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原文传递一种固体废弃物中重金属污染物释放动态实时监控与分析的模拟装置及其应用

专利名称：	一种固体废弃物中重金属污染物释放动态实时监控与分析的模拟装置及其应用
摘要：	本发明涉及一种固体废弃物中重金属污染物释放动态实时监控与分析的模拟装置及其应用，该模拟装置适用于模拟各类工况环境，尤其是温度压力耦合条件下煤矸石中重金属污染物释放动态实时监控和数据在线分析，所述淋滤装置包括淋滤状态模拟单元、压力供水供气单元和重金属污染物在线监测与数据处理单元，所述淋滤状态模拟单元中设置有水雾空间、样品装填空间和淋滤液收集空间，所述淋滤状态模拟单元还具有热浴加热功能；所述压力供水供气单元可以向所述淋滤状态模拟单元提供具有一定压力的喷淋液和气体；所述重金属污染物在线监测与数据处理单元可以实现煤矸石淋滤液中的重金属离子浓度的实时监测和数据在线处理。本发明装置结构简单，操作方便，且装置自动化和智能化程度高，动态淋滤模拟效果精确度高。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山西;14
申请人：	山西大同大学
发明人：	罗化峰;乔元栋;王森;关铁钢;王家栋;赵潞恒;杨磊;李灿
专利状态：	有效
申请日期：	2018-12-07T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-07T00:00:00+0800
申请号：	CN201811491814.4
公开号：	CN109856172A
代理机构：	太原市科瑞达专利代理有限公司
代理人：	刘宝贤
分类号：	G01N23/223(2006.01);G;G01;G01N;G01N23
申请人地址：	037009 山西省大同市御河桥东水泊寺乡水泊寺村1602号
主权项：	1.一种固体废弃物中重金属污染物释放动态实时监控与分析的模拟装置，其特征在于，所述模拟装置包括淋滤状态模拟单元、压力供水供气单元和重金属污染物在线监测与数据处理单元；所述淋滤状态模拟单元为一个由内壳体（5）和外壳体（16）构成的固定于底座（8）上的可密封样品容器，所述可密封样品容器由密封螺母（1）通过高压法兰密封盖（2）进行密封；所述内壳体（5）的外壁与所述外壳体（16）的内部空间形成一个可加注液体热浴介质的空腔（15）；所述内壳体（5）中内壁的上部位置、中部位置对称设置两组可收缩的突出挡块（19、23），该可收缩的突出挡块（19、23）上分别放置表面上均匀布满一定直径小孔的挡板（18）和表面上均匀布满一定直径小孔的载样板（22）；所述高压法兰密封盖（2）与所述内壳体（5）的内壁和挡板（18）围成水雾空间（38），所述挡板（18）与所述内壳体（5）的内壁和载样板（21）围成样品装填空间（36），所述载样板（22）与所述内壳体（5）的内壁和底璧围成淋滤液收集空间（37）；所述内壳体（5）的底璧设有可将淋滤液收集空间（37）内收集的淋滤液排放至所述可密封样品容器外的排液管（42）；所述外壳体（16）的上部留有可密封的注水口（4），内壁底部设置有加热管（6）、搅拌器（14）和温度传感器（13），下部侧表面留有可密封的出水口（11）；所述压力供水供气单元由具有液量显示功能的容器（34）、高压水泵（33）、高压水雾喷头（17）、带有压力表的高压气体瓶（27）和集气箱（28）组成；所述具有液量显示功能的容器（34）通过高压水路管线（31）由高压水泵（33）作用向设置在水雾空间（38）顶端的水雾喷头（17）提供具有一定压力的喷淋液；所述带有压力表的高压气体瓶（27）的出气口连接集气箱（28），所述集气箱（28）通过上部高压进气管（30）和下部高压进气管（26）分别向所述内壳体（5）提供一定压力的气体；所述重金属污染物在线监测与数据处理单元由上部压力传感器（39）、下部压力传感器（40）、X射线荧光传感器（41）、计算机数据处理器（44）与电脑显示器终端（45）组成；所述上部压力传感器（39）的一端伸入所述压力水雾空间（38）的顶端，另一端与设置在所述计算机数据处理器（44）底端的上部压力传感器端口（41）连接；所述下部压力传感器（40）的一端伸入所述淋滤液收集空间（37）的顶端，另一端与设置在所述计算机数据处理器（44）底端的下部压力传感器端口（42）连接；所述X射线荧光传感器（41）连接有X射线荧光探头（24）的一端伸入所述淋滤液收集空间（37）的底端，另一端与设置在所述计算机数据处理器（44）底端的X射线荧光传感器端口（43）连接；所述重金属污染物在线监测与数据处理单元通过设置在X射线荧光传感器（39）一端的X射线荧光探头（24）对所述淋滤液收集空间（37）底部收集的煤矸石淋滤液中的重金属离子浓度进行监测并将监测到的重金属离子浓度信号实时传输给所述计算机数据处理器（44），所述计算机数据处理器（44）接收并记录每次测试点重金属离子浓度信号并进行数据分析和转化处理，然后显示于所述电脑显示器终端（45），从而实现煤矸石在淋滤状态下重金属污染物释放动态的实时动态监测分析。 2.如权利要求1所述的固体废弃物中重金属污染物释放动态实时监控与分析的模拟装置，其特征在于，所述挡板（18）为高进气抗水压力板。 3.如权利要求1所述的固体废弃物中重金属污染物释放动态实时监控与分析的模拟装置，其特征在于，所述载样板（22）为高进气陶土板。 4.如权利要求1所述的固体废弃物中重金属污染物释放动态实时监控与分析的模拟装置，其特征在于，集气箱（28）上设置有可调节所述内壳体（5）内气体压力的放空阀（34）；上部高压进气管（30）和带有压力表的高压气体瓶（27）之间的管路上，以及所述下部高压进气管（26）和带有压力表的高压气体瓶（27）之间的管路上分别设置有气体截止阀（29、25）；高压水泵（33）与高压水路管线（31）之间的管线上设置有电磁控制阀（32）。 5.如权利要求1所述的固体废弃物中重金属污染物释放动态实时监控与分析的模拟装置，其特征在于，底座（8）上设置有温度显示仪（7）、转速控制仪（10）和电源开关（9）。 6.如权利要求1所述的固体废弃物中重金属污染物释放动态实时监控与分析的模拟装置，其特征在于，所述可密封样品容器的内壳体（5）和外壳体（16）均由不锈钢材料制成。 7.一种固体废弃物中重金属污染物释放动态实时监控与分析的模拟装置模拟在一定压力条件和/或一定温度条件下固体废弃物中重金属污染物释放动态的淋滤实验研究过程中的应用，所述模拟装置为权利要求1至6中的任一项所述的模拟装置。 8.根据权利要求7所述应用，其特征在于，所述固体污染物为新鲜煤矸石、半风化煤矸石、风化煤矸石中的一种或两种以上混合物。 9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述应用为模拟煤矸石作为煤矿采空区充填物时，在井下特定温度和压力耦合条件下，煤矸石中重金属污染物释放规律的动态淋滤研究过程。 10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，模拟装置的操作方法为：步骤1），首先采用经验公式估算不同深度地下的温度和压力，然后在样品装填空间（36）内的载样板（22）上放置一块大小合适的滤纸（20），再将一定质量的煤矸石样品（21）装填在所述滤纸（20）上，平稳放置挡板（18），盖好上部高压法兰密封盖（2），并用密封螺母（1）将其密紧；步骤2），开启电脑，检查传感器电路是否正常，若正常，依次开启高压气体瓶（26）、高压气体截止阀（29、25），向放置样品的内壳体（5）内充压，当压力达到步骤1）估算的实验设计压力值时停止充压，检查气路气密性是否完好，当压力无任何泄露时，排放淋滤液收集空间（37）内部分气体，使得水雾空间（38）内气体压力和淋滤液收集空间（37）内气体压力的压差维持在恒定值；步骤3），在可密封样品容器的空腔（15）内注入液体热浴介质，同时在具有液量显示功能的容器（34）中注满去离子水或矿井水，然后开启底座（8）电源开关（9），分别调节温度显示仪（7）和转速控制仪（10），在搅拌器（14）搅拌下，由加热管（6）对空腔（15）内液体热浴介质加热至步骤1）估算的实验设计温度，然后调节电磁控制阀（32），开启高压水泵（33），开始煤矸石动态淋滤实验；步骤4），当所述具有液量显示功能的容器（34）中的去离子水或矿井水全部被抽完时，关闭高压水泵（33）和电磁阀控制阀（32），淋滤液中重金属离子浓度数据恒定后，缓慢开启气体截止阀（29、25）和放压阀（35）排空内壳体（5）内气体，然后关闭计算机数据处理器（44）和电脑显示器终端（45）控制单元，打开排液阀（43）排空内壳体（5）内淋滤液，然后再打开高压密封法兰盖（2），取出煤矸石样品，清洗内壳体（5），放掉空腔（15）内液体热浴介质，实验过程完毕。
所属类别：	发明专利