一種模擬溢油風(fēng)化對水質(zhì)影響的實驗系統(tǒng)與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種模擬溢油風(fēng)化對水質(zhì)影響的實驗系統(tǒng)與方法，屬于環(huán)境保護及溢 油環(huán)境影響實驗及評價技術(shù)領(lǐng)域，它帶有縮比仿真溢油風(fēng)化對水質(zhì)影響的實驗裝置、溢油 案例比對模塊及數(shù)據(jù)庫、適用區(qū)域匹配模塊及數(shù)據(jù)庫、水質(zhì)評估分析模塊，能夠在縮比仿真 環(huán)境中模擬溢油風(fēng)化（包括溢油分散）對水質(zhì)的影響，并將特定油品和縮比仿真環(huán)境條件 下的實驗結(jié)果還原換算為同類溢油在真實環(huán)境風(fēng)化中造成的分階段水質(zhì)指標濃度變幅及 影響程度和范圍，為科學(xué)地認識溢油及其分散后的環(huán)境歸宿與危害，開展溢油環(huán)境影響評 價和環(huán)境風(fēng)險評估，積極有效地采取污染防備、應(yīng)急處置、環(huán)境修復(fù)對策措施提供實驗技術(shù) 支持。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展，對能源的需求不斷增加，沿海及內(nèi)河、水上、水下及 陸域溢油事故風(fēng)險均明顯加大，近些年國內(nèi)外溢油污染事故呈現(xiàn)大規(guī)模頻發(fā)態(tài)勢，已引起 世界各國的高度重視，大力加強了溢油風(fēng)險防范和應(yīng)急處置工作。
[0003] 原油及其煉制產(chǎn)品種類繁多，其發(fā)生溢出事故進入環(huán)境的規(guī)模各異，受風(fēng)、浪、流、 光照、生物活動等多重因素的作用所經(jīng)歷的蒸發(fā)、光氧化、溶解、乳化、粘附于顆粒物沉降、 微生物降解等風(fēng)化過程隨著環(huán)境條件的變化而千差萬別。
[0004] 為了科學(xué)地認識溢油的環(huán)境歸宿與危害，積極有效地采取污染防備與應(yīng)急處置對 策措施，世界多國科學(xué)家持續(xù)開展了溢油風(fēng)化和環(huán)境影響的研究、觀測和實驗，W便由此入 手，了解各種風(fēng)化過程和階段對不同環(huán)境受體的危害，為防治污染對策提供有效依據(jù)，并根 據(jù)溢油風(fēng)化整體特征找到適合而系統(tǒng)的模型方法，統(tǒng)一應(yīng)用于溢油模擬及應(yīng)急處置決策， 采用多學(xué)科方法來研究和預(yù)測溢油的環(huán)境歸宿，分析和預(yù)警溢油的環(huán)境危害及影響。
[0005] 李志軍等人的《波浪作用下油脂冰內(nèi)溢油行為物理模擬實驗技術(shù)》一文，制作了一 個長130畑1，寬15畑1，深50畑1的玻璃水槽，置于控溫精度較高的低溫實驗室內(nèi)，玻璃水槽上 面敞口，周邊5面均加保溫材料板。依靠由震蕩臺電機提供動力的契型塊在水槽內(nèi)的垂直 運動造波，通過調(diào)節(jié)水深、電機運動頻率及傳動臂調(diào)節(jié)孔位置，變換波長和波高。（《大連海 事大學(xué)學(xué)報》第23卷第4期）
[0006] 趙云英等人的《波浪槽模擬海況檢驗消油劑的乳化性能》一文，提到了一個波浪槽 試驗裝置，波浪槽為（0. 8X1. 0X15)m3,實際水深為0. 5m，波高大約為0. 38m。造波機由計 算機控制，按一定頻率形成波浪并且有破碎波的產(chǎn)生。破碎波的頻率為10s。在波浪槽水面 上根據(jù)需要布上一定厚度的油膜。采用波浪槽模擬海浪的運動狀況，研究波浪對消油劑清 除海面溢油的作用。（《海洋環(huán)境科學(xué)》第23卷第4期）
[0007] 張秀芝等人在《海上溢油風(fēng)化特性及化學(xué)分散劑效果的影響因素研究》一文 中，提到一個模擬原油風(fēng)化的裝置，由波浪槽和圍油欄組成，波浪槽系露天混凝±結(jié)構(gòu)， 25m(長）X0. 6m(寬）X1. 2m(高），槽頂端安裝造波機及控制器，首尾設(shè)消能坡，其上鋪碎 石及竹掃靑苗，波浪槽可W模擬30cm波高的波浪。（《海洋環(huán)境科學(xué)》第16卷第3期）
[0008] 楊慶霄等人在《溢油的物理性質(zhì)在模擬風(fēng)化過程中的變化》一文提到一個風(fēng)化模 擬裝置，其處于一間蔽光的暗室內(nèi)，風(fēng)化槽中加入自來水，經(jīng)恒溫槽恒溫的水由循環(huán)累經(jīng)進 水管打入風(fēng)化槽中。多余的水經(jīng)回水管再流入恒溫槽。回水管高度為控制風(fēng)化槽水位的高 度。油樣品放在裝滿海水約化的生物培養(yǎng)缸中。培養(yǎng)缸放在風(fēng)化槽的中部。用溫度計可 隨時觀察到風(fēng)化槽內(nèi)的水溫。電風(fēng)扇和燈光分別模擬自然條件下的風(fēng)和太陽光。照明用 6X40W日光燈，每邊=個，W保證足夠的照度。（《海洋環(huán)境科學(xué)》第8卷第3期）
[0009] 于順、安偉等人發(fā)明的《一種模擬海上溢油性質(zhì)變化試驗裝置》 (CN2008102113352)設(shè)及海洋環(huán)境模擬裝置，包括底部設(shè)有水槽支架、頂部設(shè)有風(fēng)罩的條狀 水槽，水槽與造波機連通，風(fēng)罩與帶風(fēng)機箱的通風(fēng)管道連通，水槽的四個側(cè)壁外表面均設(shè)有 空氣幕圍擋，集造波、生風(fēng)、升降溫、保溫功能于一體，集成的數(shù)控系統(tǒng)，用于近似地模擬海 上溢油的性質(zhì)變化。
[0010] 吳海濤、喬冰等人發(fā)明的《海上溢油風(fēng)化模擬系統(tǒng)》（CN2009101056450)在溢油池 中安裝了由撥水板W及側(cè)面推進器組成的水流模擬裝置，通過控制器調(diào)節(jié)壓縮空氣推進氣 缸，帶動撥水板在溢油池內(nèi)做周期性的往復(fù)運動，W及推動側(cè)面推進器有規(guī)律地從外部拍 打溢油池壁，使水面產(chǎn)生縱向的流動和橫向的波浪。 W11] 包木太、沈田田等人發(fā)明的《一種海底溢油行為歸宿的實驗?zāi)M裝置》(CN2014104881817)包括兩個圓柱形模擬海水容器、安裝于容器底部的原油、溢油分散劑錐 形噴嘴，原油、溢油分散劑儲罐、恒溫控制循環(huán)水裝置、紫外巧光照相系統(tǒng)，用于模擬海底溢 油的行為歸宿。
[0012] 李吳、孫寶江等人發(fā)明的《一種模擬深水區(qū)水下溢油的裝置與方法》 (CN2014105595831)包括壓力控制系統(tǒng)、混合注入系統(tǒng)、實驗?zāi)Ｐ拖到y(tǒng)和給排水系統(tǒng)；可模 擬不同壓強、溫度、噴射速度等深水環(huán)境下油氣行為歸宿，實現(xiàn)較高精度的參數(shù)測量。
[0013] 安偉、錢國棟等人發(fā)明的《水下溢油模擬試驗裝置及其操作方法》 (CN2015100436301)在試驗水槽外部一側(cè)設(shè)有試驗水配制水槽，另一側(cè)外部設(shè)有水下注油 單元軌道、水下注油單元和電控柜，集試驗水配制和多種變化的注油條件等功能于一體，并 配有PLC控制系統(tǒng)，更為近似地模擬水下溢油的實際狀況。
[0014] 現(xiàn)有的一些其他的海洋環(huán)境模擬試驗?zāi)Ｐ腿鏑N200975971Y，CN2252989YW及 CN2421640Y所掲示。
[0015] 上述有關(guān)海上溢油風(fēng)化模擬試驗的論文和專利缺乏能夠模擬溢油風(fēng)化對水質(zhì)影 響的實驗系統(tǒng)，而主要聚焦于：
[0016] 1.模擬水流和波浪的試驗裝置；
[0017] 2.對水面和海底溢油行為的物理模擬；
[0018] 3.波浪對化學(xué)分散劑清油作用及效果的測試；
[0019] 4.溢油的物理性質(zhì)在模擬風(fēng)化過程中的變化。
[0020] 盡管李思源等人曾分析了利用上述《海上溢油風(fēng)化模擬系統(tǒng)》（CN2009101056450) 進行溢油風(fēng)化模擬時的海水水質(zhì)變化（《海上污染防治及應(yīng)急技術(shù)研討會論文集》，中國環(huán) 境科學(xué)出版社，2009:261-266)，但由于缺乏對真實溢油的縮比仿真分析，其結(jié)果難W說明 溢油在真實環(huán)境條件下的水質(zhì)影響，無法定量預(yù)測溢油的環(huán)境風(fēng)險。
[0021] 有關(guān)模擬海洋環(huán)境進行腐蝕試驗的專利還存在下述一些不足：
[0022] 1.均是室內(nèi)模擬，對光照、降雨等自然條件考慮不足；
[002引 2.都是用造波機造浪，不能模擬海洋中海水的環(huán)流、端流等；
[0024] 3.未能較真實地模擬海洋環(huán)境中不同深度海水運動的變化等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[00巧](1)發(fā)明目的
[00%] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種模擬溢油風(fēng)化對水質(zhì)影響的實驗 系統(tǒng)與方法，開創(chuàng)一種能在仿真縮比環(huán)境中模擬溢油風(fēng)化（包括化學(xué)分散）對水質(zhì)的影響， 并將特定油品和縮比環(huán)境條件下的實驗結(jié)果還原換算為同類溢油在真實環(huán)境風(fēng)化中造成 的分階段水質(zhì)指標變幅及影響程度和范圍的完整實驗系統(tǒng)與專用實驗方法，為科學(xué)地認識 溢油及其分散后的環(huán)境歸宿與危害，開展溢油環(huán)境影響評價和環(huán)境風(fēng)險評估，積極有效地 采取污染防備、應(yīng)急處置、環(huán)境修復(fù)對策措施提供實驗技術(shù)支持。
[0027] 似技術(shù)方案
[0028] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種溢油風(fēng)化對水質(zhì)影響的縮 比仿真與還原分析的完整實驗系統(tǒng)與方法，其包括縮比仿真溢油風(fēng)化對水質(zhì)影響的實驗裝 置（含溢油風(fēng)化模擬裝置、油品及分散劑計量添加模塊、水質(zhì)取樣分析模塊）、溢油案例比 對模塊及數(shù)據(jù)庫、適用區(qū)域匹配模塊及數(shù)據(jù)庫、和水質(zhì)評估分析模塊、專用實驗方法。其中， 所述的溢油風(fēng)化模擬裝置包括安裝于室外可借助自然環(huán)境條件的拼接式圓柱形水池框架 (1)、多契型推水板（2)、水池圓屯、軸固定桿（3)、圓柱形整體外包橡膠水池（4)、水池頂部滑 軌及配有拖帶固定器的電動滑輪巧）、電動滑輪速度頻率控制器化），該多契型推水板設(shè)置 在圓柱形實驗水池內(nèi)，中屯、套在水池圓屯、軸固定桿上，兩端連接水池頂部滑軌上的電動滑 輪拖帶固定器。當(dāng)該電動滑輪在水池頂部滑軌上往復(fù)滑動，與其配有的拖帶固定器相連的 多契型推水板就會在水池內(nèi)部做正向或反向圓周運動，帶動水體接近于實際海況地流動及 形成一定的波浪（契型板上寬下窄，其帶動水流流速隨深度增加而遞減與真實情況相似）。
[0029] 所述的油品及分散劑計量添加模塊帶有專用輸送計量累（7)和專用的計量添加 計算模塊，可根據(jù)溢油風(fēng)化模擬裝置的水體表面積AS。及試驗