一种处理地下水中石油烃类污染物的试验装置及其应用的制作方法

本发明属于地下水污染物处理
技术领域：
，特别涉及一种处理地下水中石油烃类污染物的试验装置及其应用。
背景技术：
：渗透反应墙(prb)是一种设置在含水层厚度小及埋深较浅的地下水环境中去除污染物的处理系统，可以用于处理地下水中石油烃类污染物。渗透反应墙一般是在地下水渗流场中的污染物输运弥散区域构造，根据污染物的化学组分和控制要求填充具备吸附、酸碱中和或离子交换等功能的颗粒介质，以吸收或去除一般的酸碱、重金属类和微量有机污染物，可用于分割地下水环境的污染区域，净化随地下水输运的污染物或隔离污染物释放源。渗透反应墙的一种处理方式是向含污染物的含水层中注入氧化剂，由于注入的氧化剂会随地下水渗流输运而发生弥散，从而在污染弥散区域的地下水流场中形成一个氧化带，直接将随地下渗流输运进入的污染物反应去除，同时阻断污染物的输运路径。目前，渗透反应墙还不能够合理模拟出氧化剂在水弥散情况。而模拟出氧化剂在水中的弥散情况对渗透反应墙的设计有重要的指导意义。鉴于此，有必要提供一种处理地下水中石油烃类污染物的试验装置。技术实现要素：本发明为了解决上述技术问题提供一种处理地下水中石油烃类污染物的试验装置，其能够解决目前无法直观、准确模拟出氧化剂在水中的弥散情况的技术问题。本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种处理地下水中石油烃类污染物的试验装置，其包括：污水容器、潜水泵、氧化剂容器、氧化剂注入泵、溢流槽、反应柱和过滤内芯，其中，所述反应柱的首端设有污水注入口；所述反应柱的尾端设有排液口；所述反应柱的内部填充有渗流介质；自所述污水注入口至所述排液口方向，依次设有氧化剂注入管、至少两个取样口和过滤内芯；所述氧化剂容器的出液端通过管道与所述氧化剂注入泵的进液端连接；所述氧化剂注入泵的出液端通过所述氧化剂注入管与所述反应柱的内部连接；所述潜水泵设置于所述污水容器内，所述污水容器通过管道与所述污水注入口连接；所述溢流槽通过管道与所述排液口连接；所述过滤内芯内部设置有2-3级过滤带。本发明的有益效果是：(1)本发明处理地下水中石油烃类污染物的试验装置通过单一释放点源注入氧化剂对反应柱中流动的污染物进行处理，不需要构造整个渗透反应墙，节约了装置占用空间，降低了制造成本；(2)本发明处理地下水中石油烃类污染物的试验装置通过对单一释放点源的模拟，为后期渗透反应墙上单一释放点源的布置数量和布置方式提供了重要依据；(3)本发明的反应柱上设置有多个取样口，其能够方便使用者对氧化处理后的石油烃类污染水样进行取样检测，操作简单；(4)本发明过滤内芯更换安装方便，过滤带能够有效去除水中的固体颗粒杂质，提高石油烃类污染水样的处理效率。在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。进一步，所述过滤带为网孔式，目数为80-200目。采用上述进一步方案的有益效果是：通过不同目数的过滤网能够对氧化后的石油烃类污染水样进行多级过滤，有助于彻底清除水样中的固体颗粒杂质。进一步，所述氧化剂注入管为由横管和竖管连接组成的l型结构，所述横管位于所述反应柱的中轴线上，所述横管的出液端与所述渗流介质的流动方向一致，所述竖管的进液端与所述氧化剂注入泵的出液端连接。采用上述进一步方案的有益效果是：本发明氧化剂注入管的出液端作为释放点源，该释放点源注入的氧化剂会随反应柱中的液体输运而发生径向的弥散和纵向的弥散，并在氧化剂注入管的下游形成一个轴对称的输运弥散区域，这与实际中渗透反应墙上的单一释放点源的弥散情况一致，从而帮助使用者模拟氧化剂在地下水流场中的弥散变化。进一步，所述竖管的出液端与所述污水注入口沿所述渗流介质的流动方向上的距离为0.25-0.35m。采用上述进一步方案的有益效果是：本发明竖管的出液端与污水注入口之间设0.25-0.35m的整流段，有助于均匀化污水注入口过流断面上的渗流流速。进一步，所述反应柱的内径为0.08-0.15m，所述反应柱的长度为10.5-11.6m，所述取样口设于所述反应柱的外壁上。采用上述进一步方案的有益效果是：合理的内径能够为氧化剂在反应柱中的径向弥散提供足够的空间，以帮助使用者了解氧化剂最终的弥散情况；合理的长度能够帮助使用者布置合适的取样口数量，从而提高实验的准确性。进一步，所述反应柱由pp材料、pc材料、pe材料和pvc材料中至少一种材料制备而成。采用上述进一步方案的有益效果是：pp材料、pc材料、pe材料和pvc材料等材料密闭性好，耐磨性佳，简单易得，有助于降低制造成本。进一步，所述渗流介质为砂夹砾石，其中砾石粒径为2mm-4mm，砂粒径为0.25mm-0.5mm，级配比为9:5，其渗流系数k＝76.9m/d，pe＝2.68×102。采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置渗流介质能够较为真实地模拟出氧化剂在液体中的弥散环境，提高实验准确性。进一步，在所述潜水泵与所述污水注入口之间的管道上，还设有阀门和流量计。采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置阀门能够控制污水进入反应柱，结构简单，操作方便；通过流量计能够监测污水的注入变化，增强对于污水注入的控制。进一步，在所述反应柱的下方还设有多个用于固定安装所述反应柱的支架。采用上述进一步方案的有益效果是：通过支架能够为反应柱提供支撑，起到保护反应柱的作用。另外，本发明还提供一种利用上述处理地下水中石油烃类污染物的试验装置处理地下水中石油烃类污染物的方法，其能够解决目前渗透反应墙模拟试验中石油烃类污染水样、氧化剂、注入量等试验参数调整不方便的技术问题。本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种利用上述处理地下水中石油烃类污染物的试验装置处理地下水中石油烃类污染物的方法，所述方法包括如下步骤：s1.取处理的地下水中的石油烃类污染物水样，注入污水容器中，备用；取氧化剂，注入氧化剂容器中，备用；s2.将渗流介质2填充到反应柱中，启动潜水泵，将步骤s1中污水容器中的石油烃类污染水样注入到反应柱中；再启动氧化剂注入泵，将步骤s1中氧化剂容器中的氧化剂注入到所述反应柱中，所述石油烃类污染水样与所述氧化剂接触氧化，经氧化的石油烃类污染水样经过滤内芯后，由排液口排出反应柱，每隔1-5h，通过取样口进行取样保存；s3.待步骤s2中所述石油烃类污染水样与所述氧化剂接触反应24-26小时后，对步骤s2获得的样品进行检测分析，即完成处理。采用上述的有益效果是：本发明通过研究不同石油烃类污染水样、不同的氧化剂、不同的氧化剂注入量、不同的渗流介质以及模拟石油烃类污染水样在试验装置中的氧化时间对石油烃类化合物的去除效果，可充分了解石油烃类污染物去除影响因素，通过计算得出石油烃类污染物去除率，最终根据计算得出实际环境中渗透反应墙特性。本发明为不同地区的地下水能达到石油烃类污染物最佳去除效果所需的氧化剂及氧化剂注入量提供可靠的理论依据及实践指导，成本低廉，操作简单，与实际相结合，完成相关数据采集且获得的相关试验数据精准。在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。进一步，步骤s2中，所述石油烃类污染水样的注入量和所述氧化剂的注入质量比例为1:(2-5)；所述氧化剂为高铁酸钠氧化剂和/或高铁酸钾氧化剂。更进一步，所述石油烃类污染水样的注入量和氧化剂的注入量比例为1:(3-4)。采用上述进一步方案的有益效果是：氧化剂的注入量为石油烃类污染水样的注入量3-4倍时，石油烃类化合物的氧化率较高，反应过程稳定。进一步，步骤s2中，所述石油烃类污染水样注入到所述反应柱中的注入速率为0.003l/h-0.018l/h，所述氧化剂注入到所述反应柱中的注入速率为0.009l/h-0.048l/h。采用上述进一步方案的有益效果是：通过控制注入速率能够有效控制石油烃类污染水样和氧化剂的注入量，有助于研究氧化剂对石油烃类化合物的去除效果的影响，操作简便。附图说明图1为本发明处理地下水中石油烃类污染物的试验装置的结构示意图；图2为本发明处理地下水中石油烃类污染物的试验装置的过滤内芯结构示意图；附图中，各标号所代表的部件列表如下：2、污水容器，4、潜水泵，6、氧化剂容器，8、氧化剂注入泵，10、溢流槽，12、渗流介质，14、反应柱，16、污水注入口，18、排液口，20、氧化剂注入管，20a、横管，20b、竖管，22、取样口，36、阀门，42、流量计，48、支架，66、过滤内芯，68、过滤带。图3为本发明氧化剂在反应柱中连续恒定释放输运弥散原理图，其中，x轴为纵向弥散方向，y轴为径向弥散方向，o点为氧化剂的释放点源，u为o点的上游区域；图4为实施方式三至实施方式五中监测各取样口的石油烃类浓度分布图，其中①为5.52mg/l浓度石油烃类污染水样的浓度测量值；②为2.12mg/l浓度石油烃类污染水样的浓度测量值；③为1.18mg/l浓度石油烃类污染水样的浓度测量值。具体实施方式以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。下面是结合附图1-2对本发明进一步说明：实施方式一本实施方式提供一种处理地下水中石油烃类污染物的试验装置，结合图1和图2所示，其包括：包括污水容器2、潜水泵4、氧化剂容器6、氧化剂注入泵8、溢流槽10、反应柱14和过滤内芯66，其中，结合图1和图2所示，所述反应柱14的首端设有污水注入口16；所述反应柱14的尾端设有排液口18；所述反应柱14的内部填充有渗流介质12；自所述污水注入口16至所述排液口18方向，依次设有氧化剂注入管20、至少两个取样口22和过滤内芯66；结合图1和图2所示,所述氧化剂容器6的出液端通过管道与所述氧化剂注入泵8的进液端连接；所述氧化剂注入泵8的出液端通过所述氧化剂注入管20与所述反应柱14的内部连接；结合图1和图2所示,所述潜水泵4设置于所述污水容器2内，所述污水容器2通过管道与所述污水注入口16连接；结合图1和图2所示,所述溢流槽10通过管道与所述排液口18连接；结合图1和图2所示，所述过滤内芯66内部设置有2-3级过滤带68本实施方式能够解决目前无法合理模拟出氧化剂在水中的弥散情况的技术问题。如图3所示，本实施方式通过单一释放点源注入氧化剂对反应柱14中流动的污染物进行处理，不需要构造整个渗透反应墙，节约了装置占用空间，降低了制造成本；通过对单一释放点源的模拟，为后期渗透反应墙上单一释放点源的布置数量和布置方式提供了重要依据；反应柱上设置有至少两个取样口，能够方便使用者对经氧化剂处理后的石油烃类污染水样进行取样检测，操作简单；过滤内芯66更换安装方便，过滤带68能够有效去除水中的固体颗粒杂质，提高石油烃类污染水样的处理效率。为了提高过滤效果，所述过滤带68为网孔式，目数为80-200目。这样，通过不同目数的过滤网能够对氧化后的石油烃类污染水样进行多级过滤，有助于彻底清除水样中的固体颗粒杂质。为了提高氧化剂处理效果，所述氧化剂注入管20为由横管20a和竖管20b连接组成的l型结构，所述横管20a位于所述反应柱14的中轴线上，所述横管20a的出液端与所述渗流介质12的流动方向一致，所述竖管20b的进液端与所述氧化剂注入泵8的出液端连接，所述竖管20b的出液端与所述污水注入口16沿所述渗流介质12的流动方向上的距离为0.25-0.35m。这样，本发明氧化剂注入管的横管20a出液端作为释放点源，该释放点源注入的氧化剂会随反应柱中的渗流介质的液体输运而发生径向的弥散和纵向的弥散，并在氧化剂注入管的出液端形成一个轴对称的输运弥散区域，这与实际中渗透反应墙上的单一释放点源的弥散情况一致，从而帮助使用者模拟氧化剂在地下水流场中的弥散变化；同时，竖管20b的出液端与污水注入口之间设0.25-0.35m的整流段，有助于均匀化污水注入口过流断面上的渗流流速。为了提高氧化剂处理效果，所述氧化剂注入管20的出液端与所述污水注入口16沿液体流动方向之间的距离为0.25-0.35m。这样，所述氧化剂注入管20的出液端与所述污水注入口16之间设置0.25-0.35m的整流段，有助于均匀化污水注入口16过流断面上的渗流流速。为了提高实验的准确性，所述反应柱14的内径为0.08-0.15m，所述反应柱14的长度为10.5-11.6m，所述取样口设于所述反应柱的外壁上。这样，合理的内径能够为氧化剂在反应柱14中的径向弥散提供足够的空间，以帮助使用者了解氧化剂最终的弥散情况；合理的长度能够帮助使用者布置合适的取样口22数量，从而提高实验的准确性。其中，所述反应柱14由pp材料、pc材料、pe材料和pvc材料中至少一种材料制备而成。pp材料、pc材料、pe材料和pvc材料等材料密闭性好，耐磨性佳，简单易得，有助于降低制造成本。其中，所述渗流介质12为砂、砾石或砂夹砾石。通过设置渗流介质12能够较为真实地模拟出氧化剂在液体中的弥散环境，提高实验准确性。具体的，所述渗流介质12为砂夹砾石，其中砾石粒径2mm-4mm，砂粒径为0.25mm-0.5mm，级配比为9:5，其渗流系数k＝76.9m/d，pe＝2.68×102。另外，为了方便检测和控制，本实施方式还可以做如下改良：在所述潜水泵4与所述污水注入口16之间的管道上，还设有阀门36和流量计42。这样，通过流量计42能够监测污水的注入变化，增强对于污水注入的控制。所述氧化剂注入泵8为计量泵。这样，通过计量泵能够控制氧化剂的注入量，增强对于氧化剂注入的控制。为了支撑反应柱14，在所述反应柱14的下方还设有多个用于固定安装所述反应柱14的支架48。这样，通过支架48能够为反应柱14提供支撑，使反应柱14距离地面一定距离，起到保护反应柱14的作用。为了更充分的说明本发明，下面我们还提供一个优选实施方式：实施方式二实施方式2本实施方式提供一种处理地下水中石油烃类污染物的试验装置，结合图1-2所示，其包括：包括污水容器2、潜水泵4、氧化剂容器6、氧化剂注入泵8、溢流槽10、反应柱14、过滤内芯66、阀门36、流量计42和支架48，其中，如图1所示，所述反应柱14的首端设有污水注入口16；所述反应柱14的尾端设有排液口18；所述反应柱14的内部填充有渗流介质12；自所述污水注入口16至所述排液口18方向，依次设有氧化剂注入管20、至少两个取样口22和过滤内芯66，其中，所述反应柱14的内径为0.11m，所述反应柱14的长度为11.1m，水平安装，每间隔2.1m设置一个取样口；结合图1-2所示，所述氧化剂注入管20为由横管20a和竖管20b连接组成的l型结构，所述横管20a位于所述反应柱14的中轴线上，所述横管20a的出液端与所述渗流介质12的流动方向一致，所述竖管20b的进液端与所述氧化剂注入泵8的出液端连接，所述竖管20b的出液端与所述污水注入口16沿所述渗流介质12的流动方向上的距离为0.3m；结合图1-2所示，所述氧化剂容器6的出液端通过管道与所述氧化剂注入泵8的进液端连接；所述氧化剂注入泵8的出液端通过所述氧化剂注入管20与所述反应柱14的内部连接；如图1-2所示，所述潜水泵4设置于所述污水容器2内，所述污水容器2通过管道与所述污水注入口16连接；如图1-2所示，所述溢流槽10通过管道与所述排液口18连接；结合图1-2所示，在所述潜水泵4与所述污水注入口16之间的管道上，还设有阀门36和流量计42；结合图1-2所示，在所述反应柱14的下方还设有多个用于固定安装所述反应柱14的支架48；结合图1-2所示，所述过滤内芯66内部设置有2级过滤带68，所述过滤带68为过滤网孔式过滤带68，其过滤网的目数在分别为80目和150目。下面，为了验证本处理地下水中石油烃类污染物的试验装置的处理效果，我们利用实施方式2的所述处理地下水中石油烃类污染物的试验装置进行3组处理石油烃类污染物的试验，下述实施方式中处理的地下水中的石油烃类污染物水样均是由市售的0号柴油与水混合均匀而成。实施方式三一种利用实施方式2处理地下水中石油烃类污染物的试验装置处理地下水中石油烃类污染物的方法，所述方法包括如下步骤：s1.取浓度为5.52mg/l处理的地下水中的石油烃类污染物水样注入污水容器备用，取浓度为251.96mg/l高铁酸钠氧化剂注入氧化剂容器中备用；s2.将渗流介质12填充到反应柱14中，启动潜水泵4，将步骤s1中污水容器2中的石油烃类污染水样注入到反应柱14中；再启动氧化剂注入泵8，将步骤s1中氧化剂容器6中的氧化剂注入到所述反应柱14中，所述石油烃类污染水样与所述氧化剂接触氧化，经氧化的石油烃类污染水样经过滤内芯66后，由排液口排出反应柱14，其中，所述石油烃类污染水样的注入量和高铁酸钾氧化剂的注入量比例为1:4，所述石油烃类污染水样注入到所述反应柱中的注入速率为0.018l/h，高铁酸钾氧化剂注入到所述反应柱中的注入速率为0.048l/h，每隔5h，通过取样口(22)进行取样保存；s3.待步骤s2中石油烃类污染水样与氧化剂接触反应26小时后，对步骤s2获得的样品进行检测分析，即完成处理。实施方式四一种利用实施方式2处理地下水中石油烃类污染物的试验装置处理地下水中石油烃类污染物的方法，所述方法包括如下步骤：s1.取浓度为2.12mg/l处理的地下水中的石油烃类污染物水样注入污水容器备用，取浓度为100.78mg/l高铁酸钠氧化剂注入氧化剂容器中备用；s2.将渗流介质12填充到反应柱14中，启动潜水泵4，将步骤s1中污水容器2中的石油烃类污染水样注入到反应柱14中；再启动氧化剂注入泵8，将步骤s1中氧化剂容器6中的氧化剂注入到所述反应柱14中，使石油烃类污染水样与氧化剂接触氧化，其后经氧化的石油烃类污染水样经过滤内芯66后，由排液口排出反应柱14，其中，所述石油烃类污染水样的注入量和高铁酸钾氧化剂的注入量比例为1:4，所述石油烃类污染水样注入到所述反应柱中的注入速率为0.006l/h，高铁酸钾氧化剂注入到所述反应柱中的注入速率为0.009l/h-0.019l/h，每隔2h，通过取样口(22)进行取样保存；s3.待步骤s2中石油烃类污染水样与氧化剂接触反应26小时后，对步骤s2获得的样品进行检测分析。实施方式五一种利用实施方式2处理地下水中石油烃类污染物的试验装置处理地下水中石油烃类污染物的方法，所述方法包括如下步骤：s1.取浓度为1.18mg/l处理的地下水中的石油烃类污染物水样注入污水容器备用，取浓度为50.39mg/l高铁酸钾氧化剂注入氧化剂容器中备用；s2.将渗流介质12填充到反应柱14中，启动潜水泵4，将步骤s1中污水容器2中的石油烃类污染水样注入到反应柱14中；再启动氧化剂注入泵8，将步骤s1中氧化剂容器6中的氧化剂注入到所述反应柱14中，使石油烃类污染水样与氧化剂接触氧化，其后经氧化的石油烃类污染水样经过滤内芯66后，由排液口排出反应柱14，其中，所述石油烃类污染水样的注入量和高铁酸钠氧化剂的注入量比例为1:4，所述石油烃类污染水样注入到所述反应柱中的注入速率为0.003l/h，高铁酸钠氧化剂注入到所述反应柱中的注入速率为0.009l/h，每隔3h，通过取样口(22)进行取样保存；s3.待步骤s2中石油烃类污染水样与氧化剂接触反应26小时后，对步骤s2获得的样品进行检测分析。经测试，上述实施方式三至实施方式五中监测各取样口的石油烃类浓度分布如图4所示；上述实施方式三至实施方式五得到的各试验水样中石油烃类污染物的总氧化率见表1。表1各处理水样中碳氢化合物总氧化率处理水样实施方式三实施方式四实施方式五总氧化率85.14％84.06％84.75％由图4可知，在实施方式三至实施方式五的反应柱14范围，石油烃类污染物的浓度一直呈下降趋势；由表1可知，本发明的总氧化率为84.06％-85.14％，说明实施方式三至实施方式五能够有效去除地下水中的石油烃类污染物，且效果稳定，本发明的处理地下水中石油烃类污染物的试验装置简单，制造投入少，运行成本低，为实际中渗透反应墙应用提供重要依据。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12