紫外分光光度计或液相色谱仪或气相色谱仪等仪器测量污染物的浓度变化，得出穿透曲线btc，进而探讨反应迁移过程。但是，无法更为直观地可视化显示浓度变化过程的问题。
2、根据第一方面，本专利技术实施例还提供一种基于地下污染物反应迁移的微流模拟控制系统，包括：注射装置、压力传感器、微流控芯片和可视化显示装置；
3、其中，注射装置用于注入溶液和空气至微流控芯片中以模拟地下污染物形成水非饱和环境，压力传感器用于实时检测微流控芯片的压力变化，可视化显示装置用于显示水非饱和环境中地下污染物的迁移变化的图像数据，并对图像数据进行处理以在水非饱和环境中显示地下污染物的反应迁移特征。
4、通过可视化显示装置显示水非饱和环境中地下污染物的迁移变化的图像数据，并对图像数据进行处理以在水非饱和环境中显示地下污染物的反应迁移特征，将微观下的多孔介质设计并光刻在微流控芯片上，通过注射装置注入溶液和气体模拟非饱和介质中污染物的迁移，无需测量浓度变化，通过图象处理污染物颜色变化得出浓度变化。可视化观测污染物的降解反应和迁移，了解微观条件反应迁移的机理，并以此指导宏观条件下污染物的反应迁移，为后续有效降解在非饱和带的污染物做指导。
5、在一种可选的实施方式中，可视化显示装置包括：工业相机、显微镜和计算机，工业相机用于记录地下污染物在水非饱和环境中迁移变化的图像数据，显微镜用于辅助工业相机进行图像数据放大，计算机用于对图像数据进行处理以在水非饱和环境中显示地下污染物的反应迁移特征。
6、通过工业相机、显微镜和计算机可以在水非饱和环境中显示地下污染物的反应迁移特征。
7、在一种可选的实施方式中，可视化显示装置用于显示水非饱和环境中地下污染物的迁移变化的图像数据，并对图像数据进行处理以在微观尺度下非饱和带中污染物的反应迁移特征包括：
8、计算机通过预设工具将图像数据的原始图像依次进行剪裁处理、灰度值处理；
9、计算机基于饱和度计算方式计算地下污染物的饱和度；
10、计算机基于剪裁处理和灰度值处理后的原始图像以及地下污染物的饱和度，显示在水非饱和环境中污染物的反应迁移特征。
11、通过计算机实现可以对图像数据进行处理以在微观尺度下非饱和带中污染物的反应迁移特征。
12、在一种可选的实施方式中，灰度值处理，包括：
13、计算机按照预设图像类型调整原始图像的灰度值；
14、计算机基于调整后的原始图像的灰度值，按照预设液滴数量和预设液滴尺寸对原始图像进行液滴填充以上原始图像。
15、通过计算机对原始图片进行灰度处理，可以实现对原始图像进行液滴填充上色。
16、在一种可选的实施方式中，饱和度计算基于比尔定律和菲涅耳定律量化多孔介质总厚度下不同相之间的光吸收和界面折射，通过光强度量化不同物质饱和度和浓度。
17、通过饱和度计算可以量化不同物质饱和度和浓度。
18、在一种可选的实施方式中，基于地下污染物反应迁移的微流模拟控制系统，饱和度计算方式通过如下公式计算地下污染物的水非饱和条件下的光强度：
19、
20、其中，is是水非饱和条件下的光强度，iin是入射光强度，τ1是液或固或气界面到固界面处的透射因子，k是整个对象厚度上的孔隙数量，αp是介质吸收系数，dp是介质直径，kp是待计算对象厚度上的砂粒数量。
21、通过上述公式有利于计算地下污染物的油饱和度。
22、在一种可选的实施方式中，基于地下污染物反应迁移的微流模拟控制系统，饱和度计算方式通过如下公式计算地下污染物的油非饱和条件下的光强度：
23、
24、其中，ioil为油非饱和条件下的光强度，τ2是水到油或气到油界面的透射系数，αo是染色吸油系数，do是平均孔径。
25、通过上述公式可以计算地下污染物的油非饱和条件下的光强度。
26、在一种可选的实施方式中，饱和度计算方式通过如下公式计算含油饱和度：
27、
28、其中，so是油饱和度，i是出射光强度。
29、通过上述公式可以计算含油饱和度。
30、在一种可选的实施方式中，地下污染物在水非饱和环境下中通过如下公式运移：
31、
32、其中，v(x)是不同孔径的传输速度，d(x)是不同孔径的弥散系数，c(x,t)是孔隙横截面平均浓度，r是反应项，x是微流控芯片的模拟距离，t是时间。
33、通过上述公式可以确定模拟地下污染物随着水流移动发生一系列物理变化。
34、在一种可选的实施方式中，注射装置包括：第一注射泵和第二注射泵，第一注射泵基于第一注入速率注入溶液和空气至微流控芯片中，第二注射泵基于第二注入速率注入溶液和空气至微流控芯片中，通过第一注射泵和第二注射泵模拟地下污染物形成水非饱和环境。
35、通过调整2台精密注射泵不同注入速率以实现不同的非饱和状态，整个注入过程应确保整个装置的气密性。
36、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于地下污染物反应迁移的微流模拟控制系统，其特征在于，包括：注射装置、压力传感器、微流控芯片和可视化显示装置；
2.根据权利要求1所述的基于地下污染物反应迁移的微流模拟控制系统，其特征在于，所述可视化显示装置包括：工业相机、显微镜和计算机，所述工业相机用于记录所述地下污染物在所述水非饱和环境中迁移变化的图像数据，所述显微镜用于辅助所述工业相机进行图像数据放大，所述计算机用于对所述图像数据进行处理以在所述水非饱和环境中显示所述地下污染物的反应迁移特征。
3.根据权利要求2所述的基于地下污染物反应迁移的微流模拟控制系统，其特征在于，所述可视化显示装置用于显示所述水非饱和环境中所述地下污染物的迁移变化的图像数据，并对所述图像数据进行处理以在微观尺度下显示非饱和带中污染物的反应迁移特征包括：
4.根据权利要求3所述的基于地下污染物反应迁移的微流模拟控制系统，其特征在于，所述灰度值处理，包括：
5.根据权利要求3所述的基于地下污染物反应迁移的微流模拟控制系统，其特征在于，所述饱和度计算基于比尔定律和菲涅耳定律量化多孔介质总厚度下不同相
6.根据权利要求3所述的基于地下污染物反应迁移的微流模拟控制系统，其特征在于，所述饱和度计算方式通过如下公式计算所述地下污染物的水非饱和条件下的光强度：
7.根据权利要求6所述的基于地下污染物反应迁移的微流模拟控制系统，其特征在于，所述饱和度计算方式通过如下公式计算所述地下污染物的油非饱和条件下的光强度：
8.根据权利要求7所述的基于地下污染物反应迁移的微流模拟控制系统，其特征在于，所述饱和度计算方式通过如下公式计算含油饱和度：
9.根据权利要求1所述的基于地下污染物反应迁移的微流模拟控制系统，其特征在于，所述地下污染物在所述水非饱和环境下中通过如下公式运移：
10.根据权利要求1所述的基于地下污染物反应迁移的微流模拟控制系统，其特征在于，所述注射装置包括：第一注射泵和第二注射泵，所述第一注射泵基于第一注入速率注入溶液和空气至所述微流控芯片中，所述第二注射泵基于第二注入速率注入溶液和空气至所述微流控芯片中，通过所述第一注射泵和所述第二注射泵模拟所述地下污染物形成水非饱和环境。
11.根据权利要求1所述的基于地下污染物反应迁移的微流模拟控制系统，其特征在于，所述微流控芯片包括均质芯片和非均质芯片，基于预设颗粒半径设计所述均质芯片，所述非均质芯片通过孔隙尺度无序性确定。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的基于地下污染物反应迁移的微流模拟控制系统，其特征在于，在模拟所述地下污染物形成水非饱和环境的实验过程中，所选用氧化剂包括高锰酸盐或过硫酸盐或过氧化氢。
...【技术特征摘要】
1.一种基于地下污染物反应迁移的微流模拟控制系统，其特征在于，包括：注射装置、压力传感器、微流控芯片和可视化显示装置；
2.根据权利要求1所述的基于地下污染物反应迁移的微流模拟控制系统，其特征在于，所述可视化显示装置包括：工业相机、显微镜和计算机，所述工业相机用于记录所述地下污染物在所述水非饱和环境中迁移变化的图像数据，所述显微镜用于辅助所述工业相机进行图像数据放大，所述计算机用于对所述图像数据进行处理以在所述水非饱和环境中显示所述地下污染物的反应迁移特征。
3.根据权利要求2所述的基于地下污染物反应迁移的微流模拟控制系统，其特征在于，所述可视化显示装置用于显示所述水非饱和环境中所述地下污染物的迁移变化的图像数据，并对所述图像数据进行处理以在微观尺度下显示非饱和带中污染物的反应迁移特征包括：
4.根据权利要求3所述的基于地下污染物反应迁移的微流模拟控制系统，其特征在于，所述灰度值处理，包括：
5.根据权利要求3所述的基于地下污染物反应迁移的微流模拟控制系统，其特征在于，所述饱和度计算基于比尔定律和菲涅耳定律量化多孔介质总厚度下不同相之间的光吸收和界面折射，通过光强度量化不同物质饱和度和浓度。
6.根据权利要求3所述的基于地下污染物反应迁移的微流模拟控制系统，其特征在于，所述饱和度计算方式通过如下公式计算所述地下污染物的水非饱和条件...
【专利技术属性】
技术研发人员：王朋，林祥，蒲生彦，王晓光，张雯，刘世宾，李博文，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：
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