本发明实施例提供了一种用于地下水污染修复的实验室模拟装置及其使用方法，装置包括：模拟含水层单元，通过第一蠕动泵由蓄水桶向模拟含水层输水；抽布水单元，抽水井和抽水管连通模拟含水层和外部，筛管位于模拟含水层水位以下，抽水管取水口位于筛管下部；第二蠕动泵连通抽水管和导水管，导水管另一端连接T型布水管；修复单元，渗流区底部与模拟含水层相通；水流在渗流区和反应区的填料层呈S型流动；覆土层内布设多根可闭合导气管；空气吹脱单元，曝气风机与送气管一端相连，送气管另一端伸入至抽水井的水层水位以下；多个抽气井连通模拟含水层和外部，抽气井与抽气机相连；监测单元，包括多个采样管，分别位于模拟含水层、反应区和渗流区。
1.一种用于地下水污染修复的实验室模拟装置，其特征在于，其包括：
模拟含水层单元，所述模拟含水层单元包括蓄水桶、第一蠕动泵和模拟含水层，通过所述第一蠕动泵由所述蓄水桶向所述模拟含水层输水；
抽布水单元，所述抽布水单元包括抽水井、抽水管、第二蠕动泵、导水管和T型布水管；
所述抽水井以及位于其内的抽水管连通所述模拟含水层和外部，所述抽水井底部的筛管位于所述模拟含水层水位以下，所述抽水管的取水口位于所述筛管下部；所述第二蠕动泵一端连通所述抽水管的顶端，另一端连通导水管，所述导水管的另一端端部垂直连接T型布水管，所述T型布水管上分布多个微孔；
修复单元，所述修复单元包括通过防水透气膜分隔开的底部的渗流区、顶部的覆土层以及二者之间的反应区；所述渗流区位于所述抽水井外围且其底部与所述模拟含水层相通；水流在所述渗流区填料层呈S型流动；水流在所述反应区填充层的呈S型流动；所述覆土层内垂直布设多根可闭合导气管，所述可闭合导气管连通所述反应区和外部；
空气吹脱单元，所述空气吹脱单元包括曝气风机、压力调节装置、送气管、抽气机和抽气井，所述曝气风机通过所述压力调节装置与所述送气管的一端相连，所述送气管的另一端伸入至所述抽水井的水层水位以下；多个位于所述抽水井下游的所述抽气井贯通所述反应区和覆土层且连通所述模拟含水层和外部，所述抽气井与抽气机相连。
2.如权利要求1所述的用于地下水污染修复的实验室模拟装置，其特征在于，还包括：监测单元，所述监测单元包括多个采样管，分别位于所述模拟含水层、反应区和渗流区。
3.如权利要求2所述的用于地下水污染修复的实验室模拟装置，其特征在于，所述模拟含水层内设有所述采样管，所述采样管位于所述抽气井内。
4.如权利要求2所述的用于地下水污染修复的实验室模拟装置，其特征在于，所述反应区底板上垂直插设多根所述采样管，所述采样管布设在所述T型布水管下游，且沿着所述反应区水流S型流动线路布设。
5.如权利要求2所述的用于地下水污染修复的实验室模拟装置，其特征在于，所述渗流区内设有多根平行于所述抽水井的所述采样管，至少一根所述采样管的进水口位于所述渗流区和所述模拟含水层的交界处。
6.如权利要求1所述的用于地下水污染修复的实验室模拟装置，其特征在于，所述模拟含水层单元还包括可调式溢流堰，所述可调式溢流堰位于所述模拟含水层顶部，所述可调式溢流堰用于所述模拟含水层的水位保持在指定高度。
7.如权利要求1所述的用于地下水污染修复的实验室模拟装置，其特征在于，所述抽布水单元还包括过滤网，所述过滤网位于所述抽水井筛管处和所述抽水管取水口处。
8.如权利要求1所述的用于地下水污染修复的实验室模拟装置，其特征在于，所述导水管位于所述修复单元内，所述导水管内水流流向平行于所述模拟含水层水流流向。
9.如权利要求1所述的用于地下水污染修复的实验室模拟装置，其特征在于，所述渗流区的填料层内布设多个垂直于所述抽水井的隔板且形成弓形过水通道，水流在垂直方向呈S型流动。
10.如权利要求1所述的用于地下水污染修复的实验室模拟装置，其特征在于，所述反应区内填充用于吸附降解的介质填料，至少两个隔板垂直于所述导水管且在所述反应区内交错分布，水流通过所述隔板上呈S型流动。
11.如权利要求1所述的用于地下水污染修复的实验室模拟装置，其特征在于，所述覆土层包括土壤和活性炭混合而成，所述覆土层的厚度为100～200mm。
12.如权利要求1所述的用于地下水污染修复的实验室模拟装置，其特征在于，所述抽水井的顶部与气体回收处理装置相连。
13.如权利要求1所述的用于地下水污染修复的实验室模拟装置，其特征在于，所述抽气井位于所述抽水井的下游，且所述抽气井沿着水流方向呈阵列排布。
14.一种用于地下水污染修复的实验室模拟装置的使用方法，如权利要求1-13中的任一权利要求所述的用于地下水污染修复的实验室模拟装置从未运行状态转换至多级强化地下水修复技术和土壤气相抽提技术修复系统组合运行状态，包括下述使用步骤：(1)启动所述第一蠕动泵并保持运行状态，再依次启动所述曝气风机、抽气机、第二蠕动泵并保持运行状态；
(2)通过所述第一蠕动泵由所述蓄水桶向所述模拟含水层输送污水，保持所述模拟含水层的水流流速稳定；
(3)所述曝气风机吸入空气，经所述压力调节装置后，由所述送气管输送至所述模拟含水层，空气与污水充分碰撞接触，污水中的挥发性污染物穿过气液界面且向气相转移；
(4)所述模拟含水层内部分含有挥发性污染物的空气由所述抽气机通过抽气井抽离至地表，由气体回收处理装置处理；部分含有挥发性污染物的空气通过所述防水透气膜进入所述反应区，并由所述反应区和覆土层的填料层吸附处理；
(5)所述第二蠕动泵将所述模拟含水层的污水通过所述抽水井的筛管抽入到所述抽水管，后输送至所述导水管，流至所述T型布水管后均匀分布于所述反应区；
(6)所述反应区内污水中的污染物由所述反应区和覆土层的填料层吸附处理，处理后的净水流渗流回至所述渗流区，并流回至所述模拟含水层，形成水循环。
15.如权利要求14所述的用于地下水污染修复的实验室模拟装置的使用方法，所述实验室模拟装置从多级强化地下水修复技术单独运行状态转换至多级强化地下水修复技术和土壤气相抽提技术修复系统组合运行状态，包括下述使用步骤：采用以下步骤替换第(1)步：启动所述第一蠕动泵、第二蠕动泵并保持运行状态，再依次启动所述曝气风机、抽气机并保持运行状态。
16.如权利要求14所述的用于地下水污染修复的实验室模拟装置的使用方法，所述实验室模拟装置从土壤气相抽提技术单独运行状态转换至多级强化地下水修复技术和土壤气相抽提技术修复系统组合运行状态，包括下述使用步骤：采用以下步骤替换第(1)步：启动所述第一蠕动泵、曝气风机、抽气机并保持运行状态，再启动所述第二蠕动泵并保持运行状态。
17.一种用于地下水污染修复的实验室模拟装置的使用方法，如权利要求1-13中的任一权利要求所述的用于地下水污染修复的实验室模拟装置从未运行状态转换至多级强化地下水修复技术单独运行状态，包括下述使用步骤：(1)关闭所述曝气风机、抽气机，启动所述第一蠕动泵、第二蠕动泵并保持运行状态；
(2)通过所述第一蠕动泵由所述蓄水桶向所述模拟含水层输送污水，保持所述模拟含水层的水流流速稳定；
(3)所述第二蠕动泵将所述模拟含水层的污水通过所述抽水井的筛管抽入到所述抽水管，后输送至所述导水管，流至所述T型布水管后均匀分布于所述反应区；
(4)所述反应区内污水中的污染物由所述反应区和覆土层的填料层吸附处理，处理后的净水流渗流回至所述渗流区，并流回至所述模拟含水层，形成水循环。
18.如权利要求17所述的用于地下水污染修复的实验室模拟装置的使用方法，所述实验室模拟装置从土壤气相抽提技术单独运行状态转换至多级强化地下水修复技术单独运行状态，包括下述使用步骤：采用以下步骤替换第(1)步：启动所述第一蠕动泵并保持运行状态，依次关闭所述曝气风机、抽气机，待所述模拟含水层水位稳定后，再启动所述第二蠕动泵并保持运行状态。
19.如权利要求17所述的用于地下水污染修复的实验室模拟装置的使用方法，所述实验室模拟装置从多级强化地下水修复技术和土壤气相抽提技术修复系统组合运行状态转换至多级强化地下水修复技术单独运行状态，包括下述使用步骤：采用以下步骤替换第(1)步：启动所述第一蠕动泵、第二蠕动泵并保持运行状态，依次关闭所述曝气风机、抽气机。
20.一种用于地下水污染修复的实验室模拟装置的使用方法，如权利要求1-13中的任一权利要求所述的用于地下水污染修复的实验室模拟装置从未运行状态转换至土壤气相抽提技术单独运行状态，包括下述使用步骤：(1)关闭所述第二蠕动泵，启动所述第一蠕动泵并保持运行状态，再依次启动所述曝气风机、抽气机并保持运行状态；
(2)通过所述第一蠕动泵由所述蓄水桶向所述模拟含水层输送污水，保持所述模拟含水层的水流流速稳定；
(3)所述曝气风机吸入空气，经所述压力调节装置后，由所述送气管输送至所述模拟含水层，空气与污水充分碰撞接触，污水中的挥发性污染物穿过气液界面且向气相转移；
(4)所述模拟含水层内部分含有挥发性污染物的空气由所述抽气机通过抽气井抽离至地表，由气体回收处理装置处理；部分含有挥发性污染物的空气通过所述防水透气膜进入所述反应区，并由所述反应区和覆土层的填料层吸附处理。
21.如权利要求20所述的用于地下水污染修复的实验室模拟装置的使用方法，所述实验室模拟装置从多级强化地下水修复技术单独运行状态转换至土壤气相抽提技术单独运行状态，包括下述使用步骤：采用以下步骤替换第(1)步：启动所述第一蠕动泵并保持运行状态，关闭所述第二蠕动泵，待所述模拟含水层水位稳定后，再依次启动所述曝气风机、抽气机并保持运行状态。
22.如权利要求20所述的用于地下水污染修复的实验室模拟装置的使用方法，所述实验室模拟装置从多级强化地下水修复技术和土壤气相抽提技术修复系统组合运行状态转换至土壤气相抽提技术单独运行状态，包括下述使用步骤：采用以下步骤替换第(1)步：启动所述第一蠕动泵、曝气风机、抽气机并保持运行状态，关闭所述第二蠕动泵。
一种用于地下水污染修复的实验室模拟装置及其使用方法
技术领域
[0001] 本发明涉及环保中地下水污染修复技术领域，尤其涉及一种用于地下水污染修复的实验室模拟装置及其使用方法。
背景技术
[0002] 地下水是人类赖以生存的宝贵资源，自进入工业化社会以来，作为重要的城乡供水水源的地下水，由于人类活动的影响，大量污染物进入地下水环境，使得地下水不可避免的受到了污染，并且逐年加剧。有鉴于地下水污染的严重性，人们投入大量人力物力对污染地下水修复技术进行研究。通过构建模拟地下水环境的实验装置进一步研究污染物迁移过程和解决修复技术效用等前言问题，是研究此类科学问题的重要手段之一。
[0003] 目前地下水污染修复技术主要有渗透性反应墙、多级强化地下水修复技术、土壤气相抽提技术和抽出处理技术等，但往往一种技术的实际应用是建立在实验室研究等一系列科学研究基础之上。因此，科研工作者研究此类科学问题的重要手段是通过构建地下水实验模拟装置，研究地下水污染修复效果与修复机理，并进一步开发和优化各项技术。因此搭建设计科学的、易操作的、经济效用高的地下水污染过程模拟与修复装置成为从事地下水修复研究的实验室关注的热点问题。
[0004] 现阶段实验室模拟实验多采用柱实验和槽实验来模拟受污染地下水在含水层的运动，并分析污染物的去除效能。但由于柱实验的先天缺陷是只能模拟污染物的一维分布情况，无法模拟污染物的三维分布特征，使得柱实验模拟的地下水修复环境与实际环境存在很大差距，很难深入的揭示污染物修复机理。相较于柱实验，槽实验作为地下水污染修复技术的实验室模拟重要装置，就能很好的模拟地下水三维特征，并分析修复过程中的污染物降解的三维变化趋势。同样的，现有槽实验往往只能单独模拟一种修复技术，当模拟另一种修复技术时，需要重新布设各项修复部件，甚至要重新设计装填介质材料等，无形中增加科研工作者的工作量和工作成本，降低工作效率。因此研制一种既能用于地下水修复技术机理研究，又能提高科研工作效率、增加模拟装置多功能性的实验室装置，成为地下水污染模拟研究的重点关注对象。
发明内容
[0005] 针对现有技术方案存在的问题，本申请实施例提供一种用于地下水污染修复的实验室模拟装置及其使用方法，可将多级强化地下水修复技术和土壤气相抽提技术地下水污染修复技术组合运行的实验室模拟装置，缩小受污染地下水修复实验室模拟环境与实际环境之间的差距，真实反映地下水污染修复状况，为多级强化地下水修复技术和土壤气相抽提技术地下水污染修复技术的工程应用提供客观的理论依据。
[0006] 本申请实施例提供一种用于地下水污染修复的实验室模拟装置，其包括：模拟含水层单元，所述模拟含水层单元包括蓄水桶、第一蠕动泵和模拟含水层，通过所述第一蠕动泵由所述蓄水桶向所述模拟含水层输水；抽布水单元，所述抽布水单元包括抽水井、抽水管、第二蠕动泵、导水管和T型布水管；所述抽水井以及位于其内的抽水管连通所述模拟含水层和外部，所述抽水井底部的筛管位于所述模拟含水层水位以下，所述抽水管的取水口位于所述筛管下部；所述第二蠕动泵一端连通所述抽水管的顶端，另一端连通导水管，所述导水管的另一端端部垂直连接T型布水管，所述T型布水管上分布多个微孔；修复单元，所述修复单元包括通过防水透气膜分隔开的底部的渗流区、顶部的覆土层以及二者之间的反应区；所述渗流区位于所述抽水井外围且其底部与所述模拟含水层相通；水流在所述渗流区填料层呈S型流动；水流在所述反应区填充层的呈S型流动；所述覆土层内垂直布设多根可闭合导气管，所述可闭合导气管连通所述反应区和外部；空气吹脱单元，所述空气吹脱单元包括曝气风机、压力调节装置、送气管、抽气机和抽气井，所述曝气风机通过所述压力调节装置与所述送气管的一端相连，所述送气管的另一端伸入至所述抽水井的水层水位以下；多个位于所述抽水井下游的所述抽气井贯通所述反应区和覆土层且连通所述模拟含水层和外部，所述抽气井与抽气机相连。
[0007] 优选地，用于地下水污染修复的实验室模拟装置还包括：监测单元，所述监测单元包括多个采样管，分别位于所述模拟含水层、反应区和渗流区。
[0008] 优选地，所述模拟含水层内设有所述采样管，所述采样管位于所述抽气井内。
[0009] 优选地，所述反应区底板上垂直插设多根所述采样管，所述采样管布设在所述T型布水管下游，且沿着所述反应区水流S型流动线路布设。
[0010] 优选地，所述渗流区内设有多根平行于所述抽水井的所述采样管，至少一根所述采样管的进水口位于所述渗流区和所述模拟含水层的交界处。
[0011] 优选地，所述模拟含水层单元还包括可调式溢流堰，所述可调式溢流堰位于所述模拟含水层顶部，所述可调式溢流堰用于所述模拟含水层的水位保持在指定高度。
[0012] 优选地，所述抽布水单元还包括过滤网，所述过滤网位于所述抽水井筛管处和所述抽水管取水口处。
[0013] 优选地，所述导水管位于所述修复单元内，所述导水管内水流流向平行于所述模拟含水层水流流向。
[0014] 优选地，所述渗流区的填料层内布设多个垂直于所述抽水井的隔板且形成弓形过水通道，水流在垂直方向呈S型流动。
[0015] 优选地，所述反应区内填充用于吸附降解的介质填料，至少两个隔板垂直于所述导水管且在所述反应区内交错分布，水流通过所述隔板呈S型流动。
[0016] 优选地，所述覆土层包括土壤和活性炭混合而成，所述覆土层的厚度为100～200mm。
[0017] 优选地，所述抽水井的顶部与气体回收处理装置相连。
[0018] 优选地，所述抽气井位于所述抽水井的下游，且所述抽气井沿着水流方向呈阵列排布。
[0019] 相应的，本发明提供一种用于地下水污染修复的实验室模拟装置的使用方法，当上述任一所述的用于地下水污染修复的实验室模拟装置从未运行状态转换至多级强化地下水修复技术和土壤气相抽提技术修复系统组合运行状态时，包括下述使用步骤：(1)启动所述第一蠕动泵并保持运行状态，再依次启动所述曝气风机、抽气机、第二蠕动泵并保持运行状态；(2)通过所述第一蠕动泵由所述蓄水桶向所述模拟含水层输送污水，保持所述模拟含水层的水流流速稳定；(3)所述曝气风机吸入空气，经所述压力调节装置后，由所述送气管输送至所述模拟含水层，空气与污水充分碰撞接触，污水中的挥发性污染物穿过气液界面且向气相转移；(4)所述模拟含水层内部分含有挥发性污染物的空气由所述抽气机通过抽气井抽离至地表，由气体回收处理装置处理；部分含有挥发性污染物的空气通过所述防水透气膜进入所述反应区，并由所述反应区和覆土层的填料层吸附处理；(5)所述第二蠕动泵将所述模拟含水层的污水通过所述抽水井的筛管抽入到所述抽水管，后输送至所述导水管，流至所述T型布水管后均匀分布于所述反应区；(6)所述反应区内污水中的污染物由所述反应区和覆土层的填料层吸附处理，处理后的净水流渗流回至所述渗流区，并流回至所述模拟含水层，形成水循环。
[0020] 优选地，当装置从未运行状态转换至多级强化地下水修复技术单独运行状态时，包括下述使用步骤：(1)关闭所述曝气风机、抽气机，启动所述第一蠕动泵、第二蠕动泵并保持运行状态；(2)通过所述第一蠕动泵由所述蓄水桶向所述模拟含水层输送污水，保持所述模拟含水层的水流流速稳定；(3)所述第二蠕动泵将所述模拟含水层的污水通过所述抽水井的筛管抽入到所述抽水管，后输送至所述导水管，流至所述T型布水管后均匀分布于所述反应区；(4)所述反应区内污水中的污染物由所述反应区和覆土层的填料层吸附处理，处理后的净水流渗流回至所述渗流区，并流回至所述模拟含水层，形成水循环。
[0021] 优选地，当装置从未运行状态转换至土壤气相抽提技术单独运行状态时，包括下述使用步骤：(1)关闭所述第二蠕动泵，启动所述第一蠕动泵并保持运行状态，再依次启动所述曝气风机、抽气机并保持运行状态；(2)通过所述第一蠕动泵由所述蓄水桶向所述模拟含水层输送污水，保持所述模拟含水层的水流流速稳定；(3)所述曝气风机吸入空气，经所述压力调节装置后，由所述送气管输送至所述模拟含水层，空气与污水充分碰撞接触，污水中的挥发性污染物穿过气液界面且向气相转移；(4)所述模拟含水层内部分含有挥发性污染物的空气由所述抽气机通过抽气井抽离至地表，由气体回收处理装置处理；部分含有挥发性污染物的空气通过所述防水透气膜进入所述反应区，并由所述反应区和覆土层的填料层吸附处理。
[0022] 优选地，当装置从多级强化地下水修复技术单独运行状态转换至多级强化地下水修复技术和土壤气相抽提技术修复系统组合运行状态时，包括下述使用步骤：采用以下步骤替换第(1)步：启动所述第一蠕动泵、第二蠕动泵并保持运行状态，再依次启动所述曝气风机、抽气机并保持运行状态。
[0023] 优选地，当装置从土壤气相抽提技术单独运行状态转换至多级强化地下水修复技术和土壤气相抽提技术修复系统组合运行状态时，包括下述使用步骤：采用以下步骤替换第(1)步：启动所述第一蠕动泵、曝气风机、抽气机并保持运行状态，再启动所述第二蠕动泵并保持运行状态。
[0024] 优选地，当装置从土壤气相抽提技术单独运行状态转换至多级强化地下水修复技术单独运行状态时，包括下述使用步骤：采用以下步骤替换第(1)步：启动所述第一蠕动泵并保持运行状态，依次关闭所述曝气风机、抽气机，待所述模拟含水层水位稳定后，再启动所述第二蠕动泵并保持运行状态。
[0025] 优选地，从多级强化地下水修复技术和土壤气相抽提技术修复系统组合运行状态转换至多级强化地下水修复技术单独运行状态时，包括下述使用步骤：采用以下步骤替换第(1)步：启动所述第一蠕动泵、第二蠕动泵并保持运行状态，依次关闭所述曝气风机、抽气机。
[0026] 优选地，当装置从多级强化地下水修复技术单独运行状态转换至土壤气相抽提技术单独运行状态时，包括下述使用步骤：采用以下步骤替换第(1)步：启动所述第一蠕动泵并保持运行状态，关闭所述第二蠕动泵，待所述模拟含水层水位稳定后，再依次启动所述曝气风机、抽气机并保持运行状态。
[0027] 另外，优选地，当装置从多级强化地下水修复技术和土壤气相抽提技术修复系统组合运行状态转换至土壤气相抽提技术单独运行状态时，包括下述使用步骤：采用以下步骤替换第(1)步：启动所述第一蠕动泵、曝气风机、抽气机并保持运行状态，关闭所述第二蠕动泵。
[0028] 根据本申请实施例提供的一种用于地下水污染修复的实验室模拟装置及其使用方法，该装置可用于多级强化地下水修复技术修复地下水的实验室模拟实验，也可用于土壤气相抽提技术修复地下水的实验室模拟实验，二者间可简便、灵活切换，且不需要重新装填，因此，基本不影响模拟实验的进程及效果。另外，可有机的将二者结合应用实验室模拟实验，扩展了装置的适用范围，提高了单一装置的功能性；该装置抽气井为两用井，在多级强化地下水修复技术系统中作为模拟含水层采样管的筛管使用，在土壤气相抽提技术系统中用于挥发性污染物的抽出。同时其贯穿整个修复单元，将采样路径和抽气路径缩至最短的同时，对模拟含水层环境干扰亦减至最小；该装置反应区高强度防水透气膜与其他区域隔开，防止反应区污染地下水渗漏模拟含水层，但允许模拟含水层的挥发性污染物的通过；该装置模拟含水层进出水均采用多孔筛板的可调式溢流堰，均匀布水、汇水的同时精确调控模拟含水层水位高度。
附图说明
[0029] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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。
[0030] 此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0031] 图1为本发明的一个实施例用于地下水污染修复的实验室模拟装置的结构示意图；
[0032] 图2为本发明的一个实施例用于地下水污染修复的实验室模拟装置的A-A剖面示意图。
[0033] 附图标记：
[0034] 1：第一蠕动泵；2：第二蠕动泵；3：模拟含水层溢流口；
[0035] 4：模拟含水层进水口；5：模拟含水层出水口；6：渗流区隔板；
[0036] 7：渗流区；8：反应区；9：覆土层；10：抽水井；11：抽水管；
[0037] 12：送气管；13：导水管；14：反应区采样管；15：可闭合导气管；
[0038] 16：模拟含水层采样管；17：抽气井；18：反应区隔板；
[0039] 19：T型布水管；20：模拟含水层；21：曝气风机；22：压力调节装置；
[0040] 23：抽气机。
具体实施方式
[0041] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
[0042] 本申请实施例的主要思想在于，根据本申请实施例的技术方案，通过装置中各个部件的配合和切换，可以用于多级强化地下水修复技术单独使用修复地下水的实验室模拟实验，也可用于土壤气相抽提技术单独使用修复地下水的实验室模拟实验，还可以用于多级强化地下水修复技术和土壤气相抽提技术组合使用修复地下水的实验室模拟实验；装置的未使用状态、两种技术单独使用状态、两种技术联合使用之间可以灵活切换，扩展装置的适用范围，提高单一装置的功能性以及处理效果。
[0043] 为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。
[0044] 图1为本发明的一个实施例用于地下水污染修复的实验室模拟装置的结构示意图。图2为本发明的一个实施例用于地下水污染修复的实验室模拟装置的A-A剖面示意图。如图1和图2所示：
[0045] 用于地下水污染修复的实验室模拟装置包括：模拟含水层单元、抽布水单元、修复单元、空气吹脱单元和监测单元。
[0046] 模拟含水层单元包括蓄水桶、第一蠕动泵1和模拟含水层20，蓄水桶内盛装的是模拟受到污染的地下水，蓄水桶通过硅胶管与模拟含水层进水口4相连接；第一蠕动泵1可实现蓄水桶向模拟含水层20的定量输水。
[0047] 优选地，模拟含水层单元还包括可调式溢流堰，可调式溢流堰位于模拟含水层20的顶部，可调式溢流堰用于模拟含水层20的水位保持在指定高度。
[0048] 优选地，模拟含水层20上设有模拟含水层溢流口3、模拟含水层进水口4和模拟含水层出水口5，模拟含水层20选用2～6mm砂粒模拟含水层。
[0049] 抽布水单元包括抽水井10、抽水管11、第二蠕动泵2、导水管13和T型布水管19；抽水管11和送气管12位于抽水井10内，抽水井10和抽水管11连通模拟含水层20和外部，优选地，抽水井10的管径为40～60mm，管长为600～700mm。抽水井10底部的筛管位于模拟含水层20水位以下，抽水管11的取水口位于筛管中间靠下部；优选地，筛管的管长为150～200mm，筛管位于模拟含水层20水位以下50～100mm。
[0050] 第二蠕动泵2位于修复单元的上方，第二蠕动泵2用于地下水的定量抽取，第二蠕动泵2一端连通抽水管11的顶端，另一端连通导水管13，导水管13位于覆土层9内，导水管13的另一端端部垂直连接T型布水管19，T型布水管19置于反应区8远离抽水管11的一端，T型布水管19上分布多个微孔。
[0051] 优选地，抽水管11的管径为6～10mm。优选地，导水管13位于修复单元内，导水管13内水流流向平行于模拟含水层20水流流向。优选地，导水管13的管径为10～20mm，管长为500～600mm。优选地，T型布水管19的管径为10～20mm，T型布水管19上的微孔的孔径为1～
3mm。
[0052] 优选地，抽布水单元还包括过滤网，过滤网位于抽水井10的筛管处和抽水管11取水口处。
[0053] 修复单元包括底部的渗流区7、顶部的覆土层9以及二者之间的反应区8。
[0054] 底部的渗流区7、顶部的覆土层9以及反应区8之间通过防水透气膜分隔开，采用聚四氟乙烯材质的采用聚四氟乙烯材质，渗流区7的底部与模拟含水层20相通。
[0055] 渗流区7位于抽水井10井管外围；优选地，渗流区7的填充填料为3～5mm的石英砂或陶粒，渗流区7的填充范围包括以抽水井10为中心向外辐射半径80～160mm。
[0056] 水流在渗流区7填料层的垂直方向上呈S型流动；优选地，渗流区7的填料层内布设多个垂直于抽水井10的渗流区隔板6且形成弓形过水通道，水流在垂直方向呈S型流动。
[0057] 优选地，反应区8内填充用于吸附降解的介质填料，可据污染物选用相应介质填料，例如沸石或零价铁。在反应区8中，垂直于导水管13布设至少两个反应区隔板18，且在反应区8内交错分布，通常，交错在反应区隔板18一侧1/4面积处，水流在反应区8填充层的水平方向呈S型流动。优选地，通孔在反应区隔板18上均匀分布，通孔的孔径为15～25mm，孔间距为5～10mm。
[0058] 覆土层9位于反应区8上方。优选地，覆土层9包括土壤和活性炭混合而成，通常，土壤和活性炭的体积比为4：1，覆土层9的厚度为100～200mm。覆土层9上方可以种植的植物亦可吸附降解或富集污染物，可吸附部分通过防水透气膜进入覆土层9的挥发性污染物。
[0059] 覆土层9内垂直布设多根可闭合导气管15，可闭合导气管15连通反应区8和外部，可闭合导气管15底端插入反应区8内，根据污染物修复特性，打开或关闭可闭合导气管15，来增加或减少反应区8中氧气含量水平。
[0060] 空气吹脱单元曝气风机21、压力调节装置22、送气管12、抽气机23和抽气井17。曝气风机21通过压力调节装置22与送气管12的一端相连，送气管12的另一端伸入至抽水井10的水层水位以下；优选地，抽水井10的顶部与气体回收处理装置相连，便于对尾气的收集处理，避免二次污染。
[0061] 多个位于抽水井10下游的抽气井17贯通反应区8和覆土层9，且连通模拟含水层20和外部，抽气井17与抽气机23相连。优选地，抽气井17位于抽水井10的下游，且抽气井17沿着水流方向呈阵列排布。抽气井17沿地下水流动方向布设1～2列，3～5排，抽气井17垂直穿过反应区8和覆土层9，并在覆土层9出露，起到将挥发性污染加速输送至地表的作用。
[0062] 优选地，用于地下水污染修复的实验室模拟装置还包括监测单元，监测单元包括多个采样管，分别位于模拟含水层20、反应区8和渗流区7。优选地，模拟含水层20内设有模拟含水层采样管16，模拟含水层采样管16位于抽气井17内。优选地，反应区8底板上垂直插设多根反应区采样管14，反应区采样管14布设在T型布水管19下游，且沿着反应区8水流S型流动线路布设。优选地，渗流区7内设有多根平行于抽水井10的采样管，按渗流区隔板6的深度布设采样管，至少一根采样管的进水口位于渗流区7和模拟含水层20的交界处。
[0063] 下面进一步介绍用于地下水污染修复的实验室模拟装置的使用方法，用于地下水污染修复的实验室模拟装置包括以下三种使用状态：多级强化地下水修复技术和土壤气相抽提技术修复系统组合运行状态、多级强化地下水修复技术单独运行状态和和土壤气相抽提技术单独运行状态。
[0064] 当装置处于多级强化地下水修复技术和土壤气相抽提技术修复系统组合运行状态时，可能从未运行状态或多级强化地下水修复技术单独运行状态或土壤气相抽提技术单独运行状态转换至上述状态。
[0065] 首先，介绍装置处于从未运行状态转换至多级强化地下水修复技术和土壤气相抽提技术修复系统组合运行状态的操作方法：
[0066] 步骤1：启动第一蠕动泵1并保持运行状态，再依次启动曝气风机21、抽气机23、第二蠕动泵2并保持运行状态。
[0067] 步骤2：蓄水桶内有预先准备好的模拟地下水，第一蠕动泵1通过硅胶管将蓄水桶和模拟含水层进水口4相连接，通过第一蠕动泵1由蓄水桶向模拟含水层20定量输送污水，保持模拟含水层20的水流流速稳定。
[0068] 步骤3：曝气风机21通过压力调节装置22与送气管12的一端相连，送气管12的另一端深入抽水井10，抽水井10顶部处理与气体回收处理装置相连，曝气风机21吸入空气，经压力调节装置22后，由送气管12以微小气泡的形式输送至模拟含水层20，空气与污水充分碰撞接触，使得水中溶解气体与地下水充分接触，污水中的挥发性污染物穿过气液界面且向气相转移。
[0069] 步骤4：模拟含水层20内大部分含有挥发性污染物的空气由抽气机23通过抽气井17抽离至地表，由气体回收处理装置处理；小部分含有挥发性污染物的空气通过防水透气膜进入反应区8，并由反应区8和覆土层9的填料层吸附处理；在模拟含水层20下游，抽气机
23不断地通过抽气井17将模拟含水层20空气抽出，使得挥发性污染物快速向下游抽气井17移动，并经抽气井17进入气体回收处理装置处理，达到去除挥发性污染物的目的。
[0070] 步骤5：抽水井10的井深至模拟含水层20，该抽水井10内设有抽水管11，抽水管11取水口位于筛管中间位置；第二蠕动泵2将模拟含水层20的污水通过抽水井10的筛管抽入到抽水管11，后输送至导水管13，流至T型布水管19后均匀分布于反应区8。
[0071] 步骤6：反应区8内污水中的污染物由反应区8和覆土层9的填料层吸附处理，处理后的净水流渗流回至渗流区7，并流回至模拟含水层20，形成水循环。同时，模拟含水层20具有一定流速，前一批污染地下水抽出后，上游的污染地下水及时补充，可实现地下水中污染物的持续去除，保证模拟试验装置的稳定运行。
[0072] 其次，介绍装置处于从多级强化地下水修复技术单独运行状态转换至多级强化地下水修复技术和土壤气相抽提技术修复系统组合运行状态的操作方法：
[0073] 步骤1：关闭曝气风机21、抽气机23，启动第一蠕动泵1、第二蠕动泵2并保持运行状态。
[0074] 步骤2：蓄水桶内有预先准备好的模拟地下水，第一蠕动泵1通过硅胶管将蓄水桶和模拟含水层进水口4相连接，通过第一蠕动泵1由蓄水桶向模拟含水层20定量输送污水，保持模拟含水层20的水流流速稳定。
[0075] 步骤3：抽水井10的井深至模拟含水层20，该抽水井10内设有抽水管11，抽水管11取水口位于筛管中间位置；第二蠕动泵2将模拟含水层20的污水通过抽水井10的筛管抽入到抽水管11，后输送至导水管13，流至T型布水管19后均匀分布于反应区8。
[0076] 步骤4：反应区8内污水中的污染物由反应区8和覆土层9的填料层吸附处理，处理后的净水流渗流回至渗流区7，并流回至模拟含水层20，形成水循环。同时，模拟含水层20具有一定流速，前一批污染地下水抽出后，上游的污染地下水及时补充，可实现地下水中污染物的持续去除，保证模拟试验装置的稳定运行。
[0077] 然后，介绍装置处于从土壤气相抽提技术单独运行状态转换至多级强化地下水修复技术和土壤气相抽提技术修复系统组合运行状态的操作方法：
[0078] 步骤1：关闭第二蠕动泵2，启动第一蠕动泵1并保持运行状态，再依次启动曝气风机21、抽气机23并保持运行状态。
[0079] 步骤2：蓄水桶内有预先准备好的模拟地下水，第一蠕动泵1通过硅胶管将蓄水桶和模拟含水层进水口4相连接，通过第一蠕动泵1由蓄水桶向模拟含水层20定量输送污水，保持模拟含水层20的水流流速稳定。
[0080] 步骤3：曝气风机21通过压力调节装置22与送气管12的一端相连，送气管12的另一端深入抽水井10，抽水井10顶部处理与气体回收处理装置相连，曝气风机21吸入空气，经压力调节装置22后，由送气管12以微小气泡的形式输送至模拟含水层20，空气与污水充分碰撞接触，使得水中溶解气体与地下水充分接触，污水中的挥发性污染物穿过气液界面且向气相转移。
[0081] 步骤4：模拟含水层20内大部分含有挥发性污染物的空气由抽气机23通过抽气井17抽离至地表，由气体回收处理装置处理；小部分含有挥发性污染物的空气通过防水透气膜进入反应区8，并由反应区8和覆土层9的填料层吸附处理；在模拟含水层20下游，抽气机
23不断地通过抽气井17将模拟含水层20空气抽出，使得挥发性污染物快速向下游抽气井17移动，并经抽气井17进入气体回收处理装置处理，达到去除挥发性污染物的目的。
[0082] 当装置处于多级强化地下水修复技术和土壤气相抽提技术修复系统组合运行状态时，可能从多级强化地下水修复技术单独运行状态或土壤气相抽提技术单独运行状态转换至上述状态。
[0083] 首先，介绍装置处于从多级强化地下水修复技术单独运行状态转换至多级强化地下水修复技术和土壤气相抽提技术修复系统组合运行状态的操作方法：
[0084] 该方法与从未运行状态转换至多级强化地下水修复技术和土壤气相抽提技术修复系统组合运行状态的操作方法的区别是：该方法步骤1为启动第一蠕动泵1、第二蠕动泵2并保持运行状态，再依次启动曝气风机21、抽气机23并保持运行状态，其他步骤相同，在此不再复述。
[0085] 其次，介绍装置处于从土壤气相抽提技术单独运行状态转换至多级强化地下水修复技术和土壤气相抽提技术修复系统组合运行状态的操作方法：
[0086] 该方法与从未运行状态转换至多级强化地下水修复技术和土壤气相抽提技术修复系统组合运行状态的操作方法的区别是：该方法步骤1为启动第一蠕动泵1、曝气风机21、抽气机23并保持运行状态，再启动第二蠕动泵2并保持运行状态，其他步骤相同，在此不再复述。
[0087] 当装置处于多级强化地下水修复技术单独运行状态时，可能从土壤气相抽提技术单独运行状态或多级强化地下水修复技术和土壤气相抽提技术修复系统组合运行状态转换至上述状态。
[0088] 首先，介绍装置处于从土壤气相抽提技术单独运行状态转换至多级强化地下水修复技术单独运行状态的操作方法：
[0089] 该方法与从未运行状态转换至多级强化地下水修复技术单独运行状态的操作方法的区别是：该方法步骤1为启动第一蠕动泵1并保持运行状态，依次关闭曝气风机21、抽气机23，待模拟含水层20水位稳定后，再启动第二蠕动泵2并保持运行状态，其他步骤相同，在此不再复述。
[0090] 其次，介绍装置处于从多级强化地下水修复技术和土壤气相抽提技术修复系统组合运行状态转换至多级强化地下水修复技术单独运行状态的操作方法：
[0091] 该方法与从未运行状态转换至多级强化地下水修复技术单独运行状态的操作方法的区别是：该方法步骤1为启动第一蠕动泵1、第二蠕动泵2并保持运行状态，依次关闭曝气风机21、抽气机23，其他步骤相同，在此不再复述。
[0092] 当装置处于土壤气相抽提技术单独运行状态时，可能从多级强化地下水修复技术单独运行状态或多级强化地下水修复技术和土壤气相抽提技术修复系统组合运行状态转换至上述状态。
[0093] 首先，介绍装置处于从多级强化地下水修复技术单独运行状态转换至土壤气相抽提技术单独运行状态的操作方法：
[0094] 该方法与从未运行状态转换至土壤气相抽提技术单独运行状态的操作方法的区别是：该方法步骤1为启动第一蠕动泵1并保持运行状态，关闭第二蠕动泵2，待模拟含水层20水位稳定后，再依次启动曝气风机21、抽气机23并保持运行状态，其他步骤相同，在此不再复述。
[0095] 其次，介绍装置处于从多级强化地下水修复技术和土壤气相抽提技术修复系统组合运行状态转换至土壤气相抽提技术单独运行状态的操作方法：
[0096] 该方法与从未运行状态转换至土壤气相抽提技术单独运行状态的操作方法的区别是：该方法步骤1为启动第一蠕动泵1、曝气风机21、抽气机23并保持运行状态，关闭第二蠕动泵2，其他步骤相同，在此不再复述。
[0097] 下面通过具体实施例进一步介绍用于地下水污染修复的实验室模拟装置的运行效果。
[0098] 首先，利用上述装置单独运行多级强化地下水修复技术模拟地下水氨氮污染修复实验，以修复地下水氨氮污染。
[0099] 模拟地下水的氨氮含量为25mg/L。根据上述使用方法，启用多级强化地下水修复技术修复系统。通过监测单元定期从模拟含水层和渗流区7中取样检测模拟地下水中的氨氮浓度，结果表明，在反应区选用沸石介质材料填充，平均粒径均为2～5mm；修复区上方植物选用一般植物；渗流区7选用平均粒径3～6mm陶粒填充时，修复实验结果表明，氨氮浓度下降至少20mg/L以上，总去除率达到92％。
[0100] 其次，利用上述装置单独运行土壤气相抽提技术模拟地下水挥发性苯系物污染修复实验，以修复地下水挥发性苯系物污染。
[0101] 根据上述使用方法，采用本装置模拟土壤气相抽提技术修复受污染土壤及地下水。地下水中挥发性污染物主要是苯系物和非水相液体。装置包括模拟含水层厚250mm，送气管内径20mm，4个抽气井，单井曝气量为20L/min，单井抽气量为4L/min。修复实验结果表明，挥发性污染物去除率83％。
[0102] 最后，利用上述装置同时组合运行多级强化地下水修复技术和土壤气相抽提技术修复系统模拟地下水有机污染和氨氮污染修复实验，以修复地下水地下水有机污染和氨氮污染。
[0103] 根据上述使用方法，采用本装置模拟受有机污染和氨氮污染场地，模拟含水层厚300mm，其渗透系数10.2m/d。抽水井10内径40mm，抽水管、送气管、采样管内径均为10mm，设置3个抽气井。反应区填充6～8mm沸石，快速渗流区7填充5～7mm陶粒。模拟装置抽水量为
0.2L/min，曝气量为20L/min。修复实验结果表明，有机污染物去除率72％，氨氮去除率
84％。
[0104] 综上所述，根据本申请实施例的技术方案，根据本申请实施例提供的一种用于地下水污染修复的实验室模拟装置及其使用方法，可将多级强化地下水修复技术和土壤气相抽提技术地下水污染修复技术组合运行的实验室模拟装置，缩小受污染地下水修复实验室模拟环境与实际环境之间的差距，真实反映地下水污染修复状况，为多级强化地下水修复技术和土壤气相抽提技术地下水污染修复技术的工程应用提供客观的理论依据。
[0105] 以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0106] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。
