CN103018421A - 用于模拟石油烃类污染包气带土壤的多节式土柱 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于模拟石油烃类污染包气带土壤的多节式土柱,至少包括底座、安装固定于底座上的可旋土柱装置、取样测样装置以及位于可旋土柱装置顶部的淋滤装置,其中可旋土柱装置由三节以上的可旋土柱单元、致密纱网、带孔有机玻璃板A以及砂芯漏斗集样腔组成;所述的淋滤装置包括蠕动泵、玻璃转子流量计、带孔有机玻璃板B、顶盖以及橡胶管;所述的取样测样装置由取样单元和测样单元组成,取样单元上设有安装于可旋土柱单元内的取样头,测样单元与取样单元连接并对取样单元取出的样品进行检测。该多节式土柱解决了现有技术中的不足,其能够自动化定量取样、分层取土测定土壤中石油烃含量,同时还可以减少取样对流场的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种多节式土柱,尤其涉及一种用于模拟石油烃类污染包气带土壤的多节式土柱,属于水文地质研究领域。
背景技术
随着工业化经济的逐渐发展,石油工业在各个国家占据了重要的经济地位,石油被称为经济乃至整个社会的“黑色黄金”、“经济血液”,作为一种重要的能源,其应用范围还在继续拓展,消耗量也日趋增大。它在给人类带来巨大的利益的同时也带来了严重的危害。在石油的开采、炼制、贮运和使用过程中,由于工艺水平和处理技术的限制,石油可能通过泄漏或含油污水进入地表土壤,再直接或间接由降雨带入包气带,直至进入地下水体,从而引起一系列环境地质问题,给现代人类生活和未来社会可持续发展造成不良影响。因此,研究石油烃类污染包气带土壤的运移及转化规律具有十分重要的意义。
目前国内外研究石油烃污染包气带土壤主要通过物理模拟和数值模拟开展。目前市场上没有专门用于石油烃污染包气带土壤的物理模拟装置,已有的装置只能测定淋滤液中石油烃含量,无法在实验后分层取土研究土壤中石油烃的含量;已有的实验装置只能人工取样,样品流失比较多,对土柱内流场影响较大,同时石油烃污染包气带土壤周期较长,需耗费大量人力测样取样;已有的实验装置无法满足石油烃污染包气带土壤的纵向尺度;无法准确模拟石油烃污染包气带土壤。
发明内容
本发明提供了一种用于模拟石油烃类污染包气带土壤的多节式土柱,解决了背景技术中的不足,其能够自动化定量取样、分层取土测定土壤中石油烃含量、减少取样对流场的影响。
实现本发明上述目的所采用的技术方案为:
一种用于模拟石油烃类污染包气带土壤的多节式土柱,至少包括底座、安装固定于底座上的可旋土柱装置、取样测样装置以及位于可旋土柱装置顶部的淋滤装置,其中可旋土柱装置由三节以上的可旋土柱单元、致密纱网、带孔有机玻璃板A以及砂芯漏斗集样腔组成,其中可旋土柱单元为空心圆柱管状,其两端设有相互匹配的螺纹,可旋土柱单元通过螺纹依次连接,最下节可旋土柱单元固定于底座上,带孔有机玻璃板A安装于最下节的可旋土柱单元的内部,致密纱网平贴固定于带孔有机玻璃板A上,砂芯漏斗集样腔位于带孔有机玻璃板A的下方;所述的淋滤装置包括蠕动泵、玻璃转子流量计、带孔有机玻璃板B、顶盖以及橡胶管,其中蠕动泵通过橡胶管与玻璃转子流量计相连,玻璃转子流量计安装于顶盖上,带孔有机玻璃板B位于顶盖下方且固定于最上节的可旋土柱单元内;所述的取样测样装置由取样单元和测样单元组成,取样单元上设有安装于可旋土柱单元内的取样头,测样单元与取样单元连接并对取样单元取出的样品进行检测。
所述的可旋土柱单元由有机玻璃圆柱体和圆柱体连接段组成,其中有机玻璃圆柱体的一端光滑,另一端设有外螺纹,圆柱体连接段呈圆筒状,其下部套在有机玻璃圆柱体的光滑的一端上且两者之间通过氯仿粘贴密封,圆柱体连接段的上部设有与外螺纹匹配的内螺纹。
所述的圆柱体连接段的中部的内壁上设有环形凹槽,环形凹槽内设有硅胶垫圈,且硅胶垫圈的一部分位于环形凹槽内,另一部分露出于环形凹槽。
带孔有机玻璃板B上的孔均匀分布,且每个孔的下方均设有降雨针头。
顶盖由两层直径不同的有机玻璃板组成,上层的直径大于可旋土柱单元的外径,下层的直径小于可旋土柱单元的内径。
所述的取样单元包括取样头、有机玻璃管、橡胶管、取样腔以及防挥发取样瓶,其中取样头呈螺旋形分布于可旋土柱单元内部,取样头通过有机玻璃管与取样腔相连,有机玻璃管上安装有电磁阀,取样腔的顶部设有通气阀门,取样腔的底部通过接样导管连接防挥发取样瓶,接样导管上设有阀门。
所述的测样单元包括光电液位传感器、多参数仪传感器、电磁阀传感器单片机、光电液位传感单片机、多参数仪以及电脑,其中电磁阀传感器单片机通过电缆与所有电磁阀连接,光电液位传感器位于取样腔的侧壁上,且所有的光电液位传感器均通过电缆连接到光电液位传感单片机上;多参数仪传感器位于取样腔的底部,且所有的多参数仪传感器均通过导线连接到多参数仪;多参数仪、光电液位传感器单片机及电磁阀传感器单片机均通过电缆与电脑相连。
本发明提供的用于模拟石油烃类污染包气带土壤的多节式土柱有以下优点:一是可以通过实验要求灵活控制土柱的纵向高度;二是可在实验结束后拆卸各节可旋土柱单元,并分层取土样分析土壤中石油烃的含量;三是该装置中取样孔螺旋均匀分布于土柱内的侧部,且取样装置的设计减少了取样时的样品流失,将取样对流场的影响降至最低;四是针头降雨装置通过与玻璃转子流量计相连可以调节降水流量,同时模拟实际情况均匀降雨淋滤。取样单元中的装置取样瓶设计成密封状,且先通过取样腔再进行取样,可降低取样时石油烃挥发对实验结果的影响。该装置可以广泛用于研究石油烃污染包气带土壤迁移规律及机理以及所引发的环境问题,对石油烃物理模拟研究具有重要的意义。
附图说明
图1为本发明提供的多节式土柱的整体结构示意图;
图中:1-玻璃转子流量计,2-顶盖,3-橡胶管,4-带孔有机玻璃板B,5-降雨针头,6-通气阀门,7-取样腔,8-多参数仪传感器,9-防挥发取样瓶,10-电磁阀,11-光电液位传感器,12-宝塔,13-取样头,14-电缆,15-致密纱网,16-带孔有机玻璃板A,17-砂芯漏斗集样腔,18-底座,19-阀门,20-光电液位器传感单片机,21-多参数仪,22-电磁阀传感器单片机,23-电脑,24-导线,25-有机玻璃管,26-蠕动泵,27-有机玻璃圆柱体,28-外螺纹,29-硅胶垫圈,30-圆柱体连接段,31-接样导管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细具体的说明。
本发明提供的用于模拟石油烃类污染包气带土壤的多节式土柱的整体结构如图1所示,包括底座18、安装固定于底座18上的可旋土柱装置、取样测样装置以及位于可旋土柱装置顶部的淋滤装置,其中所述的淋滤装置包括蠕动泵26、玻璃转子流量计1、带孔有机玻璃板B4、顶盖2以及橡胶管3,其中蠕动泵26通过橡胶管3与玻璃转子流量计1相连,玻璃转子流量计1安装于顶盖2上,带孔有机玻璃板B4位于顶盖2下方且固定于可旋土柱装置内。带孔有机玻璃板B4上的孔均匀分布,且每个孔的下方均设有降雨针头5。顶盖2由两层直径不同的有机玻璃板组成,上层的直径大于可旋土柱单元的外径,下层的直径小于可旋土柱单元的内径。
可旋土柱装置由三节以上的可旋土柱单元、致密纱网15、带孔有机玻璃板A16以及砂芯漏斗集样腔17组成,其中可旋土柱单元为空心圆柱管状,其两端设有相互匹配的螺纹,可旋土柱单元通过螺纹依次连接,最下节可旋土柱单元固定于底座18上,带孔有机玻璃板A16安装于最下节的可旋土柱单元的内部,致密纱网15平贴固定于带孔有机玻璃板A16上,砂芯漏斗集样腔17位于带孔有机玻璃板A16的下方。在本实施例中可旋土柱单元设有五节,且可旋土柱单元由有机玻璃圆柱体27和圆柱体连接段30组成,其中有机玻璃圆柱体27的一端光滑,另一端设有外螺纹28,圆柱体连接段30呈圆筒状,其下部套在有机玻璃圆柱体27的光滑的一端上且两者之间通过氯仿粘贴密封,圆柱体连接段30的上部设有与外螺纹匹配的内螺纹,相邻的两节可旋土柱单元通过内螺纹与外螺纹28连接。圆柱体连接段30的中部的内壁上设有环形凹槽,环形凹槽内设有硅胶垫圈29,硅胶垫圈29的一部分位于环形凹槽内,另一部分露出于环形凹槽,且该部分被夹在上下相邻的两有机玻璃圆柱体27之间。
所述的取样测样装置由取样单元和测样单元组成,取样单元包括取样头13、有机玻璃管25、橡胶管、取样腔7以及防挥发取样瓶9,其中取样头13呈螺旋形分布于可旋土柱单元内部,取样头13通过宝塔12以及有机玻璃管25与取样腔7相连,有机玻璃管25上安装有电磁阀10,取样腔7的顶部设有通气阀门6,取样腔7的底部通过接样导管31连接防挥发取样瓶9,接样导管31上设有阀门19。所述的测样单元包括光电液位传感器11、多参数仪传感器8、电磁阀传感器单片机22、光电液位传感单片机20、多参数仪21以及电脑23,其中电磁阀传感器单片机22通过电缆14与所有电磁阀10连接,光电液位传感器11位于取样腔7的侧壁上,且所有的光电液位传感器11均通过电缆连接到光电液位传感单片机20上;多参数仪传感器8位于取样腔7的底部,且所有的多参数仪传感器8均通过导线24连接到多参数仪21;多参数仪21、光电液位传感器单片机20及电磁阀传感单片机22均通过电缆14与电脑23相连。
本发明提供的用于模拟石油烃类污染包气带土壤的多节式土柱的工作原理如下:将可旋土柱单元通过螺纹一个一个的叠加起来,可旋土柱装置的上部设有可调节流量的淋滤装置,在可旋土柱装置的底部设有砂芯漏斗集样腔。可旋土柱装置的侧部螺旋分布着取样测样装置,取样测样装置通过与电脑相连实现自动化。首先电脑发射命令打开要测样孔处的电磁阀,然后样品在取样腔内达到预定高度后,光电侧位传感器发出信后经光电侧位传感单片机传到电脑,电脑发出命令经电磁阀传感单片机将电磁阀关闭,结束收集样品过程。同时多参数仪将测得的各种参数存入电脑,从而完成自动取样测样过程。实验结束后取土样分析土壤含石油烃含量。
下面举例说明其具体工作步骤:
(1)采样:前往武汉八十万吨乙烯工程现场取的第四纪砂土,带回实验室后天然风干,筛分。
(2)装土:以野外测得土壤密度装填土柱,每5mm装填一次。
(3)保水:从装置底部定水头保水。
(4)淋滤:用配制的石油烃饱和溶液淋滤采集的砂土。
(5)监测和取样:打开测样装置的通气阀门,在电脑上设定每一小时测一次样品。待多参数仪读数后,打开接样导管下的阀门取样。
(6)土样分析:待实验结束后,分节旋开土柱装置,然后分节取样测定土壤中石油烃的含量。
Claims (7)
1.一种用于模拟石油烃类污染包气带土壤的多节式土柱,其特征在于:至少包括底座、安装固定于底座上的可旋土柱装置、取样测样装置以及位于可旋土柱装置顶部的淋滤装置,其中可旋土柱装置由三节以上的可旋土柱单元、致密纱网、带孔有机玻璃板A以及砂芯漏斗集样腔组成,其中可旋土柱单元为空心圆柱管状,其两端设有相互匹配的螺纹,可旋土柱单元通过螺纹依次连接,最下节可旋土柱单元固定于底座上,带孔有机玻璃板A安装于最下节的可旋土柱单元的内部,致密纱网平贴固定于带孔有机玻璃板A上,砂芯漏斗集样腔位于带孔有机玻璃板A的下方;所述的淋滤装置包括蠕动泵、玻璃转子流量计、带孔有机玻璃板B、顶盖以及橡胶管,其中蠕动泵通过橡胶管与玻璃转子流量计相连,玻璃转子流量计安装于顶盖上,带孔有机玻璃板B位于顶盖下方且固定于最上节的可旋土柱单元内;所述的取样测样装置由取样单元和测样单元组成,取样单元上设有安装于可旋土柱单元内的取样头,测样单元与取样单元连接并对取样单元取出的样品进行检测。
2.根据权利要求1所述的用于模拟石油烃类污染包气带土壤的多节式土柱,其特征在于:所述的可旋土柱单元由有机玻璃圆柱体和圆柱体连接段组成,其中有机玻璃圆柱体的一端光滑,另一端设有外螺纹,圆柱体连接段呈圆筒状,其下部套在有机玻璃圆柱体的光滑的一端上且两者之间通过氯仿粘贴密封,圆柱体连接段的上部设有与外螺纹匹配的内螺纹。
3.根据权利要求2所述的用于模拟石油烃类污染包气带土壤的多节式土柱,其特征在于:所述的圆柱体连接段的中部的内壁上设有环形凹槽,环形凹槽内设有硅胶垫圈,且硅胶垫圈的一部分位于环形凹槽内,另一部分露出于环形凹槽。
4.根据权利要求1所述的用于模拟石油烃类污染包气带土壤的多节式土柱,其特征在于:带孔有机玻璃板B上的孔均匀分布,且每个孔的下方均设有降雨针头。
5.根据权利要求1所述的用于模拟石油烃类污染包气带土壤的多节式土柱,其特征在于:顶盖由两层直径不同的有机玻璃板组成,上层的直径大于可旋土柱单元的外径,下层的直径小于可旋土柱单元的内径。
6.根据权利要求1所述的用于模拟石油烃类污染包气带土壤的多节式土柱,其特征在于:所述的取样单元包括取样头、有机玻璃管、橡胶管、取样腔以及防挥发取样瓶,其中取样头呈螺旋形分布于可旋土柱单元内部,取样头通过有机玻璃管与取样腔相连,有机玻璃管上安装有电磁阀,取样腔的顶部设有通气阀门,取样腔的底部通过接样导管连接防挥发取样瓶,接样导管上设有阀门。
7.根据权利要求1所述的用于模拟石油烃类污染包气带土壤的多节式土柱,其特征在于:所述的测样单元包括光电液位传感器、多参数仪传感器、电磁阀传感器单片机、光电液位传感单片机、多参数仪以及电脑,其中电磁阀传感器单片机通过电缆与所有电磁阀连接,光电液位传感器位于取样腔的侧壁上,且所有的光电液位传感器均通过电缆连接到光电液位传感单片机上;多参数仪传感器位于取样腔的底部,且所有的多参数仪传感器均通过导线连接到多参数仪;多参数仪、光电液位传感器单片机及电磁阀传感器单片机均通过电缆与电脑相连。
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