本发明涉及地下水污染修复技术领域，具体为一种地下水污染物强化增溶运移模型装置。
背景技术：
近年来，随着我国现代化迅速推进，经济的高速发展，环境污染越来越严重，同时地下水体和水资源环境也受到严重污染。然而，由于地下水环境的不可见性和繁杂性、运动规律的复杂性、地下水运移周期长等特性，地下水一旦被污染，难以依靠环境系统实现自我修复。因此，研究污染物在土壤和地下水中的迁移反应规律及其影响因素对地下水环境管理有着重要的作用，将有助于地下水污染程度的预测和评定，进一步为修复土壤和地下水污染提供科学依据。
进行室内实验过程中，由于模型研究区的装置尺寸、水文模拟条件、及土层多孔介质的存在，一些污染物存在难以运移的情况，不利于获取污染物在地下水中运移与降解规律。目前，国内实验室所用的地下水模型装置侧重模拟已存在的自然运移环境，缺少多功能装置部分，例如表面活性剂泡沫产生装置，此类装置对于新材料应用于地下水运移修复具有实际应用意义，能丰富地下水运移降解的探究手段，能够较好搭建多组分应用于地下水环境修复。但目前，土柱装置功能不够复合，不能较好架构试验研究与实际应用，具体存在以下问题：
1、模拟实际情形复合度不够。影响地下水运动的水文地质特征复杂、多样，然而传统模型往往难以准确模拟多组分复合作用体系，新兴材料的加入不能很好兼容，不利于前端研究的展开；
2、研究物质存在无法循环利用情况。实验室所用的垂直土柱试验模型较为简单，功能单一，难以实现回收反应物质再利用，不利于表面活性剂或催化剂等可多次使用的物质，对于后续性能的再探究功能不足；
3、土柱可控制变量少。传统装置中的参数往往在装置设计时已经固定无法改变，一般不能按实验需求调整模型内部的各种研究区域；
4、模型没有提升空间。一维土柱模型固定模块多，一般只能用于同一种研究，所以当实验进行中需要不断调整模型各部分功能和参数时，现有模型难以实现，不能适应不同的实验，模型循环利用率低，增大了研究成本。
技术实现要素：
本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种地下水污染物强化增溶运移模型装置，引入表面活性剂，结构较简单，系统完善，便于观测、取样方便且重复利用率高，充分结合新型材料，便于前端科研研究。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
一种地下水污染物强化增溶运移模型装置，其特征在于：它包括表面活性剂泡沫发生装置、沙箱、泡沫回收装置；
所述表面活性剂泡沫发生装置包括依次连接的三通阀、混合管、螺栓、泡沫排出管，所述三通阀的三个出口分别连接用于输送水液的进水管、用于输送表面活性剂的进液管、用于输送气体的进气管；
所述沙箱包括由前面板、后面板和底板组成的矩形箱体，前面板和后面板上均设有取样孔；
所述泡沫回收装置包括依次连通的泡沫分离器、导泡沫管、破泡沫器、导泡沫管、泡沫液降解器，所述泡沫分离器和泡沫液降解器之间通过连接杆连接且它们分别通过第二导液管和第一导液管共同连通到废水吸附器，所述泡沫分离器一侧通过通气导管连接进气口；
所述表面活性剂泡沫发生装置中的排出管通过导泡沫管连接至沙箱，沙箱通过废水进口管连接至泡沫回收装置中的泡沫分离器。
所述的地下水污染物强化增溶运移模型装置，其特征在于：所述混合管内设有中空腔，混合管的一端设置有用于将泡沫排出的泡沫排出管，所述泡沫排出管与所述中空腔相连，所述混合管的另一端设置有三通阀，所述三通阀与所述中空腔相连通，所述泡沫排出管与所述混合管通过螺栓可拆卸连接，螺栓孔的开孔直径为3-8mm。
所述的地下水污染物强化增溶运移模型装置，其特征在于：所述沙箱的内部高度为800mm，内部长度为1200mm，内部宽度为200mm，所述前面板、后面板和底板均采用有机玻璃，厚度均为18mm，所述取样孔的孔径为5-15mm，取样孔之间的水平间距为50-300mm，取样孔之间的垂直间距为50-300mm。
所述的地下水污染物强化增溶运移模型装置，其特征在于：所述泡沫分离器的腔体内安装有位于废水进口管上方且截面呈圆形形状的泡沫扩散板，泡沫扩散板的外侧壁与泡沫分离器的内侧壁固定连接，泡沫扩散板的中心开设有其截面呈圆形形状的出泡孔，周围均布六个出泡孔，出泡孔与泡沫扩散板边缘之间最短距离为50mm，任相邻六个出泡孔之间距离均相等且为8mm，且出泡孔直径为10-15mm。
所述的地下水污染物强化增溶运移模型装置，其特征在于：所述泡沫分离器和破泡沫器之间的导泡沫管呈拱型形状。
所述的地下水污染物强化增溶运移模型装置，其特征在于：所述破泡沫器的腔体中心设置有其剖面呈v型形状的破泡板，破泡板的外侧壁与破泡沫器的内侧壁固定连接，破泡板的中心开设有其截面呈圆形形状的漏孔，漏孔与破泡板的边缘之间均布有其剖面呈三角形形状的刺泡锥，刺泡锥的底端面与破泡板的顶端面固定连接；所述破泡沫器顶端面上的中心开设有通孔，该通孔上设置有泡沫液进口管，所述破泡沫器底端面上的中心开设有通孔，该通孔上设置有泡沫液出口管，泡沫液出口管与泡沫进口管的腔体均与破泡沫器腔体相连通。
所述的地下水污染物强化增溶运移模型装置，其特征在于：所述泡沫液出口管的腔体通过导泡沫管与泡沫液降解器的腔体相连通，导泡沫管的泡沫液进口端与泡沫液出口管的泡沫液出口端固定连接，导泡沫液管的泡沫液出口端贯穿泡沫液降解器顶端中心并延伸至其腔体内。
所述的地下水污染物强化增溶运移模型装置，其特征在于：所述泡沫液降解器内设置有降解槽，降解槽的外侧壁与泡沫液降解器的内侧壁固定连接，降解槽的腔体内填充有粒状活性炭颗粒，粒状活性炭颗粒的间隙均布有催化剂，降解槽腔体内的底端面上均布有通孔，该通孔的直径小于粒状活性炭颗粒的粒径。
所述的地下水污染物强化增溶运移模型装置，其特征在于：所述废水吸附器的腔体中心设置有吸附腔，吸附腔的外侧壁与废水吸附器的内侧壁中心固定连接，两端均具有开孔的吸附腔的腔体内填充有活性炭吸附棒；所述废水吸附器的顶端面上的中心开设有通孔，该通孔上设置有进液管，废水吸附器的底端面上的中心开设有通孔，该通孔上设置有排液管，排液管的一端开口与废水吸附器底端面中心通孔的外侧开口固定连接。
本发明的有益效果是：可实现对实际污染物和协同物质在地下水环境共同运移的模拟。泡沫发生装置通过空气、水和表面活性剂从三通阀进入到混合管中空腔内，经混合后产生泡沫，最后从排出管排出，利用泡沫发生装置制取泡沫增溶污染物，更利于推测到实际污染物在土壤和地下水的运移情况；
在观测和取样上具有极大的灵活性和可操作性。沙箱前面板和后面板分别开设大量水头观测孔和取样孔，便于实时观测模型内部水力条件变化和实验水样进行观测和采集，可全面跟踪污染物在复杂水文地质条件下的迁移状况；此外，实验结束后，通过对模型的横向以及垂向拆解，可取各位置土样进行化验分析，更利于准确把握污染物扩散情况和在土壤中的吸附情况；
对表面活性剂进行回收处理。泡沫回收装置通过泡沫分离器、破泡沫器、泡沫液降解器、废水吸附器，通过在泡沫分离器的泡沫出口管的腔体通过呈拱型形状设置的导泡沫管与破泡沫器的腔体相连通，破泡沫器的泡沫液出口管的腔体通过导泡沫液管与泡沫液降解器的腔体相连通，泡沫分离器将表面活性剂除去并分离导引到破泡沫器内，在破泡沫器内泡沫破裂变成泡沫液，经导泡沫液管传输到泡沫液降解器的降解槽内，在催化剂的催化作用下，泡沫液内的表面活性剂发生降解，从而实现回收表面活性剂的技术效果；
本发明采用组装式结构，系统完整，生产及维护成本低，易于拆装，易于装填、更换实验介质，便于人工控制实验介质的物理特性；
本发明充分结合循环利用理念，能从不同维度探究不同物理形态的表面活性剂对于污染物在地下水中的运移规律，实现多成分共同作用。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
图1为本发明整体组合示意图。
图2为泡沫分离器的结构示意图。
图3为图2中泡沫扩散板的结构示意图。
图4为破泡沫器的结构示意图。
图5为泡沫液降解器的结构示意图。
图6为废水吸附器内部俯视方向示意图。
图7为废水吸附器的结构示意图。
图中，表面活性剂泡沫发生装置1、沙箱2、泡沫回收装置3、进水管4、三通阀5、进液管6、进气管7、混合管8、螺栓9、泡沫排出管10、废水进口管11、泡沫分离器12、导泡沫管13、破泡沫器15、连接杆16、泡沫液降解器17、第一导液管18、废水吸附器19、第二导液管20、通气导管21、进气口22、前面板23、取样孔24、底板26、后面板27、泡沫扩散板12-1、出泡孔12-2、泡沫进口管15-1、刺泡锥15-2、破泡板15-3、漏孔15-4、泡沫液出口管15-5、降解槽17-1、粒状活性炭颗粒17-2、催化剂17-3、进液管19-1、吸附腔19-2、活性炭吸附棒19-3、排液管19-4。
具体实施方式
如图1-7所示：一种地下水污染物强化增溶运移模型装置，它包括表面活性剂泡沫发生装置1、沙箱2、泡沫回收装置3；
所述表面活性剂泡沫发生装置1包括依次连接的三通阀5、混合管8、螺栓9、泡沫排出管10，所述三通阀5的三个出口分别连接用于输送水液的进水管4、用于输送表面活性剂的进液管6、用于输送气体的进气管7，可利用表面活性剂产生泡沫模拟污染物；
所述沙箱2包括由前面板23、后面板27和底板26组成的矩形箱体，前面板23和后面板上均设有取样孔24；
所述泡沫回收装置3包括依次连通的泡沫分离器12、导泡沫管13、破泡沫器15、导泡沫管13、泡沫液降解器17，泡沫分离器12将表面活性剂除去并分离导引到破泡沫器15内，所述泡沫分离器12和泡沫液降解器17之间通过连接杆16连接且它们分别通过第二导液管20和第一导液管18共同连通到废水吸附器19，所述泡沫分离器12一侧通过通气导管21连接进气口22；
所述表面活性剂泡沫发生装置1中的泡沫排出管10通过导泡沫管13连接至沙箱2，沙箱2通过废水进口管11连接至泡沫回收装置3中的泡沫分离器12。
进一步的，所述混合管8内设有中空腔，所述中空腔的一端与泡沫排出管10相连通，所述中空腔的另一端与三通阀5相连通，所述泡沫排出管10与所述混合管8通过螺栓9可拆卸连接，螺栓孔的开孔直径为3-8mm。
进一步的，所述沙箱2的内部高度为800mm，内部长度为1200mm，内部宽度为200mm，所述前面板23、后面板27和底板26均采用有机玻璃，厚度均为18mm，所述取样孔24的孔径为5-15mm，取样孔之间的水平间距为50-300mm，取样孔之间的垂直间距为50-300mm。
进一步的，所述泡沫分离器12的腔体内安装有位于废水进口管上方且截面呈圆形形状的泡沫扩散板，泡沫扩散板12-1的外侧壁与泡沫分离器12的内侧壁固定连接，泡沫扩散板12-1的中心开设有其截面呈圆形形状的出泡孔，周围均布六个出泡孔，出泡孔与泡沫扩散板边缘之间最短距离为50mm，任相邻六个出泡孔之间距离均相等且为8mm，且出泡孔直径为10-15mm，以在表面活性剂增溶污染物后，利用泡沫分离法把表面活性剂进行回收处理。
进一步的，所述泡沫分离器12和破泡沫器15之间的导泡沫管13呈拱型形状。
进一步的，所述破泡沫器15的腔体中心设置有其剖面呈v型形状的破泡板15-3，破泡板15-3的外侧壁与破泡沫器15的内侧壁固定连接，破泡板15-3的中心开设有其截面呈圆形形状的漏孔15-4，漏孔与破泡板的边缘之间均布有其剖面呈三角形形状的刺泡锥15-2，刺泡锥的底端面与破泡板15-3的顶端面固定连接；所述破泡沫器顶端面上的中心开设有通孔，该通孔上设置有泡沫液进口管15-1，所述破泡沫器底端面上的中心开设有通孔，该通孔上设置有泡沫液出口管15-5，泡沫液出口管与泡沫进口管的腔体均与破泡沫器腔体相连通。
进一步的，所述泡沫液出口管15-5的腔体通过导泡沫管13与泡沫液降解器17的腔体相连通，导泡沫管的泡沫液进口端与泡沫液出口管的泡沫液出口端固定连接，导泡沫管13的泡沫液出口端贯穿泡沫液降解器17顶端中心并延伸至其腔体内。
进一步的，所述泡沫液降解器17内设置有降解槽17-1，降解槽的外侧壁与泡沫液降解器的内侧壁固定连接，降解槽的腔体内填充有粒状活性炭颗粒17-2，粒状活性炭颗粒的间隙均布有催化剂17-3，降解槽腔体内的底端面上均布有通孔，该通孔的直径小于粒状活性炭颗粒的粒径。
进一步的，所述废水吸附器19的腔体中心设置有吸附腔19-2，吸附腔的外侧壁与废水吸附器的内侧壁中心固定连接，两端均具有开孔的吸附腔的腔体内填充有活性炭吸附棒19-3；所述废水吸附器的顶端面上的中心开设有通孔，该通孔上设置有进液管19-1，废水吸附器的底端面上的中心开设有通孔，该通孔上设置有排液管19-4，排液管的一端开口与废水吸附器底端面中心通孔的外侧开口固定连接，以便于对表面活性剂的废水进行技术处理，从而不污染环境。
工作原理：
泡沫发生装置1通过空气、水和表面活性剂从三通阀进入到混合管8中空腔内，经混合后产生泡沫，最后从泡沫排出管10排出，利用泡沫发生装置制取泡沫增溶污染物，更利于推测到实际污染物在土壤和地下水的运移情况；
沙箱2的前面板23和后面板27分别开设大量水头观测孔和取样孔24，便于实时观测模型内部水力条件变化和实验水样进行观测和采集，可全面跟踪污染物在复杂水文地质条件下的迁移状况；此外，实验结束后，通过对模型的横向以及垂向拆解，可取各位置土样进行化验分析，更利于准确把握污染物扩散情况和在土壤中的吸附情况；
对表面活性剂进行回收处理。泡沫回收装置3通过泡沫分离器12、破泡沫器15、泡沫液降解器17、废水吸附器19，通过在泡沫分离器12的泡沫出口管的腔体通过呈拱型形状设置的导泡沫管13与破泡沫器15的腔体相连通，破泡沫器15的泡沫液出口管的腔体通过导泡沫管13与泡沫液降解器17的腔体相连通，泡沫分离器12将表面活性剂除去并分离导引到破泡沫器15内，在破泡沫器15内泡沫破裂变成泡沫液，经导泡沫管13传输到泡沫液降解器17的降解槽17-1内，在催化剂17-3的催化作用下，泡沫液内的表面活性剂发生降解，从而实现回收表面活性剂的技术效果；
实施例：季铵盐迁移实验。
准备土样：根据研究目标对特定土壤进行采样保存，在实验室内，筛分风干砂土，测定土样相关参数，如孔隙率、渗透系数、有机质含量和ph值等。
组装装置：连接好表面活性剂泡沫发生装置1、沙箱2以及泡沫回收装置3，将沙箱2中的前面板23、后面板27和底板26固定成整体，所有管道的阀门均保持关闭。
填土：分层填装处理后的土壤进行，并进行轻微夯实，填充时保持土壤湿润以及土壤中没有气泡，以排除土壤自身影响因素确保实验进行中土壤性质的一致。
污染物与表面活性剂输入：静置片刻后，依实验方案配置一定浓度的季铵盐溶液，将溶液置于表面活性剂发生装置1的进液管6，往进水管4注入水，打开进气管7、螺栓9，等到表面活性剂发泡后，关闭进气管7和进水管4。
采样：在不同取样孔出，依实验方案在不同时刻、不同位置进行采样，根据填土的渗透性保持持续采样1-72h，实验结束，将模型倾斜，打开面板，取各位置土样。
表面活性剂回收：完成实验的表面活性剂的由进口管11进入到泡沫回收装置3，打开进气口22，使空气经通气导管21进入到泡沫分离器12，再由破泡沫器15、泡沫液降解器17、废水吸附器19回收表面活性剂。
待试验结束后，排空装置内的液体，有序的将模型拆解，收集记录实验结果，清洗实验装置。
1.一种地下水污染物强化增溶运移模型装置，其特征在于：它包括表面活性剂泡沫发生装置、沙箱、泡沫回收装置；
所述表面活性剂泡沫发生装置包括依次连接的三通阀、混合管、螺栓、泡沫排出管，所述三通阀的三个出口分别连接用于输送水液的进水管、用于输送表面活性剂的进液管、用于输送气体的进气管；
所述沙箱包括由前面板、后面板和底板组成的矩形箱体，前面板和后面板上均设有取样孔；
所述泡沫回收装置包括依次连通的泡沫分离器、导泡沫管、破泡沫器、导泡沫管、泡沫液降解器，所述泡沫分离器和泡沫液降解器之间通过连接杆连接且它们分别通过第二导液管和第一导液管共同连通到废水吸附器，所述泡沫分离器一侧通过通气导管连接进气口；
所述表面活性剂泡沫发生装置中的泡沫排出管通过导泡沫管连接至沙箱，沙箱通过废水进口管连接至泡沫回收装置中的泡沫分离器。
2.根据权利要求1所述的地下水污染物强化增溶运移模型装置，其特征在于：所述混合管内设有中空腔，混合管的一端设置有用于将泡沫排出的泡沫排出管，所述泡沫排出管与所述中空腔相连，所述混合管的另一端设置有三通阀，所述三通阀与所述中空腔相连通，所述泡沫排出管与所述混合管通过螺栓可拆卸连接，螺栓孔的开孔直径为3-8mm。
3.根据权利要求1所述的地下水污染物强化增溶运移模型装置，其特征在于：所述沙箱的内部高度为800mm，内部长度为1200mm，内部宽度为200mm，所述前面板、后面板和底板均采用有机玻璃，厚度均为18mm，所述取样孔的孔径为5-15mm，取样孔之间的水平间距为50-300mm，取样孔之间的垂直间距为50-300mm。
4.根据权利要求1所述的地下水污染物强化增溶运移模型装置，其特征在于：所述泡沫分离器的腔体内安装有位于废水进口管上方且截面呈圆形形状的泡沫扩散板，泡沫扩散板的外侧壁与泡沫分离器的内侧壁固定连接，泡沫扩散板的中心开设有其截面呈圆形形状的出泡孔，周围均布六个出泡孔，出泡孔与泡沫扩散板边缘之间最短距离为50mm，任相邻六个出泡孔之间距离均相等且为8mm，且出泡孔直径为10-15mm。
5.根据权利要求1所述的地下水污染物强化增溶运移模型装置，其特征在于：所述泡沫分离器和破泡沫器之间的导泡沫管呈拱型形状。
6.根据权利要求1所述的地下水污染物强化增溶运移模型装置，其特征在于：所述破泡沫器的腔体中心设置有其剖面呈v型形状的破泡板，破泡板的外侧壁与破泡沫器的内侧壁固定连接，破泡板的中心开设有其截面呈圆形形状的漏孔，漏孔与破泡板的边缘之间均布有其剖面呈三角形形状的刺泡锥，刺泡锥的底端面与破泡板的顶端面固定连接；所述破泡沫器顶端面上的中心开设有通孔，该通孔上设置有泡沫液进口管，所述破泡沫器底端面上的中心开设有通孔，该通孔上设置有泡沫液出口管，泡沫液出口管与泡沫进口管的腔体均与破泡沫器腔体相连通。
7.根据权利要求6所述的地下水污染物强化增溶运移模型装置，其特征在于：所述泡沫液出口管的腔体通过导泡沫管与泡沫液降解器的腔体相连通，导泡沫管的泡沫液进口端与泡沫液出口管的泡沫液出口端固定连接，导泡沫液管的泡沫液出口端贯穿泡沫液降解器顶端中心并延伸至其腔体内。
8.根据权利要求1所述的地下水污染物强化增溶运移模型装置，其特征在于：所述泡沫液降解器内设置有降解槽，降解槽的外侧壁与泡沫液降解器的内侧壁固定连接，降解槽的腔体内填充有粒状活性炭颗粒，粒状活性炭颗粒的间隙均布有催化剂，降解槽腔体内的底端面上均布有通孔，该通孔的直径小于粒状活性炭颗粒的粒径。
9.根据权利要求1所述的地下水污染物强化增溶运移模型装置，其特征在于：所述废水吸附器的腔体中心设置有吸附腔，吸附腔的外侧壁与废水吸附器的内侧壁中心固定连接，两端均具有开孔的吸附腔的腔体内填充有活性炭吸附棒；所述废水吸附器的顶端面上的中心开设有通孔，该通孔上设置有进液管，废水吸附器的底端面上的中心开设有通孔，该通孔上设置有排液管，排液管的一端开口与废水吸附器底端面中心通孔的外侧开口固定连接。
技术总结