CN110133230A - 一种基于反馈控制的多级土柱淋滤系统及其淋滤实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于反馈控制的多级土柱淋滤系统及其淋滤实验方法，属于淋滤实验设备领域，其中通过对应设置组装式柱体、反馈控制组件、取样组件，利用将柱体单元两端分别设置为圆锥台结构，可快速实现多级柱体的可靠组装，并自动、准确、快速地实现样品的采集。本发明的基于反馈控制的多级土柱淋滤系统，其结构简单，组装拆洗便捷，能在准确模拟淋滤液在土壤中自然流动的前提下有效实现多级土柱的淋滤实验，淋滤实验的准确性和自动化程度高，能有效缩短淋滤系统的组装时间和取样时间，大大提升淋滤实验的效率和准确性，减少淋滤实验过程中引入的人为误差，具有较好的应用前景和推广价值。

Description

一种基于反馈控制的多级土柱淋滤系统及其淋滤实验方法

技术领域

本发明属于淋滤实验设备领域，具体涉及一种基于反馈控制的多级土柱淋滤系统及其淋滤实验方法。

背景技术

近年来，我国固体废弃物污染的总体形势愈发严峻，这些固体废弃物包括人类生产和生活中产生的生活垃圾、工业固体废物和危险废物等，固体废物长期露天堆放，其有害成分往往会在地表径流和雨水的淋溶、渗透作用下通过土壤孔隙向四周和纵深的水体和土壤迁移，进而造成大气、水体和土壤的污染，最终危害人体的健康。

为了了解污染物在土壤和固体废弃物中的分布规律，模拟污染物在土壤及固体废弃物等混合体系中的迁移转化过程显得尤为重要。在模拟方法中，淋洗法是探究土壤及固体废弃物中污染物迁移转化规律的一种十分高效的方法，其一般通过在土壤或其它淋滤物中注入或渗入冲洗液，使其流经需治理的介质层，解析污染物在土壤或其它介质中传质及分布规律。此外，淋滤实验不仅可以有效研究污染物在介质层中吸附、转化、净化机制，还可以为评价固体废弃物淋洗及土壤修复技术的效果提供科学依据。

目前，土柱淋滤试验大多需要通过淋滤系统或淋滤设备来实现，而现有的淋滤系统往往存在或多或少的缺陷，例如：1、现有的土柱用导管作为喷淋口，液体喷淋不均匀，加剧了淋滤液在土壤中的优先流效应，导致淋滤实验无法准确模拟污染物在土壤中的流动状态；2、现有的一体式柱体根据特定试验设计，柱体高度恒定，不能满足不同实验对于不同土层高度的需求，通用性较差，且柱体采用细长及上端开口的结构，每次实验结束只能通过上端将土壤倾出，操作极其麻烦，不容易清洗柱体内的残留物，还有损伤和破坏柱体的风险；3、现有淋滤系统的取样工作复杂繁重，自动化程度低，人工操作导致的误差大，且取样周期长、效率低；此外，由于污染物在淋滤系统中的运移和穿透是一个缓慢的过程，往往无法事先预测污染物在装置中达到稳定运移和穿透的时间，因此只能从实验一开始就连续不断取样，最后再通过从测试结果中删除无用数据来获取有用的实验数据，极大地浪费人力和测试资源，且每次取样之后，大多还需要对样品进行过滤等进一步处理才能测试，过程比较繁琐，存在较大的局限性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种基于反馈控制的多级土柱淋滤系统及其淋滤实验方法，其中通过对应设置组装式柱体、反馈控制组件、取样组件，利用将柱体单元两端分别设置为圆锥台结构，可快速实现多级柱体的准确组装，并自动、准确、快速地实现样品的采样，能有效扩大淋滤系统的适用范围，大大提升淋滤实验的实验效率和准确性，提升淋滤实验的自动化程度。

为实现上述目的，本发明的一个方面，提供一种基于反馈控制的多级土柱淋滤系统，包括柱体支撑组件和供液集液组件，其特征在于，还包括组装式柱体、取样组件和反馈控制组件；

所述组装式柱体由至少两个柱体单元沿竖向依次同轴连接而成，其顶部设置有柱体盖，且底部设置有锥形分液漏斗；所述柱体单元为竖向设置的筒状结构，其顶部和底部分别设置为匹配端和插入端，所述插入端为外周壁面呈圆锥面的圆锥台结构，其端部的外径最小，所述匹配端的内外周壁面均为圆锥面，且所述匹配端内径的最小值小于所述插入端外径的最小值，并使得所述柱体单元的插入端可以“斜面自锁”的形式插入其下方相邻柱体单元的匹配端中；所述柱体盖的底部外壁面设置为可与所述匹配端对应匹配的锥形面，且所述锥形分液漏斗的顶部内壁面设置为与所述匹配端内壁面相同的锥形面；同时，在最上方柱体单元的匹配端中设置有分液板，并在其他柱体单元的匹配端和所述锥形分液漏斗中设置有隔板，所述分液板和所述隔板分别呈圆形板状结构，各板体上均匀间隔开设有贯穿两端面的通孔，且各板体的外径小于所述插入端外径的最小值并大于所述匹配端内径的最小值；

所述取样组件对应各所述柱体单元中部外周上开设的取样口设置，其包括具有多个取样单元的取样泵和可循环运转的送样器，以及多组可沿纵向放置于所述送样器上的取样瓶；各所述取样单元可分别以取样管连通所述取样口，且对应各所述取样单元分别设置有硬质出液管，使得所述取样单元可进行对应柱体单元中淋滤液的抽取并经由所述硬质出液管将所述淋滤液注入对应的取样瓶中；每组所述取样瓶包括沿横向间隔设置的多个，且所述送样器可带动各组所述取样瓶连续运动，以使得每组取样瓶可在所述送样器的带动下与各所述硬质出液管对正，并在完成注液后由所述送样器切换下一组取样瓶；

所述反馈控制组件包括两个分设于所述组装式柱体顶部和底部的电导率探针，其中一个所述电导率探针对应插入所述柱体盖中，另一个所述电导率探针对应插入所述锥形分液漏斗中，以对应检测所述组装式柱体顶部和底部的电导率。

作为本发明的进一步改进，还包括对应所述锥形分液漏斗顶部设置的第一环形密封套和对应各所述匹配端设置的第二环形密封套；

所述第一环形密封套可对应套设在所述锥形分液漏斗的顶部外周，并以端部突出于所述锥形分液漏斗的顶部；所述第二环形密封套呈圆锥台结构，其可在对应套设在所述匹配端外周上并以端部突出于所述匹配端端部。

作为本发明的进一步改进，对应各所述取样单元分别设置有电动三通阀；

所述电动三通阀具有三个可分别通断的接口，所述硬质出液可连接在其中一个接口上，且另外两个接口可分别以取样管连通所述取样口和所述取样单元。

作为本发明的进一步改进，还包括控制器，所述控制器具有至少两个输入接口和至少三个输出接口；

两所述电导率探针分别以传感线电性连接在对应的输入接口上，且所述电动三通阀、所述取样泵和所述送样器分别与所述控制器以电性连接，以使得两所述电导率探针可分别将检测的电导率信号传递到所述控制器，并由所述控制器发送控制指令到所述电动三通阀、所述取样泵和所述送样器。

作为本发明的进一步改进，各所述取样口上分别设置有过滤头。

作为本发明的进一步改进，所述隔板包括由上至下依次层叠设置的不锈钢滤网和石棉网。

作为本发明的进一步改进，所述匹配端内周壁面的锥度与所述插入端外周壁面的锥度相同，和/或所述第二环形密封套内周壁面的锥度与所述匹配端外周壁面的锥度相同。

作为本发明的进一步改进，所述柱体支撑组件包括底座、支撑杆和固定夹；

所述底座呈板状结构，所述支撑杆沿竖向设置，其底部可固定在所述底座上，且所述固定夹为活动设置与所述支撑杆上的多个，各所述固定夹上分别设置有松紧螺栓，并可在套设于所述柱体单元外周后由所述松紧螺栓锁紧。

作为本发明的进一步改进，所述供液集液组件包括供液单元和集液单元；

所述供液单元对应所述柱体盖设置，其包括蠕动泵和储液槽，所述蠕动泵可分别通过供液管与所述柱体盖和所述储液槽连通；所述集液单元包括设置于所述锥形分液漏斗下方的淋滤液收集槽，以用于收集来自该锥形分液漏斗的淋滤液。

本发明的另一个方面，提供了一种所述的基于反馈控制的多级土柱淋滤系统的淋滤实验方法，其步骤如下：

S1：根据试验需求选择柱体单元的设置数量，对应准备分液板和相应数量的隔板；

S2：在柱体支撑组件上由下至上依次组装所述组装式柱体，先在锥形分液漏斗中对应放置所述隔板，并将一个柱体单元与所述锥形分液漏斗的顶部以“斜面自锁”的方式匹配连接，且在该柱体单元中填入淋滤介质；

S3：将剩下的柱体单元依次以“斜面自锁”的方式匹配连接，并在除最上方柱体单元外的所有柱体单元中的匹配端内设置所述隔板，且在最上方柱体单元中的匹配端内设置所述分液板；

S4：在最上方柱体单元的顶部对应设置柱体盖，并在所述柱体盖和所述锥形分液漏斗中分别设置电导率探针；

S5：将各所述柱体单元上的取样口分别与取样泵中的对应取样单元连通，并对应各所述取样单元设置硬质出液管，以及在所述送样器上对应各所述硬质出液管的出液口分组设置取样瓶；

S6：由所述供液集液组件向所述柱体盖内供液，控制两所述电导率探针工作，当两所述电导率探针反馈的信号值均不为0时，所述取样泵和所述送样器开始协同工作，由所述取样单元分别抽取各所述柱体单元中的淋滤液并注入对应的取样瓶中；

S7：控制所述取样泵和所述送样器连续工作，并完成多组取样瓶中淋滤液的取样，直至两所述电导率探针反馈的信号值之差等于预设值时，取样过程停止；

S8：关闭多级土柱淋滤系统中的各部件，由上至下依次拆除所述柱体盖、所述柱体单元和所述锥形分液漏斗，并倾倒出各所述柱体单元中的淋滤介质，以及进行对应部件的清洗和相关组件的拆除还原。

上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本发明的基于反馈控制的多级土柱淋滤系统，其通过设置由多个柱体单元对应组装而成的多级组装式柱体，使得进行淋滤实验的土柱长度可根据实验需求进行优选，进而满足不同的实验需求，通用性强，适用范围广，且通过将柱体单元的两端分别设置为圆锥台结构，使得相邻两柱体单元可通过“斜面自锁”的方式快速对接，大大提升了柱体单元连接的效率和可靠性，此外，通过将柱体盖的底部外周壁、锥形分液漏斗的顶部内周壁分别设置为圆锥面，进一步提升了组装式柱体的组装效率，进而提升了淋滤实验的效率；

(2)本发明的基于反馈控制的多级土柱淋滤系统，其通过对应柱体单元和锥形分液漏斗分别设置环形密封套，以其有效防止柱体单元的连接处设置有分液板或者隔板后积液所造成的淋滤液渗漏，并使得组装式柱体的各部件对应组装后，各环形密封套可与其上端的柱体单元之间形成溢液腔，以存储少量的渗滤液，从而进一步提升各部件的连接密封性，确保淋滤实验的准确性；

(3)本发明的基于反馈控制的多级土柱淋滤系统，其通过在柱体盖和锥形分液漏斗中分别设置电导率探针，以其匹配检测组装式柱体顶部、底部的电导率，进而准确判断淋滤实验取样的时间，相较于传统的淋滤系统而言，大大缩短了取样的时间，减少了取样的工作量，提升了淋滤实验取样的准确性；

(4)本发明的基于反馈控制的多级土柱淋滤系统，其通过对应设置控制器、送料器和电动三通阀，结合电导率探针和取样泵，可准确判断淋滤液的取样时机，并自动完成多组取样瓶中样品的自动取样，使得淋滤实验的自动化程度大大提高，减少了人为因素的影响，进一步提升了淋滤实验的准确性；

(5)本发明的基于反馈控制的多级土柱淋滤系统，其通过设置分液板，使得柱体盖中的淋滤液可均匀分散淋到多级土柱中，且通过各柱体单元中隔板的设置，使得相邻柱体单元中的淋滤介质可有效分隔，并准确模拟淋滤液在土壤中的自然流动状态，提升了淋滤实验的准确性；

(6)本发明的基于反馈控制的多级土柱淋滤系统，其结构简单，组装拆洗便捷，能在准确模拟淋滤液在土壤中自然流动的前提下有效实现多级土柱的淋滤实验，淋滤实验的准确性和自动化程度高，能有效缩短淋滤系统的组装时间和取样时间，大大提升淋滤实验的效率和准确性，减少淋滤实验过程中引入的人为误差，具有较好的应用前景和推广价值。

附图说明

图1是本发明实施例中基于反馈控制的多级土柱淋滤系统的整体结构示意图；

图2是本发明实施例中多级土柱淋滤系统的分液板和隔板的设置位置示意图；

图3是本发明实施例中多级土柱淋滤系统的柱体单元以斜面自锁的结构示意图；

图4是本发明实施例中多级土柱淋滤系统的取样组件结构示意图；

图5是本发明实施例中多级土柱淋滤系统的电动三通阀结构示意图；

图6是本发明实施例中基于反馈控制的多级土柱淋滤系统的工作原理流程图；

图7是利用本发明实施例中的多级土柱淋滤系统进行脉冲型污染物淋滤实验的输入采样时间示意图；

图8是利用本发明实施例中的多级土柱淋滤系统进行连续型污染物淋滤实验的输入采样时间示意图；

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1.淋滤液收集槽；2.底座；3.锥形分液漏斗；4.第一环形密封套；5.支撑杆；6.柱体单元，601.插入端，602.匹配端；7.第二环形密封套；8.固定夹；9.松紧螺栓；10.柱体盖；11.取样口；12.电导率探针；13.供液管；14.蠕动泵；15.储液槽；16.过滤头；17.控制线；18.传感线；19.控制器；20.导线；21.取样管；22.取样瓶；23.送样器；24.电动三通阀；25.取样泵；26.分液板；27.隔板，2701不锈钢滤网，2702.石棉网。

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，以下结合附图及实施例，对本发明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。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明优选实施例中基于反馈控制的多级土柱淋滤系统如图1中所示。由图示可以看出，多级土柱淋滤系统包括支撑固定组件、组装式柱体、供/集液组件、取样组件和反馈控制组件，利用上述各组件的组合匹配，可进行多级土柱淋滤实验，完成各级土柱的自动化连续取样，实现整个淋料实验过程的精确控制。

具体地，优选实施例中的支撑固定组件包括底座2、支撑杆5、固定夹8和松紧螺栓9；其中，底座2呈板状结构，用于放置在实验平台上并对应支撑组装式柱体，支撑杆5沿竖向设置并对应固定在底座2上；所述固定夹8呈水平设置的杆状，其一端可连接在支撑杆5上，另一端用于套设在组装式柱体外周并完成柱体的装夹固定，并在固定夹8背离支撑杆5的一端设置有松紧螺栓9，通过松紧螺栓9的拧紧或松开可实现固定夹8的松开或锁紧；优选地，固定夹8为沿竖向间隔设置的多个，以对应于不同级数土柱柱体的装夹；进一步优选地，支撑杆5上设置有刻度，以实现固定夹8位置的准确设置，并根据土柱的高度调整支撑位置。

进一步地，组装式柱体由至少两个沿竖向设置的柱体单元6同轴组装而成，优选实施例中的柱体单元6为如图1中所示的四个。具体来说，柱体单元6呈筒状结构，其内部中空以对应装填待实验的土柱，例如受污染土壤、污泥、垃圾、污染物稳定剂等物质，且柱体单元6的底部和顶部分别为插入端601和匹配端602，如图3中所示，插入端601的内壁为圆柱面，其外壁为圆锥面，该圆锥面端部的外径最小；相应地，匹配端602的内/外壁面均为圆锥面，且靠近端部的一侧内径/外径最大；进一步地，插入端601外壁面与匹配端602的内壁面锥度相同，使得柱体单元6的插入端601可同轴插入相邻另一柱体单元6的匹配端602中，实现两个柱体单元6的插拔式面接触连接，通过位于上方柱体单元6的自重和其内部土柱的重力，使得两柱体单元6发生“斜面自锁”，从而实现柱体单元6的快速组装、连接。

进一步地，在组装式柱体的顶部设置有分液板26，并在相邻两柱体单元6的连接位置，以及柱体单元6与锥形分液漏斗3的连接位置设置有隔板27，如图2中所示。优选实施例中的隔板27包括由上至下依次层叠设置的不锈钢滤网2701和石棉网2702。进一步地，分液板26和隔板27分别呈圆形板状/片状结构，板体上间隔开设有一定数量的通孔，且分液板26和隔板27的外径优选大于匹配端602的内径最小值，以使得两板体可水平限位在匹配端602内，如图3中所示。通过分液板26上通孔的开设，可使得进入组装式柱体顶部的淋滤液可均匀淋在土柱上。

进一步地，在组装式柱体的顶部设置有柱体盖10，并在组装式柱体的底部设置有锥形分液漏斗3。其中，柱体盖10的底部优选与插入端601的结构相同，其可对应插入位于最上方的柱体单元6的匹配端602；相应地，锥形分液漏斗3的顶部优选与匹配端602的结构相同，使得位于最下方的柱体单元6可以其插入端601对应匹配锥形分液漏斗3中。

进一步地，对应柱体单元6设置有如图3中所示的环形密封套，其呈“锥台形”套筒结构，其内壁面的锥度与匹配端602的外壁面锥度相同，且在优选实施例中，环形密封套内径的最小值等于匹配端602的外径最小值。当然，环形密封套内径的最小值也可大于匹配端602外径的最小值，只要小于匹配端602外径的最大值即可。进一步地，优选实施例中的环形密封套包括可对应匹配在锥形分液漏斗3外周的第一环形密封套4和可对应匹配在柱体单元6外周的第二环形密封套7。通过环形密封套的设置，可有效防止柱体单元6的连接处设置有分液板26或者隔板27后积液造成的淋滤液渗漏，且环形密封套与上端的柱体单元6之间可形成溢液腔，以储存少量的渗滤液，从而加强柱体单元6连接的密封性。

进一步地，各柱体单元6的中部外周壁面上设置有连通柱体单元6内部的取样口11，并在取样口11上对应设置有过滤头16，以对应进行各柱体单元6中的淋滤液取样。相应地，取样组件对应组装式柱体设置，其包括如图1、4中所示的取样泵25、电动三通阀24、取样瓶22和送样器23，取样泵25上设置有多个取样单元，各取样单元可分别执行淋滤液从柱体单元6中的抽取过程和淋滤液向取样瓶22中的注射过程；进一步地，各取样单元分别以取样管21连通电动三通阀24的一个接口，例如优选实施例中为接口V2，而电动三通阀24的另外两个接口V1、V3对应取样口11和取样瓶22设置，其中接口V1通过取样管21对应连通过滤头16，而取样管21优选为硅胶软管；接口V3上对应连接硬质出液管的一端，而硬质出液管的另一端沿竖向设置，以对应其下方的取样瓶22瓶口。

进一步地，优选实施例中对应淋滤液的取样设置有送样器23，其呈履带式结构，可循环运转，取样瓶22为沿送样器23运动方向间隔设置的多组，且每组取样瓶22中包括沿横向间隔设置的多个取样瓶22；相应地，每组取样瓶22可在送样器23的带动下运动到对应的位置，并使得各组取样瓶22的瓶口分别与其上方的硬质出液管的出口端竖向对正，继而通过取样泵25上各取样单元的注液，可使得淋滤液通过硬质出液管注射进对应的取样瓶22中。因此，通过各组取样瓶22在送样器23的对应带动下，可实现多组淋滤液的自动、连续取样，大大提升淋滤液取样的自动化和准确性。

进一步地，优选实施例中的供/集液组件主要用于供液和收集淋滤液，其包括设置在底座2上的淋滤液收集槽1和对应柱体盖10设置的储液槽15、蠕动泵14，储液槽15与蠕动泵14通过管道连通，且蠕动泵14与柱体盖10通过供液管13连通，优选实施例中的供液管13为硅胶管，继而使得蠕动泵14可将储液槽15中的淋滤液准确泵送到组装式柱体中；进一步地，淋滤液收集槽1设置在锥形分液漏斗3的下方，经由锥形分液漏斗3流下的淋滤液可对应流入淋滤液收集槽1中。

进一步地，优选实施例中的柱体盖10和锥形分液漏斗3上分别设置有可检测淋滤液电导率的探针，即电导率探针12，利用两个电导率探针12，可对应检测两位置淋滤液的电导率，以为取样的时机提供依据。具体而言，为了方便电导率探针12的安装，在柱体盖10和/或锥形分液漏斗3上设置有导管，电导率探针12可对应插入该导管中，进而与淋滤液接触。

进一步地，优选实施例中对应取样组件和反馈控制组件设置有控制器19，其优选采用PLC程序控制，具有至少两个信号输入接口，用于接收电导率探针12的信号，并具有至少三个信号输出通道，一个用于控制电动三通阀24阀门的开关，一个用于控制取样泵25的抽液和压液，还有一个用于控制送样器23的运转。

具体而言，控制器19分别与两电导率探针12以传感线18电性连接，使得两电导率探针12检测的电导率可转化为电信号传送到控制器19；同时，控制器19与取样泵25以导线20电性连接，以控制取样泵25中各取样单元完成对应工作；此外，控制器19与各电动三通阀24和送样器23分别以控制线17对应连接，通过控制线17可将对应的通断指令传递到电动三通阀24，进而实现电动三通阀24对应阀门的开启或关闭。通过控制器19的对应设置，可准确判断淋滤系统开始取样的时机，并准确完成各柱体单元6中淋滤液的抽取和各取样瓶22中样品的注射，以及完成送样器23的准确控制，实现多组取样瓶22的连续取样。

进一步优选地，优选实施例中的取样泵25支持信号控制和手动开关两种模式，信号控制模式用于淋料实验时的自动取样，手动模式用于管路和积液室等的清理。

进一步地，优选实施例中基于反馈控制的多级土柱淋滤系统可优选按照如图6中所示的原理流程图进行淋滤实验，其使用方法优选包括如下步骤：

S1：准备工作

S11：根据实验需求选择柱体单元6的个数，对应组装底座2和支撑杆5，并将淋滤液收集槽1放置在底座1上的合适位置；

S12：根据柱体单元6的数量优选固定夹8的设置个数，并调整各固定夹8在支撑杆5上的设置位置，将固定夹8固定在支撑杆5上；

S13：由下至上依次设置组装式柱体，首先将硬质不锈钢滤网2701、石棉网2702从上往下依次叠放在锥形分液漏斗3上端连接部的内锥面上卡好，并将第一个柱体单元6与锥形分液漏斗3通过“斜面自锁”的方式插拔固定，且对应匹配装设第一环形密封套4，继而利用固定夹8将第一个柱体单元6装夹固定，并向该柱体单元6中填入淋滤介质；

S14：按照S13中的方法由下至上依次组装其他柱体单元6，并依次在各柱体单元6中填入淋滤介质，完成各柱体单元6中淋滤介质的装填和除最上方柱体单元外其他各柱体单元6中隔板27的设置，并由各固定夹8将组装完成的柱体装夹固定；

S15：在最上方柱体单元6的匹配端602中对应设置分液板26，并对应以“斜面自锁”的方式在该组装式柱体的顶部匹配设置柱体盖10，并对应装设第二环形密封套7；

S16：将蠕动泵14上分别对应以供液管13连通柱体盖10和储液槽15，并分别在柱体盖10和锥形分液漏斗3上装设电导率探针12，并以传感线18将电导率探针12连接控制器19；

S17：在各柱体单元6上的取样口11上装好过滤头16，并通过取样管21将过滤头16与电动三通阀24的一个接口V1连接，且将电动三通阀24的另外两个接口V2、V3分别连接取样泵25上的取样单元和硬质出液管；进而将各电动三通阀24、送样器23、取样泵25分别与控制器19电性连接，并在送样器23上设置多组取样瓶22。

S2：开始实验

S21：完成上述组装过程后，可开始柱体单元6中柱体的淋滤实验，在蠕动泵14中输入目标流速，并启动蠕动泵14开始向组装式柱体内供液；

S22：控制两个电导率探针12开始工作，检测对应位置的电导率，通过两位置电导率的检测，判断是否开始取样，当两个电导率探针12反馈的信号值P1、P2均不为0时，控制器19控制取样组件开始工作，由取样泵25配合电动三通阀24完成抽液-压液的循环，并由送样器23实现各组取样瓶22的持续运动，完成各组取样瓶22的自动取样；

具体而言，当进行抽液时，电动三通阀24的水平方向上两个阀门(V1和V2)打开，竖直方向与取样瓶22对应的阀门(V3)保持关闭；当压液时，电动三通阀24与过滤头16连接的阀门(V1)关闭，其它两个阀门(V2和V3)保持打开，从而通过一个抽液-压液循环可将经过过滤头16过滤的样品压入取样瓶22中，完成一次取样；继而电动三通阀24的各阀门回到初始位置(即V2和V3关闭)，送样器23前进一定距离，将盛有样品的取样瓶22往前移动一定距离，并将新的取样瓶22移动到硬质出液管下方，程序循环进行，继续取样，直至完成淋滤实验。

S3：结束实验

当│P1-P2│与设定值P0相等时，说明脉冲输入结束(如图6中所示)或者已经完全发生穿透(如图7中所示)，进而淋滤实验完成，取样结束，依次关闭蠕动泵14和其他取样组件，拆下所有部件并从下至上依次拆卸柱体盖10、柱体单元6和锥形分液漏斗3，并将各柱体单元6中的分液板26、隔板27取出，以及将淋滤介质倾出，最后对各部件进行清洗。

本发明提供的基于反馈控制的多级土柱淋滤系统，其采用组装式柱体，结构简单、设计合理、装卸方便，可满足不同实验需求，通用性强，可在控制器控制下实现自动化连续取样，并实现对整个实验过程的精确控制，自动化程度高，节约劳动力和实验资源，具有较好的应用前景和推广价值。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于反馈控制的多级土柱淋滤系统，包括柱体支撑组件和供液集液组件，其特征在于，还包括组装式柱体、取样组件和反馈控制组件；

所述组装式柱体由至少两个柱体单元沿竖向依次同轴连接而成，其顶部设置有柱体盖，且底部设置有锥形分液漏斗；所述柱体单元为竖向设置的筒状结构，其顶部和底部分别设置为匹配端和插入端，所述插入端为外周壁面呈圆锥面的圆锥台结构，其端部的外径最小，所述匹配端的内外周壁面均为圆锥面，且所述匹配端内径的最小值小于所述插入端外径的最小值，并使得所述柱体单元的插入端可以“斜面自锁”的形式插入其下方相邻柱体单元的匹配端中；所述柱体盖的底部外壁面设置为可与所述匹配端对应匹配的锥形面，且所述锥形分液漏斗的顶部内壁面设置为与所述匹配端内壁面相同的锥形面；同时，在最上方柱体单元的匹配端中设置有分液板，并在其他柱体单元的匹配端和所述锥形分液漏斗中设置有隔板，所述分液板和所述隔板分别呈圆形板状结构，各板体上均匀间隔开设有贯穿两端面的通孔，且各板体的外径小于所述插入端外径的最小值并大于所述匹配端内径的最小值；

所述取样组件对应各所述柱体单元中部外周上开设的取样口设置，其包括具有多个取样单元的取样泵和可循环运转的送样器，以及多组可沿纵向放置于所述送样器上的取样瓶；各所述取样单元可分别以取样管连通所述取样口，且对应各所述取样单元分别设置有硬质出液管，使得所述取样单元可进行对应柱体单元中淋滤液的抽取并经由所述硬质出液管将所述淋滤液注入对应的取样瓶中；每组所述取样瓶包括沿横向间隔设置的多个，且所述送样器可带动各组所述取样瓶连续运动，以使得每组取样瓶可在所述送样器的带动下与各所述硬质出液管对正，并在完成注液后由所述送样器切换下一组取样瓶；

所述反馈控制组件包括两个分设于所述组装式柱体顶部和底部的电导率探针，其中一个所述电导率探针对应插入所述柱体盖中，另一个所述电导率探针对应插入所述锥形分液漏斗中，以对应检测所述组装式柱体顶部和底部的电导率。

2.根据权利要求1所述的基于反馈控制的多级土柱淋滤系统，其中，还包括对应所述锥形分液漏斗顶部设置的第一环形密封套和对应各所述匹配端设置的第二环形密封套；

所述第一环形密封套可对应套设在所述锥形分液漏斗的顶部外周，并以端部突出于所述锥形分液漏斗的顶部；所述第二环形密封套呈圆锥台结构，其可在对应套设在所述匹配端外周上并以端部突出于所述匹配端端部。

3.根据权利要求1或2所述的基于反馈控制的多级土柱淋滤系统，其中，对应各所述取样单元分别设置有电动三通阀；

所述电动三通阀具有三个可分别通断的接口，所述硬质出液可连接在其中一个接口上，且另外两个接口可分别以取样管连通所述取样口和所述取样单元。

4.根据权利要求3所述的基于反馈控制的多级土柱淋滤系统，其中，还包括控制器，所述控制器具有至少两个输入接口和至少三个输出接口；

两所述电导率探针分别以传感线电性连接在对应的输入接口上，且所述电动三通阀、所述取样泵和所述送样器分别与所述控制器以电性连接，以使得两所述电导率探针可分别将检测的电导率信号传递到所述控制器，并由所述控制器发送控制指令到所述电动三通阀、所述取样泵和所述送样器。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的基于反馈控制的多级土柱淋滤系统，其中，各所述取样口上分别设置有过滤头。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的基于反馈控制的多级土柱淋滤系统，其中，所述隔板包括由上至下依次层叠设置的不锈钢滤网和石棉网。

7.根据权利要求2所述的基于反馈控制的多级土柱淋滤系统，其中，所述匹配端内周壁面的锥度与所述插入端外周壁面的锥度相同，和/或所述第二环形密封套内周壁面的锥度与所述匹配端外周壁面的锥度相同。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的基于反馈控制的多级土柱淋滤系统，其中，所述柱体支撑组件包括底座、支撑杆和固定夹；

所述底座呈板状结构，所述支撑杆沿竖向设置，其底部可固定在所述底座上，且所述固定夹为活动设置与所述支撑杆上的多个，各所述固定夹上分别设置有松紧螺栓，并可在套设于所述柱体单元外周后由所述松紧螺栓锁紧。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的基于反馈控制的多级土柱淋滤系统，其中，所述供液集液组件包括供液单元和集液单元；

所述供液单元对应所述柱体盖设置，其包括蠕动泵和储液槽，所述蠕动泵可分别通过供液管与所述柱体盖和所述储液槽连通；所述集液单元包括设置于所述锥形分液漏斗下方的淋滤液收集槽，以用于收集来自该锥形分液漏斗的淋滤液。

10.一种权利要求1～9中任一项所述的基于反馈控制的多级土柱淋滤系统的淋滤实验方法，其步骤如下：

S1：根据试验需求选择柱体单元的设置数量，对应准备分液板和相应数量的隔板；

S2：在柱体支撑组件上由下至上依次组装所述组装式柱体，先在锥形分液漏斗中对应放置所述隔板，并将一个柱体单元与所述锥形分液漏斗的顶部以“斜面自锁”的方式匹配连接，且在该柱体单元中填入淋滤介质；

S3：将剩下的柱体单元依次以“斜面自锁”的方式匹配连接，并在除最上方柱体单元外的所有柱体单元中的匹配端内设置所述隔板，且在最上方柱体单元中的匹配端内设置所述分液板；

S4：在最上方柱体单元的顶部对应设置柱体盖，并在所述柱体盖和所述锥形分液漏斗中分别设置电导率探针；

S5：将各所述柱体单元上的取样口分别与取样泵中的对应取样单元连通，并对应各所述取样单元设置硬质出液管，以及在所述送样器上对应各所述硬质出液管的出液口分组设置取样瓶；

S6：由所述供液集液组件向所述柱体盖内供液，控制两所述电导率探针工作，当两所述电导率探针反馈的信号值均不为0时，所述取样泵和所述送样器开始协同工作，由所述取样单元分别抽取各所述柱体单元中的淋滤液并注入对应的取样瓶中；

S7：控制所述取样泵和所述送样器连续工作，并完成多组取样瓶中淋滤液的取样，直至两所述电导率探针反馈的信号值之差等于预设值时，取样过程停止；

S8：关闭多级土柱淋滤系统中的各部件，由上至下依次拆除所述柱体盖、所述柱体单元和所述锥形分液漏斗，并倾倒出各所述柱体单元中的淋滤介质，以及进行对应部件的清洗和相关组件的拆除还原。