一种模拟多环境下污染物在土中迁移转化行为的试验装置的制作方法

该发明涉及一种应用于地质工程、岩土工程领域，可以实现模拟多环境条件下污染物在土中的迁移转化行为的定量研究的新型室内试验装置。

背景技术：

广西矿产资源极其丰富，一直以来被称为“有色金属之乡”。近几年，采矿行业的发展为社会带来了很大的经济效益，但与此同时重金属污染问题也随之凸显出来，重金属污染不仅危害生态环境，也对其污染的岩土体结构有着很强的破坏作用，很容易诱发岩土工程灾害事故。在广西范围内的有色金属矿区及其附近均有不同程度的重金属污染问题，水体及岩土体受到重金属污染以后通过食物链的方式累积到动植物体内，最终对人体健康造成影响。研究不同环境条件下污染物在土壤中的迁移转化行为及存在状态，可为预测及评价污染物对土壤环境产生的危害提供科学依据,为有效控制甚至消除这些污染物、解决由此类污染物引起的重大环境与健康问题,提供重要的理论和指导意义。

污染物在土壤中的迁移转化行为的研究包括现场原位试验和室内实验室试验。现场原位试验研究过程过于冗长,工作量大,试验条件不易控制,取样不够便捷、准确,并需要投入大量的人力、物力。而室内实验试验具有简单易行,便于操作的特点。

因此，通过室内实验室建立一种可以模拟不同环境条件且便于操作、获取数据，以克服现场原位的缺陷。这就对试验方法提出了更高的要求，现有的模拟装置过于单一，无法模拟多因素共同作用，且不易控制水流、密封效果不好、不易取样，采样数据单一且实验采样不准确，模拟效果不好等问题。

技术实现要素：

该发明的目的在于克服现有技术的缺陷，且可以实现高仿真模拟单一或者多种混合污染物在不同污染浓度、动态淋水、静态浸水、地下水、干湿循环、微生物等环境条件单一或者多种耦合作用下污染物在土壤中的迁移转化行为及存在状态，为监测、预测及评价污染物对土壤环境产生的危害提供一种结构设计合理、加工精细、实用便捷、方便操作、便于获取数据的实验装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案来实现：

本发明所述模拟多环境下污染物在土中迁移转化行为的试验装置包括主体模型系统、溶液系统、温控系统、循环系统、数据监控系统五个系统组成。

所述主体模型系统包括下柱体、上柱体、中柱体、空腔柱体、顶盖。其主要作用是为土体提供实验场所，方便试验条件的控制、试验过程的观测记录。

所述的溶液系统包括三个进水装置和一个集液装置，它的主要作用是盛放、收集及传送试验所需要的各种溶液。

所述的温控系统包括控温鼓风机、导管、温度感应器及控制阀。其主要作用调节控制试验温度，和溶液系统共同作用可以模拟实现不同污染浓度、动态淋水、静态浸水、地下水、不同程度的干湿循环及温度变化等环境条件。

所述的循环系统包括循环导管以及位于循环导管两端的始端接口、终端接口以及位于始端接口和终端接口之间的循环蠕动泵。其主要作用是模拟各种溶液循环作用于土体及微生物降解的循环作用。

所述的数据监测系统包括应变应力传感器、数据线路、电脑主机及显示器，其主要作用在于实现各环境条件下污染物对土体应力应变影响的实时测定，数据动态化处理过程。

所述下柱体的顶端内侧设有内螺纹，所述下柱体的顶端外侧设有开口向上、底端封闭的下环形挡板；所述上柱体的底端外侧设有与内螺纹相对应的外螺纹，所述外螺纹的上方右侧设有豁口，所述外螺纹的底端外侧设有开口向下、顶端封闭的上环形挡板，所述豁口位于上环形挡板内侧；所述豁口控制阀设置在上环形挡板的正下方。所述外螺纹的上方左侧与豁口对应的位置设有采氧孔。

所述的右侧豁口用于实时取土样，所述的左侧采氧孔与采氧针插入端头连接，用于检测微生物作用下土体中的含氧量。

所述下柱体底端设置有带孔有机玻璃板及其外包的防腐土工布，其作用是为了防止土壤中的颗粒流出，阻塞与其连接的设备。

所述中柱体的底端同上柱体的底端相同，顶端同下柱体的顶端相同。可根据试验需要，选择去除或者从上向下依次叠加多段中柱体，能够近乎完美的实现分层试验。

所述空腔柱体的顶端与所述下柱体的底端连接，其底端分别与进水阀、出水阀及回流阀连接，其左侧与控制阀连接。

所述的进水阀与进水导管的注水接口相连，而进水导管的吸水接口导入集水箱中。

所述的耐腐蚀进水蠕动泵设置在吸水接口和注水接口之间的进水导管上。

所述的出水阀与排出导管相连，排出导管导入集液烧杯中，用于收集经过各环境及土壤共同作用后污染物溶液。

所述的回流阀与所述的循环系统的循环导管的始端接口相连。

所述的空腔柱体左侧控制阀通过导管与所述控温鼓风机相连。

所述的顶盖设置在所述的上柱体的顶端，顶盖的内侧设有调速淋洒喷头，外侧设有万向接头、气孔及淋洒调速喷头的控制按钮。

所述的调速淋洒喷头设有多模式洒水功能，可通过控制按钮选择不同模式，如：滴水，流水，洒水，淋水，喷水等模式。

所述的万向接头分别与左右两条进水导管的注水接口和循环导管的终端接口相连。

所述的进水导管的吸水接口导入集水箱中，注水接口和吸水接口之间还设置有耐腐蚀的进水蠕动泵、水表及进水阀。

所述的气孔位于顶盖的外侧，用于调节气压，使得喷射的溶液压力均匀。

所述的温度感应器固定于上下、中柱体的右侧壁，用于感应柱体内部土体的温度变化。

所述的应变应力传感器固定于各柱体的左侧壁，并通过数据线路与计算机相连，实现各环境条件下污染物对土体应力应变影响的实时测定，数据动态化处理过程。

本发明的积极效果：本发明所述模拟多环境下污染物在土中迁移转化行为的试验装置，其结构设计合理、加工精细、实用便捷、方便操作、便于获取数据。可以实现高仿真模拟单一或者多种混合污染物在不同污染浓度、动态淋水、静态浸水、地下水、干湿循环、微生物等环境条件单一或者多种耦合作用下污染物在土壤中的迁移转化行为及存在状态，是一种定量研究污染土仿真效果较高新型室内试验装置，为监测、预测及评价污染物对土壤环境产生的危害提供提供科学依据,为有效控制甚至消除这些污染物、解决由此类污染物引起的重大环境与健康问题,提供重要的理论和指导意义。

附图说明

图1是该发明的整体结构示意图；

图2是上柱体的结构示意图

图3是中柱体的结构示意图

图4是下柱体的结构示意图

图5是淋洒调速喷头的结构示意图

符号说明；1-下柱体、2-上柱体、3-中柱体、4-空腔柱体、5-豁口、6-豁口控制阀、7-上环形挡板、8-下环形挡板、9-采氧孔、10-采氧针插入端头、11-采氧针、12-顶盖、13-调速淋洒喷头、14-调速淋洒喷头控制按钮、15-气孔、16-万向接头、17-(1、2、3)进水导管、18-(1、2、3)集水箱、19-(1、2、3)耐腐蚀进水蠕动泵、20-(1、2、3)进水阀、21-(1、2)水表、22-出水阀、23-排出导管、24-集液烧杯、25-回流阀、26-循环导管、27-循环蠕动泵、28-带孔有机玻璃板及其外包的防腐土工布、29-控温鼓风机、30-导管、31-控制阀、32-温度感应器、33-应变应力传感器、34-数据线路、35-电脑主机、36-显示屏

具体实施方式

如图1所示，该发明是按如下方式实现的：本发明所述模拟多环境下污染物在土中迁移转化行为的试验装置包括主体模型系统、溶液系统、控温系统、循环系统、数据监控系统五个系统组成。主体模型系统包括下柱体1、上柱体2、中柱体3、空腔柱体4、顶盖12，其主要作用是为土体提供实验场所，方便试验条件的控制、试验过程的观测记录；溶液系统包括进水导管17、集水箱18、耐腐蚀进水蠕动泵19、进水阀20、水表21、出水阀22、排出导管23、集液烧杯24，它的主要作用是盛放、收集及传送试验所需要的各种溶液；温控系统包括控温鼓风机29、导管30、温度感应器32及控制阀31。其主要作用调节、控制试验温度，和溶液系统共同作用可以模拟实现不同污染浓度、动态淋水、静态浸水、地下水、不同程度的干湿循环及温度变化等环境条件；循环系统包括回流阀25循环导管26、循环蠕动泵27，其主要作用是模拟各种溶液循环作用于土体及微生物降解的循环作用；数据监测系统包括应变应力传感器、数据线路、电脑主机及显示器，其主要作用在于实现各环境条件下污染物对土体应力应变影响的实时测定，数据动态化处理过程。

该发明的工作过程是：本发明所述模拟多环境下污染物在土中迁移转化行为的试验装置，具体工作过程包括

一、准备工作

1、先在主体模型系统中的上、中、下柱体左端内侧安装应变应力传感器，右端外侧安装温度感应器；接着在下柱体中填入试验需要的土体，然后根据试验需要，选择去除或者由下柱体开始从下向上依次叠加多段中柱体，接着在中柱体中填入试验需要的土体，然后在中柱体上端再连接上柱体，接着同样在上柱体中填入试验需要的土体，这里需要说明得是上、中、下柱体沿高度方向，通过内外螺纹作用依次连接起来，其组装方便、填土方便、密封良好、方便实时取样；2、将已连接好的上、中、下柱整体与下柱体下面的空腔柱体相连，并在下柱体在下柱体底端放一个带孔有机玻璃板及其外包的防腐土工布，防止土颗粒进入与之相连的空腔柱体中；3、在上柱体顶端安置顶盖；4、在空腔柱体底部安装进水阀20-3、进水导管17-3、耐腐蚀进水蠕动泵19-3、集水箱18-3，出水阀、排出导管、集液烧杯，回流阀、循环导管起始端、循环蠕动泵；在空腔柱体左侧安装导管、控制阀、控温鼓风机；5、分别将进水导管17-(1、2)的注水端和循环导管的终止端接入顶盖上端的万向接头，并在进水导管17-(1、2)上设置耐腐蚀进水蠕动泵、进水阀、水表；6、将应变应力传感器通过数据线路与电脑主机、显示屏相连。

二、调试设备

1、开启数据监测系统，打开电脑主机与显示器，调试并检测连接的应变应力传感器，2、检查系统中各个导管的联通密闭情况。

三、开始试验

1、开启数据监测系统；2、将试验所需要的不同污染物溶液分别放在集水箱18-(1、2)中，可模拟地表污染水的作用：可通过控制进水阀，选择单一污染物溶液还是多种污染物溶液；通过进水蠕动泵调节流速，通过淋洒调速喷头控制按钮选择不同的喷洒模式，如：滴水，流水，洒水，淋水，喷水等模式，并通过气孔调节气压，使得喷射的溶液压力均匀，在空间上实现均匀布水。3、将试验所需要的污染物溶液放在集水箱18-3中，可模拟地下污染水的作用；4、可通过温控系统，利用控温鼓风机的功率调节来控制鼓风强度及鼓风温度以便来调节土体的干燥湿润程度及温度，利用温度感应器观察温度变化，结合溶液系统，可以模拟单一或者多种混合污染物在干湿循环作用下在土体中的迁移转化行为；5、可通过循环系统模拟不同污染物溶液、微生物降解的循环作用。

四、定量分析

1、通过调节豁口控制阀来打开豁口，用取样勺可以实时取样分析；通过采氧孔连接的采氧针可以实时分析土体中含氧量，用于微生物降解的试验中；通过温度感应器及应变应力传感器及计算机记录的数据，综合上述所有数据通过相应软件可以进行分析、模拟多环境条件下污染物在土中的迁移转化行为及存在状态，为监测、预测及评价污染物对土壤环境产生的危害提供提供科学依据,为有效控制甚至消除这些污染物、解决由此类污染物引起的重大环境与健康问题,提供重要的理论和指导意义。五、试验完成后，整理仪器、分析拷贝数据、关闭整套系统。

因此，本发明中公开的一种模拟多环境下污染物在土中迁移转化行为的试验方法，其结构设计合理、加工精细、实用便捷、方便操作，不仅能够组装不同长度土层，而且密封良好、填土方便、可以实时取不同深度土层进行分析；更可贵的是该装置重复利用率高、经济实用。它可以实现高仿真模拟单一或者多种混合污染物在不同污染浓度、动态淋水、静态浸水、地下水、干湿循环、微生物等环境条件单一或者多种耦合作用下污染物在土壤中的迁移转化行为及存在状态，是一种定量研究污染土仿真效果较高新型室内试验装置，为监测、预测及评价污染物对土壤环境产生的危害提供提供科学依据,为有效控制甚至消除这些污染物、解决由此类污染物引起的重大环境与健康问题,提供重要的理论和指导意义。