可再生固物材料回填时污染物浸出的三维可视模拟分析装置的制作方法

1.本发明属于可再生固废材料毒性浸出分析装置领域，具体涉及可再生固废材料资源化利用过程环境污染物在地下水中浸出的三维可视模拟装置。


背景技术：

2.随着我国人口的增加，城区面积的扩大和人民生活水平的日益提高，生活垃圾的产量也在逐年增长。焚烧凭借有效降低生活垃圾的体积和质量等优势，得到政府的大力提倡，日益成为处理生活垃圾的主流技术。但焚烧并不是终端处理，仍会产生一定质量的焚烧残渣，在土地资源日益紧张的背景下，传统的填埋技术已不能满足残渣的处理需求。已有大量研究表明，处理后的焚烧残渣作为可再生固废材料具有稳定性好，密度低与粒径分布相对均匀等优点，其物理特性和天然骨料非常相近。目前，残渣经过处理后，作为可再生固废广泛用于道路回填等领域。但是，固废残渣中含有多种重金属以及大量溶盐，在地下水的毛细作用下，污染物发生迁移会污染周围的敏感受体，有必要对其在资源化利用中的静态动态的环境影响作出合理评估。
3.固废的资源化利用处于复杂多样的场景，往往需要模拟不同地下水位下，固废的污染物浸出情况，甚至是在地下水流动下的浸出情况。另一方面，针对可再生集料在地下水中浸出规律的研究相对较少，且现有装置广泛存在模拟场景单一，操作复杂的问题。为此，设计一套模拟可再生固废材料在地下水作用下重金属浸出的实验装置，用来评估其对地下水和土壤的污染情况变的尤为必要。国内虽有可再生材料污染物浸出的研究，但缺乏一种操作方便，自动化程度高，且可模拟多种场景的装置。


技术实现要素：

4.为了克服已有技术的不足，本发明提供了一种结构简单，效率高、自动化程度高、模拟效果好的可再生固物材料回填时污染物浸出的三维可视模拟分析装置。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
6.一种可再生固物材料回填时污染物浸出的三维可视模拟分析装置，所述三维可视模拟分析装置包括框架、蓄水池、蠕动泵、输水软管、供水控制装置、地下水渗透模拟装置和废液收集器，所述框架上方安装蓄水池，所述蓄水池的出口与输水软管的上端连接，安装于能上下移动的承载装置上的供水控制装置包括供水仓，所述供水仓均设有进水口、通气口和出水口；所述进水口与输水软管的下端连接，通气口配有橡胶塞可以阻隔供水仓与空气的连通；所述地下水渗透模拟装置为顶部可密封的箱体，所述箱体底部配备有通水管道，所述供水仓的出水口与所述通水管道接口连通，所述箱体顶部设有箱体通气孔，所述箱体侧壁布置多个不同高度的取样孔并配有水位观测井，并在侧壁的顶部设有箱体出水口，所述箱体出水口与废液收集器连通。
7.进一步，位于整个装置上方的蓄水池用隔水板隔离成四个小的蓄水池，以实现不同水质工况下的同时模拟，并在每个小的蓄水池上部均配有盖板，在盖板中间留有一小圆
孔，用于插入输水软管。
8.再进一步，所述三维可视模拟分析装置包括两套承载装置和四个供水仓，两套承载装置左右分布在框架两侧，一套承载装置上布置两个供水仓；所述箱体底部配有四个通水管道接口，一个供水仓与其中一个通水管道接口连通。
9.更进一步，所述承载装置包括支撑台、固定杆、支撑杆和圆孔，固定杆固定于不锈钢框架上，圆孔用于放置供水控制装置的出水口，上部支撑台与固定杆通过套环连接，支撑杆固定于上部支撑台，与下部支撑台通过螺纹连接，支撑杆底部配有微型电机，微型电机带动支撑杆旋转，可实现上部支撑台的上下移动，从而改变供水控制装置的高度。上述为实现上下移动的一种实现方式，另外也可以采用例如气缸或电磁驱动方式实现上下移动。
10.优选的，所述通水管道包括3条支管，支管上均匀分布有多个渗水小孔，实现均匀供水。
11.在取样孔的相应高度的箱体设置盐分传感器，实现对污染物迁移转化过程中的实时监控。
12.所述箱体内部用十字隔板分为四个方形空间，同时进行模拟实验。
13.所述框架的底部设有轮毂和制动装置。
14.本发明专利能够模拟可再生材料处于地下水两种不同状态下的污染物渗透浸出情况：(1)地下水流动状态：密闭供水控制装置的通气孔，打开地下水渗透模拟装置的通气孔和出水口，在蠕动泵的带动下，地下水依次穿过供水控制装置、模拟装置、废液收集装置，形成流动，在地下水渗透模拟装置内，可通过取样孔提取不同高度地下水进行检测，同时盐分传感器实时监测可再生固废中离子的迁移变化。在此情况下，可改变蠕动泵的流量和开闭状态，模拟不同流速下、不同接触时间下的浸出情况。(2)不同地下水水位：关闭地下水渗透模拟装置的通气孔和出水口，打开供水控制装置的通气孔，供水控制装置和密封的地下水渗透模拟装置构成u型管结构，改变供水控制装置的高度，由于压强差的存在，地下水渗透模拟装置里的地下水位随之而变。此情况下，水位观测井内可设压力传感器，压力传感器以及微型电机与控制系统连接，待需要改变地下水渗透模拟装置内的地下水水位时，控制系统通过控制电机调节供水控制装置的高度来实现。
15.本发明的有益效果主要表现在：结构简单，效率高、自动化程度高、模拟效果好，对可再生固废与地下水接触时的毒性浸出研究有非常大的帮助。本发明采用密闭蓄水池高效模拟了地下水的无氧环境；提供的承载装置以及地下水渗透模拟装置的通气孔控制整个装置的模拟状态，便于不同模拟状态的切换；并且蠕动泵可改变地下水流速，承载装置可改变地下水水位，可满足控制变量的模拟实验研究；装置可设置为四个独立的模拟装置，体现实验的高效性；模拟装置可以对不同高度水体取样并可观测盐分的迁移情况，实现连续监测效果。
附图说明
16.图1为本发明模拟实验装置的整体结构示意图。
17.图2为本发明地下水渗透模拟装置示意图。
18.图3为本发明地下水渗透模拟装置底部输水管布置的俯视图。
19.图4为本发明承载装置示意图。
20.图5为本发明供水控制装置示意图。
21.其中，1、蓄水池；2、隔水板；3、输水软管；4、蠕动泵；5、供水控制装置；6、地下水渗透模拟装置；7、废液收集器；8、承载装置；9、微型电机；10、控制系统；11、不锈钢框架；12、支撑板；13、轮毂；14、制动装置；51、进水口；52、通气孔；53、阀门；54、出水口；61、通水管道接口；62、箱体出水口；63、取样孔；64、密封盖板；65、箱体通气孔；66、水位观测井；67、盐分传感器；81、支撑杆；82、支撑台；83固定杆；84、套环；85、圆孔。
具体实施方式
22.下面结合附图对本发明作进一步描述。
23.参照图1，一种可再生固物材料回填时污染物浸出的三维可视模拟分析装置，可以进行水槽渗透试验，包括蓄水池1、蠕动泵4、输水软管3、供水控制装置5、不锈钢框架11、地下水渗透模拟装置6和废液收集器7，位于整个装置上方的蓄水池1用隔水板2隔离成四个小的蓄水池，以实现不同水质工况下的同时模拟，并在每个小的蓄水池上部均配有盖板，在盖板中间留有一小圆孔，用于插入输水软管3，可减少大气成分对浸出介质的污染；安装于能上下移动的承载装置8上的供水控制装置5包含两个供水仓，每个供水仓均设有进水口51、通气口52和出水口54；其中，进水口51由输水管道3连通小蓄水池，蠕动泵4提供动力，通气口52配有橡胶塞可以阻隔供水仓与空气的连通。承载装置8包含支撑台82、固定杆83、支撑杆81和圆孔85，固定杆83固定于不锈钢框架11上，圆孔85用于放置供水控制装置5的出水口54，上部支撑台与固定杆81通过套环84连接，支撑杆81固定于上部支撑台，与下部支撑台通过螺纹连接，支撑杆81底部配有微型电机9，微型电机9带动支撑杆81旋转，可实现上部支撑台的上下移动，从而改变供水控制装5置的高度。地下水渗透模拟装置6为顶部可密封的箱体，底部配备有四个通水管道，顶部设有箱体通气孔65，侧壁布置多个不同高度的取样孔63，配有水位观测井66，并在侧壁的顶部设有箱体出水口62；其中通水管道包括3条支管，支管上均匀分布有多个渗水小孔，实现均匀供水；取样孔63由橡胶塞密封，每个取样孔63配有专用鲁尔注射器用于取水样，在取样孔的相应高度设置盐分传感器67，实现对污染物迁移转化过程中的实时监控；通气口52和箱体出水口62配有橡胶塞，可实现二者的密封；在需要多组实验时，其内部可用十字隔板分为四个方形空间，同时进行模拟实验。
24.实施例1
25.可再生固废材料道路回填利用过程环境污染物在地下水中浸出的三维可视模拟装置，其可再生固废与地下水环境接触时，在地下水的浸沥冲刷下，固废材料中的环境污染物不断向外释放，主要实现可再生固废处于地下水冲刷渗透作用下的分析模拟，并可提取不同高度的水样，同时连续监测不同高度污染物的浓度变化，分析环境污染物在不同时间、空间的分布与转化，并可调节蠕动泵流量大小，探究地下水渗透速度对环境污染物的浸出影响。
26.在实验开始前，蓄水池1中注灌地下水模拟水；地下水渗透模拟装置6的底部铺设有粗砂，粗砂厚度为3
‑
5mm，粗砂上部铺设有待考察的可再生固体废弃物，密封其取样孔63，并在取样孔63的相同高度埋设盐分传感器67；供水控制装置5置于承载装置8上，并关闭供水控制装置的通气孔52；由输水软管3连接蓄水池1和进水口51、出水口54和通水管道61、出水口62和废液收集器7，输水软管3的内径与管道的外径一致，保证连接时的密封性。实验开
始时，蓄水池1中的模拟水在蠕动泵4的带动下，沿着输水软管3依次进入供水控制装置5，通水管道61，通过通水管道61上的微孔渗入地下水渗透模拟装置6，并在蠕动泵4的作用下慢慢渗透，直至水位达到出水口62，流入废液收集器7。在地下水渗透模拟装置6内，可通过取样孔63提取不同高度被污染地下水进行检测，同时盐分传感器67实时监测固体废弃物中离子的迁移变化。实验过程中，可改变蠕动泵4的流量和开闭状态，模拟分析地下水不同流速下、与固体废弃物不同接触时间下的环境污染物浸出情况。
27.实施例2
28.可再生固废材料资源化利用过程环境污染物在地下水中浸出的三维可视模拟装置，其供水控制装置和密封的地下水渗透模拟装置构成u型管结构，在大气压的作用下维持一定高度的地下水位，可实现在特定高度地下水位下，可再生固废中环境污染物静态扩散的模拟，并可提取不同高度的水样，同时连续监测不同高度污染物的浓度变化，分析环境污染物在不同时间、空间的分布与转化，并可通过微型电机自动可控调节地下水位高度，探究不同地下水位对固体废弃物中环境污染物的浸出影响。
29.在实验开始前，蓄水池1添加地下水模拟水；地下水渗透模拟装置6的底部铺设有粗砂，粗砂厚度为3
‑
5mm，粗砂上部铺设有待考察的可再生固体废弃物，密封其取样孔63、出水口62、通气孔65，并在取样孔63的相同高度埋设盐分传感器67；控制系统10分别与观察井66内的压力传感器和微型电机9连接；由输水软管3连接蓄水池1和进水口51、出水口54和通水管道61、出水口62和废液收集器7，输水软管3的内径与管道的外径一致，保证连接时的密封性。实验开始时，蓄水池1中的地下水在蠕动泵4的带动下，沿着输水软管3依次进入供水控制装置5，通水管道61，通过通水管道61上的微孔渗入地下水渗透模拟装置6，并在供水控制装置5的水头作用下慢慢渗透，直至渗透到该水头下能达到的最大水位，蠕动泵需保证供水控制装置内的模拟地下水充满供水仓。在地下水渗透模拟装置6内，可通过取样孔63提取不同高度地下水进行检测，同时盐分传感器67同时监测可再生集料中离子的迁移变化。需要改变地下水渗透模拟装置6内地下水位时，打开控制系统10，并输入所需的水位高度，控制微型电机9旋转改变供水控制装置5的水头，进而改变可再生集料模拟装置6内的地下水位。
30.由上述内容可知，本发明设计合理且操作简单，供水控制装置前安装蠕动泵，实现精确控制渗滤液流速；地下水渗透模拟装置设有通水管道可以实现对集料的均匀渗透；四个槽体单独设计，可同时模拟不同实验条件下的多组渗透实验，效率高、实用性强；在地下水渗透模拟装置的不同高度设有取样孔，实现对样品采样，操作简洁、误差小。
31.本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。

技术特征：
1.一种可再生固物材料回填时污染物浸出的三维可视模拟分析装置，其特征在于，所述三维可视模拟分析装置包括框架、蓄水池、蠕动泵、输水软管、供水控制装置、地下水渗透模拟装置和废液收集器，所述框架上方安装蓄水池，所述蓄水池的出口与输水软管的上端连接，安装于能上下移动的承载装置上的供水控制装置包括供水仓，所述供水仓均设有进水口、通气口和出水口；所述进水口与输水软管的下端连接，通气口配有橡胶塞可以阻隔供水仓与空气的连通；所述地下水渗透模拟装置为顶部可密封的箱体，所述箱体底部配备有通水管道，所述供水仓的出水口与所述通水管道接口连通；所述箱体顶部设有箱体通气孔，所述箱体侧壁布置多个不同高度的取样孔并配有水位观测井，并在侧壁的顶部设有箱体出水口，所述箱体出水口与废液收集器连通。2.如权利要求1所述的可再生固物材料回填时污染物浸出的三维可视模拟分析装置，其特征在于，位于整个装置上方的蓄水池用隔水板隔离成四个小的蓄水池，以实现不同水质工况下的同时模拟，并在每个小的蓄水池上部均配有盖板，在盖板中间留有一小圆孔，用于插入输水软管。3.如权利要求1或2所述的可再生固物材料回填时污染物浸出的三维可视模拟分析装置，其特征在于，所述三维可视模拟分析装置包括两套承载装置和四个供水仓，两套承载装置左右分布在框架两侧，一套承载装置上布置两个供水仓；所述箱体底部配有四个通水管道接口，一个供水仓与其中一个通水管道接口连通。4.如权利要求1或2所述的可再生固物材料回填时污染物浸出的三维可视模拟分析装置，其特征在于，所述承载装置包括支撑台、固定杆、支撑杆和圆孔，固定杆固定于不锈钢框架上，圆孔用于放置供水控制装置的出水口，上部支撑台与固定杆通过套环连接，支撑杆固定于上部支撑台，与下部支撑台通过螺纹连接，支撑杆底部配有微型电机，微型电机带动支撑杆旋转，可实现上部支撑台的上下移动，从而改变供水控制装置的高度。5.如权利要求1或2所述的可再生固物材料回填时污染物浸出的三维可视模拟分析装置，其特征在于，所述通水管道包括3条支管，支管上均匀分布有多个渗水小孔，实现均匀供水。6.如权利要求1或2所述的可再生固物材料回填时污染物浸出的三维可视模拟分析装置，其特征在于，在取样孔的相应高度的箱体设置盐分传感器，实现对污染物迁移转化过程中的实时监控。7.如权利要求1或2所述的可再生固物材料回填时污染物浸出的三维可视模拟分析装置，其特征在于，所述箱体内部用十字隔板分为四个方形空间，同时进行模拟实验。8.如权利要求1或2所述的可再生固物材料回填时污染物浸出的三维可视模拟分析装置，其特征在于，所述框架的底部设有轮毂和制动装置。
技术总结
一种可再生固物材料回填时污染物浸出的三维可视模拟分析装置，框架上方安装蓄水池，蓄水池的出口与输水软管的上端连接，安装于能上下移动的承载装置上的供水控制装置包括供水仓，供水仓均设有进水口、通气口和出水口；进水口与输水软管的下端连接，通气口配有橡胶塞可以阻隔供水仓与空气的连通；地下水渗透模拟装置为顶部可密封的箱体，箱体底部配备有通水管道，供水仓的出水口与通水管道接口连通，供水仓的通气口与通水管道的第二接口连通；箱体顶部设有箱体通气孔，箱体侧壁布置多个不同高度的取样孔并配有水位观测井，并在侧壁的顶部设有箱体出水口，箱体出水口与废液收集器连通。本发明结构简单，效率高、自动化程度高、模拟效果好。拟效果好。拟效果好。


技术研发人员：胡艳军 朱永豪
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：2021.03.22
技术公布日：2021/6/25