[发明专利]有色纳米材料在水体中运动的二维观测系统及方法

说明书

本发明涉及水修复技术领域，具体而言，涉及一种有色纳米材料在水体中运动的二维观测系统及方法。系统包括包含模型箱和注入机构的二维模型试验装置，模型箱包括具有相对设置的观测面和背景面的观测腔体，观测面与背景面为透光材质，观测腔体用于填充透光性的多孔介质，注入机构设于观测腔体内以向多孔介质中注入有色纳米材料。图像采集装置用于获取待注入有色纳米材料之前观测面的初始图像和开始注入有色纳米材料后的不同时间的观测面的实时图像。数据处理装置用于根据初始图像和不同时间对应的实时图像，得到观测面内的各位点处不同注入时间有色纳米材料的浓度。所述系统更为符合实际场景，能够更为全面的获取箱体内有色纳米材料的浓度分布。

技术领域

本发明涉及水修复技术领域，具体而言，涉及一种有色纳米材料在水体中运动的二维观测系统及方法。

背景技术

地下水是水资源的重要组成部分，地下水污染不仅制约了经济的发展，同时也对公共卫生安全造成极大的威胁。如何高效的修复被污染的地下含水层是环境岩土工程领域亟待解决的重要课题。近年来，有色纳米材料作为一种新兴的环境修复材料被引入了地下水的原位修复领域。有色纳米材料具有尺寸小、表面活性高等特性，因此能够直接被注入被污染含水层内，并随着地下水的运动形成高效的反应区域，从而实现对被污染地下水的原位修复。

在应用有色纳米材料进行地下水的原位修复过程中发现，有色纳米材料所起到的修复效果与其在多孔介质中的运移和滞留行为密切相关。例如已有研究多采用一维柱试验来研究纳米零价铁在多孔介质中的运移和滞留过程。一维柱试验具有装置简单、条件易于控制等优点，是目前研究有色纳米材料运动行为的常用手段。但是在实际情况中，有色纳米材料在进入被污染含水层后仍然会随着地下水流场继续运动。因此，实际应用中流场条件更为复杂，然而由于一维柱试验的流速条件单一并且忽略了有色纳米材料在多孔介质中运动的横向行为，有必要开展更符合实际情况的二维模型试验来评估多孔介质中有色纳米材料纵向和横向的运动范围。然而相比于一维柱试验，传统的二维模型试验的装置更为复杂，而且通常需人工取样，增加了取样难度，也容易导致分析结果不准确。

发明内容

基于此，本发明提供了一种有色纳米材料在水体中运动的二维观测系统及方法，能够全面准确的获取水体中有色纳米材料的浓度分布，且取样便捷。

本发明一方面，提供一种有色纳米材料在水体中运动的二维观测系统，包括：

二维模型试验装置，包括模型箱和注入机构，其中模型箱包括观测腔体，观测腔体具有相对设置的观测面和背景面，观测面与背景面为透光材质，观测腔体用于填充有透光性的多孔介质，注入机构设于观测腔体内，以向观测腔体内的多孔介质中注入有色纳米材料；

图像采集装置，用于获取待注入有色纳米材料之前观测面的初始图像信息和开始注入有色纳米材料后的不同时间的观测面的实时图像信息；及

数据处理装置，用于根据初始图像信息和不同时间所对应的实时图像信息，得到观测面内的各位点处不同时间有色纳米材料的浓度。

本发明一方面，还提供一种有色纳米材料在水体中运动的二维观测方法，包括以下步骤：

向二维模型试验装置的观测腔体内填充透光性的多孔介质，再通过设于观测腔体内的注入机构向观测腔体内的多孔介质中注入有色纳米材料；二维模型试验装置包括模型箱和注入机构，模型箱具有观测腔体，观测腔体具有相对设置的观测面和背景面，观测面与背景面为透光材质；

获取待注入有色纳米材料之前观测面的初始图像信息和开始注入有色纳米材料后的不同时间的观测面的实时图像信息；及

根据初始图像信息和不同时间所对应的实时图像信息，得到观测面内的各位点处不同时间有色纳米材料的浓度。