CN109991388B - 研究挥发性有机物在土壤中迁移的实验装置及其实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种研究挥发性有机物在土壤中迁移的实验装置及其实验方法。该实验装置包括：实验管，所述实验管的底部具有进液接口以及出液接口，所述实验管侧还具有取样接头，所述实验管还具有进气接口以及出气接口；输液组件，所述输液组件包括输液容器以及进液管；液位调节器，与所述出液接口连接，用于调节所述实验管中的液位高度；废液组件，与所述液位调节器连接，用于回收流出所述实验管的溶液；进气组件，与所述进气接口连接，用于向所述实验管输送气流并调节气流流量；以及出气组件，与所述出气接口连接，用于排出所述实验管中的混合气流。实现不同工况下VOC在土壤中迁移情况的模拟。同时，实验装置的结构简单，方便实验人员操作。

Description

研究挥发性有机物在土壤中迁移的实验装置及其实验方法

技术领域

本发明涉及有机物迁移实验领域，特别是涉及一种研究挥发性有机物在土壤中迁移的实验装置及其实验方法。

背景技术

土壤污染是一个日益严重的全球性环境问题，其中挥发性有机物(volatileorganic compounds，VOC)是一类非常重要且常见的污染物。地下水中的VOC可以挥发进入土壤气，之后通过土壤气入侵的方式进入居民住所并进一步通过呼吸系统进入人体，从而对人体健康造成损害。

自然条件下，很多环境因素的改变都会影响VOC从地下水迁移进入地表的过程，例如地下水水位波动、降雨和气压的变化等等。因此，在不同的自然条件下，有必要对VOC在非饱和区中的运动迁移的规律进行研究，以更好地减少VOC蒸气入侵对居民健康的影响。

然而，目前对于自然条件变化对于VOC土壤气入侵的实验研究相对较少，无法通过一套实验装置模拟不同自然因素条件对土壤气入侵的影响，增加实验成本，同时还不便于实验人员使用。

发明内容

基于此，有必要针对目前的实验研究存在不能模拟不同自然条件对土壤气入侵研究问题，提供一种能模拟不同自然条件的研究挥发性有机物在土壤中迁移的实验装置，以及提供一种应用于上述实验装置的实验方法。

上述目的通过下述技术方案实现：

一种研究挥发性有机物在土壤中迁移的实验装置，包括：

实验管，所述实验管用于盛放玻璃珠以及实验土壤，所述玻璃珠位于所述实验管的底部，所述实验土壤位于所述玻璃珠的上方，所述实验管的底部具有进液接口以及出液接口，所述实验管侧还具有取样接头，所述实验管还具有进气接口以及出气接口；

输液组件，用于输送VOC溶液，所述输液组件包括输液容器以及进液管，所述进液管连接所述输液容器与所述进液接口，VOC溶液经所述进液管以及所述进液接口输送至所述实验管；

液位调节器，与所述出液接口连接，用于调节所述实验管中的液位高度；

废液组件，与所述液位调节器连接，用于回收流出所述实验管的溶液；

进气组件，与所述进气接口连接，用于向所述实验管输送气流并调节气流流量；以及

出气组件，与所述出气接口连接，用于排出所述实验管中的混合气流。

在其中一个实施例中，所述进气组件包括进气管以及设置于所述进气管的进气过滤件与进气阀，所述进气管连接所述进气接口，所述进气阀用于调节所述进气管中气流的流量；

外界的气流进入进气管后，经所述进气过滤件过滤，并经所述进气接口进入所述实验管。

在其中一个实施例中，所述出气组件包括出气管以及设置于所述出气管的出气蠕动泵、出气阀以及出气过滤件，所述出气管连接所述出气接口，所述出气阀用于调节所述出气管中混合气流的流量，所述出气蠕动泵用于使所述实验管中的气流模拟地表风速；

所述实验管中的气流与土壤气混合后，混合气流经出气接口进入所述出气管，并经所述出气过滤件过滤后排入到外界。

在其中一个实施例中，所述出气组件还包括采样检测件，所述采样检测件设置于所述出气管，用于采集并检测所述出气管中混合气流的VOC浓度。

在其中一个实施例中，所述实验装置还包括盖设于所述取样接头的盖组件；

所述盖组件包括塑料盖以及设置于所述塑料盖中间位置的气相色谱垫片，所述塑料盖可拆卸的安装于所述取样接头，供采样勺对所述土壤取样；

所述气相色谱垫片用于供取样针穿过，以采集土壤气。

在其中一个实施例中，所述取样接头的数量为多个，多个所述取样接头沿所述实验管的轴向方向间隔排布，所述盖组件的数量等于所述取样接头的数量。

在其中一个实施例中，所述输液组件包括储水容器、进水管以及与所述进液管连接的储液容器，所述储液容器用于存储高浓度的VOC溶液，所述进水管连接所述储水容器与所述进液管，使所述VOC溶液在所述进液管中稀释，并由所述进液管送入所述实验管。

在其中一个实施例中，所述进液接口的数量为多个，多个所述进液接口沿所述实验管的周侧分布；

相邻的两个所述进液接口之间的夹角范围为90°～120°。

在其中一个实施例中，所述液位调节器具有下水口以及上水口，所述下水口与所述出液接口连接，所述上水口与所述废液组件连接；

所述上水口的管径大于所述下水口的管径。

在其中一个实施例中，所述实验装置还包括实验支架，所述实验支架用于支撑所述实验管；

所述实验装置还包括抓手，所述抓手设置于所述实验支架，所述抓手用于夹持所述液位调节器，并调节所述液位调节器的高度。

在其中一个实施例中，所述实验装置还包括具有外接口的顶盖，所述顶盖盖设于所述实验管的顶部，所述外接口用于向所述实验管输入水，用于模拟降雨工况。

在其中一个实施例中，所述实验装置还包括布水盘，所述布水盘设置于所述实验管，并位于所述顶盖的下方，所述布水盘上具有多个通孔，多个所述通孔用于使水滴落于所述实验管；

以及进一步地，多个所述通孔均匀分布；

多个所述通孔的面积和为所述布水盘的面积的5％～30％；

所述通孔的直径为1.5mm～3mm。

在其中一个实施例中，所述实验管还具有调压接口，所述调压接口与所述实验管底部的距离为20cm～30cm，所述出气管还与所述调压接口连接，所述出气蠕动泵能够调整所述实验管内的正向压差与负向压差。

在其中一个实施例中，所述出气组件还包括压力差传感器，所述压力差传感器设置于所述出气管，并位于所述调压接口与所述出气接口之间，用于测量所述调压接口与所述出气接口之间的压力差。

在其中一个实施例中，所述实验装置还包括不锈钢网，所述不锈钢网位于所述玻璃珠与所述土壤之间，用于防止所述土壤进入所述溶液中；

和/或，所述实验管内填充所述玻璃珠的直径为0.5cm～1.5cm；

和/或，所述实验管内填充所述土壤的高度为所述实验管高度的50％～80％。

一种研究挥发性有机物在土壤中迁移的实验方法，应用于研究挥发性有机物在土壤中迁移的实验装置，所述实验方法包括如下步骤：

将玻璃珠与土壤分别填充于实验管；

采用输液组件向所述实验管内输送VOC溶液，并由废液组件回收所述实验管流出的溶液；

采用进气组件向所述实验管内输送气流，并经出气组件排出，同时，采用所述出气组件的出气蠕动泵模拟地表风速；

采用取样针从所述实验管的取样接头处采集土壤气，和/或，采用采样勺从所述实验管的取样接头处采集土壤；

调节液位调节器的高度，以模拟地下水液位高度的变化。

在其中一个实施例中，所述实验方法还包括如下步骤：

从所述实验管的顶部向所述实验管内输入水，以模拟降雨工况；

和/或，将所述出气组件的出气管连接调压接口，开启所述出气蠕动泵，以模拟气压变化工况。

采用上述技术方案后，本发明至少具有如下技术效果：

本发明的研究挥发性有机物在土壤中迁移的实验装置及其实验方法，实验时，VOC溶液经进液管以及进液接口进入实验管的底部，流经玻璃珠后经出液接口被回收到废液组件中。同时，外界的气流经过进气组件进入实验管，与实验管中的土壤气混合后，经由出气接口进入出气组件，并排放至外界。并通过取样接头处对实验容器中的土壤以及土壤气进行取样，检测土壤以及土壤气中的VOC浓度。并且，液位调节器可以调节实验管中的液位高度，以模拟不同液位高度工况下土壤以及土壤气中的VOC浓度。有效的解决目前的实验研究存在不能模拟不同自然条件对土壤气入侵研究问题，实现不同工况下以及土壤气中的VOC浓度的检测，以模拟VOC在土壤中的迁移情况，这样可以为实际应用提供理论依据，减小VOC挥发对居民健康的影响。同时，本发明的研究挥发性有机物在土壤中迁移的实验装置的结构简单，方便实验人员操作，便于使用。

附图说明

图1为本发明一实施例的研究挥发性有机物在土壤中迁移的实验装置示意图；

图2为图1所示的实验装置中布水盘的示意图；

图3为图1所示的实验装置中实验管安装盖组件的放大图；

图4为图1所示的实验装置模拟气压变化时的示意图；

图5a和图5b为利用图1所示的实验装置模拟气压变化时土壤中氯代烃浓度变化的实验结果图。

其中：

100-实验装置；

110-实验管；

111-取样接头；

112-顶盖；

120-输液组件；

121-进液管；

122-储水容器；

123-针筒；

124-针筒泵；

125-送水蠕动泵；

126-进水阀；

127-进水管；

130-液位调节器；

140-废液组件；

141-废液容器；

142-出液阀；

143-取样检测件；

150-进气组件；

151-进气管；

152-进气过滤件；

153-进气阀；

160-出气组件；

161-出气管；

162-出气阀；

163-出气蠕动泵；

164-出气过滤件；

165-采样检测件；

166-压力差传感器；

170-盖组件；

171-塑料盖；

172-气相色谱垫片；

180-布水盘；

181-通孔。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明的研究挥发性有机物在土壤中迁移的实验装置及其实验方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

参见图1，本发明提供一种研究挥发性有机物在土壤中迁移的实验装置100。该研究挥发性有机物在土壤中迁移的实验装置100可以在室内实现研究有机挥发物(VOC)在土壤非饱和区的运动迁移情况，以实现对VOC在非饱和区中的运动迁移的规律进行研究，为实际应用提供理论依据，更好的减小VOC挥发对居民健康的影响。本实施例中，VOC是指氯代烃，当然，VOC还可为其他类型的有机挥发物。本发明的研究挥发性有机物在土壤中迁移的实验装置100能够实现不同工况下以及土壤气中的VOC浓度的检测，以模拟VOC在土壤中的迁移情况，同时，结构简单，方便实验人员操作，便于使用。

在一实施例中，研究挥发性有机物在土壤中迁移的实验装置100包括实验管110、输液组件120、液位调节器130、废液组件140、进气组件150以及出气组件160。

实验管110用于盛放玻璃珠以及实验土壤，玻璃珠位于实验管110的底部，实验土壤位于玻璃珠的上方。实验管110的底部具有进液接口以及出液接口，实验管110侧还具有取样接头111，实验管110还具有进气接口以及出气接口。输液组件120用于输送VOC溶液。输液组件120包括输液容器以及进液管121，进液管121连接输液容器与进液接口，VOC溶液经进液管121以及进液接口输送至实验管110。液位调节器130与出液接口连接，用于调节实验管110中的液位高度。废液组件140与液位调节器130连接，用于回收流出实验管110的溶液。进气组件150与进气接口连接，用于向实验管110输送气流并调节气流流量。出气组件160与出气接口连接，用于排出实验管110中的混合气流。

实验管110为实验装置100的实验场所，可以避免VOC挥发，保证实验时的安全性。可以理解的，玻璃珠可以为实验装置100的一部分，也可以后续采购。可选地，实验管110内填充玻璃珠的直径为0.5cm～1.5cm。可选地，实验管110内填充土壤的高度为实验管110高度的50％～80％。这样才能保证充分利用实验管110的长度模拟尽量厚的非饱和区。可选地，实验管110的长度范围为0.3m～2m；实验管110的内径范围为10cm～15cm。又可选地，实验管110包括多个管体，多个管体连接形成实验管110。这样，实验装置100拆卸后，可以减小占用的空间，便于存储。示例性地，实验管110由1节～4节长度均为0.3m～0.5m的管体拼接形成。可选地，相邻的两个管体之间通过橡胶法兰连接，以保证密封性。可选地，实验管110由有机玻璃制成。

实验时，将玻璃珠放置于实验管110的底部，再将土壤放置于玻璃珠的上方。实验管110底部的进液接口与进液管121连接，实验管110底部的出液接口与液位调节器130连接。输液组件120输送的VOC溶液可以通过进液管121经进液接口进入到实验管110，流经实验管110底部的玻璃珠后，从出液接口进入废液组件140。玻璃珠之间存在的间隙可以便于VOC溶液流动，同时，还能减少VOV溶液的流动带动土壤的流失，保证模拟实验的准确性。可以理解的，输液组件120输送的VOC溶液可以始终流过玻璃珠，以模拟自然条件下地下水在土壤中流动的过程。

VOC溶液挥发后会进入玻璃珠上方的土壤中，这就会使土壤与土壤气中存在VOC。实验管110顶部的进气接口与进气组件150连接，实验管110顶部的出气接口与出气组件160连接。外界的气流通过进气组件150被输送至实验管110，该气流与实验管110内挥发的VOC混合后形成混合气流，再由出气组件160排出。这样可以实现实验管110内的气流循环，以实现对VOC的迁移情况进行持续检测，获得VOC的迁移规律。

实验管110具有取样检测件143。实验人员可以通过取样检测件143对实验管110内的土壤气或土壤进行取样。然后对土壤气或土壤进行检测，以测定土壤或土壤气中的VOC含量进行测定，进而研究VOC在土壤中的迁移情况。示例性地，可以采用采样勺对土壤进行取样；也可以采用取样针对土壤气进行采集。

液位调节器130与实验管110连通，可以调节实验管110内的液位高度。具体的，液位调节器130与实验管110构成连通器，根据连通器原理可知，液位调节器130的高度与实验管110的高度相同。这样，液位调节器130的高度改变后，可以相应的改变实验管110内的液位高度，以实现对地下水不同的液位高度进行模拟。

废液组件140与实验管110的出液接口通过液位调节器130连接，废液组件140用于回收经液位调节器130排出的多余溶液。可选地，废液组件140包括废液容器141、出液阀142以及出液管，出液管的一端与液位调节器130连接，出液管的另一端与废液容器141连接，用于将溶液输入到废液容器141中。出液阀142设置于出液管，用于调节出液管中溶液的流速。废液容器141起到存储溶液的作用，需要定期倾倒，防止废液容器141中积液。当然，在本发明的其他实施方式中，出液管或者废液容器141也可以直接与能够排放VOC的下水道等连接。可选地，废液组件140还包括取样检测件143，取样检测件143设置于出液管，用于检测出液管中VOC的浓度。

本发明的研究挥发性有机物在土壤中迁移的实验装置100实验时，VOC溶液经进液管121以及进液接口进入实验管110的底部，流经玻璃珠后经出液接口被回收到废液组件140中。同时，外界的气流经过进气组件150进入实验管110，与实验管110中的土壤气混合后，经由出气接口进入出气组件160，并排放至外界。并通过取样接头111处对实验容器中的土壤以及土壤气进行取样，检测土壤以及土壤气中的VOC浓度。并且，液位调节器130可以调节实验管110中的液位高度，以模拟不同液位高度工况下土壤以及土壤气中的VOC浓度。有效的解决目前的实验研究存在不能模拟不同自然条件对土壤气入侵研究问题，实现不同工况下以及土壤气中的VOC浓度的检测，以模拟VOC在土壤中的迁移情况，这样可以为实际应用提供理论依据，减小VOC挥发对居民健康的影响。同时，本发明的研究挥发性有机物在土壤中迁移的实验装置100的结构简单，方便实验人员操作，便于使用。

在一实施例中，实验装置100还包括不锈钢网，不锈钢网位于玻璃珠与土壤之间，用于防止土壤进入溶液中。不锈钢网可以支撑位于玻璃珠上方的土壤，放置土壤颗粒进入VOC溶液中，以减少土壤流失。可以理解的，液位高度可以超过不锈钢网与土壤接触。由于存在不锈钢网，土壤颗粒不会进入流动的VOC溶液中，因此不会造成土壤颗粒的随水流失。

在一实施例中，进气组件150包括进气管151以及设置于进气管151的进气过滤件152与进气阀153，进气管151连接进气接口，进气阀153用于调节进气管151中气流的流量。外界的气流进入进气管151后，经进气过滤件152过滤，并经进气接口进入实验管110。可以理解的，外界的气流经进气管151进入到实验管110中，与实验管110中的土壤气混合后经出气组件160排出实验管110。由于混合气流可能会逆流，即能通过扩散作用从进气管151排出，此时，进气过滤件152可以对流经进气管151的气流进行过滤，这样可以保证进气管151流出的气流无污染，保证实验安全。

示例性地，进气过滤件152为活性炭吸附件，当然，进气过滤件152还可为其他能够实现过滤的结构。可以理解的，进气阀153可以调节进气管151中气流的流量，也可以实现进气管151的通断。

在一实施例中，出气组件160包括出气管161以及设置于出气管161的出气蠕动泵163、出气阀162以及出气过滤件164，出气管161连接出气接口，出气阀162用于调节出气管161中混合气流的流量，出气蠕动泵163用于使实验管110中的气流模拟地表风速。实验管110中的气流与土壤气混合后，混合气流经出气接口进入出气管161，并经出气过滤件164过滤后排入到外界。可以理解的，经出气组件160送出的混合气流为土壤气和出气蠕动泵163制造的地表气流的混合。实验管110内的混合气流可以通过出气接口进入到出气管161中，经过出气过滤件164过滤后排到外界环境中，以避免污染环境，保证实验安全。

出气蠕动泵163转动可以模拟土壤地表的风速，并且，调节出气蠕动泵163的转速可以调节土壤表面的风速，实现不同工况下地表风速的模拟。示例性地，出气过滤件164为活性炭吸附件，当然，出气过滤件164还可为其他能够实现过滤的结构。可以理解的，出气阀162可以调节出气管161中气流的流量，也可以实现出气管161的通断。

可选的，实验装置100还包括排风管。排风管与出气管161连接，用于将出气管161中经过过滤的气流排出实验室。并且，排风管与出气管161之间采用盖板密封连接，放置未吸收的尾气污染实验室，保证实验安全。

在一实施例中，出气组件160还包括采样检测件165，采样检测件165设置于出气管161，用于采集并检测出气管161中混合气流的VOC浓度。这样可以检测实验管110中VOC的挥发情况。

参见图1和图3，在一实施例中，实验装置100还包括盖设于取样接头111的盖组件170。盖组件170用于保证取样接头111的密封性，避免气流泄露，保证实验安全。取样接头111既可以取土壤样本，又可以取土壤气样本。具体的，盖组件170包括塑料盖171以及设置于塑料盖171中间位置的气相色谱垫片172，塑料盖171可拆卸的安装于取样接头111，供采样勺对土壤取样。气相色谱垫片172用于供取样针穿过，以采集土壤气。

可选的，取样接头111以粘贴方式安装于实验管110上，并且，取样接头111的端部具有外螺纹，用于可拆卸安装塑料盖171，便于装卸。取样接头111由塑料制成，直径为1cm～2cm。

取土壤时，直接将塑料盖171拧下即可取样，取完壤后应第一时间将塑料盖171拧上。而且，塑料盖171中间为一可拆卸环形塑料垫片，垫片的中间为气相色谱垫片172。通过气相色谱垫片172的伸缩性保证密封。取土壤气样品时，直接将取样针插过气相色谱垫片172中部，插入土壤后即可取土壤气样品。将取样针抽出后，由于气相色谱垫片172材料具有很强的弹性，会将取样孔自动闭合，从而保证了实验装置100的密封性。可以理解的，气相色谱垫片172可以保证取样至少达到100次不漏气，降低成本，保证密封效果。

在一实施例中，取样接头111的数量为多个，多个取样接头111沿实验管110的轴向方向间隔排布，盖组件170的数量等于取样接头111的数量。这样可以实现对不同高度的土壤气以及土壤进行采样，以测量不同高度的VOC浓度，进而确定不同高度情况下VOC的挥发情况。示例性地，各个取样接头111沿实验管110的轴向方向呈一列间隔设置。当然，在本发明的其他实施方式中，各个取样口也可在不同高度方向的基础上具有不同的径向方向。

在一实施例中，输液组件120包括储水容器122、进水管127、进液管121以及与进液管121连接的储液容器，储液容器用于存储高浓度的VOC溶液，进水管127连接储水容器122与进液管121，使VOC溶液在进液管121中稀释，并由进液管121送入实验管110。也就是说，采用水对高浓度的VOC溶液先进行稀释后，再输送至实验管110中。当然，在本发明的其他实施方式中，输液组件120可以直接输送所需浓度的VOC溶液。

示例性地，储水容器122用于储存高纯水。可以理解的，高纯水最为纯净，几乎不含杂质，可以较好地避免杂质对实验结果的影响。并且，高浓度的VOC与水在出水管中混合后再进入实验管110，当然，也可在实验管110中增加混合水箱，高浓度的VOC溶液与水在混合水箱中混合后，再进入实验管110。

可选地，输液组件120还包括送水蠕动泵125，送水蠕动泵125设置于进水管127，用于将水经进水管127输送到进液管121中。储液容器为针筒123，针筒123内存储高浓度的VOC溶液。并且，输液组件120还包括针筒泵124，采用针筒泵124输出高浓度的VOC溶液。当然，在本发明的其他实施方式中，也可采用密封水箱等容器存储VOC溶液。本实施例采用针筒123与针筒泵124输送VOC溶液，并在出水管中进行混合，可以保证混合后的VOC溶液中VOC浓度恒定，最终输送至实验管110的底壁。可选的，进水管127上设置用于控制水流量的进水阀126。当然，在本发明的其他实施方式中VOC挥发物也可处于实验管110内。

在一实施例中，进液接口的数量为多个，多个进液接口沿实验管110的周侧分布。这样可以保证实验管110的底部均匀进入VOC溶液。相邻的两个进液接口之间的夹角范围为90°～120°。示例性地，进液接口的数量为两个。可选的，多个进液接口位于同一高度。

在一实施例中，液位调节器130具有下水口以及上水口，下水口与出液接口连接，上水口与废液组件140连接。液位调节器130的下水口仅是为了进液，而上水口是一个溢流口。当液位调节器130中的水位高于上水口时，水会从上水口中流出，从而实现液位高度与上水口的高度相平，实现调节液位高度的目的。

上水口的管径大于下水口的管径。也就是说，上水口的管径足够大，当液位调节器130中的水位到达上水口下沿时，水便会从液位调节器130中溢出而进入废液组件140，从而保证了液位调节器130中的液位达到稳定。

可选的，储水容器122、液位调节器130和废液容器141的顶部均与实验室的排风管相联通，一方面保证不会因为气压的原因出现进液和排液困难，另一方面也保证溶液中的VOC不会因为挥发而污染实验室。

在一实施例中，实验装置100还包括实验支架，实验支架用于支撑实验管110。这样可以保证实验管110固定稳定可靠，便于实验进行。示例性地，实验支架可以为铁架。

在一实施例中，实验装置100还包括抓手，抓手设置于实验支架，抓手用于夹持液位调节器130，并调节液位调节器130的高度。根据连通器原理，液位调节器130中的液位与实验管110中的液位始终相平，以保证实验管110的液位高度。当需要模拟液位波动时，可以通过抓手控制液位调节器130的高度，从而改变实验管110中VOC液体的液位高度，实现模拟地下水的波动。

参见图1和图2，在一实施例中，实验装置100还包括具有外接口的顶盖112，顶盖112盖设于实验管110的顶部，外接口用于向实验管110输入水，用于模拟降雨工况。为了研究降雨对土壤中VOC迁移的影响，在顶盖112上可以设置外接口作为雨水接入口，用于实现雨水的引入。可以理解的，可以使用外接管连接储水容器122与外接口，通过增加蠕动泵实现水的输送。当然，也可直接引入外界水源。

而且，顶盖112除了使用其上的外接口用于模拟降雨之外，还可拆卸地安装于实验管110的顶部，实验装置100还包括底盖，底盖可拆卸地安装于实验管110的底部。这样，方便实验人员装土与卸土。

在一实施例中，实验装置100还包括布水盘180，布水盘180设置于实验管110，并位于顶盖112的下方，布水盘180上具有多个通孔181，多个通孔181用于使水滴落于实验管110。这样，带有通孔181的布水盘180可以使水滴露流动，以模拟降雨工况。

可选的，多个通孔181均匀分布。这样可以使水滴均匀分布这，实现均匀布水的目的。并且，多个通孔181的面积和为布水盘180的面积的5％～30％，通孔181的直径为1.5mm～3mm。

参见图1和图4，在一实施例中，实验管110还具有调压接口，调压接口与实验管110底部的距离为20cm～30cm，出气管161还与调压接口连接，出气蠕动泵163能够调整实验管110内的正向压差与负向压差。为了模拟气压变化对VOC在土壤非饱和区运动迁移的影响，使用出气管161连接实验管110底部的调压接口。可以理解的，可以出气管161具有两个进口，其中一个与实验管110顶部的出气接口连接，另一进口在调压时接入实验管110底部的调压接口。当需要模拟实验管110顶部和底部的气压差时，连接的实验装置100的示意图如图所示。此时采用出气蠕动泵163调节压差，调节出气蠕动泵163的转向，以调节向土壤中输入气体或者抽取气体，进而实现实验管110内的正向压差和负向压差的调节。在进行气压变化的实验时，VOC溶液的液面和土壤之间并不接触，防止底部湿度过大而造成通气困难。

可选地，在底部的调压接口和顶部的出气接口之间设置压力差传感器166，用以测量两者之间的压力差，传感器测定的压力差直接在仪表上进行显示。

本发明的研究挥发性有机物在土壤中迁移的实验装置100，能够模拟挥发性有机物(VOC)从地下水进入非饱和区的运动迁移过程，并且研究在不同的自然情况下，例如地下水水位波动、降雨及大气压波动时，土壤非饱和区中VOC的运动迁移情况，具有采样简便、装置气密性好、可重复采样、装置拆卸重装简便的优点，便于实验人员使用。

同时，该实验装置100实现对氯代烃运动迁移的影响的准确模拟与监测，可以模拟不同自然条件对氯代烃在土壤中运动迁移的影响，并且可以长时间、多次取样，并且可以实现不漏气，保证实验装置100的使用性能。

参见图1和图4，本发明还提供一种研究挥发性有机物在土壤中迁移的实验方法，应用于研究挥发性有机物在土壤中迁移的实验装置100，实验方法包括如下步骤：

将玻璃珠与土壤分别填充于实验管110；

采用输液组件120向实验管110内输送VOC溶液，并由废液组件140回收实验管110流出的溶液；

采用进气组件150向实验管110内输送气流，并经出气组件160排出，同时，采用出气组件160的出气蠕动泵163模拟地表风速；

采用取样针从实验管110的取样接头111处采集土壤气，和/或，采用采样勺从实验管110的取样接头111处采集土壤；

调节液位调节器130的高度，以模拟地下水液位高度的变化。

在使用时，首先在储水容器122中装满水，其次在针筒123内装满高浓度的VOC溶液，然后利用合适的土壤装填实验管110，开启进水阀126、出水阀、进气阀153与出气阀162，然后开启进水的送水蠕动泵125、进高浓度VOC溶液的针筒泵124及输送气流的出气蠕动泵163，通过取样接头111连续采集土壤样品及土壤气样品。当需要模拟不同地下水位工况时，通过调节液位调节器130的高度来调节实验管110内的液位高度。

在一实施例中，实验方法还包括如下步骤：

从实验管110的顶部向实验管110内输入水，以模拟降雨工况；

和/或，将出气组件160的出气管161连接调压接口，开启出气蠕动泵163，以模拟气压变化工况。

当需要模拟降雨工况时，将实验管110顶部的外接口与储水容器122相连，通过额外的蠕动泵输送水到实验管110的顶部，并通过布水盘180实现均匀布水的效果。

当需要模拟土壤顶部和底部的气压时，按照图所示连接装置，并通过出气蠕动泵163输送对流空气，并通过压力差传感器166检测土壤顶部和底部的压力差。

本实施例中，仅以VOC为氯代烃在气压变化工况下的迁移情况进行说明。实验结果如图5a和图5b所示。从图5a和图5b中可以看出，当大气压力降低时，会导致从土壤中溢出的挥发物通量的先增加后减小；当大气压力升高时，会导致从土壤中溢出的挥发物通量的减小。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书的记载范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种研究挥发性有机物在土壤中迁移的实验装置，其特征在于，包括：

实验管，所述实验管用于盛放玻璃珠以及实验土壤，所述玻璃珠位于所述实验管的底部，所述玻璃珠的直径为0.5cm～1.5cm，所述实验土壤位于所述玻璃珠的上方，所述实验管的底部具有进液接口以及出液接口，所述实验管侧还具有取样接头，所述实验管还具有进气接口以及出气接口；

输液组件，所述输液组件包括进液管，还包括储水容器、进水管以及与所述进液管连接的储液容器，所述储液容器用于存储高浓度的VOC溶液，所述进水管连接所述储水容器与所述进液管，使所述VOC溶液在所述进液管中稀释，并由所述进液管送入所述实验管，其中所述储液容器为针筒；

所述进液管连接所述输液容器与所述进液接口，VOC溶液经所述进液管以及所述进液接口输送至所述实验管；

液位调节器，与所述出液接口连接，用于调节所述实验管中的液位高度；

废液组件，所述废液组件包括废液容器、出液阀以及出液管，所述出液管的一端与所述液位调节器连接，所述出液管的另一端与所述废液容器连接，用于将溶液输入到所述废液容器中；

进气组件，与所述进气接口连接，用于向所述实验管输送气流并调节气流流量；

出气组件，与所述出气接口连接，用于排出所述实验管中的混合气流；

实验支架，与所述实验管相固定，用于支撑所述实验管；以及

抓手，与所述液位调节器相固定，用于夹持所述液位调节器，并调节所述液位调节器的高度。

2.根据权利要求1所述的研究挥发性有机物在土壤中迁移的实验装置，其特征在于，所述进气组件包括进气管以及设置于所述进气管的进气过滤件与进气阀，所述进气管连接所述进气接口，所述进气阀用于调节所述进气管中气流的流量；

外界的气流进入进气管后，经所述进气过滤件过滤，并经所述进气接口进入所述实验管。

3.根据权利要求1所述的研究挥发性有机物在土壤中迁移的实验装置，其特征在于，所述出气组件包括出气管以及设置于所述出气管的出气蠕动泵、出气阀以及出气过滤件，所述出气管连接所述出气接口，所述出气阀用于调节所述出气管中混合气流的流量，所述出气蠕动泵用于使所述实验管中的气流模拟地表风速；

所述实验管中的气流与土壤气混合后，混合气流经出气接口进入所述出气管，并经所述出气过滤件过滤后排入到外界；

以及进一步地，所述出气组件还包括采样检测件，所述采样检测件设置于所述出气管，用于采集并检测所述出气管中混合气流的VOC浓度。

4.根据权利要求1所述的研究挥发性有机物在土壤中迁移的实验装置，其特征在于，所述实验装置还包括盖设于所述取样接头的盖组件；

所述盖组件包括塑料盖以及设置于所述塑料盖中间位置的气相色谱垫片，所述塑料盖可拆卸的安装于所述取样接头，供采样勺对所述土壤取样；

所述气相色谱垫片用于供取样针穿过，以采集土壤气；

以及进一步地，所述取样接头的数量为多个，多个所述取样接头沿所述实验管的轴向方向间隔排布，所述盖组件的数量等于所述取样接头的数量。

5.根据权利要求1所述的研究挥发性有机物在土壤中迁移的实验装置，其特征在于，

所述进液接口的数量为多个，多个所述进液接口沿所述实验管的周侧分布；

相邻的两个所述进液接口之间的夹角范围为90°～120°。

6.根据权利要求1所述的研究挥发性有机物在土壤中迁移的实验装置，其特征在于，所述液位调节器具有下水口以及上水口，所述下水口与所述出液接口连接，所述上水口与所述废液组件连接；

所述上水口的管径大于所述下水口的管径。

7.根据权利要求1至6任一项所述的研究挥发性有机物在土壤中迁移的实验装置，其特征在于，所述实验装置还包括具有外接口的顶盖，所述顶盖盖设于所述实验管的顶部，所述外接口用于向所述实验管输入水，用于模拟降雨工况；

所述实验装置还包括布水盘，所述布水盘设置于所述实验管，并位于所述顶盖的下方，所述布水盘上具有多个通孔，多个所述通孔用于使水滴落于所述实验管；

以及进一步地，多个所述通孔均匀分布；

多个所述通孔的面积和为所述布水盘的面积的5％～30％；

所述通孔的直径为1.5mm～3mm。

8.根据权利要求1所述的研究挥发性有机物在土壤中迁移的实验装置，其特征在于，所述实验管还具有调压接口，所述调压接口与所述实验管底部的距离为20cm～30cm，所述出气管还与所述调压接口连接，所述出气蠕动泵能够调整所述实验管内的正向压差与负向压差；

所述出气组件还包括压力差传感器，所述压力差传感器设置于所述出气管，并位于所述调压接口与所述出气接口之间，用于测量所述调压接口与所述出气接口之间的压力差。

9.根据权利要求1至6任一项所述的研究挥发性有机物在土壤中迁移的实验装置，其特征在于，所述实验装置还包括不锈钢网，所述不锈钢网位于所述玻璃珠与所述土壤之间，用于防止所述土壤进入所述溶液中；

和/或，所述实验管内填充所述土壤的高度为所述实验管高度的50％～80％。

10.一种研究挥发性有机物在土壤中迁移的实验方法，其特征在于，应用于研究挥发性有机物在土壤中迁移的实验装置，所述实验方法包括如下步骤：

将玻璃珠与土壤分别填充于实验管；

采用输液组件向所述实验管内输送VOC溶液，并由废液组件回收所述实验管流出的溶液；

采用进气组件向所述实验管内输送气流，并经出气组件排出，同时，采用所述出气组件的出气蠕动泵模拟地表风速；

采用取样针从所述实验管的取样接头处采集土壤气，和/或，采用采样勺从所述实验管的取样接头处采集土壤；

调节液位调节器的高度，以模拟地下水液位高度的变化；

所述实验方法还包括如下步骤：

从所述实验管的顶部向所述实验管内输入水，以模拟降雨工况；

和/或，将所述出气组件的出气管连接调压接口，开启所述出气蠕动泵，以模拟气压变化工况。

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