CN107831029B - 一种可分层取样的土柱淋滤装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可分层取样的土柱淋滤装置，包括底座、支撑杆、土柱和附加土柱，附加土柱和土柱可动的安装于支撑杆，土柱的下开口端被密封，附加土柱的下开口端紧贴土柱的上开口端，土柱和附加土柱具有中空腔，一过滤单元将中空腔隔成上下设置的土样腔和积液腔，附加土柱的积液腔内可转动的固定有十字旋转挡板，十字旋转挡板包括交叉设置的止水挡板和透水挡板，一导液管与土柱的积液腔连通，一附加导液管与附加土柱的积液腔连通，且附加导液管的连通处位于对应的过滤单元和十字旋转挡板之间，附加土柱的上开口端安装有与蓄液槽相连的布水器。有益效果：既可取淋滤液又能采集土壤样品且能采集不同时段、不同土层的土壤样品及布水可控。

Description

一种可分层取样的土柱淋滤装置

技术领域

本发明涉及土壤实验设备技术领域，尤其涉及一种可分层取样的土柱淋滤装置。

背景技术

我国因矿山开采形成的尾矿库或废石堆分布广泛，尾矿中多含铬、镉、铅、锌、铜、镍、砷等重金属及其它各类污染物质，在大气降雨的淋滤作用下尾矿中的重金属元素会随之向下迁移进而污染下层土壤甚至地下水。为了解各类污染物在土壤垂向上的迁移转化规律，模拟污染元素在水土中的转化过程尤为重要。土柱试验模型是国内外研究在降雨条件下土壤中污染元素垂向迁移的重要方法，对土壤和地下水质量评价有重要的指导作用，同时也为土壤与地下水的修复及治理提供科学的依据。

目前已有的淋滤装置均存在或多或少的缺陷：首先，传统的垂直土柱多为一体式土柱，只能采集淋滤液而不能采集土壤样品，因而不能对各类污染物在不同土壤层的之间以及在整个土柱垂向上的迁移转化规律和影响因素进行研究；其次，许多已有的实验装置或相关专利虽然能取不同层位的土壤样品，但只能在实验结束后分层取一次土壤样，有的甚至需要破坏装置以取得不同层位的土壤样品，不能进行不同时间间隔的取样；另外，以往的土柱装置多为定水头供水，不适用于研究污染在包气带中的迁移模型；同时，已有的在土柱侧壁分层取样的装置在取样时极易导致淋滤液的外漏，在取样口采集土样时易造成坍塌，影响柱内流场。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种既可取淋滤液又能采集土壤样品且可满足对不同时段、不同土层的土壤样品的采集以及布水可控的可分层取样的土柱淋滤装置。

本发明的实施例提供一种可分层取样的土柱淋滤装置，包括底座、垂直的安装于所述底座的支撑杆、一土柱和至少一附加土柱，所述附加土柱和所述土柱上下设置且均可动的安装于所述支撑杆，所述土柱的下开口端被底板密封，邻近所述土柱的所述附加土柱的下开口端紧贴所述土柱的上开口端，所述土柱和所述附加土柱具有中空腔，一过滤单元横置所述中空腔将所述中空腔隔成上下设置的土样腔和积液腔，所述附加土柱的积液腔内可转动的固定有十字旋转挡板，所述十字旋转挡板包括相互交叉设置的止水挡板和透水挡板，通过所述十字旋转挡板的转动而实现所述止水挡板或所述透水挡板与所述过滤单元平行，一导液管通过所述底板与所述土柱的积液腔连通，一附加导液管通过所述附加土柱的侧壁与所述附加土柱的积液腔连通，且所述附加导液管与所述附加土柱的连通处位于对应的所述过滤单元和所述十字旋转挡板之间，位于上端的所述附加土柱的上开口端安装有布水器，所述布水器与蓄液槽相连。

进一步地，所述蓄液槽和所述布水器通过橡胶软管连接，所述橡胶软管上设有流量计。

进一步地，所述土柱和所述附加土柱的侧端设有套管，所述套管可动的套设于所述支撑杆，所述套管上设有固定装置，所述固定装置用于将所述套管固定于所述支撑杆。

进一步地，所述固定装置包括具有外螺纹的顶丝和开设于所述套管的螺纹通孔，所述顶丝与所述螺纹通孔通过螺纹啮合，且所述顶丝穿过所述螺纹通孔与所述支撑杆接触。

进一步地，所述附加土柱的积液腔中还设有三棱柱挡水环，所述三棱柱挡水环紧贴所述附加土柱内壁，且位于所述十字旋转挡板和所述附加土柱的下开口端之间。

进一步地，所述过滤单元包括多孔筛板和平铺于所述多孔筛板上表面的的尼龙筛网。

进一步地，铺于所述多孔筛板上表面的的尼龙筛网具有三层。

进一步地，一转轴位于所述止水挡板和所述透水挡板的交线上，所述转轴的一端贯穿所述附加土柱的侧壁与旋钮连接，所述旋钮转动而通过所述转轴带动所述十字旋转挡板转动实现所述止水挡板或所述透水挡板与所述过滤单元平行，所述止水挡板与所述透水挡板垂直。

进一步地，还包括集液瓶，所述集液瓶的端口塞有单孔橡胶塞，所述导液管包括贯穿所述单孔橡胶塞的软管和贯穿所述底板的玻璃管，所述软管和所述玻璃管连接；所述附加导液管包括附加软管和贯穿所述附加土柱侧壁的附加玻璃管，所述附加软管和所述附加玻璃管连接，且所述附加软管上设有止水夹。

进一步地，所述底座为铁质实心底座，其中心区域具有螺纹孔，所述支撑杆为铁质实心杆，固定于所述螺纹孔，且所述支撑杆外包裹有橡胶，所述底座的底部设有橡胶垫。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

(1)本发明的可分层取样的土柱淋滤装置，包括一土柱和至少一附加土柱，每一所述土柱或者附加土柱中的土样腔内用于收容不同土层的土壤样品，由于所述附加土柱和所述土柱可动的安装于所述支撑杆，取样时，旋转相应的所述土柱或者所述附加土柱，即可使该土柱或者附加土柱与其他土柱或者附加在竖直方向上错开，从而可满足对不同时段、不同土层土壤样品的采集。

(2)所述附加土柱至少一个，即可根据实验需要，增加所述附加土柱的数量，从而满足不同实验目的对土柱层数、单节土柱高度和直径的要求。

(3)本发明的可分层取样的土柱淋滤装置，利用设于所述附加土柱中的十字旋转挡板，当所述止水挡板与所述过滤单元平行时，可以通过所述附加导液管收集对应的土层在不同时段的淋滤液，方便、简单。

(4)邻近所述土柱的所述附加土柱的下开口端紧贴所述土柱的上开口端，从而可以避免淋滤液的大量蒸发而影响整个实验。

(5)本装置结构简单、价格低廉、易于操作、运行稳定、且淋滤效果好。

附图说明

图1是本发明可分层取样的土柱淋滤装置的整体示意图；

图2是图1的剖视图；

图3是本发明可分层取样的土柱淋滤装置的十字旋转挡板示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1和图2，本发明的实施例提供了一种可分层取样的土柱淋滤装置，包括底座1、垂直的安装于所述底座1的支撑杆2、一土柱9和至少一附加土柱16。

请参考图1和图2，所述底座1为铁质实心底座，其中心区域具有螺纹孔，且所述底座1的底部设有橡胶垫，本实施例中所述底座1是圆形的。所述支撑杆2为铁质实心杆，固定于所述螺纹孔，且所述支撑杆2外包裹有橡胶。

请参考图1和图2，所述土柱9和所述附加土柱16在本实施例中为圆筒状，其内具有上下贯通的中空腔，其外侧的侧端设有套管10，所述套管10可动的套设于所述支撑杆2，所述套管10上设有固定装置，所述固定装置用于将所述套管10固定于所述支撑杆2。所述固定装置包括具有外螺纹的顶丝11和开设于所述套管10的螺纹通孔，所述顶丝11与所述螺纹通孔通过螺纹啮合，且所述顶丝11穿过所述螺纹通孔与所述支撑杆2接触。使所述顶丝11旋出所述螺纹通孔时,即旋松所述顶丝11时，所述顶丝11与所述支撑杆2之间的作用力减小，这时，所述套管10既可以相对所述支撑杆2在垂直于所述支撑杆2的平面旋转，也可以沿着所述支撑杆2在竖直方向上运动。从而，在对应的所述套管10的带动下，所述土柱9和所述附加土柱16可以在竖直方向上相互对齐，也可以在竖直方向上相互错开。使所述顶丝11旋进所述螺纹通孔时，即旋紧所述顶丝11时,所述顶丝11与所述支撑杆2之间的作用力增大，当作用力足够大时，所述套管10即被固定于所述支撑杆2而与所述支撑杆2相对静止。

请参考图1和图2，所述附加土柱16和所述土柱9上下设置，所述土柱9的下开口端被底板7密封，所述土柱9的上开口端敞开，所述附加土柱16的上开口端和下开口端均敞开。一过滤单元横置所述中空腔将所述中空腔隔成上下设置的土样腔23和积液腔24，所述土样腔23用于收容土壤样品，所述积液腔24用于储存对应的所述土柱9或者附加土柱16中的淋滤液，所述过滤单元包括多孔筛8和平铺于所述多孔筛板8上表面的的尼龙筛网，优选铺于所述多孔筛板8上表面的的尼龙筛网具有三层。

请参考图1、图2和图3，所述附加土柱16的积液腔24内可转动的固定有十字旋转挡板13，所述十字旋转挡板13包括相互交叉设置的止水挡板20和透水挡板21，一转轴14位于所述止水挡板20和所述透水挡板21的交线上，所述十字旋转挡板13通过所述转轴14可转动的固定于所述附加土柱16。所述转轴14的一端贯穿所述附加土柱16的侧壁与旋钮连接，其另一端贯穿所述附加土柱16的另一侧壁与防脱螺丝连接，所述旋钮转动而通过所述转轴14带动所述十字旋转挡板13转动实现所述止水挡板20或所述透水挡板21与所述过滤单元平行，优选所述止水挡板20与所述透水挡板21垂直，且所述透水挡板21与所述多孔筛板8相同。优选所述止水挡板为橡胶挡板。

请参考图1和图2，所述附加土柱16的积液腔24中还设有三棱柱挡水环12，所述三棱柱挡水环12紧贴所述附加土柱16的内壁，且位于所述十字旋转挡板13和所述附加土柱16的下开口端之间。所述三棱柱挡水环12能阻挡沿土柱内壁下流的淋滤液，防止淋滤液从上下土柱的连接缝隙处流出。

优选所述土柱9和所述附加土柱16为有机玻璃材质，所述套管10亦为有机玻璃材质。

请参考图1和图2，一导液管通过所述底板7与所述土柱9的积液腔24连通，一附加导液管通过所述附加土柱16的侧壁与所述附加土柱16的积液腔24连通，且所述附加导液管与所述附加土柱16的连通处位于对应的所述过滤单元和所述十字旋转挡板13之间。本发明所述的可分层取样的土柱淋滤装置还包括集液瓶3，所述集液瓶3的端口塞有单孔橡胶塞4，所述导液管包括贯穿所述单孔橡胶塞4的软管5和贯穿所述底板7的玻璃管6，所述软管5和所述玻璃管6连接；所述附加导液管包括附加软管5′和贯穿所述附加土柱16侧壁的附加玻璃管6′，所述附加软管5′和所述附加玻璃管6′连接，且所述附加软管上设有止水夹15。当所述止水挡板20与所述过滤单元平行时，可以通过所述附加导液管收集对应的土层在不同时段的淋滤液，方便、简单。

请参考图1，所述附加土柱16至少一个，即可根据实验需要，增加所述附加土柱16的数量，位于上端的所述附加土柱16的上开口端安装有布水器17，所述布水器17与蓄液槽19相连。所述蓄液槽19和所述布水器17通过橡胶软管22连接，所述橡胶软管22上设有流量计18。通过所述流量计18可以控制所述布水器17的布水量，克服了以往的土柱装置多为定水头供水，从而不适用于研究污染在包气带中的迁移模型的技术难题。

使用时：

(1)准备工作：根据实验需求安装所述土柱9和相应数量的所述附加土柱16(本说明以1节附加土柱16为例说明)，将所述尼龙筛网依次平铺于所述多孔筛板8上，铺三层，填装所述土柱9和所述附加土柱16。将所述底座1置于平地上，旋入所述支撑杆2，将所述土柱9和所述附加土柱16的套管10依次套于所述支撑杆2上，调整所述套管10的高度，使各个所述土柱9和所述附加土柱16紧挨，然后旋紧所述顶丝11将所述套管10固定于所述支撑杆2。将所述集液瓶3置于所述底座1上，所述软管5的一端连接所述玻璃管6，另一端穿过所述单孔橡胶塞4，将单孔橡胶塞4安装于所述集液瓶3的瓶口。将所述布水器17置于位于顶层的所述附加土柱16上开口端处，用橡胶软管22依次连接所述布水器17、所述流量计18以及所述储液槽19的出水口，调整所述流量计18的流量为0。旋转所述转轴14，使所述十字旋转挡板13上的所述透水挡板21与所述过滤单元平行，将所述止水夹15夹于和所述附加玻璃管6′相连的所述附加软管5′上。

(2)开始实验：打开所述流量计18，调整其流量为目标流量。淋滤一段时间后，采集土壤样：旋松所述顶丝11，转动所述土柱9，使所述土柱9与所述附加土柱16在竖直方向上错开，挖取该段土柱的土壤样，之后复原所述土柱9的位置，旋紧顶丝11；用同样的方法依次完成其他土柱的土样采集工作。采集水样：旋转所述转轴14，使所述止水挡板20的位置平行于所述过滤单元，打开止水夹15，收集从所述附加软管5′中流出的水样，取样完成后夹上止水夹15，复原橡胶挡板20的位置。如果还有其他附加土柱，用同样的方法依次完成其他段土柱的水样采集工作。

所述集液瓶3中的水样可拿掉所述单孔橡胶塞4直接采集。

(3)结束实验：实验结束后关闭所述流量计18，从上到下依次拆卸所述附加土柱16和所述土柱9，最后拆卸所述支撑架2和所述集液瓶3。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

(1)本发明的可分层取样的土柱淋滤装置，包括一土柱9和至少一附加土柱16，每一所述土柱9或者附加土柱16中的土样腔23内用于收容不同土层的土壤样品，由于所述附加土柱16和所述土柱9可动的安装于所述支撑杆2，取样时，旋转相应的所述土柱9或者所述附加土柱16，即可使该土柱9或者附加土柱16与其他土柱或者附加在竖直方向上错开，从而可满足对不同时段、不同土层土壤样品的采集。

(2)所述附加土柱16至少一个，即可根据实验需要，增加所述附加土柱16的数量，从而满足不同实验目的对土柱层数、单节土柱高度和直径的要求。

(3)本发明的可分层取样的土柱淋滤装置，利用设于所述附加土柱16中的十字旋转挡板13，当所述止水挡板20与所述过滤单元平行时，可以通过所述附加导液管收集对应的土层在不同时段的淋滤液，方便、简单。

(4)邻近所述土柱9的所述附加土柱16的下开口端紧贴所述土柱9的上开口端，从而可以避免淋滤液的大量蒸发而影响整个实验。

(5)本装置结构简单、价格低廉、易于操作、运行稳定、且淋滤效果好。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可分层取样的土柱淋滤装置，其特征在于：包括底座、垂直的安装于所述底座的支撑杆、一土柱和至少一附加土柱，所述附加土柱和所述土柱上下设置且均可动的安装于所述支撑杆，所述土柱和所述附加土柱的侧端设有套管，所述套管可动的套设于所述支撑杆，所述套管上设有固定装置，所述固定装置用于将所述套管固定于所述支撑杆，所述土柱的下开口端被底板密封，邻近所述土柱的所述附加土柱的下开口端紧贴所述土柱的上开口端，所述土柱和所述附加土柱具有中空腔，一过滤单元横置所述中空腔将所述中空腔隔成上下设置的土样腔和积液腔，所述附加土柱的积液腔内可转动的固定有十字旋转挡板，所述十字旋转挡板包括相互交叉设置的止水挡板和透水挡板，通过所述十字旋转挡板的转动而实现所述止水挡板或所述透水挡板与所述过滤单元平行，所述附加土柱的积液腔中还设有三棱柱挡水环，所述三棱柱挡水环紧贴所述附加土柱内壁，且位于所述十字旋转挡板和所述附加土柱的下开口端之间，一导液管通过所述底板与所述土柱的积液腔连通，一附加导液管通过所述附加土柱的侧壁与所述附加土柱的积液腔连通，且所述附加导液管与所述附加土柱的连通处位于对应的所述过滤单元和所述十字旋转挡板之间，位于上端的所述附加土柱的上开口端安装有布水器，所述布水器与蓄液槽相连。

2.如权利要求1所述的可分层取样的土柱淋滤装置，其特征在于：所述蓄液槽和所述布水器通过橡胶软管连接，所述橡胶软管上设有流量计。

3.如权利要求1所述的可分层取样的土柱淋滤装置，其特征在于：所述固定装置包括具有外螺纹的顶丝和开设于所述套管的螺纹通孔，所述顶丝与所述螺纹通孔通过螺纹啮合，且所述顶丝穿过所述螺纹通孔与所述支撑杆接触。

4.如权利要求1所述的可分层取样的土柱淋滤装置，其特征在于：所述过滤单元包括多孔筛板和平铺于所述多孔筛板上表面的尼龙筛网。

5.如权利要求4所述的可分层取样的土柱淋滤装置，其特征在于：铺于所述多孔筛板上表面的尼龙筛网具有三层。

6.如权利要求1所述的可分层取样的土柱淋滤装置，其特征在于：一转轴位于所述止水挡板和所述透水挡板的交线上，所述转轴的一端贯穿所述附加土柱的侧壁与旋钮连接，所述旋钮转动而通过所述转轴带动所述十字旋转挡板转动实现所述止水挡板或所述透水挡板与所述过滤单元平行，所述止水挡板与所述透水挡板垂直。

7.如权利要求1所述的可分层取样的土柱淋滤装置，其特征在于：还包括集液瓶，所述集液瓶的端口塞有单孔橡胶塞，所述导液管包括贯穿所述单孔橡胶塞的软管和贯穿所述底板的玻璃管，所述软管和所述玻璃管连接；所述附加导液管包括附加软管和贯穿所述附加土柱侧壁的附加玻璃管，所述附加软管和所述附加玻璃管连接，且所述附加软管上设有止水夹。

8.如权利要求1所述的可分层取样的土柱淋滤装置，其特征在于：所述底座为铁质实心底座，其中心区域具有螺纹孔，所述支撑杆为铁质实心杆，固定于所述螺纹孔，且所述支撑杆外包裹有橡胶，所述底座的底部设有橡胶垫。