CN115290379A - 一种用于污染土壤修复评估药剂混合均匀度的装置及方法 - Google Patents

一种用于污染土壤修复评估药剂混合均匀度的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于污染土壤修复评估药剂混合均匀度的装置及方法，所述装置包括套管以及钻头，所述套管一端与所述钻头可拆卸连接；套管另一端内部设有收紧机构，所述移动杆两端之间设有可转向钻头中心用于兜住土样的转动叶；收紧叶外壁上设置有取样盒；所述方法通过图像采集设备、计算机分析处理软件及计算方法获取定量化评估结果；本发明通过收紧机构的设置使得土样不易从套管中掉出，通过取样盒的设置实现在管外壁土壤的多点取样，便利了土壤取样的过程；同时通过评估方法科学评估药剂与污染土壤的混合均匀度。

Description

一种用于污染土壤修复评估药剂混合均匀度的装置及方法
技术领域
本发明涉及污染土壤取样技术领域，具体是涉及一种用于污染土壤修复评估药剂混合均匀度的装置及方法。
背景技术
目前，污染土壤修复过程中，如重金属稳定化、化学氧化、化学还原等多种修复技术实施过程均涉及修复药剂的使用和混合反应，但是实际应用中大多存在一些问题，如因不关注混合均匀程度造成污染土壤修复效果难以保证，往往增加使用修复药剂，进而修复成本增加、修复周期延长。一些专利成果采用磁性标记物质方式进行混合均匀度评估，但并不是所有的修复药剂都具有磁性属性，也因而其实际应用效果难以保证。
除此之外，现有取样器在对土壤进行取样时，通常都是垂直插入至土壤内并取出，将取样杆从泥土取出的过程中，取样杆内的土壤会从取样口出掉落，采集到的土壤样本的完整性遭到了破坏，对获取到的样本数据的准确性造成一定的影响，需要对此进行改进。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于污染土壤修复评估药剂混合均匀度的装置及方法。
本发明的技术方案是：一种用于污染土壤修复评估药剂混合均匀度的装置，包括套管以及钻头，所述套管一端与所述钻头可拆卸连接；
所述套管外设有与其转动连接的手柄，所述手柄通过手柄杆贯穿套管另一端，套管另一端内部设有收紧机构，所述收紧机构包括第一螺纹套圈、第二螺纹套圈以及多组收紧叶，所述第一螺纹套圈、第二螺纹套圈由上到下依次套设在所述手柄杆上，所述收紧叶上部设置的连接台分别通过一个连接杆与第一螺纹套圈、第二螺纹套圈连接，所述连接杆与连接台、第一螺纹套圈、第二螺纹套圈转动连接；位于第一螺纹套圈处的手柄杆上设置的螺纹与位于第二螺纹套圈处的手柄杆上设置的螺纹方向相反；通过上述设置，使得当转动手柄杆时，第一螺纹套圈、第二螺纹套圈分别沿着手柄杆向上向下移动，从而通过连接杆的连接使得收紧叶向内靠拢，实现收紧土样；
与套管一端连接处的所述钻头上设有用于对钻头开口进行开启或闭合的多组转动叶，所述转动叶一端设有移动杆，收紧叶、钻头的端面上分别设有用于与移动杆一端滑动连接的第一滑槽、用于与移动杆另一端滑动连接的第二滑槽，第一滑槽、第二滑槽均为一端靠近收紧叶外壁且另一端靠近收紧叶内壁的弧形结构，通过移动杆与转动叶的设置，使得在取样时，收紧叶关闭过程中，移动杆带动转动叶移动，闭合钻头开口，从而实现土样难以掉落出套管外。
进一步地，所述收紧叶内部中空且其内壁设有多组钉孔，收紧叶内设有用于利用移动杆运动进行偏移的钉板，所述钉板与收紧叶内底面滑动连接；所述钉板通过第一弹簧与收紧叶内壁连接；钉板上设有多组与所述钉孔一一对应且用于使钉孔穿过的卡钉；通过上述设置，使得在收紧叶在关闭过程中，移动杆在第一滑槽与第二滑槽进行移动时，卡钉穿过钉孔，从而实现增大收紧叶与土样摩擦以便于抓取土样的目的，通过第一弹簧的设置，使得在收紧叶开启过程中，钉板在收紧叶内部进行复位。
进一步地，所述收紧叶内底面设有用于引导卡钉与钉孔对接的限位滑轨；所述钉板上设有与所述限位滑轨滑动连接的滑孔，使得钉板能够进行限位滑动，实现钉板上的卡钉能与收紧叶上的钉孔进行配位。
进一步地，靠近所述收紧叶外壁的收紧叶内底面上设有限位台；所述限位台与所述移动杆的接触面与所述第一滑槽的弧度一致，使得移动杆在第一滑槽的移动更加稳定。
进一步地，所述手柄杆上设有用于与套管转动连接的限位槽，对套管进行限位，使得手柄能够相对套管转动且推动套管进行使用。
进一步地，所述收紧叶外壁上设置有多组取样盒，与所述取样盒的取样口位置对应的所述套管上设有用于取样盒穿过的开孔，所述开孔处设有与套管通过扭簧连接的孔盖，通过取样盒的设置，使得收紧叶开启或关闭时，取样盒进行移动，推动孔盖进行开启或关闭，实现取样盒取样。
进一步地，所述取样盒的取样口高于取样盒与收紧叶的接触面，所述接触面与收紧叶外壁滑动卡接，所述收紧叶外壁设有凸台，所述凸台通过第三弹簧与取样盒底端连接，通过上述设置，使得取样盒穿过开孔时进行倾斜向上的位移，便于取样并且使取样盒收回时土样更易兜放。
本发明还提供一种用于污染土壤修复评估药剂混合均匀度的方法，包括以下步骤：
S1：根据堆体的形状信息，采用系统随机、专业判断、分区或系统布点中任意一种方法进行取样点位的确定，将所述套管分别插进各个所述取样点位的土样中，转动手柄使得收紧叶收紧土样，转动叶兜住土样后取出，进行3～10个取样点位的多点取样；
S2：用图像采集设备，连续获取不同深度土壤截面的样品截面图像，所述样品截面图像的文件格式为可导入计算机系统的文件格式；其中，所述图像采集设备为数码相机或手机；
S3：通过计算机系统的分析处理软件将步骤S2的样品截面图像进行数值化处理，获取可直观体现堆体组分颜色差异的数值化图像；
S4：通过模型和计算方法对步骤S3获取的堆体的组分颜色差异进行分析计算，从而获取定量化评估结果；所述步骤S4具体为：
1)通过堆体的组分颜色差异，在所述数值化图像中区分污染土壤颗粒、修复药剂颗粒的分布情况，所述污染土壤颗粒、修复药剂颗粒以斑点形式在数值化图像中显示；
2)采用网格线法对数值化图像进行十字形网格的均匀切分，得到不同图像分区情况；
3)统计步骤2)每个所述图像分区内代表所述修复药剂颗粒的斑点数量；
4)统计分析所有图像分区间修复药剂颗粒的斑点数量的差异程度，所述统计分析的计算指标为平均值、标准差；
5)通过公式(1)分别计算每个所述取样点位的变异系数，获取修复药剂颗粒均匀分布情况，
CV＝SD/Mean*100％ (1)
其中，CV为取样点位的变异系数；SD为标准差；Mean为平均值；
6)汇总每个取样点位的CV值，将各个取样点位的CV值求取平均数得到算数平均值；
7)根据步骤6)计算得到的算数平均值，按照CV值>100％为强变异，CV值为100％～40％为中等变异，CV值为40％～10％为低等变异，CV值<10％为弱变异方法，对堆体的混合均匀度作出综合评估。
本发明的有益效果是：
(1)本发明通过收紧机构以及钻头的设置，使得只转动手柄，即可对土壤进行收紧收集，又通过转动叶封住钻头端，从而实现土样不易从套管中掉出，保存土样的完整性，使得取样效果更好。
(2)本发明采用取样盒的设置，可在转动手柄、收紧叶移动的同时，实现在套管外壁堆体不同深度土壤的多点取样，便利了土壤取样的过程。
(3)本发明通过采用计算机分析处理软件以及计算方法能快速、科学地反应药剂与土壤的混合程度，对堆体的混合均匀度作出综合评估。
附图说明
图1是本发明的外观示意图；
图2是本发明收紧机构与手柄外观示意图；
图3是本发明收紧机构结构示意图；
图4是本发明收紧叶横剖主视图；
图5是本发明收紧叶侧面剖视图；
图6是本发明收紧叶横剖俯视图；
图7是本发明收紧叶底面外观图；
图8是本发明钉板与收紧叶内底面滑动连接示意图；
图9是本发明钉板与钻头装配图；
图10是本发明钻头以及移动杆示意图；
图11是本发明实施例2外观示意图；
图12是本发明实施例2中取样盒装配外观图；
图13是本发明实施例2中取样盒装配侧视图；
图14是本发明评估药剂混合均匀度的方法流程图；
其中，1-套管，11-收紧叶，111-连接台，112-钉板，1121-限位台，1122-卡钉，1123-第一弹簧，113-钉孔，114-第一滑槽，115-凸台，116-第三弹簧，12-孔盖，13-取样盒，2-手柄，21-手柄杆，211-限位槽，22-第一螺纹套圈，23-第二螺纹套圈，24-连接杆，3-钻头，31-第二滑槽，32-移动杆，321-第二弹簧，33-转动叶。
具体实施方式
下面结合具体实施方式来对本发明进行更进一步详细的说明，以更好地体现本发明的优势。
实施例1
如图1、2、10所示，一种用于污染土壤修复评估药剂混合均匀度的装置，包括套管1以及钻头3，所述套管1一端与所述钻头3为螺纹连接；所述套管1外设有与其转动连接的手柄2，所述手柄2通过手柄杆21贯穿套管1另一端，套管1另一端内部设有收紧机构，所述收紧机构包括第一螺纹套圈22、第二螺纹套圈23以及三组收紧叶11，所述手柄杆21上设有用于与套管1转动连接的限位槽211。
如图2、3、10所示，所述第一螺纹套圈22、第二螺纹套圈23由上到下依次套设在所述手柄杆21上，所述收紧叶11上部设置的连接台111分别通过一个连接杆24与第一螺纹套圈22、第二螺纹套圈23连接，所述连接杆24与连接台111、第一螺纹套圈22、第二螺纹套圈23转动连接；
位于第一螺纹套圈22处的手柄杆21上设置的螺纹与位于第二螺纹套圈23处的手柄杆21上设置的螺纹方向相反；与套管1一端连接处的所述钻头3上设有用于对钻头3开口进行开启或闭合的多组转动叶33，所述转动叶33一端设有移动杆32，所述收紧叶11、钻头3的端面上分别设有用于与移动杆32一端滑动连接的第一滑槽114、用于与移动杆32另一端滑动连接的第二滑槽31，所述第一滑槽114、第二滑槽31均为一端靠近收紧叶11外壁且另一端靠近收紧叶11内壁的弧形结构；
如图4、5、6、7、8、9所示，所述收紧叶11内部中空且其内壁设有多组钉孔113，收紧叶11内设有用于利用移动杆32运动进行偏移的钉板112，所述钉板112与收紧叶11内底面滑动连接；所述收紧叶11内底面设有用于引导卡钉1122与钉孔113对接的限位滑轨1125；所述钉板112上设有与所述限位滑轨1125滑动连接的滑孔1124；所述钉板112通过第一弹簧1123与收紧叶11内壁连接；钉板112上设有多组与所述钉孔113一一对应且用于使钉孔113穿过的卡钉1122；靠近所述收紧叶11外壁的收紧叶11内底面上设有限位台1121；所述限位台1121与所述移动杆32的接触面与所述第一滑槽114的弧度一致；
所述钻头3底端为切削式刀头；所述套管1为不锈钢材料。
利用上述装置进行样品采集与评估的方法，包括以下步骤：
S1：根据堆体的形状信息，采用专业判断布点的方式进行取样点位的确定，将所述套管1分别插进各个所述取样点位的土样中，转动手柄2使得收紧叶11收紧土样，转动叶33兜住土样后取出，进行8个取样点位的多点取样；
S2：用图像采集设备，连续获取不同深度土壤截面的样品截面图像，所述样品截面图像的文件格式为可导入计算机系统的文件格式；其中，所述图像采集设备为数码相机；
S3：通过计算机系统的分析处理软件将步骤S2的样品截面图像进行数值化处理，获取可直观体现堆体的组分颜色差异的数值化图像；所述计算机系统的分析处理软件为计算机Windows系统的Matlab软件；所述数值化处理是对图像进行分割并提取图像的特征参数；
S4：通过模型和计算方法对步骤S3获取的堆体的组分颜色差异进行分析计算，从而获取定量化评估结果；所述步骤S4具体为：
1)通过堆体的组分颜色差异，在所述数值化图像中区分污染土壤颗粒、修复药剂颗粒的分布情况，所述污染土壤颗粒、修复药剂颗粒以斑点形式在数值化图像中显示；
2)采用网格线法对数值化图像进行十字形网格的均匀切分，得到不同图像分区情况；
3)统计步骤2)每个所述图像分区内代表所述修复药剂颗粒的斑点数量；
4)统计分析所有图像分区间修复药剂颗粒的斑点数量的差异程度，所述统计分析的计算指标为平均值、标准差；
5)通过公式(1)分别计算每个所述取样点位的变异系数，获取修复药剂颗粒均匀分布情况，
CV＝SD/Mean*100％ (1)
其中，CV为取样点位的变异系数；SD为标准差；Mean为平均值；
6)汇总每个取样点位的CV值，将各个取样点位的CV值求取平均数得到算数平均值；
7)根据步骤6)计算得到的算数平均值，按照CV值>100％为强变异，CV值为100％～40％为中等变异，CV值为40％～10％为低等变异，CV值<10％为弱变异方法，对堆体的混合均匀度作出综合评估。
上述用于污染土壤修复评估药剂混合均匀度的装置的工作方法为：
首先确保收紧叶11为贴近套管1的开启状态，此时，下压手柄2将套管1插入至土壤中；当土壤没过套管1时，转动手柄2，在手柄2的转动下，第一螺纹套圈22与第二螺纹套圈23分别沿着手柄杆21上的螺纹进行向上、向下的位移，第一螺纹套圈22与第二螺纹套圈23带动连接杆24，连接杆24通过连接台111带动收紧叶11向内靠拢；
在收紧叶11向内靠拢时，带动在第一滑槽114的移动杆32沿第一滑槽114与第二滑槽31进行移动，在移动杆32移动以及第一滑槽114的限位下，移动杆32推动钉板112进行靠拢收紧叶11内壁的方向的位移，钉板112上的卡钉1122穿过钉孔113；在移动杆32的移动下，带动转动叶33向钻头3中心进行转动，从而挡住钻头3的开口实现取样；
随后，拔出套管1，后转动手柄2，使得收紧叶11开启，移动杆32通过第二弹簧321进行复位，钉板112通过第一弹簧1123进行复位，转动叶33复位至钻头3端口边缘位置，从而将土样倒出；土样倒出后，利用数码相机进行获取样品截面图像，并导入计算机系统的分析处理软件进行处理，然后，通过模型和计算方法进行分析评估。
实施例2
本实施例是在实施例1的基础上做了进一步的优化，与其不同之处在于，
如图11、12、13所示，所述收紧叶11外壁上设置有三组取样盒13，与所述取样盒13的取样口位置对应的所述套管1上设有用于取样盒13穿过的开孔，所述开孔处设有与套管1通过扭簧连接的孔盖12；所述取样盒13的取样口高于取样盒13与收紧叶11的接触面，所述接触面与收紧叶11外壁滑动卡接，所述收紧叶11外壁设有凸台115，所述凸台115通过第三弹簧116与取样盒13底端连接。
本实施例工作原理与实施例1大致相同，不同之处在于：当收紧叶11为关闭状态时，下压手柄2将套管1通过钻头3插入至土壤中；随后转动手柄2，使第一螺纹套圈22与第二螺纹套圈23分别沿着手柄杆上的螺纹进行向下、向上的位移，第一螺纹套圈22与第二螺纹套圈23带动连接杆24，连接杆24通过连接台111带动收紧叶11向外开启；此时，收紧叶11逐渐靠近套管1，取样盒13推动孔盖12向外开启，随即，取样盒13进行取样；随后转动手柄2将收紧叶11收拢关闭，孔盖12在扭簧的作用下复位闭合；再拔出套管1转动手柄2倒出取样盒13中的土样。
应用例
利用实施例1的装置，分别对使用SA1、SA2重金属稳定化药剂的两片相同质量的污染土壤，测定SA1、SA2重金属稳定化药剂与污染土壤的混合均匀度情况，进行污染土壤样品的采集与评估，包括以下步骤：
首先根据SA1、SA2重金属稳定化药剂与污染土壤混合后的两个堆体的形状信息，采用专业判断的布点方式，对使用SA1重金属稳定化药剂的污染土壤堆体进行5个点位的取样；采用系统随机的布点方式，对使用SA2重金属稳定化药剂的污染土壤堆体进行9个点位的取样；所述专业判断为专业人员进行布点判断的方式；
然后按堆体深度等分为5段的不同段位深度，用数码相机获取各不同段位深度土壤截面的样品截面图像，并将各个样品截面图像导入计算机系统；
最后通过Matlab分析处理软件将步骤S2的样品截面图像进行数值化处理，通过模型和计算方法对获取的堆体组分(污染土壤颗粒、修复药剂颗粒)颜色差异进行分析计算，采用九宫格网格线法对数值化图像进行均匀切分，分别统计获得两个污染土壤堆体不同图像分区内代表所述修复药剂颗粒的斑点数量和变异系数，如下表1和表2所示：
表1使用SA1重金属稳定化药剂的污染土壤堆体混合均匀度综合评估情况
Figure BDA0003779643540000081
Figure BDA0003779643540000091
表2使用SA2重金属稳定化药剂的污染土壤混合均匀度综合评估情况
Figure BDA0003779643540000092
根据计算得到的CV算数平均值可知，SA1重金属稳定化药剂与污染土壤的混合均匀程度综合评估结果为低等变异，而SA2重金属稳定化药剂与污染土壤的混合均匀程度综合评估结果则为中等变异。

Claims (9)

1.一种用于污染土壤修复评估药剂混合均匀度的装置，其特征在于，包括套管(1)以及钻头(3)，所述套管(1)一端与所述钻头(3)可拆卸连接；
所述套管(1)外设有与其转动连接的手柄(2)，所述手柄(2)通过手柄杆(21)贯穿套管(1)另一端，套管(1)另一端内部设有收紧机构，所述收紧机构包括第一螺纹套圈(22)、第二螺纹套圈(23)以及多组收紧叶(11)，
所述第一螺纹套圈(22)、第二螺纹套圈(23)由上到下依次套设在所述手柄杆(21)上，所述收紧叶(11)上部设置的连接台(111)分别通过一个连接杆(24)与第一螺纹套圈(22)、第二螺纹套圈(23)连接，所述连接杆(24)与连接台(111)、第一螺纹套圈(22)、第二螺纹套圈(23)转动连接；
位于第一螺纹套圈(22)处的手柄杆(21)上设置的螺纹与位于第二螺纹套圈(23)处的手柄杆(21)上设置的螺纹方向相反；
与套管(1)一端连接处的所述钻头(3)上设有用于对钻头(3)开口进行开启或闭合的多组转动叶(33)，所述转动叶(33)一端设有移动杆(32)，
所述收紧叶(11)、钻头(3)的端面上分别设有用于与移动杆(32)一端滑动连接的第一滑槽(114)、用于与移动杆(32)另一端滑动连接的第二滑槽(31)，所述第一滑槽(114)、第二滑槽(31)均为一端靠近收紧叶(11)外壁且另一端靠近收紧叶(11)内壁的弧形结构。
2.如权利要求1所述的一种用于污染土壤修复评估药剂混合均匀度的装置，其特征在于，所述收紧叶(11)内部中空且其内壁设有多组钉孔(113)，收紧叶(11)内设有用于利用移动杆(32)运动进行偏移的钉板(112)，所述钉板(112)与收紧叶(11)内底面滑动连接；
所述钉板(112)通过第一弹簧(1123)与收紧叶(11)内壁连接；钉板(112)上设有多组与所述钉孔(113)一一对应且用于使钉孔(113)穿过的卡钉(1122)。
3.如权利要求2所述的一种用于污染土壤修复评估药剂混合均匀度的装置，其特征在于，所述收紧叶(11)内底面设有用于引导卡钉(1122)与钉孔(113)对接的限位滑轨(1125)；所述钉板(112)上设有与所述限位滑轨(1125)滑动连接的滑孔(1124)。
4.如权利要求1所述的一种用于污染土壤修复评估药剂混合均匀度的装置，其特征在于，靠近所述收紧叶(11)外壁的收紧叶(11)内底面上设有限位台(1121)；所述限位台(1121)与所述移动杆(32)的接触面与所述第一滑槽(114)的弧度一致。
5.如权利要求1所述的一种用于污染土壤修复评估药剂混合均匀度的装置，其特征在于，所述手柄杆(21)上设有用于与套管(1)转动连接的限位槽(211)。
6.如权利要求1所述的一种用于污染土壤修复评估药剂混合均匀度的装置，其特征在于，所述收紧叶(11)外壁上设置有多组取样盒(13)，与所述取样盒(13)的取样口位置对应的所述套管(1)上设有用于取样盒(13)穿过的开孔，所述开孔处设有与套管(1)通过扭簧连接的孔盖(12)。
7.如权利要求6所述的一种用于污染土壤修复评估药剂混合均匀度的装置，其特征在于，所述取样盒(13)的取样口高于取样盒(13)与收紧叶(11)的接触面，所述接触面与收紧叶(11)外壁滑动卡接，所述收紧叶(11)外壁设有凸台(115)，所述凸台(115)通过第三弹簧(116)与取样盒(13)底端连接。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的污染土壤修复评估药剂混合均匀度的装置进行样品采集与评估的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：根据堆体的形状信息，采用系统随机、专业判断、分区或系统布点中任意一种方法进行取样点位的确定，将所述套管(1)分别插进各个所述取样点位的土样中，转动手柄(2)使得收紧叶(11)收紧土样，转动叶(33)兜住土样后取出，进行3～10个取样点位的多点取样；
S2：用图像采集设备，连续获取不同深度土壤截面的样品截面图像，所述样品截面图像的文件格式为可导入计算机系统的文件格式；其中，所述图像采集设备为数码相机或手机；
S3：通过计算机系统的分析处理软件将步骤S2的样品截面图像进行数值化处理，获取可直观体现堆体的组分颜色差异的数值化图像；
S4：通过模型和计算方法对步骤S3获取的堆体的组分颜色差异进行分析计算，从而获取定量化评估结果。
9.如权利要求8所述的一种用于污染土壤修复评估药剂混合均匀度的装置进行样品采集的方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：
1)通过堆体的组分颜色差异，在所述数值化图像中区分污染土壤颗粒、修复药剂颗粒的分布情况，所述污染土壤颗粒、修复药剂颗粒以斑点形式在数值化图像中显示；
2)采用网格线法对数值化图像进行十字形网格的均匀切分，得到不同图像分区情况；
3)统计步骤2)每个所述图像分区内代表所述修复药剂颗粒的斑点数量；
4)统计分析所有图像分区间修复药剂颗粒的斑点数量的差异程度，所述统计分析的计算指标为平均值、标准差；
5)通过公式(1)分别计算每个所述取样点位的变异系数，获取修复药剂颗粒均匀分布情况，
CV＝SD/Mean*100％ (1)
其中，CV为取样点位的变异系数；SD为标准差；Mean为平均值；
6)汇总每个取样点位的CV值，将各个取样点位的CV值求取平均数得到算数平均值；
7)根据步骤6)计算得到的算数平均值，按照CV值>100％为强变异，CV值为100％～40％为中等变异，CV值为40％～10％为低等变异，CV值<10％为弱变异方法，对堆体中污染土壤和修复药剂的混合均匀度作出综合评估。
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