[发明专利]一种研究原位注入药剂在土层中运移扩散的装置及方法

权利要求书

1.一种研究原位注入药剂在土层中运移扩散的装置，其特征在于：包括模型箱系统和药剂注入系统；

模型箱系统包括模型箱（1）、第一管道（6）和两块隔板（2）；隔板（2）沿模型箱（1）的长度方向对称设置于模型箱（1）内部，隔板（2）上设置有多个渗水孔；两块隔板（2）把模型箱（1）分为第一腔室（3）、第二腔室（4）和第三腔室（5），第一腔室（3）和第三腔室（5）的顶部开设有注水孔（11），第一腔室（3）和第三腔室（5）的底部开设有排水孔（12），第一腔室（3）和第三腔室（5）通过外置的第一管道（6）连通；

药剂注入系统包括注入设备（7）、溶液桶（8）、第二管道（18）和加压设备（9）；加压设备（9）、溶液桶（8）和注入设备（7）通过第二管道（18）依次连接；溶液桶（8）和加压设备（9）设置于模型箱（1）外部，注入设备（7）置于第二腔室（4）中。

2.根据权利要求1所述的一种研究原位注入药剂在土层中运移扩散的装置，其特征在于：所述注入设备（7）包括注液管（14）、套管（16）和管筛（15）；套管（16）的底部设有用于刺入土层的底座（19），管筛（15）上分布有多个孔；套管（16）、管筛（15）和注液管（14）由外到内依次设置；注液管（14）一端与第二管道（18）连接，另一端放置于底座（19）上；套管（16）和筛管（15）连接于底座（19）上。

3.根据权利要求2所述的一种研究原位注入药剂在土层中运移扩散的装置，其特征在于：所述底座（19）为圆锥形。

4.根据权利要求1所述的一种研究原位注入药剂在土层中运移扩散的装置，其特征在于：第一腔室（3）的顶部设置有压力孔（13）。

5.根据权利要求1所述的一种研究原位注入药剂在土层中运移扩散的装置，其特征在于：所述模型箱（1）的材质为透明PVC塑料。

6.根据权利要求1所述的一种研究原位注入药剂在土层中运移扩散的装置，其特征在于：还包括卡槽（10），四个卡槽（10）分别设置于模型箱（1）内部，用于固定两块隔板（2）。

7.根据权利要求1所述的一种研究原位注入药剂在土层中运移扩散的装置，其特征在于：溶液桶（8）底部设有流出孔（17），第二管道（18）与溶液桶（8）底部的流出孔（17）连接。

8.根据权利要求7所述的一种研究原位注入药剂在土层中运移扩散的装置，其特征在于：第一管道（6）和第二管道（18）的材质为透明PE材质，第二管道（18）的孔径与流出孔（17）、注液管（14）和加压设备（9）的接口孔径一致。

9.根据权利要求1所述的一种研究原位注入药剂在土层中运移扩散的装置，其特征在于：所述加压设备（9）为蠕动泵。

10.一种基于权利要求1-9任一项所述的一种研究原位注入药剂在土层中运移扩散的方法，其特征在于：

步骤（1）：将隔板（2）安装在模型箱（1）内部对应的卡槽（10）处，将模型箱（1）分隔成第一腔室（3），第二腔室（4）和第三腔室（5）；第一腔室（3）和第三腔室（5）通过外置的第一管道（6）连通；

步骤（2）：依据实际污染场地的地层信息及地质参数等，在第二腔室（4）从下往上依次堆填各类现场土层，构成现场地层模型；堆填一层新土层时需等前面堆填的土层稳定，稳定后的最终土层高度与隔板（2）高度一致；

步骤（3）：通过注水孔（11）分别向第一腔室（3）和第三腔室（5）注入地下水，并依据污染场地的水文地质资料，通过压力孔（13）控制两个腔室的水位和水力梯度与实际场地相一致；第一腔室（3）为地下水上游区域，第三腔室（5）为地下水下游区域，第一腔室（3）和第三腔室（5）共同构成地下水流场模型；

步骤（4）：待现场地层模型和地下水流场模型较为稳定后，竖直将注入设备（7）从土层顶部插入到土层预定深度，预定深度通过与现有实际污染场地相似土层特性的以往工程实施经验来确定，并缓慢拔出套管（16），然后压实土层使注入设备（7）埋没达到密封效果；

步骤（5）：在溶液桶（8）中配备预定浓度的氧化剂溶液和活化剂溶液，并按照一定的配比混合，目前采用的配比方法是从现场钻取污染土样，分析污染物类型、浓度和土壤特性后，进行室内小试试验来确定对土壤中污染物降解相对较优的氧化剂和活化剂类型，以及氧化剂/活化剂浓度配比参数；

步骤（6）：使用第二管道（18）将注入设备（7）、溶液桶（8）和加压设备（9）连通；

步骤（7）：打开加压设备（9），缓慢升高注射压力、注射流速等注入参数直至达到预定最优参数值，最优参数值是指根据对比分析不同注入参数下药剂在该模型土层中运移扩散特征情况，选择扩散深度最深、扩散半径最大所对应的注入参数作为最优注入参数，溶液桶（8）中配置的修复药剂通过第二管道（18）和注入设备（7）持续注入到污染土层中，在达到根据小试试验计算得到的所需注入流量后关闭加压设备（9）；

步骤（8）：达到预定修复天数后，使用检测设备测定距注入点位横向和纵向不同位置处土层和地下水中污染物浓度、氧化剂浓度及各离子浓度，获得其在不同地点空间分布图的变化情况，分析修复药剂在三维土层中的运移扩散特征，获得修复药剂运移扩散与注入参数体系的相关对应关系。