渗透反应墙测试装置及渗透反应墙测试方法

技术领域

本发明涉及可渗透反应墙技术领域，尤其是涉及一种渗透反应墙测试装置及渗透反应墙测试方法。

背景技术

可渗透反应墙(permeable reactive barrier)技术作为一种地下水原位处理手段，在工程应用中，由于地下水中的污染物发生吸附、化学反应沉淀等作用在墙体表面及内部不断积累，进而导致墙体饱和，甚至因堵塞而失去活性。随污染物不断积累，PRB介质材料的孔隙结构发生变化，导致其渗透系数降低，从而影响PRB的使用寿命。测试PRB材料渗透系数时，由于难以模拟真实条件的地下水流，进而难以准确测定PRB运行过程中的渗透系数和运行效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种渗透反应墙测试装置及渗透反应墙测试方法，可以模拟地下水流条件实现对渗透反应墙性能的测定。

第一方面，本发明提供的渗透反应墙测试装置，包括：测试容器、污水供给组件和集水箱；

所述测试容器内设有分隔件，所述分隔件将所述测试容器的内腔分隔形成入水区、含水层介质区、渗透反应墙模拟区和出水区，所述入水区、所述含水层介质区、所述渗透反应墙模拟区和所述出水区依次流体连通；

所述污水供给组件与所述入水区流体连通，所述集水箱与所述出水区流体连通。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述渗透反应墙测试装置还包括：进水测压管和出水测压管；

所述进水测压管安装在所述渗透反应墙模拟区接近所述含水层介质区的一端，所述出水测压管安装在所述渗透反应墙模拟区接近所述出水区的一端。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述分隔件包括隔板，所述隔板上设有多个间隔设置的通孔。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述隔板上贴附有金属网，所述金属网上铺设有纱布。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述测试容器安装有多个出水阀，多个所述出水阀自下而上间隔设置，且多个所述出水阀分别与所述出水区连通。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述测试容器安装有出水阀，所述出水阀安装在所述出水区的顶部。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述污水供给组件包括：污水箱和水泵，所述污水箱与所述水泵流体连通，所述水泵与所述入水区流体连通。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述测试容器设有取样孔，所述取样孔位于所述渗透反应墙模拟区接近所述出水区的一端，且所述取样孔与所述渗透反应墙模拟区连通。

结合第一方面的第七种可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述污水供给组件：进水瓶、空气压缩机和调压阀，所述进水瓶的底部与所述入水区流体连通，所述空气压缩机的出气口与所述进水瓶的顶部流体连通，所述调压阀安装在所述空气压缩机和所述进水瓶之间。

第二方面，本发明提供的渗透反应墙测试方法采用渗透反应墙测试装置，且包括以下步骤：

将含水层介质放入所述含水层介质区，将渗透性反应介质放入所述渗透反应墙模拟区；

将污水通入所述入水区；

按照预设时间间隔，记录所述出水区的出水端的流量；

按照预设时间间隔，取样并检测所述渗透反应墙模拟区出水处的污染物浓度。

本发明实施例带来了以下有益效果：采用测试容器内设有分隔件，分隔件将测试容器的内腔分隔形成入水区、含水层介质区、渗透反应墙模拟区和出水区，入水区、含水层介质区、渗透反应墙模拟区和出水区依次流体连通，污水供给组件与入水区流体连通，集水箱与出水区流体连通，污水供给组件可将污水通入入水区，污水经水层介质区和渗透反应墙模拟区处理后进入出水区，可以模拟三维地下水流条件，能够准确测定渗透反应墙的渗透系数和运行效果。渗透反应墙测试装置能够体现由于PRB材料的堵塞而引起的地下水流量的变化，更真实反应PRB现场运行情景，因此更益于指导PRB工程应用。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或相关技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。

图1为本发明实施例提供的第一种渗透反应墙测试装置的示意图；

图2为本发明实施例提供的第二种渗透反应墙测试装置的示意图；

图3为本发明实施例提供的第三种渗透反应墙测试装置的示意图。

图标：100－测试容器；101－入水区；102－含水层介质区；103－渗透反应墙模拟区；104－出水区；110－分隔件；111－第一隔板；112－第二隔板；113－第三隔板；200－污水供给组件；210－污水箱；220－水泵；230－进水瓶；240－空气压缩机；250－调压阀；300－集水箱；400－进水测压管；500－出水测压管；600－出水阀；700－溢流管。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。公式中的物理量，如无单独标注，应理解为国际单位制基本单位的基本量，或者，由基本量通过乘、除、微分或积分等数学运算导出的导出量。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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发明中的具体含义。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供的渗透反应墙测试装置，包括：测试容器100、污水供给组件200和集水箱300；

测试容器100内设有分隔件110，分隔件110将测试容器100的内腔分隔形成入水区101、含水层介质区102、渗透反应墙模拟区103和出水区104，入水区101、含水层介质区102、渗透反应墙模拟区103和出水区104依次流体连通；

污水供给组件200与入水区101流体连通，集水箱300与出水区104流体连通。

具体地，污水供给组件200将污水通入入水区101，污水自入水区101依次经含水层介质区102和渗透反应墙模拟区103流入出水区104，自出水区104排出的水通入集水箱300中。含水层介质区102和渗透反应墙模拟区103皆可用于放置PRB介质材料。污水在测试容器100内流动可模拟三维地下水流，能够准确测定渗透反应墙的渗透系数和运行效果。

渗透反应墙测试时，先将污水通入入水区101，保持入水区101的定水头，并控制出水区104的出水速度，确保测试容器100内水流速度符合设定的地下水流速度。在水流速度符合模拟要求的条件下，将污水通入入水区101，按照一定时间间隔在渗透反应墙模拟区103接近出水区104的一端取样检测水中污染物浓度，并根据集水箱300中水的体积计算渗透系数。

在本发明实施例中，渗透反应墙测试装置还包括：进水测压管400和出水测压管500；

进水测压管400安装在渗透反应墙模拟区103接近含水层介质区102的一端，出水测压管500安装在渗透反应墙模拟区103接近出水区104的一端。

具体的，进水测压管400用于检测渗透反应墙模拟区103入水端的水头刻度h，出水测压管500用于检测渗透反应墙模拟区103出水端的水头刻度H。

进一步的，分隔件110包括隔板，隔板上设有多个间隔设置的通孔。其中，分隔件110包括：第一隔板111、第二隔板112和第三隔板113，第一隔板111、第二隔板112和第三隔板113分别安装在测试容器100内，第一隔板111与第二隔板112之间形成含水层介质区102，第二隔板112与第三隔板113之间形成渗透反应墙模拟区103，第一隔板111背离第二隔板112的一侧形成入水区101，第三隔板113背离第二隔板112的一侧形成出水区104。

具体的，隔板采用机玻璃材质，通孔的直径为10mm～20mm，污水可经通孔自入水区101依次流经含水层介质区102、渗透反应墙模拟区103和出水区104。

进一步的，隔板上贴附有金属网，金属网上铺设有纱布。

其中，纱布的孔径小于含水层介质及PRB介质材料的径向尺寸，从而确保分隔件110能够将含水层介质及PRB介质材料分隔存放在含水层介质区102和渗透反应墙模拟区103中。

在第一种渗透反应墙测试装置中，测试容器100安装有多个出水阀600，多个出水阀600自下而上间隔设置，且多个出水阀600分别与出水区104连通。

具体的，通过打开不同标高处的出水阀600，从而控制出水的出水阀600，选定符合设定的地下水流速和流量状态，并以此状态下开启的出水阀600作为出水口。

如图2和图3所示，在第二种和第三种渗透反应墙测试装置中，测试容器100安装有出水阀600，出水阀600安装在出水区104的顶部。当出水区104充满水时，出水区104内的水可经出水阀600排出，从而可以确保测试容器100内水位始终保持高水位状态，进而确保过水断面为常量，即过水断面一直布满水。

如图1所示，测试容器100安装有溢流管700，溢流管700与入水区101连通。

溢流管700安装在入水区101的侧壁，当入水区101内液面达到溢流管700的高度位置时，入水区101内的水可经溢流管700排出，从而保持入水区101的定水头。

在第一种渗透反应墙测试装置中，污水供给组件200包括：污水箱210和水泵220，污水箱210与水泵220流体连通，水泵220与入水区101流体连通。

具体的，水泵220启动时，水泵220可抽吸污水箱210中的污水沿管路流入入水区101中。

如图2所示，第二种渗透反应墙测试装置中，污水箱210采用可升降水槽，通过调节污水箱210的位置高度，进而改变污水箱210与入水区101的高度差，从而可以调节流进入水区101的水压。

如图3所示，在第三种渗透反应墙测试装置中，污水供给组件200包括：进水瓶230、空气压缩机240和调压阀250，进水瓶230的底部与入水区101流体连通，空气压缩机240的出气口与进水瓶230的顶部流体连通，调压阀250安装在空气压缩机240和进水瓶230之间。通过调压阀250可调节通向进水瓶230的气压，通过气压将进水瓶230中的水压向入水区101中，进而可以调节流进入水区101的水压。

如图1、图2和图3所示，测试容器100设有取样孔，取样孔位于渗透反应墙模拟区103接近出水区104的一端，且取样孔与渗透反应墙模拟区103连通。

具体的，通过取样孔可向渗透反应墙模拟区103中的水取样，为避免所取水样为边界效应造成的优势流，每个取样孔插入长度10cm的穿刺针头。

实施例二

如图1、图2和图3所示，本发明实施例提供的渗透反应墙测试方法采用渗透反应墙测试装置，且包括以下步骤：

将含水层介质放入含水层介质区102，将渗透性反应介质放入渗透反应墙模拟区103；

将污水通入入水区101；

按照预设时间间隔，记录出水区104的出水端的流量；

按照预设时间间隔，取样并检测渗透反应墙模拟区103出水处的污染物浓度。

在渗透反应墙测试方法中，打开测试容器100的顶盖，根据试验所需，将特定的含水层介质均匀放入含水层介质区102，将渗透性反应介质放入渗透反应墙模拟区103中，并将顶盖盖合于测试容器100。

采用图1所示的渗透反应墙测试装置时，采用水泵220抽吸污水箱210中的污水沿管路流入入水区101中。

采用图2所示的渗透反应墙测试装置时，污水箱210配置为升降水箱，通过调节升降水箱的位置高度，从而调节进入入水区101的水压。

采用图3所示的渗透反应墙测试装置时，通过空气压缩机240将压缩气体通入进水瓶230，通过气压将进水瓶230中的水压入入水区101，通过调节调压阀250实现对进水压力的调整。

如图1所示，通过打开不同标高的出水阀600，控制出水水头，并选定符合设定的地下水流速和流量的出水阀600开启状态。保持符合设定地下水流速和流量条件下的出水阀600开启状态，开启测试容器100的顶盖，清除含水层介质区102和渗透反应墙模拟区103中的含水层介质，将一定种类、配比的PRB介质材料放置入渗透反应墙模拟区103中，盖合上测试容器100的顶盖。打开选定的出水阀600，启动水泵220，将污水注入入水区101保持入水处的定水头，记录出水阀600处流量计的流量值，按照一定时间间隔在取样孔处取样检测水样中污染物浓度。试验监测结果参见下表：

在本发明实施例中，述渗透反应墙测试方法还包括：按照预设时间间隔，取样并检测渗透反应墙模拟区103出水处的污染物浓度。其中，在取样孔取样可用于检测渗透反应墙模拟区103出水处的污染物浓度，试验进行至取样孔处污染物浓度不再持续减小为止，上表中A为PRB断面面积，B为PRB厚度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。