[发明专利]一种用于纳米材料原位含水层注入的实验系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于地下水污染修复技术领域，特别涉及一种用于纳米材料原位含水层注入的实验系统及方法。

背景技术

地下水是我国重要的饮用水源，近些年来，随着人口增长和社会经济的高速发展，我国地下水的污染问题日益突出，地下水受到污染后缺乏高效的水体修复技术是地下水安全性面临的主要问题之一。为加快落实生态文明建设，积极应对日益严峻的地下水污染问题，国家相继出台了《全国地下水污染防治规划(2011-2020年)》和《水污染防治行动计划》等一系列地下水污染防治的纲领性文件，明确提出要研发、集成应用和综合示范一批地下水污染修复关键技术、材料与成套装备，为地下水污染防治提供科技支撑。

目前，针对地下水污染修复的技术很多，涉及物理、化学和生物等修复方法，并发展了如抽出-处理、渗透反应墙、地下水曝气、化学氧化/还原等修复技术。纳米材料原位含水层注入是目前国际上新发展的修复技术，由于纳米材料的天然优势(比表面积大，表面能高、活性强)，它几乎可以实现绝大多数无机、有机及重金属污染物的去除，对于去除多种难降解的氯代烃、还原和固定重金属污染物具有非常好的效果，其去除污染物的反应时间更短、速率更快且更彻底，已经成为当前重污染地下水修复的主要技术之一。

但是，实际环境中，地下水具有复杂的化学组分和缓慢的流动过程，以及纳米材料自身运移的复杂性，都会对纳米材料在含水层中的有效运移和扩散造成影响。由于纳米材料在含水层介质中的运移和它对污染物的去除机理均比较复杂，尚有许多问题有待解决，这也是限制该技术在污染场地实际应用的原因之一。目前大多学者主要通过室内批实验和一维柱实验研究纳米材料对某些重金属、无机离子或有机卤化物等的去除效果，并取得了一定成果。但是相关研究设计的实验条件较为单一，且多为静态实验，缺乏较大尺度的二维或三维的纳米材料原位含水层注入实验研究。因此，设计合理的纳米材料原位含水层注入装置，并开展纳米材料在含水层中的运移以及其在含水层中对污染物的去除实验研究，可为纳米材料注入修复技术提供理论支撑。

由于缺乏相应的实验模拟装置和模拟方法，导致这类修复技术的实施还存在极大困难。现有技术公开的中国专利未见到相应的纳米材料原位含水层注入的实验平台及模拟试验方法。已有的地下水动态或修复模拟装置均无法完整地实现从纳米材料制备到含水层注入、再到原位监测的全过程，导致模拟装置缺乏整体性；其次，所需注入的纳米材料制备过程和地下水的动态模拟均需要对实验条件精细控制，野外实验的条件和数据采集往往难以实现。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种用于纳米材料原位含水层注入的实验系统及方法，可以针对实际不同地下水环境条件开展重复模拟实验研究，且时间短、效果好、经济性好、不会产生二次污染的风险，为实际污染场地开展原位注入修复提供科学依据。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种用于纳米材料原位含水层注入的实验系统，它包括纳米材料配制装置、注入装置、运移模拟装置和监测装置；

该纳米材料配制装置包括材料配制箱，该材料配制箱上部设有可掀起或扣合的第一密封盖，该第一密封盖布设有第一进气管、加液管、搅拌器、加热棒和加药口；该第一进气管分别通过带控制阀的气体管路连接氮气瓶和氧气瓶；该材料配制箱下部设有带控制阀的第一出水口；

该注入装置包括气动隔膜泵、空压机及注入井；该气动隔膜泵的进液口与该第一出水口相连，出液口通过带控制阀和流量计的管路与该注入井连接；该气动隔膜泵的进气口通过空气管与该空压机的输气口连接；该注入井为PPR材料的管体，该管体下端沿圆周对称开设有小孔，并用不锈钢纱网包裹；该注入井上端与该气动隔膜泵连接的管路上设有逆止阀；

该运移模拟装置包括供水机构、运移模拟机构和废液回收箱；该供水机构包括储水箱，该储水箱上部设有可掀起或扣合的第二密封盖，该第二密封盖布设有进水管、第二进气管、第一水质监测探头；该第二进气管分别通过带控制阀的气体管路连接氮气瓶和氧气瓶；该运移模拟机构包括长方体箱，填充有含水层介质；该长方体箱一侧上方设有进水口，该进水口与该储水箱底部的第二出水口通过带有控制阀和蠕动泵的管路连接；该长方体箱另一侧设有第三出水口，与该废液回收箱通过带控制阀的管路连接；该注入井插设于该长方体箱的顶面，并靠近该进水口，底端与该长方体箱底面接触；