[发明专利]一种封闭式地下水溶质迁移模拟实验装置

说明书

技术领域

本发明属于环境工程和农业工程领域，具体地涉及一种封闭式地下水溶质迁移模拟实验装置，适用于地下水溶质迁移模拟室内土柱实验，可用于挥发性或半挥发性污染溶质迁移模拟实验。

背景技术

地下水环境相对比较脆弱，一旦污染后果严重，且持续时间长，治理难度大，尤其是各类可溶性污染物(溶质)随地下水不断迁移、衰减、吸附、解析和发生相互反应，给地下水污染治理带来很大困难。准确把握污染溶质随地下水的迁移运动规律，对地下水环境污染治理以及地下水资源管理都具有非常重要的意义。

目前，地下水溶质迁移研究的主要方法包括抽水实验、粒子示踪实验、数值模拟和物理模型实验等。抽水实验针对地下水污染相对集中且渗透性较大的含水层，通过抽取地下水将污染物抽出地面处理，并设置观测井来监测污染物随地下水流场的运移情况。抽水实验需要在已有污染场地上进行，主要应用在地下水污染治理项目中，容易受场地、实验条件和水文地质等条件的限制。粒子示踪实验是在地下水中注入示踪剂，通过监测示踪剂粒子随地下水运移情况，研究污染溶质随地下水流场的运动规律。粒子示踪实验受水文地质条件影响较大，且示踪剂价格相对较高，易造成二次污染。数值模拟具有高效、便捷和可视化的优点，因此成为地下水溶质迁移研究的主要方法之一(魏恒,肖洪浪.地下水溶质迁移模拟研究进展[J].冰川冻土,2013,06):1582-1589)，但数值模拟结果的验证以及计算参数的获取需要借助现场实验或物理模型实验来实现，而溶质迁移过程中很多化学反应和物理过程也没有现成的数学模型来描述。物理模型实验是根据相似原理建立室内模型模拟现场尺度物理现象或过程的方法,具有更加直观、便捷和可操作性的优点，因此也成为地下水溶质迁移必不可少的研究手段之一。现有溶质迁移物理模型实验主要以一维土柱实验为主(中国科学院新疆生态与地理研究所,北京时域通科技有限公司，一种实验室土壤溶质运移模拟装置，CN201867407U[P/OL].2011-06-15；河海大学，一种土壤污染物迁移模拟装置，CN103424341A[P/OL].2013-12-04；东北农业大学，一种模拟土壤有机污染物迁移转化的反应装置,CN103760319A[P/OL].2014-04-30)，实验装置主要包括供液部分、实验土柱和废液回收装置三个部分，其中供液部分提供水源或污染源，实验土柱是溶质迁移过程的主要载体，废液收集装置用于收集过量废液和废水。这些实验装置大多针对特定污染溶质设计，结构简单且普适性不高，由于缺乏密闭保护装置，无法应用于某些挥发性或半挥发性有毒污染溶质。

发明内容

发明目的：为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种封闭式地下水溶质迁移模拟实验装置，可用于地下水溶质迁移室内土柱实验，适用于挥发性或半挥发性污染溶质的模拟实验，具有可持续和稳定性好的特点，同时简化了实验设备，节约了实验成本，同时在保证平行实验时水头或流量条件的统一性有利于平行实验结果的对比分析。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明提出一种封闭式地下水溶质迁移模拟实验装置，包括供液单元、平行实验单元、废液回收单元、封闭式组合柜和废气回收单元，所述供液单元、平行实验单元和废液回收单元依次相连并设置于所述封闭式组合柜的内部，所述封闭式组合柜与所述废气回收单元相连，其中：

所述供液单元包括滤气瓶、供液瓶、供液分流管和一组流量控制器，所述滤气瓶通过导气管与所述供液瓶相连；所述供液瓶与供液分流管相连；所述供液分流管与流量控制器相通连接；

所述平行实验单元包括实验土柱、有机玻璃容器和取样插头，所述实验土柱填充于所述有机玻璃容器内，所述取样插头设于所述有机玻璃容器的表面，并穿过有机玻璃容器侧壁插入实验土柱内部；其中，平行实验单元的实验土柱的数目可以根据需要进行调节，供液分流管的分支数也可以根据需要进行调节，从而实现将从供液瓶的液体分流至平行实验单元的各个实验土柱中。

所述封闭式组合柜包括一个封闭的外壳，所述外壳的内部被分隔成供液室、模拟取样室和废液存储室三个部分，分别用于放置供液单元、平行实验单元和废液回收单元；其中，所述供液室的内部设置有用于调整供液瓶的高度的、可拆卸的可升降平台。

所述废气回收单元包括排气扇和活性炭盒，所述活性炭盒一端与所述排气扇相连，另一端连接有排风口；所述排气扇与所述封闭式组合柜的外壁相连接。其中排气扇作用是将封闭式组合柜内的空气抽出，活性炭盒用于吸附空气中散布的溶质分子，处理后的空气经排风口排放到大气中。