一种强化可渗透反应墙试验装置和系统的制作方法

1.本实用新型涉及场地污染地下水修复设备领域，具体而言，涉及一种强化可渗透反应墙试验装置和系统。


背景技术：

2.当前，对于污染地下水的修复分为原位修复和异位修复；异位修复需要将污染的地下水抽出处理，运行成本高。可渗透反应墙(permeable reactive barrier，prb)技术是污染地下水管控与修复中的原位治理技术，通过可渗透的反应墙对地下水污染羽进行阻截和修复。通常在自然水力梯度下，地下水污染羽渗流通过反应介质，污染物与介质发生物理、化学或生物作用得到阻截或去除，处理后的地下水从prb的另一侧流出。反应墙的填充反应介质通常包括零价铁、活性炭、沸石和增强微生物活性的碳源等，处理中包括了物理、化学或生物作用过程。
3.可渗透反应墙技术是一种以原位渗透处理带作为修复主体的地下水管控与修复技术，具有不需要外源动力、不占用地面空间、造价低、可持续性等优势，是具有良好应用前景的在役场地污染综合管控与修复技术。目前，国内外开展了较多的试验研究，但该技术存在长效性与堵塞性的技术开发问题，需要开展试验研究该类问题。
4.为解决上述问题，可采取在实验室开展长周期验证试验的方法，进行可控条件下的全面系统研究。申请号为cn202110889448.3的专利公布了用于填埋场及污染场地地下水污染修复的可渗透反应墙及方法，但存在缺乏强化技术的问题；申请号为cn202121624666.6的专利公布了一种移动床式prb可渗透反应墙，但存在不能及时监测运行状态的问题。并且，已公布的专利均存在规模较小，易受壁面效应影响等问题。
5.鉴于此，特提出本技术。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种强化可渗透反应墙试验装置和系统，其能够基于曝气强化和在线监测控制系统对可渗透反应墙长效性与堵塞性进行研究，解决现有试验装置无法调节代谢环境、难以获取在线数据的问题。
7.本实用新型的实施例是这样实现的：
8.第一方面，本实用新型提供一种强化可渗透反应墙试验装置，其包括
9.用于对污染地下水进行原位修复的可渗透反应墙床体；
10.用于对所述可渗透反应墙床体的修复过程中的溶氧度、氧化还原电位、水位、ph和水温进行监测的传感器；
11.用于控制所述传感器监测频率并接收所述传感器的检测信号的控制系统；以及
12.用于对所述可渗透反应墙床体进行曝气供氧的曝气系统；
13.所述可渗透反应墙床体包括依次连通的布水室、稳流室、反应室、滤水室和水位室；所述布水室设置有污染地下水进口，所述水位室设置有净水出口，所述布水室、所述反
应室和所述水位室内均设置有监测井，每个所述监测井内均设置有所述传感器，所述控制系统与所述传感器电连接，所述曝气系统与所述反应室连通。
14.在可选的实施方式中，所述控制系统包括用于控制所述传感器监测频率的控制柜和用于将所述传感器监测信号转化为数据并显示和储存的数据处理平台，所述控制柜与所述传感器电连接，所述控制柜与所述数据处理平台电连接，所述数据处理平台与所述传感器电连接。
15.在可选的实施方式中，所述曝气系统包括进气管、减压阀和单向曝气盘，所述单向曝气盘连接至所述进气管的末端，所述单向曝气盘设置于所述反应室内，所述减压阀设置于所述进气管上。
16.在可选的实施方式中，所述布水室、所述稳流室、所述反应室、所述滤水室和所述水位室的沿水流方向的侧壁均是采用多孔不锈钢筛板制成。
17.在可选的实施方式中，所述稳流室内设置有由粒径为1-3mm的石英砂组成的稳流介质层；所述反应室内设置有由零价铁、活性炭、沸石或增强微生物活性的碳源组成的反应介质层；所述滤水室内设置有由粒径为2-4mm的石英砂组成的滤水介质层。
18.在可选的实施方式中，反应室内设置有多组相互独立且相互连通的反应单元，多个所述反应单元呈阵列排布于所述反应室内，所述反应介质层填充于所述反应单元内，每个所述反应单元上设置有便于吊起的吊环。
19.在可选的实施方式中，所述强化可渗透反应墙试验装置还包括净水收集罐，所述净水收集罐设置有净水入口、达标水排放阀和未达标水排放阀，所述净水入口与所述净水出口连通。
20.在可选的实施方式中，所述强化可渗透反应墙试验装置还包括污染地下水注入系统，所述污染地下水注入系统包括均质罐、搅拌器和加热器，所述搅拌器设置于所述均质罐内，所述加热器设置于所述均质罐的外侧，所述均质罐与所述污染地下水进口连通。
21.在可选的实施方式中，所述未达标水排放阀出口端还与所述均质罐的进口连通。
22.第二方面，本实用新型提供一种强化可渗透反应墙试验系统，其包括如前述实施方式任一项所述的强化可渗透反应墙试验装置，其中，所述可渗透反应墙床体中的所述可渗透反应墙床体为多组，多组所述可渗透反应墙床体均与所述控制系统和所述曝气系统连通。
23.本实用新型实施例的有益效果是：
24.本技术提供的强化可渗透反应墙试验装置通过在可渗透反应墙床体的反应室内设置曝气系统，可调节污染水中的溶解氧浓度，解决不同微生物生存和代谢需要不同氧浓度的问题，有利于调节反应室内的代谢环境，使微生物的降解活性达到最大，起到强化降解污染物的目的。同时，在可渗透反应墙床体的布水室、反应室和水位室内设置监测井，并在监测井内设置传感器，利用控制系统对传感器的采集频率进行控制，并对采集的数据进行分析和存储，传感器可以实现对监测区域内的溶解氧、温度、ph、氧化还原电位和水位等指标进行实时在线监测，同时还可以将检测的数据传输至控制系统，实现远距离实时监控装置内的指标情况，通过对长期运行后的大数据分析，研究可渗透反应墙运行中可能产生的长效性和堵塞性问题。
附图说明
25.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
26.图1为本实用新型实施例提供的强化可渗透反应墙试验装置的结构示意图；
27.图2为本实用新型实施例提供的强化可渗透反应墙试验装置的可渗透反应墙床体的结构示意图。
28.图标：100-强化可渗透反应墙试验装置；110-污染地下水注入系统；111-均质罐；112-搅拌器；113-加热器；114-隔膜泵；120-可渗透反应墙床体；121-布水室；1211-污染地下水进口；122-稳流室；123-反应室；124-滤水室；125-水位室；1251-净水出口；126-反应单元；127-吊环；128-监测井；130-传感器；140-控制系统；141-控制柜；142-数据处理平台；150-曝气系统；151-进气管；152-减压阀；153-单向曝气盘；160-净水收集罐；161-净水入口；162-达标水排放阀；163-未达标水排放阀。
具体实施方式
29.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
30.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
31.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
32.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
33.此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
34.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理
解上述术语在本实用新型中的具体含义。
35.第一实施例
36.请参照图1，本实施例提供一种强化可渗透反应墙试验装置100，其包括污染地下水注入系统110、可渗透反应墙床体120、传感器130、控制系统140、曝气系统150和净水收集罐160。
37.污染地下水注入系统110用于为可渗透反应墙床体120提供模拟的污染地下水，本技术中，污染地下水注入系统110包括均质罐111、搅拌器112和加热器113，搅拌器112设置于均质罐111内，加热器113设置于均质罐111的外侧，均质罐111与可渗透反应墙床体120连通。其中，模拟污染地下水中包含水和模拟污染物，搅拌器112用于对模拟污染地下水进行搅拌，避免污染地下水中的模拟污染物沉降，搅拌器112的设置有利于获得均匀的模拟污染地下水。加热器113用于对模拟污染地下水进行加热，加热器113可以为夹套加热，其可以直接设置于均质罐111的外侧用于对均质罐111内的模拟污染地下水进行加热，也可以设置于均质罐111和可渗透反应墙床体120之间的管线上，用于待进入可渗透反应墙床体120的模拟污染地下水进行加热。均质罐111和可渗透反应墙床体120之间的管线上还设置有用于向可渗透反应墙床体120进液的隔膜泵114，隔膜泵114用于实现以地下水渗流的速率进行地下水污染羽迁移模拟。
38.可渗透反应墙床体120用于对污染地下水进行原位修复。本技术中，可渗透反应墙床体120包括依次连通的布水室121、稳流室122、反应室123、滤水室124和水位室125；布水室121设置有污染地下水进口1211，污染地下水进口1211与均质罐111的出口通过管线连通，水位室125设置有净水出口1251，净水出口1251与净水收集罐160连通。从均质罐111内进入布水室121的模拟污染地下水，依次经过稳流室122，污染地下水以10-7
m/s-10-6
m/s的渗流速度流经反应室123，污染物在反应室123停留时间为10d-30d，经过吸附、氧化还原与微生物代谢作用进行降解去除，净化后的污染水进入滤水室124再排入水位室125，从而排出至净水收集罐160。
39.本技术中，布水室121、稳流室122、反应室123、滤水室124和水位室125的沿水流方向的侧壁均是采用多孔不锈钢筛板制成，相邻的多孔不锈钢筛板之间通过铝型材进行连接固定。通过向稳流室122、反应室123和滤水室124的侧壁围成的框架结构中填充填料以形成稳流室122、反应室123和滤水室124。具体地，稳流室122内设置有由粒径为1-3mm的石英砂组成的稳流介质层；反应室123内设置有由零价铁、活性炭、沸石或增强微生物活性的碳源组成的反应介质层；滤水室124内设置有由粒径为2-4mm的石英砂组成的滤水介质层。
40.请结合参阅图1和图2，进一步地，本技术中，反应室123内设置有多组相互独立且相互连通的反应单元126，反应单元126的侧壁也为多孔不锈钢筛板制成。多个反应单元126呈阵列排布于所述反应室123内，反应介质层填充于反应单元126内，每个反应单元126上设置有便于吊起的吊环127。吊环127的设置使得在反应单元126的填充、安装和取出更为方便，便于在反应单元126内的反应介质层反应完全后，及时进行更换。同时，本技术中通过设置多个反应单元126，使得每个反应单元126的更换容易，若仅使用一个反应室123，反应介质层的填充较大，重量大，不易更换，也不易取出。
41.此外，本技术中，布水室121、反应室123和水位室125内均设置有监测井128，每个监测井128内均设置有传感器130，传感器130用于对可渗透反应墙床体120的修复过程中的
溶氧度、氧化还原电位、水位、ph和水温进行在线传输监测，从而使得强化可渗透反应墙试验装置100的运行状态可以在线检测。
42.请返回参阅图1，控制系统140用于控制传感器130的监测频率并接收传感器130的检测信号，控制系统140与传感器130电连接，控制系统140包括用于控制传感器130的监测频率的控制柜141和用于将传感器130的监测信号转化为数据并显示和储存的数据处理平台142，控制柜141与传感器130电连接，控制柜141与数据处理平台142电连接，数据处理平台142与传感器130电连接。其中，控制柜141用于传感器130的12v供电，数据采集器4-20ma信号接入，mcu数据485信号转换，含有相应的继电器、变压器、接线卡槽、接线端子等。数据处理平台142包括用户使用界面显示、传感器130阈值报警警告、远程控制、长周期运行监测数据自动记录储存，内置流量卡，每2-10min在线记录数据。
43.曝气系统150用于对可渗透反应墙床体120进行曝气供氧，曝气系统150与反应室123连通。曝气系统150包括进气管151、减压阀152和单向曝气盘153，单向曝气盘153连接至进气管151的末端，单向曝气盘153设置于反应室123内，减压阀152设置于进气管151上。本技术中通过调节曝气，可以实现好氧与缺氧条件下的运行效果研究。
44.净水收集罐160用于收集可渗透反应墙床体120处理后的净化水，净水收集罐160采用有机玻璃材质制成，其体积约为400l。净水收集罐160设置有净水入口161、达标水排放阀162和未达标水排放阀163；净水入口161与净水出口1251连通。此外，本技术中，净水收集罐160的未达标水排放阀163出口端还与均质罐111的进口连通，可通入均质罐111内继续进行处理直至达标排放。
45.本技术提供的强化可渗透反应墙试验装置100的工作过程是：本实验装置在常温常压下操作，实验装置为非密闭。
46.试验开始前，在稳流室122内预置1-3mm的石英砂作为稳流介质层；在反应室123内预置好可渗透活性反应材料、载体材料、吸附材料，并根据渗透系数10-6
m/s-10-4
m/s进行填装形成反应介质层；在滤水室124内预置2-4mm的石英砂作为滤水介质层。
47.在均质罐111内根据比例(5mg/l-20mg/l)加入污染地下水，启动搅拌器112(120rpm-200rpm)搅拌1-3h，进行均质，并调节水温在30-35℃；打开压缩空气的减压阀152，通过单向曝气盘153为反应室123的微生物降解活动提供氧气，保持床体中的溶解氧在2-6mg/l，调整床体微生物代谢环境为好氧，用以强化地下水中的污染物处理效果；启动隔膜泵114将污染地下水注入布水室121，再经过稳流室122，污染地下水以10-7
m/s-10-6
m/s的渗流速度流经反应室123，污染物在反应室123停留时间为10d-30d，经过吸附、氧化还原与微生物代谢作用进行降解去除，净化后的污染水进入滤水室124，再排入水位室125，从而排出至净水收集罐160，净水收集罐160的水达标后可经达标水排放阀162排出至市政污水管道，不达标则经未达标水排放阀163回流至污染地下水混合的均质罐111。滤水室124填充相应的滤水介质，可用于防止活性材料和微生物的流失；水位室125通过结合计量泵与阀门控制，可实现不同水力坡度(0.005-0.01)下相应的渗流速度的试验条件调节。
48.装置运行过程中的试验数据可进行在线监测，将分组的在线传感器130置入监测井128，给控制柜141与数据处理平台142供电，控制柜141将传感器130的监测信号进行计算，数据处理平台142显示和储存历史数据，控制柜141还可将监测数据传输至移动终端。在线数据采集频率为2min/次，包括溶氧度、氧化还原电位、水位、ph和水温等数据，对昼夜数
据、月度数据、季度数据进行分析总结，结合污染物去除效果，研究可渗透反应墙运行的长效性，通过水位的长期变化，进而研究可渗透反应墙的堵塞性。
49.此外，本技术中还提供了一种强化可渗透反应墙试验系统，其包括如前述强化可渗透反应墙试验装置100，其中，可渗透反应墙床体120可设置为多组，多组可渗透反应墙床体120均与控制系统140和曝气系统150连通。多组可渗透反应墙床体120平行并联设置，以研究不同填充介质对统一污染物的降解效果。当可渗透反应墙床体120的实验组数增加时，可按照上述只有一组可渗透反应墙床体120的相同的方式进行操作。
50.综上所述，本技术提供的强化可渗透反应墙试验装置100通过在可渗透反应墙床体120的反应室123内设置曝气系统150，可调节污染水中的溶解氧浓度，解决不同微生物生存和代谢需要不同氧浓度的问题，有利于调节反应室123内的代谢环境，使微生物的降解活性达到最大，起到强化降解污染物的目的。同时，在可渗透反应墙床体120的布水室121、反应室123和水位室125内设置监测井128，并在监测井128内设置传感器130，利用控制系统140对传感器130的采集频率进行控制，并对采集的数据进行分析和存储，传感器130可以实现对监测区域内的溶解氧、温度、ph、氧化还原电位和水位等指标进行实时在线监测，同时还可以将检测的数据传输至控制系统140，实现远距离实时监控装置内的指标情况，通过对长期运行后的大数据分析，研究可渗透反应墙运行中可能产生的长效性和堵塞性问题。
51.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。