CN118329581A - 一种用于土壤培养的微界面可分离钝化装置及培养设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于土壤培养的微界面可分离钝化装置及培养设备，用于室内模拟田间实验，主要包括外部培养箱和微界面可分离钝化装置；所述的外部培养箱包括培养模块和送风模块，均由中央控制器控制。所述微界面可分离钝化装置采用三层快拆结构，土壤与钝化材料的接触面通过尼龙网隔开，实现微界面分离。所述外部培养箱配有多项功能，可同步或独立进行恒温恒湿固定时段培养、水浴加热以及湿润样品烘干等功能。本发明的有益效果：其快拆结构使得钝化材料与土壤迅速分离，可适应多种钝化材料的混合分离，省去了手动操作的过程，大幅提升了工作效率。此外，外部培养箱配备了多项功能，可适用于各种实验需求。

Description

一种用于土壤培养的微界面可分离钝化装置及培养设备

技术领域

本发明涉及不同钝化材料与土壤接触微界面间的分离技术领域，具体是一种多功能用于实验室土壤培养的微界面钝化分离装置。

背景技术

目前，重金属污染耕地土壤治理修复的技术主要包括钝化/稳定化、客土、植物修复、农艺调控等。原位钝化技术成本低、能够有效降低重金属迁移性和生物有效性，已经被规模化应用于治理修复重金属污染农田，且近年来其应用比例高达48.5％。实际修复中，钝化材料一旦施加到土壤中，经过长期的自然老化作用，会使得钝化效果随着时间推移逐渐降低、失效，甚至引起钝化材料内源重金属的再释放。研究表明，钝化材料添加与老化过程的双重作用必然会影响重金属在土壤中的环境行为，导致土壤重金属有效性随不同老化年限而变化。但是当前仍不明确在老化过程中，重金属活性的增加是来源于钝化材料固持重金属的再活化，还是来源于土壤自身重金属的再活化，以及二者对重金属活性增加的贡献机制。

然而在实验室采用传统方法对不同钝化材料混合土壤的分离过程中，需要一系列复杂繁琐的实验步骤。以炭土分离为例，该过程一般包括水中浸泡、超声分散、水洗晾干、土水混合物离心等操作，尤其当涉及大量样品时，需要较长的时间进行相关操作，在此过程中需要操作人员全程参与，浪费了人力物力，降低了工作效率。

因此，开发一种简便高效的分离设备便于测定共老化培养的污染土壤及钝化材料的理化性质，分析二者对重金属活性增加的贡献占比，对研究污染土壤钝化修复长效性的调控及潜在风险的管控具有重要意义。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于土壤培养的微界面可分离钝化装置及培养设备，以解决目前对钝化材料施用土壤后经改良，采用手动分离、水洗超声等方式分离出钝化材料，效率低的问题。

为此，本发明提出了一种用于土壤培养的微界面可分离钝化装置，包括一对竖向支架和若干层隔离网；所述隔离网包括隔板支架和尼龙网；而所述隔板支架左右两端分别设有T型凸台；所述竖向支架内侧壁上设有多个支架卡槽，所述支架卡槽与所述T型凸台卡接配合，使所述隔离网安装在所述竖向支架上；其中，相邻所述尼龙网之间放置土壤或钝化材料，所述土壤或钝化材料按照土壤-钝化材料-土壤的顺序放置在所述隔离网上，并且所述土壤或钝化材料四周通过透明材料密封。

作为本发明的一种优选技术方案，所述竖向支架上端、下端分别设置带密孔透明亚克力板。

作为本发明的一种优选技术方案，所述隔离网根据所述土壤或钝化材料的数量可设置四层或四层以上，每层所述土壤或钝化材料夹设在相邻两个所述隔离网之间。

本发明还提出了一种用于土壤培养的微界面可分离钝化装置及培养设备，包括微界面可分离钝化装置，还包括壳体、盖板、中央控制器、出水口、若干弹簧夹层、控制面板、电阻丝、液位传感器和温控传感器；

所述弹簧夹层水平固定在所述壳体内部，用于放置所述微界面可分离钝化装置；所述电阻丝埋设在所述壳体底部，所述出水口也设置在所述壳体底部；

所述液位传感器安装位置靠近最底层所述弹簧夹层，所述温控传感器安装在所述液位传感器的上方；同时所述液位传感器和所述温控传感器与所述中央控制器连接，并通过所述控制面板显示设定的参数内容。

作为本发明的一种优选技术方案，所述壳体的两侧还固定有直线导轨，所述直线导轨具有槽或轨道，所述弹簧夹层与所述直线导轨上下滑动并使用螺栓、螺母或其他连接件固定。

作为本发明的一种优选技术方案，所述直线导轨上配有刻度，用于标记所述弹簧夹层的位置。

作为本发明的一种优选技术方案，所述弹簧夹层包括夹层支架和弹簧；所述壳体两侧留有固定所述夹层支架的多个卡槽。

作为本发明的一种优选技术方案，还包括热风干燥机和送风管道，所述送风管道连接所述壳体并向上延伸至所述弹簧夹层卡槽最高一层；所述热风干燥机与所述中央控制器连接，并通过所述控制面板显示设定的参数内容。

作为本发明的一种优选技术方案，所述壳体底部一栏还设有蜂鸣计时器，所述蜂鸣计时器由稳压电源供电。

作为本发明的一种优选技术方案，所述壳体上部配有所述盖板，所述盖板具有盖板提手。

本发明的一种用于土壤培养的微界面可分离钝化装置及培养设备上的优点在于：

(1)本发明能够通过自主设计的微界面可分离钝化装置，可真实模拟钝化材料改良污染土壤的混合环境，并借助快拆结构实现钝化材料与土壤的快速分离，适应多种钝化材料的混合分离，本装置能够避免手动分离钝化材料的过程，实现批量操作，提高工作效率；根据所述外部培养箱配有的多项功能，包括自主设定的环境温度、液面高度和培养时长，一方面可以实现恒温恒湿固定时段的培养，同时可以满足水浴锅功能进行水浴加热，另一方面可以通过热风加热机实现湿润样品的烘干，可满足多种实验需要。

(2)弹簧夹层的作用，自由取出或安装，作为放置所述微界面可分离钝化装置的支撑体。

(3)培养模块可以取出内置的弹簧夹层，从壳体顶部注水，根据需要设定加热温度、淹水高度以及实验时长，从而为实验样品提供精准的水浴加热环境，该模块功能多样，可独立发挥类似实验室水浴锅的作用。

(4)送风模块可通过壳体底部的出水口实现排水功能，根据实验需要，将湿润待烘干的样品放置在所述弹簧夹层上，进一步通过设定所述热风干燥机的参数(包括温度、风量和角度等)，以便进行样品的烘干处理，可独立发挥类似实验室烘箱的作用。

(5)尼龙网的作用，根据土壤和钝化材料过筛的目数，合理选择尼龙网的目数，例如，在土壤过20目筛网，钝化材料(生物炭)过100目筛网的情况下，选择1000目尼龙网是合适的。一方面能够防止较小颗粒的流失，但又不会阻碍土层和炭层之间的接触，不阻碍内源污染物在两者之间的物化反应，另一方面，还能够轻松实现炭土分离。

(6)三层快拆结构便于钝化材料的分离，实现快速拼接拆卸，无需人工一个一个的挑选回收，操作方便快捷。

(7)透明亚克力板的作用，便于检查样品的培养情况，同时上下密封采用带有密孔的亚克力板实现均匀进水，可真实模拟田间混合环境。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本申请还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本申请作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明的培养设备的内部结构示意图；

图2为本发明的培养设备的侧向结构示意图；

图3为本发明的培养设备中弹簧夹层和微界面可分离钝化装置的俯视图；

图4为本发明的用于土壤培养的微界面可分离钝化装置的正视结构示意图；

图5为本发明的用于土壤培养的微界面可分离钝化装置中隔离网的俯视图；

附图标记说明

1、热风干燥机；2、中央控制器；3、蜂鸣计时器；4、稳压电源；5、壳体；6、出水口；7、液位传感器；8、微界面可分离钝化装置；81、支架；82、支架卡槽；83、隔离网；831、隔板支架；832、尼龙网；833、T型凸台；84、带密孔透明亚克力板；9、弹簧夹层；91、夹层支架；92、弹簧；10、控制面板；11、直线导轨；12、盖板；13、盖板提手；14、送风管道；15、电阻丝；16、温控传感器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1～图3所示，一种用于土壤培养的培养设备，主要包括外部培养箱(培养模块和送风模块)以及微界面可分离钝化装置。外部培养箱配有的多项功能，包括自主设定的环境温度、液面高度和培养时长，可以实现恒温恒湿固定时段的培养，同时可以满足水浴锅功能进行水浴加热，此外还可以通过热风干燥机实现湿润样品的烘干，可满足多种实验需要。

具体的，如图4、图5所示，微界面可分离钝化装置8主要包括三层快拆结构，如图3所示，包括竖向支架81、支架卡槽82、隔离网83以及带密孔透明亚克力板84，该微界面可分离钝化装置8上下两层为薄土层，中间一层为钝化材料层。所述竖向支架81内部留有多个统一规格的支架卡槽82，主要为整个微界面可分离钝化装置8起到支撑的作用。在竖向支架81两端均设有支架卡槽82可以对每层结构实现快速拼接拆卸。

当土壤或钝化材料按照土壤-钝化材料-土壤的顺序放置在微界面可分离钝化装置8时，隔离网83共设置了四层。其中，隔离网83的数量根据所述土壤或钝化材料的数量变化，可设置四层以上，并且土壤或钝化材料夹设在相邻两个所述隔离网83之间。

如图4所示，所述隔离网83由一圈空心隔板支架831(间距约为5mm)和尼龙网832(600-1000目)组成，隔板支架831外端设有T型凸台833，T型凸台833与支架卡槽82配合，用于固定隔离网83，保持样品在每层结构内部的位置稳定，尼龙网832可以有效隔开土壤和钝化材料，实现微界面分离。

每层土壤或钝化材料夹设在相邻两个所述隔离网之间，均匀放置材料后四周用高透光性材料(如透明亚克力板)进行密封，每层结构依次重复此操作，按照土壤-材料-土壤的顺序利用支架卡槽82依次推进竖向支架81。微界面可分离钝化装置8上下采用带密孔透明亚克力板84进行密封，一方面，确保与底部的土壤和中间的生物炭层紧密贴合的同时，起到支撑效果，另一方面，密孔可实现均匀进水，模拟稳定的混合环境。

以过100目筛网的钝化材料(生物炭)和过20目污染土壤为例进行详细说明，便于了解该装置的操作。三层快拆结构的尺寸，需要根据生物炭以及土壤的用量自主设计并批量生产，一般保证土层的厚度在0-5mm、炭层厚度为0-2mm范围内较为合适。以2％的生物炭施加到100g污染土壤为例，经科学计算得：土层上下两层放置50g，土层厚度为5mm，中间炭层放置2g，炭层的厚度为1mm。另外。所述微界面可分离钝化装置8的各个部件大小尺寸计算如下：竖向支架81(长度95mm；宽度16mm；厚度5mm)、T型支架卡槽82均采用统一尺寸(上宽2mm；下宽1mm；高度3mm；厚度2mm)、尼龙网832(长度115mm；宽度90mm；厚度不计，与市面上保持一致)、隔板支架831(空心结构且间隔均保持2mm；长度120mm；宽度95mm；厚度2mm)和带密孔透明亚克力板84(长度120mm；宽度95mm；厚度2mm)，其中圆孔直径3mm，相邻圆孔间距5mm，亚克力板边框与其最近圆孔间距6mm。

如图1～图3所示，所述培养模块包括中央控制器2、蜂鸣计时器3、稳压电源4、壳体5、出水口6、液位传感器7、温控传感器16、弹簧夹层9、控制面板10、直线导轨11、盖板12、盖板提手13、电阻丝15；所述壳体5可以是矩形箱体式的结构，本实施例中，稳压电源4为各个设备提供电源。

所述壳体5的顶部开口，主要是为了培养样品或者清洗设备注水用。壳体5的底部连接多个万向轮，便于移动。壳体5正前面的控制面板10还可以设置显示屏、操控按键等。壳体5上部配有带盖板提手13的盖板12，防止培养过程中周边环境灰尘的落入，污染样品。

所述弹簧夹层9(包括夹层支架91和弹簧92)固定在壳体5内部，壳体5两侧留有固定所述夹层支架91的多个卡槽，用于固定弹簧夹层9，根据实验样品数量，可选择配备相应数量的弹簧夹层9，用于承载所述微界面可分离钝化装置。将自主设计的微界面可分离钝化装置放到夹层支架91上，实现对样品的批量处理。

所述直线导轨11也固定在壳体5的两侧，弹簧夹层9是通过连接到直线导轨11来固定在壳体5内部的。直线导轨11具有槽或轨道，允许弹簧夹层9在其上下移动，连接过程涉及使用螺栓、螺母或其他类似的连接件，将弹簧夹层9固定在直线导轨上。在加装螺母之前，可以添加适当的垫片或垫圈，以确保螺母在紧固时不会损坏壳体5表面或直线导轨11。

另外，直线导轨11上配有刻度，这些刻度用于标记弹簧夹层9的位置。刻度的具体数值取决于设计要求和使用情况，可能会因产品的尺寸、精度和其他因素而有所不同。刻度的单位可能是毫米或其他适用的单位，以便用户准确地调节夹层的位置。通过上下移动调节所述直线导轨上的弹簧夹层的高度，可以满足实验设定条件，同时便于操作，方便对弹簧夹层进行拿取和放置。

同时导轨一侧配有所述液位传感器7和温控传感器16(通过固定夹具或支架安装在直线导轨11上)，如图1所示，液位传感器7安装位置较靠近最底部放置样品的夹层支架91，温控传感器16安装在液位传感器7的上方，确保传感器能够有效地监测样品容器中的液位和温度变化。

根据实验要求，通过上下移动调节所述直线导轨11上的弹簧夹层9的高度，可实现精准控制固定液面下恒温培养的条件。所述液位传感器7和温控传感器16与所述中央控制器2连接，通过所述控制面板10显示设定的参数内容。这里说明，液位传感器7可以利用电阻、压力或超声波等技术来测量液体的高度或深度，然后将这些信息转换为电信号输出。温控传感器16则通过测量周边环境的温度变化来调节温度控制系统，通常使用电阻温度计、热敏电阻或热电偶等技术来实现。

所述蜂鸣计时器3安装在培养箱底部一栏，基于内部时钟芯片或电路，根据设定的时间间隔计时，并在到达预设时间时触发蜂鸣器发出声音，它由稳压电源4供电，能够独立运行，可以通过设置按钮或旋钮进行时间调整和设定，同样也与中央控制器2连接，以接收来自控制器的指令，实现土壤在多个时段的培养。

所述电阻丝15埋设在壳体5底部，可参考目前的各种水浴锅设备，同时还通过壳体5底部的出水口6实现排水功能；在该发明中，电阻丝15起到加热的作用，温控传感器16监测环境温度，并根据设定的温度范围控制电阻丝15的加热功率，以保持温度在设定范围内，实现全时段的恒温培养。

另外，培养模块还可以取出内置的弹簧夹层9，从壳体5顶部注水，通过温控传感器16监测周围环境温度，电阻丝15加热周围的液体或介质，还可根据实验需要设定液面高度和实验时长，从而为实验样品提供精准的水浴加热环境，该模块可发挥类似水浴锅的作用。

具体的，所述送风模块包括热风干燥机1和送风管道14，所述热风干燥机1安装在所述壳体5内并位于底部，所述送风管道14连接所述壳体5并向上延伸至所述弹簧夹层9卡槽最高一层，所述热风干燥机1与所述中央控制器2连接，通过所述控制面板10显示设定的参数内容。其中，送风管道14可以是借用壳体5的壁实现，比如增加一个U型板件，与壳体5右侧的壁连接，从而形成送风管道14，送风管道14的底部与热风干燥机1的出风口连通。送风管道14也可以不借用壳体5的壁，直接采用管道、矩形管等方式将风引到夹层支架91的左侧。

另外，根据实验需要，将湿润待烘干的样品放置在所述夹层支架91上，进一步通过设定所述热风干燥机1的参数(包括温度、风量和角度等)，以便进行样品的烘干处理，可发挥类似实验室烘箱的作用；当烘干过程中壳体5底部有水时，送风模块可通过壳体5底部的出水口6实现排水功能。

在另一实施例中，当实验需要进行水热加热时，所述培养模块可以取出内置的弹簧夹层9，也可以根据实验要求保留一个弹簧夹层9，通过试管架和固定卡扣实现样品的固定。将待处理的样品放置于培养模块中的弹簧夹层9上，在中央控制器2上设定加热温度、液面高度以及实验时长，从壳体5顶部注水，通过液位传感器7感知液面高度，温控传感器16监测周围环境温度，壳体5底部埋设的电阻丝15将水加热至设定的温度，以维持水浴的恒温状态，为实验样品提供精准的水浴加热环境。实验结束，通过壳体5底部的出水口6实现排水功能，可独立发挥类似实验室水浴锅的作用。

在另一实施例中，当实验需要进行热风干燥时，，所述送风模块的设计可提供热风干燥功能，其核心部件包括热风干燥机1和送风管道14，根据实验需要，可安装多个所述弹簧夹层9，将湿润待烘干的样品放置在弹簧夹层9上，随后设定所述热风干燥机1的参数(包括温度、风量和角度等)，使其产生适温适湿的热风，并通过送风管道14将热风送入培养箱内部，形成热空气流，并通过风扇将热空气均匀地吹送到每个角落，以确保样品的均匀受热和烘干，整个过程由中央控制器2进行协调和控制，该模块可独立发挥类似实验室烘箱的作用。

下面结合附图简述本发明的用于土壤培养的微界面可分离钝化装置及培养设备的工作原理和工作过程。

(1)本发明能够通过自主设计的微界面可分离钝化装置，可真实模拟钝化材料改良污染土壤的混合环境，并借助快拆结构实现钝化材料与土壤的快速分离，适应多种钝化材料的混合分离，本装置能够避免手动分离钝化材料的过程，实现批量操作，提高工作效率；根据所述外部培养箱配有的多项功能，包括自主设定的环境温度、液面高度和培养时长，一方面可以实现恒温恒湿固定时段的培养，同时可以满足水浴锅功能进行水浴加热，另一方面可以通过热风加热机实现湿润样品的烘干，可满足多种实验需要。

(2)弹簧夹层的作用，自由取出或安装，作为放置所述微界面可分离钝化装置的支撑体。

(3)培养模块可以取出内置的弹簧夹层，从壳体顶部注水，根据需要设定加热温度、淹水高度以及实验时长，从而为实验样品提供精准的水浴加热环境，该模块功能多样，可独立发挥类似实验室水浴锅的作用。

(4)送风模块可通过壳体底部的出水口实现排水功能，根据实验需要，将湿润待烘干的样品放置在所述弹簧夹层上，进一步通过设定所述热风干燥机的参数(包括温度、风量和角度等)，以便进行样品的烘干处理，可独立发挥类似实验室烘箱的作用。

(5)尼龙网的作用，根据土壤和钝化材料过筛的目数，合理选择尼龙网的目数，例如，在土壤过20目筛网，钝化材料(生物炭)过100目筛网的情况下，选择1000目尼龙网是合适的。一方面能够防止较小颗粒的流失，但又不会阻碍土层和炭层之间的接触，不阻碍内源污染物在两者之间的物化反应，另一方面，还能够轻松实现炭土分离。

(6)三层快拆结构便于钝化材料的分离，实现快速拼接拆卸，无需人工一个一个的挑选回收，操作方便快捷。

(7)透明亚克力板的作用，便于检查样品的培养情况，同时上下密封采用带有密孔的亚克力板实现均匀进水，可真实模拟田间混合环境。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本申请还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本申请作进一步详细的说明。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于土壤培养的微界面可分离钝化装置，其特征在于，包括一对竖向支架(81)和若干层隔离网(83)；

所述隔离网(83)包括隔板支架(831)和尼龙网(832)；而所述隔板支架(831)左右两端分别设有T型凸台(833)；所述竖向支架(81)内侧壁上设有多个支架卡槽(82)，所述支架卡槽(82)与所述T型凸台(833)卡接配合，使所述隔离网(83)安装在所述竖向支架(81)上；

其中，相邻所述尼龙网(832)之间放置土壤或钝化材料，所述土壤或钝化材料按照土壤-钝化材料-土壤的顺序放置在所述隔离网(83)上，并且所述土壤或钝化材料四周通过透明材料密封。

2.根据权利要求1所述的用于土壤培养的微界面可分离钝化装置，其特征在于，所述竖向支架(81)上端、下端分别设置带密孔透明亚克力板(84)。

3.根据权利要求1所述的用于土壤培养的微界面可分离钝化装置，其特征在于，所述隔离网(83)根据所述土壤或钝化材料的数量可设置四层或四层以上，每层所述土壤或钝化材料夹设在相邻两个所述隔离网(83)之间。

4.一种用于土壤培养的培养设备，其特征在于，包括如权利要求1～3任一项所述的用于土壤培养的微界面可分离钝化装置(8)，还包括壳体(5)、盖板(12)、中央控制器(2)、出水口(6)、若干弹簧夹层(9)、控制面板(10)、电阻丝(15)、液位传感器(7)和温控传感器(16)；

所述弹簧夹层(9)水平固定在所述壳体(5)内部，用于放置所述微界面可分离钝化装置(8)；所述电阻丝(15)埋设在所述壳体(5)底部，所述出水口(6)也设置在所述壳体(5)底部；

所述液位传感器(7)安装位置靠近最底层所述弹簧夹层(9)，所述温控传感器(16)安装在所述液位传感器(7)的上方；同时所述液位传感器(7)和所述温控传感器(16)与所述中央控制器(2)连接，并通过所述控制面板(10)显示设定的参数内容。

5.根据权利要求4所述的用于土壤培养的培养设备，其特征在于，所述壳体(5)的两侧还固定有直线导轨(11)，所述直线导轨(11)具有槽或轨道，所述弹簧夹层(9)与所述直线导轨(11)上下滑动并使用螺栓、螺母或其他连接件固定。

6.根据权利要求5所述的用于土壤培养的培养设备，其特征在于，所述直线导轨(11)上配有刻度，用于标记所述弹簧夹层(9)的位置。

7.根据权利要求4所述的用于土壤培养的培养设备，其特征在于，所述弹簧夹层(9)包括夹层支架(91)和弹簧(92)；所述壳体(5)两侧留有固定所述夹层支架(91)的多个卡槽。

8.根据权利要求4所述的用于土壤培养的培养设备，其特征在于，还包括热风干燥机(1)和送风管道(14)，所述送风管道(14)连接所述壳体(5)并向上延伸至所述弹簧夹层(9)卡槽最高一层；所述热风干燥机(1)与所述中央控制器(2)连接，并通过所述控制面板(10)显示设定的参数内容。

9.根据权利要求4所述的用于土壤培养的培养设备，其特征在于，所述壳体(5)底部一栏还设有蜂鸣计时器(3)，所述蜂鸣计时器(3)由稳压电源(4)供电。

10.根据权利要求4所述的用于土壤培养的培养设备，其特征在于，所述壳体(5)上部配有所述盖板(12)，所述盖板(12)具有盖板提手(13)。