[发明专利]一种非饱和土柱系统及其应用方法

说明书

本发明属于污染物迁移特性研究技术领域，具体公开了一种非饱和土柱系统及其应用方法。本发明公开的非饱和土柱系统包括进料泵、测重装置、非饱和土柱机构和出料泵，其中进料泵、非饱和土柱机构和出料泵顺次连接，测重装置用于测量非饱和土柱的质量。本发明通过调整进料泵和出料泵的流速，成功得到非饱和土柱，并通过测重装置监测非饱和土柱的状态，得到了稳定的非饱和土柱。本发明利用非饱和土柱进行相关参数检测，实现了非饱和多孔介质中污染物迁移特性的研究，本发明所述系统和方法具有成本低、稳定、便捷、精准等优势。

技术领域

本发明涉及污染物迁移特性研究技术领域，尤其涉及一种非饱和土柱系统及其应用方法。

背景技术

目前，存在每年生活、生产中产生的大量废弃物倾倒或者堆填在土壤中，废弃物中的污染物随气体、水流和细颗粒等在土壤中迁移扩散；未被污水处理厂完全处理的污染物可以通过再生水灌溉的方式进入土壤，并随着土壤水分的运动而迁移，甚至进入地下水，威胁生态环境和人类健康。实际土壤环境中，污染物垂直向下迁移进入含水层之前一般会先通过一个非饱和区域(即包气带)，污染物在非饱和土壤中的吸附、迁移和降解决定了其对地下水的污染程度。随着污染物治理技术的发展，使得饱和系统中污染物迁移特性的研究已取得一定的成果，但是忽略土层非饱和度的影响得到的污染物迁移特性是不准确的，也不能满足实际工程的需要。有研究指出，与饱和流条件相比，非饱和流条件下不同的土壤中含氧量和水土比会对污染物的吸附和降解造成显著影响。然而，目前关于污染物在非饱和土壤中迁移的研究还比较少。可见，非饱和土壤中渗流及污染物迁移规律的研究在污染物治理、城市固体废弃物填埋以及地下水开采等方面具有重要意义。

常规的渗流试验设备是测定常水头和变水头条件下饱和土渗透系数的有效工具，但是常规的渗流试验设备不能调节饱和度，无法满足非饱和系统中渗流及污染物迁移特性的试验要求。

现有的非饱和系统或依赖于进口价格高、耐久性差的负压锅和陶瓷膜(临界压力稳定性装置)，或依赖于高压水流冲洗操作(产生负压)，具有成本高、操作复杂、稳定性差等缺点。因此，如何提供一种非饱和土柱系统及其应用方法，降低非饱和土柱系统成本，提高系统的稳定性和灵敏度，制备一种饱和度可控制的非饱和土柱系统是本领域亟待解决的难题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种非饱和土柱系统及其应用方法，以解决常规的渗流试验设备无法满足非饱和系统中渗流及污染物迁移特性的试验要求的问题以及现有的非饱和系统存在的成本高、操作复杂、稳定性差等问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种非饱和土柱系统，包括进料泵、测重装置、非饱和土柱机构和出料泵，其中进料泵、非饱和土柱机构和出料泵顺次连接，测重装置用于测量非饱和土柱机构的质量。

优选的，所述非饱和土柱机构的内部从下往上依次设置有隔离层、第一石英砂层、供试土壤层和第二石英砂层。

优选的，所述隔离层包括亲水尼龙膜层，隔离层的孔径为8～20μm，隔离层的厚度为0.01～0.1cm。

优选的，所述非饱和土柱机构的形状为棱柱或圆柱，所述非饱和土柱机构的高度为5～15cm，底面积为75～120cm²。

优选的，所述第一石英砂层和第二石英砂层的厚度独立的为3～8mm，石英砂的粒径为0.07～0.2mm。

优选的，所述隔离层、第一石英砂层、供试土壤层和第二石英砂层的总高度≤非饱和土柱机构外壳高度。

优选的，还包括淋水器，淋水器位于非饱和土柱机构顶侧。

本发明的另一目的是提供一种使用非饱和土柱系统进行检测的方法，包括以下步骤：

1)向非饱和土柱机构的底侧通入CO₂气体；