一種新型地下水檢測(cè)裝置的設(shè)想

王豪 馬子淇 王杰 周盼盼

一、立項(xiàng)背景和依據(jù)

本項(xiàng)目面向我國(guó)現(xiàn)有地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)這一方面內(nèi)容，致力于為國(guó)家現(xiàn)有地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的簡(jiǎn)潔化，成本最低化做出探索，引入新型專項(xiàng)地下水水質(zhì)檢測(cè)結(jié)構(gòu)，目標(biāo)是在現(xiàn)有的地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備做出嘗試性探索，在完成對(duì)地下水水質(zhì)的不間斷監(jiān)測(cè)的同時(shí)，盡量減少人力的投入。

二、項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容

通過對(duì)國(guó)內(nèi)外測(cè)井技術(shù)的借鑒和研究以及國(guó)內(nèi)現(xiàn)有地下水監(jiān)測(cè)站的設(shè)施調(diào)查研究，結(jié)合物理學(xué)原理和一些化學(xué)反應(yīng)，本項(xiàng)目以建立一個(gè)可以對(duì)地下水水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的新型設(shè)備為主線，在實(shí)驗(yàn)室模擬進(jìn)行裝置測(cè)試，以探求裝置可行性和工作效率。研究員可直接從反應(yīng)現(xiàn)象中快速提取地下水主要指標(biāo)，得到簡(jiǎn)潔明了的結(jié)論?？紤]到設(shè)備高效性和適用性，我們的設(shè)備并不是對(duì)地下水的多種水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行全方位的測(cè)量，應(yīng)用時(shí)應(yīng)該有針對(duì)性的對(duì)當(dāng)?shù)厮募叭宋牡刭|(zhì)狀態(tài)實(shí)行因地制宜的檢測(cè)，例如：在工業(yè)化發(fā)達(dá)的城市重點(diǎn)放在污染指標(biāo)上；在沿海地區(qū)的重心則放在地下水的鹽性上。而在我們的項(xiàng)目裝置測(cè)試時(shí)，主要將重心放在化學(xué)或者生物以及地學(xué)實(shí)驗(yàn)室廢棄水上。

三、項(xiàng)目特色及創(chuàng)新點(diǎn)

項(xiàng)目特色：

克服傳統(tǒng)地下水監(jiān)測(cè)必須進(jìn)行取樣后不能立即檢測(cè)的問題，以及一次性取樣檢測(cè)多種成分的監(jiān)測(cè)方法的創(chuàng)新，滿足現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展中對(duì)于系統(tǒng)化，快速化，高效化的要求，對(duì)新型地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)可行性方法做出積極探索。

創(chuàng)新點(diǎn)：

1.簡(jiǎn)化傳統(tǒng)取樣——測(cè)試——分析的工作流程。

國(guó)內(nèi)的地下水監(jiān)測(cè)工作起步較晚，相關(guān)的監(jiān)測(cè)工作還有些許不足。就水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作而言，目前國(guó)內(nèi)普遍以人力居多，費(fèi)事費(fèi)力并且信息傳達(dá)滯后。我們提出這種新型的地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置，通過減少取樣次數(shù)，減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)來簡(jiǎn)化地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)及分析流程。目的是降低人力成本，提高監(jiān)測(cè)效率。

2.可同時(shí)檢測(cè)水中溶解氣體成分和液態(tài)水成分

本監(jiān)測(cè)裝置可以同時(shí)檢測(cè)地下水中的易揮發(fā)物質(zhì)和難揮發(fā)物質(zhì)，預(yù)計(jì)達(dá)到采用水蒸氣檢測(cè)和液態(tài)水質(zhì)檢測(cè)同一裝置完成的目的。結(jié)合物理學(xué)，有機(jī)化學(xué)，無機(jī)化學(xué)等學(xué)科知識(shí)，能夠有針對(duì)性地根據(jù)不同需求添加不同底物進(jìn)行局部檢測(cè)，或者進(jìn)行全方位檢測(cè)。

四、項(xiàng)目實(shí)施方案

（一）管道部分——分析已有地下水檢測(cè)管道情況。

在綜合分析了現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外各種檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)基礎(chǔ)上，考慮到項(xiàng)目中對(duì)于自動(dòng)水質(zhì)分析的各種需要，我們對(duì)簡(jiǎn)易地下水質(zhì)檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)其提出了初步的新的設(shè)想與要求。

連續(xù)多通道管以其創(chuàng)造性的結(jié)構(gòu)設(shè)想和精致的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)見長(zhǎng)，故此我們有意采用類似的方式。

此結(jié)構(gòu)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）圍繞一根地下主管道止水容易、可靠，回填方便；2）能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)地下水中的多種成分；3）能夠采集不同層次的地下水；4）可現(xiàn)場(chǎng)加工過濾器部件（進(jìn)水窗口），確保其安裝位置準(zhǔn)確；5）可隨時(shí)通過塑料管回收水質(zhì)電極，方便檢修與替換；6）主管道可升降，裝置可靈活調(diào)度；7）內(nèi)部由兩根管道組成，一根用于采集液態(tài)地下水，一根負(fù)責(zé)采集電解后的氣體成分，做到全方位監(jiān)測(cè)水質(zhì)。

（二）地下環(huán)境模擬裝置

由于實(shí)驗(yàn)室難以模擬地下環(huán)境，本項(xiàng)目欲采用模擬箱粗略模擬地下水環(huán)境。尺寸可根據(jù)實(shí)際需求放大或縮小。以此裝置來模擬土層，巖層，并設(shè)置兩到三層地下水層。地下管道部分由模擬箱上方接入，電源由外部提供，并帶有小型電動(dòng)機(jī)來調(diào)整管道高度。模擬箱帶有觀察窗，可以部分觀察到裝置地下工作情況。并且可以根據(jù)不同環(huán)境要求改變模擬箱內(nèi)環(huán)境，以此來模擬各種不同地區(qū)的差異。

五、可行性分析：

（1）簡(jiǎn)易地下水質(zhì)檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)可行性論述：我們大量查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料，簡(jiǎn)易地下水質(zhì)檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)的提出是基于地下輕質(zhì)油儲(chǔ)存庫性能檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上的，該裝置由我國(guó)中國(guó)人民解放軍后勤工程學(xué)院的多名科學(xué)工作者和工程師聯(lián)合測(cè)試研發(fā)，并且已經(jīng)投入運(yùn)營(yíng)，具有充足的理論支持與實(shí)際考證。并且我們會(huì)在后續(xù)過程中，對(duì)簡(jiǎn)易地下水質(zhì)檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模與模擬實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)，進(jìn)一步鞏固和完善其結(jié)構(gòu)。

（2）成分檢測(cè)原理可行性：在檢測(cè)原理方面，我們并不是探求新的檢測(cè)方法，而是將傳統(tǒng)長(zhǎng)耗時(shí)，大工作量的水質(zhì)檢測(cè)工作換一個(gè)環(huán)境進(jìn)行，目的是減少耗時(shí)和工作量，提高效率。而檢測(cè)原理還是依據(jù)原有的理化反應(yīng)原理。就本實(shí)驗(yàn)而言，在模擬實(shí)驗(yàn)中，我們采取基本的酸堿度檢測(cè)，鉀鈣鎂含量檢測(cè)，以及常見酸根碳酸根、硫酸根、氯根等的檢測(cè)，以及氣體如氮，二氧化碳，甲烷等的檢測(cè)。檢測(cè)環(huán)境為圖4所示的反應(yīng)容器中。檢測(cè)時(shí)只需添加相應(yīng)反應(yīng)底物。

注釋：《地下輕質(zhì)油料儲(chǔ)存庫火災(zāi)模擬實(shí)驗(yàn)研究》杜揚(yáng) 蔣新生 錢海兵 周建中 楊曉鳳）

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