устройство для определения поглощающей способности сорбирующих экранов для защиты подземных вод

Формула изобретения

Устройство для определения поглощающей способности сорбирующих экранов для защиты подземных вод, содержащее образец экрана, резервуар с раствором, содержащим потенциальные загрязнители с заданной концентрацией, набор сменных пробоотборников, фильтрационную колонну, блок измерения концентрации загрязнителей, отличающееся тем, что в него дополнительно включены эластичный контейнер для размещения образца экрана, первый и второй фильтры, датчик скорости фильтрации, первый насос, блок управления первым насосом, причем резервуар с раствором, содержащим потенциальные загрязнители с заданной концентрацией, последовательно трубопроводами соединен через первый насос, фильтрационную колонну, запорный клапан и набор сменных пробоотборников, с блоком измерения концентрации загрязнителей, при этом второй насос подключен воздуховодом через нагнетательный клапан к второму входу фильтрационной колонны между ее внутренней боковой поверхностью и эластичным контейнером, причем выход блока измерения концентрации загрязнителей соединен линией связи с входом вычислителя, выход которого подключен к входу блока памяти, при этом выход таймера подключен к управляющему входу запорного клапана, а датчик скорости фильтрации размещен в трубопроводе, соединяющем выход первого насоса с входом фильтрационной колонны, при этом выход датчика скорости фильтрации подключен к входу блока управления первым насосом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для осуществления контроля над процессом миграции потенциальных загрязнителей во времени с целью своевременного принятия мер защиты подземных вод и почв от загрязнения токсичными или радиоактивными веществами в районах захоронения промышленных отходов.

Известно устройство для измерения скорости диффузии ионов в почвах, которое определяет изменения свойств почвы в зависимости от времени контакта с источником диффундирующих ионов на определенном расстоянии до источника. Скорость диффузии ионов в почве определяют по началу изменения разности потенциалов между ионоселективным электродом на ион, диффузия которого изучается, и электродами сравнения, расположенными на поверхности почвы. В качестве изменяющегося свойства почвы выбирают начало изменения активности диффундирующих ионов на противоположной от их источника поверхности почвенного образца (патент RU №2243557 С1 7, G01N 33/24).

Недостатком известного устройства является тот факт, что при использовании этого устройства учитывается только диффузионный характер переноса загрязнителей. В местах складирования отходов как правило, кроме диффузионного переноса загрязнителей, имеет место перенос токсичных и радиоактивных веществ в результате фильтрации воды от места складирования отходов к нижележащим водоносным горизонтам.

Наиболее близким техническим решением, т.е. прототипом, является устройство содержащее образец экрана, резервуар с раствором, содержащим потенциальные загрязнители с заданной концентрацией, набор сменных пробоотборников, фильтрационную колонну, блок измерения концентрации загрязнителей (Практикум по общей гидрологии/Под ред. В.С.Самариной, изд. ЛГУ, 1965, стр.34-35).

Недостатком известного устройства является наличие пристеночной фильтрации, непостоянство скорости фильтрации и механическое вымывание образца грунта в процессе эксперимента.

Результатом изобретения является разработка устройства для определения в лабораторных условиях поглощающей способности сорбирующих экранов (изменения относительной концентрации загрязнителей во времени при фильтрации загрязненной жидкости через образец экрана) при постоянной скорости фильтрации раствора с загрязнителями через образцы естественных и искусственных экранов, при обеспечении режима отсутствия пристеночной фильтрации и механического вымывания образца материала экрана.

Сущность изобретения состоит в том, что в устройство для определения поглощающей способности сорбирующих экранов для защиты подземных вод, содержащее образец экрана, резервуар с раствором, содержащим потенциальные загрязнители с заданной концентрацией, набор сменных пробоотборников, фильтрационную колонну, блок измерения концентрации загрязнителей, дополнительно включены эластичный контейнер для размещения образца экрана, первый и второй фильтры, датчик скорости фильтрации, первый насос, блок управления первым насосом, причем резервуар с раствором, содержащим потенциальные загрязнители с заданной концентрацией, последовательно трубопроводами соединен через первый насос, фильтрационную колонну, запорный клапан и набор сменных пробоотборников с блоком измерения концентрации загрязнителей, при этом второй насос подключен воздуховодом через нагнетательный клапан ко второму входу фильтрационной колонны между ее внутренней боковой поверхностью и эластичным контейнером, причем выход блока измерения концентрации загрязнителей соединен линией связи с входом вычислителя, выход которого подключен к входу блока памяти, при этом выход таймера подключен к управляющему входу запорного клапана, а датчик скорости фильтрации размещен в трубопроводе, соединяющем выход первого насоса с входом фильтрационной колонны, при этом выход электрического сигнала датчика скорости фильтрации подключен к входу блока управления первым насосом.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства, где: образец экрана - 1, эластичный контейнер - 2, фильтрационная колонна - 3, нагнетательный клапан - 4, резервуар с раствором, содержащим потенциальные загрязнители с заданной концентрацией - 5, первый насос - 6, второй насос - 7, первый фильтр - 8, второй фильтр 9, датчик скорости фильтрации - 10, блок управления первого насоса - 11, таймер - 12, запорный клапан - 13, набор сменных пробоотборников - 14, блок измерения концентрации загрязнителей - 15, вычислитель - 16, блок памяти - 17.

На фиг.2 приведен пример экспериментальной оценки поглощающей способности сорбирующего экрана (изменения относительной концентрации загрязнителей во времени при фильтрации загрязненной жидкости через образец экрана).

Устройство для определения поглощающей способности сорбирующих экранов, выполненных из естественных или искусственных материалов, работает следующим образом.

Исследуемый образец экрана 1 (фиг.1) загружают в эластичный, например резиновый, контейнер 2, который помещают в фильтрационную колонку 3, в которой дополнительно предусматривают второй вход через нагнетательный клапан 4.

Составляют исходный раствор с заданной концентрацией потенциальных загрязнителей С_исх, для которых исследуют поглощающую способность конкретного образца экрана, наполняют им резервуар и с выхода резервуара с раствором, содержащим потенциальные загрязнители с заданной концентрацией 5, через первый насос 6 под давлением P₁ подают на первый вход фильтрационной колонки 3. Второй вход фильтрационной колонки 3 через нагнетательный клапан 4 подключают ко второму насосу 7 с давлением P₁<P₂ и тем самым обеспечивают боковое обжатие образца экрана и исключают пристеночную фильтрацию. Для предотвращения механического вымывания образца на его входную и выходную поверхность накладывают фильтры 8 и 9, выполненные, например, в виде тонких слоев стекловаты. В трубопроводе между фильтрационной колонной 3 и первым насосом 6 включен датчик скорости фильтрации 10, выход которого подключен к блоку управления 11 первого насоса 6 для регулировки давления P₁ с целью поддержания постоянной скорости фильтрации.

Таймер 12 через заданные интервалы времени t формирует управляющий сигнал, который поступает на запорный клапан 13 и дозированный объем фильтрата поступает в первый сменный набор пробоотборника 14. Пробоотборник выполнен, например, в виде сменных наборов из «К» стерильных резервуаров в каждом, где число «К» определяет количество исследуемых загрязнителей. Соответственно, общее число наборов зависит от выбранного интервала времени t, метода и длительности исследования, которое должно продолжаться до установления основной зоны изменения концентрации загрязнителя в поровом пространстве экрана 0,01<С_i <0,95.

После заполнения первого сменного набора фильтратом его подают в блок измерения концентрации загрязнителей 15, например на атомно-абсорбционный спектрофотометр (в случае использования для измерения концентрации прибора, позволяющего определить концентрацию всех элементов в одной пробе, в пробоотборнике достаточно одного сменного резервуара). Соответствующие сигналы по каждому из загрязнителей с выхода блока измерения концентрации загрязнителей 15 подают на вход первого вычислителя 16, в котором определяют концентрацию каждого исследуемого элемента относительно его концентрации в исходном растворе для первого отсчетного момента времени t ₁ (относительную концентрацию) по формуле:

где - концентрация элемента «к» в «i» момент времени, - концентрация элемента «к» в исходном растворе.

Через интервалы времени t, например через один час (сутки), от таймера 12 поступают управляющие сигналы на клапан 13 и процедура определения изменения концентрации каждого исследуемого элемента относительно его концентрации в исходном растворе циклически повторяется, на выходе первого вычислителя 16 формируют соответствующие электрические сигналы, которые подают на вход блока памяти 17, и последовательно запоминают в соответствующем разделе, т.е. формируют базу данных относительной концентрации исследуемого элемента в поровом пространстве изучаемого образца экрана во времени C_i(t).

Использование заявленного изобретения позволит значительно повысить точность измерений поглощающей способности естественных и искусственных защитных экранов и, соответственно, повысить точность оценки степени защищенности региона. Это имеет особое значение при проведении мероприятий по защите подземных вод и почв от воздействия загрязнителей в местах складирования промышленных отходов, содержащих токсичные и радиоактивные вещества.