CN102707035B - 一种全自动土柱淋滤实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动土柱淋滤实验装置，包括自动定水头高度溶液流出装置、可拆卸土柱柱体和自动连续采样装置；自动定水头高度溶液流出装置包括目标污染物溶液盛放瓶和自动定水头高度机构，自动定水头高度机构包括磁块、阀门、转轮、拉线和浮力球；自动连续采样装置包括采样盘、电机、继电器、电源和计时器，电机通过继电器与电源连接，计时器与继电器连接，采样盘上表面一周均匀开有多个凹槽，试验管内安装有第一液面探测针和第二液面探测针，第一探测针通过导电线与继电器连接，第二液面探测针通过硬质导电线、触碰式滑槽和导电金属球与继电器电连接。本发明结构简单、设计合理且使用方便，自动化强，节约了劳动力，适于推广。

Description

一种全自动土柱淋滤实验装置

技术领域

本发明涉及一种环境工程及地下水模拟实验装置，尤其是涉及一种全自动土柱淋滤实验装置。

背景技术

近年来，随着经济的快速发展，国内地表水及土壤已遭到不同程度的污染，这些污染威胁着地下水的开发利用，影响着城市的发展和人民的健康。土柱淋滤实验是动态吸附研究的一种有效手段，能在很大程度上客观的反应模拟区域土壤或河床沉积物对污染物质的吸附容量和阻滞能力，对环境风险评价具有重要的参考价值。

目前，实验室用土柱淋滤实验装置原理基本相同，土柱淋滤实验装置一般由目标污染物溶液流出装置34、土柱柱体35、采样容器36、多余目标污染物溶液收集装置37和水泵38组成（如图1所示）；配制的目标污染物溶液经目标污染物溶液流出装置34流出，通过配套阀门46调节流速，土柱柱体35的上端侧壁上开有小孔，多余的目标污染物溶液从小孔流出，经多余目标污染物溶液收集装置37收集后通过水泵38送回至目标污染物溶液流出装置34，确保恒定水头高度；土柱柱体35内压实盛装模拟区域土壤或沉积物，目标污染物溶液穿透土柱柱体35内土壤或沉积物，由采样容器36收集后进行后续测定。在实际操作中，存在以下问题：

（1）土柱柱体上端持续恒定水头高度靠侧壁上的小孔保证，开孔破坏了土柱柱体的结构，使土柱柱体只适用于当前一种水头高度，不能根据不同实验需求调整水头高度。

（2）土柱柱体内的土壤或沉积物难以取出，土柱柱体内部不易清洗，在土柱淋滤实验结束后，要分层取出土柱柱体内的土壤或沉积物，测定目标污染物在其中不同深度的含量，直观的获得土壤或沉积物对目标污染物的截留能力。由于土柱柱体细长且只有上端开口，因此只能选择从上端将土壤或沉积物取出，不仅不易操作，且还可能造成挖取工具被上层土壤或沉积物中高浓度的目标污染物污染，造成实验偏差。土柱柱体内的清洗工作也不易进行，若清洗不干净，土柱柱体内壁上残留的目标污染物会影响下一次实验。

（3）采样工作繁重，土柱淋滤实验采样时一般要求等体积采样，即每次采样体积为实验所用土壤或沉积物的有效孔隙体积，采集每一个单位孔隙体积样品的时间又存在一定差异。实验要求连续性极强，周期最长可达数月之久。目前常用的土柱淋滤实验采样容器多为具有刻度的玻璃器皿（如烧杯、刻度比色管等），采样时由实验人员守候，待接满一个孔隙体积的样品后更换下一个容器，同时记录耗时。土柱淋滤实验开始后不能中断，每天24个小时都需要有人守候采样，期间只能由实验人员轮流值班，工作量繁重。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种全自动土柱淋滤实验装置，其结构简单、设计合理且使用方便，自动化强，节约了劳动力，便于推广使用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种全自动土柱淋滤实验装置，其特征在于：包括自动定水头高度溶液流出装置和设置在所述自动定水头高度溶液流出装置下方的可拆卸土柱柱体，以及设置在所述可拆卸土柱柱体下方的自动连续采样装置；所述自动定水头高度溶液流出装置包括目标污染物溶液盛放瓶和自动定水头高度机构，所述目标污染物溶液盛放瓶上设置有与其相连通的目标污染物溶液排出管道，所述自动定水头高度机构包括磁块、阀门、转轮、拉线和浮力球，所述磁块设置在目标污染物溶液排出管道上，所述阀门安装在目标污染物溶液排出管道上且与磁块配合使用，所述拉线缠绕在转轮上，所述拉线的一端与阀门连接，所述拉线的另一端连接浮力球；所述自动连续采样装置包括采样盘、电机、继电器、电源和计时器，所述电机设置在采样盘的下方且带动采样盘旋转，所述电机通过继电器与电源连接，所述计时器与继电器连接且用于对继电器的接通与断开时间进行计时；所述采样盘的上表面一周均匀开有多个凹槽，所述试验管的内部安装有第一液面探测针和第二液面探测针，所述第一探测针通过导电线与继电器连接，所述第二液面探测针通过硬质导电线、触碰式滑槽和导电金属球与继电器电连接，所述导电金属球设置在试验管的外部且与第二液面探测针连接，所述硬质导电线形成导电金属球支架，所述触碰式滑槽安装在所述导电金属球支架的上端且与导电金属球配合使用。

上述的一种全自动土柱淋滤实验装置，其特征在于：所述可拆卸土柱柱体包括底座和旋转安装在底座上的空心柱，所述空心柱上设置有与其相连通的采样液排出管道，所述空心柱包括主体柱和转动安装在主体柱上的旋转门，所述旋转门和主体柱通过连接扣件连接闭合。

上述的一种全自动土柱淋滤实验装置，其特征在于：所述目标污染物溶液排出管道上安装有用于调节目标污染物溶液流速的流量阀。

上述的一种全自动土柱淋滤实验装置，其特征在于：所述转轮上安装有便于其旋转的把手。

上述的一种全自动土柱淋滤实验装置，其特征在于：所述底座的上表面中心开有盲孔，所述盲孔的底部设置有防漏垫圈，所述盲孔的内壁上设置有内螺纹，所述空心柱的下端外壁上设置有与内螺纹配合使用的外螺纹。

上述的一种全自动土柱淋滤实验装置，其特征在于：所述连接扣件由固定在旋转门上的第一卡扣和固定在主体柱上第二卡扣，以及将第一卡扣和第二卡扣固定在一起的螺栓三部分组成，所述第一卡扣与第二卡扣配合使用；所述旋转门的两侧且与主体柱连接位置处均贴有密封贴。

上述的一种全自动土柱淋滤实验装置，其特征在于：所述旋转门通过合页转动安装在主体柱上。

上述的一种全自动土柱淋滤实验装置，其特征在于：所述主体柱的外壁上且靠近第二卡扣位置处设置有标高刻度尺。

上述的一种全自动土柱淋滤实验装置，其特征在于：所述第一探测针和第二探测针上均设置有用于调节其高度的高度调节旋钮，所述高度调节旋钮设置在试验管的外部。

上述的一种全自动土柱淋滤实验装置，其特征在于：所述目标污染物溶液盛放瓶为玻璃瓶，所述浮力球为硬质塑料空心球。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明采用自动定水头高度溶液流出装置和自动连续采样装置，不需要实验人员手动采集样品，实现了自动化，减轻了实验人员的劳动强度；不破坏土柱柱体的结构，实现了水头高度的调节，以适应不同实验需求。

2、传统土柱淋滤实验装置的土柱柱体不可拆卸，分层取出土柱柱体内的土壤或沉积物时不易操作，还可能造成挖取工具被上层土壤或沉积物中高浓度的目标污染物溶液污染，造成实验偏差，土柱柱体内部的清洗工作也不易进行。与传统的土柱淋滤实验装置相比，本发明采用可拆卸土柱柱体，卸下土柱柱体的底座，空心柱从侧面打开后，土壤或沉积物样品可不受污染分层采集，实验结束后，空心柱内部的清洗也变得十分容易；另外，标高刻度尺还可直观的反应所采集土壤或沉积物的填充高度。

3、本发明操作简单，使用方便，自动化强，便于推广，并且制作简便，有较高的经济价值。

4、本发明适用于不同水头高度和不同采样体积及个数的土柱淋滤实验，其中自动连续采样装置还适用于除土柱淋滤实验外，实验室其它需要连续等体积采样的实验，应用范围广。

5、可进行批量生产，便于大规模的推广应用。

下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。

附图说明

图1为现有土柱淋滤实验装置的结构示意图。

图2为本发明的整体结构示意图。

图3为本发明可拆卸土柱柱体的爆破图。

图4为本发明自动连续采样装置的结构示意图。

附图标记说明:

1—目标污染物溶液盛放瓶；                   1-1—目标污染物溶液排出管道；

2—磁块；                3—流量阀；                4—浮力球；

5-1—第一液面探测针；    5-2—第二液面探测针；      6—拉线；

7—转轮；                8—把手；                  9—阀门；

10—第一卡扣；           11—合页；                 11-1—旋转门；

12—底座；               12-1—盲孔；               13—密封贴；

14—防漏垫圈；           15-1—内螺纹；             15-2—外螺纹；

16—主体柱；             17—刻度尺；               18—第二卡扣；

19—螺栓；               20—数据线；               21—凹槽；

22—采样盘；             23—电机；                 24—继电器；

25—计时器；             26—电源；                 27—硬质导电线；

28—试验管；             29—触碰式滑槽；           30—导电金属球；

31—高度调节旋钮；       32—空心柱；               33—采样液排出管道；

34—目标污染物溶液流出装置；                        35—土柱柱体；

36—采样容器；           37—多余目标污染物溶液收集装置；

38—水泵；               46—配套阀门。

具体实施方式

如图2和图4所示，本发明包括包括自动定水头高度溶液流出装置和设置在所述自动定水头高度溶液流出装置下方的可拆卸土柱柱体，以及设置在所述可拆卸土柱柱体下方的自动连续采样装置；所述自动定水头高度溶液流出装置包括目标污染物溶液盛放瓶1和自动定水头高度机构，所述目标污染物溶液盛放瓶1上设置有与其相连通的目标污染物溶液排出管道1-1，所述自动定水头高度机构包括磁块2、阀门9、转轮7、拉线6和浮力球4，所述磁块2设置在目标污染物溶液排出管道1-1上，所述阀门9安装在目标污染物溶液排出管道1-1上且与磁块2配合使用，所述拉线6缠绕在转轮7上，所述拉线6的一端与阀门9连接，所述拉线6的另一端连接浮力球4；所述自动连续采样装置包括采样盘22、电机23、继电器24、电源26和计时器25，所述电机23设置在采样盘22的下方且带动采样盘22旋转，所述电机23通过继电器24与电源26连接，所述计时器25与继电器24连接且用于对继电器24的接通与断开时间进行计时；所述采样盘22的上表面一周均匀开有多个凹槽21，所述试验管28的内部安装有第一液面探测针5-1和第二液面探测针5-2，所述第一探测针5-1通过导电线20与继电器24连接，所述第二液面探测针5-2通过硬质导电线27、触碰式滑槽29和导电金属球30与继电器24电连接，所述导电金属球30设置在试验管28的外部且与第二液面探测针5-2连接，所述硬质导电线27形成导电金属球支架，所述触碰式滑槽29安装在所述导电金属球支架的上端且与导电金属球30配合使用。其中，硬质导电线27的外部套有绝缘套，以保证操作安全。

如图3所示，所述可拆卸土柱柱体包括底座12和旋转安装在底座12上的空心柱32，所述空心柱32上设置有与其相连通的采样液排出管道33，所述空心柱32包括主体柱16和转动安装在主体柱16上的旋转门11-1，所述旋转门11-1和主体柱16通过连接扣件连接闭合；所述连接扣件由固定在旋转门11-1上的第一卡扣10和固定在主体柱16上第二卡扣18，以及将第一卡扣10和第二卡扣18固定在一起的螺栓19三部分组成，所述第一卡扣10与第二卡扣18配合使用；所述旋转门11-1的两侧且与主体柱16连接位置处均贴有密封贴13，以确保防水性能。

如图2所示，所述目标污染物溶液排出管道1-1上安装有用于调节目标污染物溶液流速的流量阀3，流量阀3保证了阀门9打开时目标污染物溶液以适当的量流出，不会超过下降的水头高度。具体使用时，可以通过旋转流量阀3来调整限流能力。

如图2所示，所述转轮7上安装有便于其旋转的把手8。使用时，可根据实际情况通过把手8转动转轮7来调节拉线6的长度。

如图3所示，所述底座12的上表面中心开有盲孔12-1，所述盲孔12-1的底部设置有防漏垫圈14，所述盲孔12-1的内壁上设置有内螺纹15-1，所述空心柱32的下端外壁上设置有与内螺纹15-1配合使用的外螺纹15-2。

如图3所示，所述旋转门11-1通过合页11转动安装在主体柱16上。

如图3所示，所述主体柱16的外壁上且靠近第二卡扣18位置处设置有标高刻度尺17，可直观的反应所采集土壤或沉积物的填充高度。

如图4所示，所述第一探测针5-1和第二探测针5-2上均设置有用于调节其高度的高度调节旋钮31，所述高度调节旋钮31设置在试验管28的外部。

本实施例中，所述目标污染物溶液盛放瓶1为玻璃瓶，所述浮力球4为硬质塑料空心球。

本发明的工作原理为：在选定水头高度后，先在可拆卸土柱柱体中加入选定高度的目标污染物溶液，通过把手调节拉线6的长度使得拉线6末端所连的浮力球4恰好漂浮在可拆卸土柱柱体的液面上，保证拉线6不受浮力球4重力作用。此时，阀门9因为磁块2的磁力作用紧紧闭合，目标污染物溶液盛放瓶1中的目标污染物溶液不会流出；当可拆卸土柱柱体的水头高度下降时，浮力球4没有液体的浮力，其自身的重力加在拉线6上，阀门9受力增加，当大于磁块2的吸力时，阀门9打开，目标污染物溶液通过经目标污染物溶液排出管道1-1从流量阀3流出，补充下降的水头高度，此时浮力球4重新漂浮，阀门9闭合，目标污染物溶液停止流出。通过旋转流量阀3调整限流能力，以保证目标污染物溶液排出管道1-1打开时目标污染物溶液以适当的量流出，不会超过下降的水头高度。

目标污染物溶液穿透可拆卸土柱柱体内压实盛装的模拟区域土壤或沉积物，由自动连续采样装置收集后进行后续测定。由于可拆卸土柱柱体可打开侧壁，卸下土柱柱体的底座12，空心柱32从侧面打开后，土壤或沉积物样品可不受污染分层采集，实验结束后，空心柱32内部的清洗也变得十分容易。

采用自动连续采样装置采样时，在选定采样体积后，通过高度调节旋钮31调节第一液面探测针5-1和第二液面探测针5-2的位置，使得第一液面探测针5-1和第二液面探测针5-2的针尖停留在试验管28的相应刻度线上。第一液面探测针5-1和第二液面探测针5-2的探测回路与继电器24相连接，随着样品的采集，标有刻度的试验管28内液面上升，当采集到预先设定体积的液体样品时，第一液面探测针5-1和第二液面探测针5-2均与液体相接触，即第一液面探测针5-1和第二液面探测针5-2通过液体接通形成探测回路，这时继电器24闭合，继电器24将电源26与电机23相连，电动机瞬时工作，带动采样盘22转动。与此同时，导电金属球30在触碰式滑槽29上滑动，当导电金属球30滑出触碰式滑槽29时，探测回路中断，即电源26与电机23中断连接，采样盘22停止旋转，计时器25记录并存储采样时间，当下一个空的试验管28停在采样位置处，试验管28上所带的导电金属球30与触碰式滑槽29相连，新的液面探测回路构建完成；采集重复上述工作，即可实现等体积自动连续采样。旋转采样盘上凹槽21用来安放具有刻度的试验管28，凹槽个数即所需采集的样品个数，可通过更换不同凹槽数的采样盘22来满足不同实验的需求；触碰式滑槽29的长度用来控制旋转采样盘转动的距离，确保当导电金属球30滑出触碰式滑槽29时，探测回路中断，采样盘22停止旋转，下一个空的试验管28停在采样位置处，配有不同长度的触碰式滑槽29用于搭配不同凹槽数的采样盘。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种全自动土柱淋滤实验装置，其特征在于：包括自动定水头高度溶液流出装置和设置在所述自动定水头高度溶液流出装置下方的可拆卸土柱柱体，以及设置在所述可拆卸土柱柱体下方的自动连续采样装置；所述自动定水头高度溶液流出装置包括目标污染物溶液盛放瓶（1）和自动定水头高度机构，所述目标污染物溶液盛放瓶（1）上设置有与其相连通的目标污染物溶液排出管道（1-1），所述自动定水头高度机构包括磁块（2）、阀门（9）、转轮（7）、拉线（6）和浮力球（4），所述磁块（2）设置在目标污染物溶液排出管道（1-1）上，所述阀门（9）安装在目标污染物溶液排出管道（1-1）上且与磁块（2）配合使用，所述拉线（6）缠绕在转轮（7）上，所述拉线（6）的一端与阀门（9）连接，所述拉线（6）的另一端连接浮力球（4）；所述自动连续采样装置包括采样盘（22）、电机（23）、继电器（24）、电源（26）和计时器（25），所述电机（23）设置在采样盘（22）的下方且带动采样盘（22）旋转，所述电机（23）通过继电器（24）与电源（26）连接，所述计时器（25）与继电器（24）连接且用于对继电器（24）的接通与断开时间进行计时；所述采样盘（22）的上表面一周均匀开有多个凹槽（21），试验管（28）安放在采样盘上的凹槽（21）内，试验管（28）的内部安装有第一液面探测针（5-1）和第二液面探测针（5-2），所述第一探测针（5-1）通过导电线（20）与继电器（24）连接，所述第二液面探测针（5-2）通过硬质导电线（27）、触碰式滑槽（29）和导电金属球（30）与继电器（24）电连接，所述导电金属球（30）设置在试验管（28）的外部且与第二液面探测针（5-2）连接，所述硬质导电线（27）形成导电金属球支架，所述触碰式滑槽（29）安装在所述导电金属球支架的上端且与导电金属球（30）配合使用；

所述可拆卸土柱柱体包括底座（12）和旋转安装在底座（12）上的空心柱（32），所述空心柱（32）上设置有与其相连通的采样液排出管道（33），所述空心柱（32）包括主体柱（16）和转动安装在主体柱（16）上的旋转门（11-1），所述旋转门（11-1）和主体柱（16）通过连接扣件连接闭合；

所述目标污染物溶液排出管道（1-1）上安装有用于调节目标污染物溶液流速的流量阀（3）；

所述转轮（7）上安装有便于其旋转的把手（8）。

2.按照权利要求1所述的一种全自动土柱淋滤实验装置，其特征在于：所述底座（12）的上表面中心开有盲孔（12-1），所述盲孔（12-1）的底部设置有防漏垫圈（14），所述盲孔（12-1）的内壁上设置有内螺纹（15-1），所述空心柱（32）的下端外壁上设置有与内螺纹（15-1）配合使用的外螺纹（15-2）。

3.按照权利要求1所述的一种全自动土柱淋滤实验装置，其特征在于：所述连接扣件由固定在旋转门（11-1）上的第一卡扣（10）和固定在主体柱（16）上第二卡扣（18），以及将第一卡扣（10）和第二卡扣（18）固定在一起的螺栓（19）三部分组成，所述第一卡扣（10）与第二卡扣（18）配合使用；所述旋转门（11-1）的两侧且与主体柱（16）连接位置处均贴有密封贴（13）。

4.按照权利要求1所述的一种全自动土柱淋滤实验装置，其特征在于：所述旋转门（11-1）通过合页（11）转动安装在主体柱（16）上。

5.按照权利要求3所述的一种全自动土柱淋滤实验装置，其特征在于：所述主体柱（16）的外壁上且靠近第二卡扣（18）位置处设置有标高刻度尺（17）。

6.按照权利要求1所述的一种全自动土柱淋滤实验装置，其特征在于：所述第一探测针（5-1）和第二探测针（5-2）上均设置有用于调节其高度的高度调节旋钮（31），所述高度调节旋钮（31）设置在试验管（28）的外部。

7.按照权利要求1所述的一种全自动土柱淋滤实验装置，其特征在于：所述目标污染物溶液盛放瓶（1）为玻璃瓶，所述浮力球（4）为硬质塑料空心球。