一种修复地下水低渗透区重金属铬污染的模拟装置的制作方法

本发明属于环保技术领域，涉及一种修复地下水低渗透区重金属铬污染的模拟装置。

背景技术：

地下水是我国水资源的重要组成部分，随着经济的高速发展，我国绝大多数城市的地下水均受到重金属污染，且地下水重金属污染不同于地表水，重金属污染物进入其中的含水层非常难治理。值得注意的是，地下水重金属污染已严重危及我国饮水安全，正成为一种严重的危及人民生命财产安全的地质灾害，地下水重金属污染治理破在眉睫。我国是世界铬盐生产大国，全国每年新排放铬渣约60万吨，累计产生铬渣量约为600万吨。由于历史原因，绝大多数铬渣简单堆存，铬渣中0.3~1.5% 的可溶性六价铬经降雨和地表水的冲刷进入土壤和地下水，使周围地下水总铬含量在0.24~880.16 mg/L之间、六价铬含量在0.07~806.89 mg/L 之间，这就导致了六价铬超标率达100%。我国环境保护相关部门制定的《全国地下水污染防治规划（2011-2020年）》也已明确把治理重金属铬污染地下水作为工作重点。

国内外已对地下水重金属污染进行调研，并对典型重金属去除方法的进行初步研究，取得了一定研究成果。如：抽出-地表处理技术、植物修复技术、异位修复技术、化学修复技术、可渗透反应墙等。然而，这些技术手段有相应的缺点和局限性，一般用于地下水层的高渗透区域重金属污染治理，对地下水低渗透区域并不适用。低渗透区域国内外尚无统一定义，一般是认为介于含水层介质与隔水层之间一种渗透性很差的介质。国外研究表明，地下水低渗透区域中粘土、岩石基质中沉积的重金属污染物会持续向高渗透区域进行逆扩散过程，也会造成地下水高渗透区域重金属污染，扩散时间长达几十年。然而针对低渗透区铬反扩散造成的低浓度污染，目前用于高渗透区（HPZ）铬治理的物理和化学技术效率低、成本高，且无法持久性解决反扩散造成的污染问题。因此，鉴于日益严格的地下水水质控制标准，低渗透区铬污染已成为不可忽略的威胁，其污染控制问题是我国乃至世界的严峻挑战，迫切需要一种创新的修复技术。

因此，鉴于以上存在的问题，开发出一种修复地下水低渗透区铬污染的模拟装置。

技术实现要素：

本发明的目的是针对目前鲜少关注的地下水低渗透区而提供的一种修复地下水低渗透区重金属铬污染的模拟装置，用以进行地下水低渗透区铬污染的相关实验，解决地下水低渗透区铬污染的反扩散问题，实验得到的结论可以为地下水低渗透区重金属铬的迁移和去除提供理论支撑。

本发明提出的一种修复地下水低渗透区重金属铬污染的模拟装置，其特征在于：包括原水池，水泵，模拟土柱和自动部分收集器，

其中：

所述原水池包括原液注入瓶和导管，所述模拟土柱为长方体结构，其内分为上下两部分，上部为高渗透区，下部为低渗透区，高渗透区和低渗透区的两端中间位置分别设置有进水口和出水口，模拟土柱的左右两端分别设置装有玻璃珠的水流缓冲区，所述水流缓冲区通过粘贴有滤膜的多孔过滤板和模拟土柱隔离，位于左右两端的水流缓冲区中间（垂直方向）设置有机玻璃挡板，以防止高渗透区和低渗透区进水的相互干扰，其顶端设置有出气口；

所述原水池分别与高渗透区和低渗透区的进水口通过水泵和软管连接，高渗透区和低渗透区的出水口分别通过软管与自动部分收集器相连。

本发明中，所述原液注入瓶设置有两个，分别为微生物营养液注入瓶和一定浓度铬溶液注入瓶；其中：微生物营养液注入瓶通过水泵与高渗透区的进水口相连，一定浓度铬溶液注入瓶通过水泵与低渗透区的进水口相连。

本发明中，所述原液注入瓶为蓝盖试剂瓶。

本发明中，所述水泵为六通道数显蠕动泵。

本发明中，所述多孔过滤板的滤膜孔径为5μm，高渗透区的进水流量为0.105L/min，低渗透区的进水流量为0.35mL/min。

本发明中，所述模拟土柱材质采用有机玻璃，长12cm,宽2cm，高9cm，所述高渗透区的填充材料为粒径500μm的石英砂，低渗透区的填充材料为粒径50μm的石英砂。

本发明中，所述自动部分收集器包括出水管、定时转盘和出液收集容器；所述定时转盘设置每隔20分钟转一次，出液收集容器为10mL离心管。

本发明采用以上技术方案，具有以下有益效果：

(1)本发明中的原水池可提供不同浓度不同溶液的瞬时切换，不同区域的进水流速变化均可分别通过蠕动泵调节。

(2)本发明中的模拟装置两端的过滤板和滤膜能够防止进水水流的冲击，保证进出水的均匀性，且可以防止填充介质堵塞管路。

(3)本发明中的模拟装置中通过填充两种不同粒径的介质代表地下水环境中两种不同的渗透区，将复杂地下环境形象化。

(4)本发明中可通过自动收集器定时自动收集样品，提高可自动化程度。

(5)本发明所述装置设计巧妙、占地面积小、易于操作、运转简单、自动化程度高、易维护、投资少、可同时用于修复地下水中的多种类型污染物，并可以通过对所得数据进行模拟，从而预测实际地下环境中污染的迁移趋势，是生物修复低渗透区地下水模型预测和机理研究方面的技术可靠的先进装置。

附图说明

图1是0.5 mol/L氯化钠的穿透曲线；

图2是5 mg/L铬溶液的穿透曲线；

图3是本发明设计的修复铬污染的模拟装置；

图4是本发明设计的模拟土柱结果图；

图中标号：1.溶液注入瓶（原水池）；2.水泵；3.模拟土柱；4.自动部分收集器；5.玻璃珠；6.粒径45μm石英砂；7.粒径100μm石英砂；8.多孔过滤板；9.滤膜；10.有机玻璃挡板。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。

实施例1：参见图3和图4，所述装置包括原水池１，水泵２，模拟土柱３和自动部分收集器４。其中：

所述原水池１包括原液注入瓶和导管，所述水泵２为六通道数显蠕动泵，所述模拟土柱３为长方体型装置，上下两部分由不同粒径的介质填充，在高低渗透区的两端中间位置分别设置进水口和出水口，长方体状容器的左右两端分别设置一定体积的装有玻璃珠５的水流缓冲区，并用粘贴滤膜的多孔过滤板８和模拟土柱３隔离，左右两端的水流缓冲区中间（垂直方向）设置有机玻璃挡板10，以防止高渗透区和低渗透区进水的相互干扰，顶端设置有出气口；所述自动部分收集器4包括出水管、定时转盘和出液收集容器。

所述原水池1与模拟土柱3入水口通过多通道蠕动泵和软管连接，模拟土柱3的出水口通过软管与自动部分收集器４相连。

所述原液注入瓶设置有两个，分别为微生物营养液注入瓶、一定浓度铬溶液注入瓶；其中微生物营养液注入瓶通过水泵与装置左上方的高渗透区进水口相连，一定浓度铬溶液注入瓶通过水泵与左下方的低渗透区进水口相连。原液注入瓶为蓝盖试剂瓶。

具体实施步骤如下：模拟土柱3的高、低渗透区入水口分别通过水泵2与原水池1的两个蓝盖试剂瓶相连，第一步，两个试剂瓶中分别装满0.5 mol/L的NaCl盐溶液，模拟土柱为有机玻璃柱，长12cm,宽2cm，高9cm，所述填充介质高渗透区为粒径约500μm的石英砂6，低渗透区为粒径约50μm的石英砂7，采用湿法装柱，将石英砂分层装实。将装置连好后，开启蠕动泵2，进行NaCl盐溶液的进样实验，设置高低渗透区的进水流量分别为0.105和0.35 mL/min。模拟土柱为饱和体系，高低渗透区的孔隙率分别为0.375和0.300。出水口处与自动收集器4相连，同时设定采样程序，实现不同时间实时采集样品，设置采样时间间隔为20分钟采集一个样品。收集到样品的浓度变化如图1所示。通过图1可知，流出液浓度与进样初始浓度达到平衡的时间约为充满一个孔隙体积的时间，此结果表明，氯离子在高低渗透区的介质中没有吸附，因此可以作为示踪剂使用。

实施例2：原水池中的溶液换为5 mg/L的六价铬溶液，实验步骤同实施例1，所得实验结果如图2所示。图2结果指出，虽然六价铬在该装置中需要约充满两个孔隙体积的时间才可以达到穿透平衡，但当六价铬达到穿透平衡时，出水中六价铬的浓度和原进样六价铬浓度的比值并没有降低，此结果表明，六价铬在高低渗透区的两种介质中同样没有吸附，因此在后续加入微生物的实验中，六价铬的浓度降低是微生物对六价铬的去除作用。