CN210223198U - 微宇宙仿自然实验装置 - Google Patents

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解莹
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刘洋
Wenqi Peng
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渠晓东
Chunsheng Yang
杨春生
Haiping Zhang
张海萍
Min Zhang
张敏
Yang Yu
余杨
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Abstract

本实用新型公开了微宇宙仿自然实验装置，包括：水槽，其为内部中空的封闭结构，且其顶部间隔设置有多个通孔，水槽上设置有进水口和出水口，其侧壁上间隔设置有多列取泥口，多列取泥口和多个通孔的延伸方向与水槽内的水流方向相同，一列取泥口由多个沿竖直方向间隔设置的取泥口组成；第一填料层，其铺设在水槽的底部，进水口和出水口均位于第一填料层的上方，各个取泥口均与第一填料层相对；UNISENSE微电极，其检测端选择性地穿过其中一个通孔，并插入水槽中。本实用新型可以依据研究者不同的研究目的探究水文变动过程对沉积物‑水‑植物‑大气环境中目标元素循环影响，可以应用到多种相关元素循环的研究中。

Description

微宇宙仿自然实验装置
技术领域
本实用新型涉及一种实验装置。更具体地说，本实用新型涉及微宇宙仿自然实验装置。
背景技术
在生态系统模拟中通过对培养箱内培养的生物样本提供一些特定的生态模拟条件，能观察这些条件对样本造成的影响。然而现有的培养箱存在着一个培养箱能够提供的模拟条件较少，检测数据时会破坏检测对象的结构和生理生化特性等问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供微宇宙仿自然实验装置，其能模拟沉积物由干到湿的过程和由湿到干的过程，且可以依据研究者自己的实验目的、研究区的水位波动特征自行选择相应的水位波动范围和波动周期。UNISENSE微电极具有μm级尖细顶端，不破坏检测对象的结构和生理生化特性，测量数据重现性好，灵敏度高，检测下限低，可观察到微小浓度及其变化，响应快。
为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了微宇宙仿自然实验装置，包括：
水槽，其为内部中空的封闭结构，且其顶部间隔设置有多个通孔，水槽上设置有进水口和出水口，其侧壁上间隔设置有多列取泥口，多列取泥口和多个通孔的延伸方向与水槽内的水流方向相同，一列取泥口由多个沿竖直方向间隔设置的取泥口组成；
第一填料层，其铺设在水槽的底部，进水口和出水口均位于第一填料层的上方，各个取泥口均与第一填料层相对；
UNISENSE微电极，其检测端选择性地穿过其中一个通孔，并插入水槽中，未插入UNISENSE微电极的通孔封闭。
优选的是，所述的微宇宙仿自然实验装置中，所述水槽为长方体形，所述进水口和所述出水口分别设置在所述水槽上沿其长度方向间隔设置的两个侧壁上，所述水槽的顶部沿水槽的长度方向间隔设置有多个通孔。
优选的是，所述的微宇宙仿自然实验装置中，所述水槽上设置有出水口的侧壁上沿竖直方向间隔设置有多个分层取水口，各个分层取水口均位于第一填料层的上方。
优选的是，所述的微宇宙仿自然实验装置中，所述水槽上设置有出水口的侧壁上设置有显示水位的刻度。
优选的是，所述的微宇宙仿自然实验装置中，还包括：
废水池，其通过出水管与所述出水口连通；
进水池，其通过连接水管与所述废水池连通，通过进水管与所述进水口连通，进水管上设置有水泵。
优选的是，所述的微宇宙仿自然实验装置中，还包括：
流速仪，其检测端选择性地穿过其中一个通孔，并插入水槽内，流速仪与UNISENSE微电极不干涉。
优选的是，所述的微宇宙仿自然实验装置中，所述废水池包括：
池体，其为内部中空的长方体形，且沿竖直方向设置，所述池体内沿其宽度方向设置有一块隔板，所述隔板将所述池体分隔成第一处理室和第二处理室，隔板的上部设置有一个开口，开口连通所述第一处理室和所述第二处理室，第一处理室的顶部与其侧壁可拆卸地连接，底部设置有杂质出口，池体上沿其长度方向间隔设置的两个侧壁上分别设置有废水入口和净水出口，废水入口和净水出口分别与第一处理室和第二处理室连通，所述废水入口通过出水管与所述出水口连通，所述净水出口通过连接水管与所述进水池连通；
第二填料层，其设置在所述第二处理室内，且将第二处理室的内部的上部和下部分隔开，所述开口和所述净水出口分别位于第二填料层的上方和下方；
多个滤网，其沿竖直方向间隔设置在所述第一处理室内，各个滤网沿池体的长度方向的截面均为︿形，各个滤网上沿池体的长度方向间隔设置的两侧分别与隔板和池体接触，沿池体的宽度方向间隔设置的两侧分别与池体上沿其宽度方向间隔设置的两个侧壁接触，相邻的两个滤网中，位于下方的滤网的网孔的尺寸较大，废水入口位于最下方的滤网的下方；
固定杆，其沿竖直方向设置，固定杆穿过各个滤网的中部，并与各个滤网均固定连接，固定杆的顶部和底部分别与池体的顶部和底部相抵。
优选的是，所述的微宇宙仿自然实验装置中，所述废水池还包括：
导向板，其为长方形，且设置在所述第一处理室内，并位于所述废水入口的下方，所述导向板的三条侧边分别与池体的三个侧壁接触，另一条侧壁逐渐向下倾斜，且与隔板和池体的底部均相隔一定距离，杂质出口位于导向板的下方。
优选的是，所述的微宇宙仿自然实验装置中，所述第一处理室的底部从设置有隔板的一侧向着设置有废水入口的一侧逐渐向下倾斜，所述杂质出口设置在所述第一处理室的底部位置较低的一侧。
本实用新型至少包括以下有益效果：
本实用新型通过设置不同的水位波动周期和波动范围来模拟水位的周期波动过程，可以分别模拟沉积物由干到湿的过程和由湿到干的过程。可以依据研究者自己的实验目的、研究区的水位波动特征自行选择相应的水位波动范围和波动周期。
本实用新型可以通过外接水管实现水体的循环流动过程，依据实验设计可以研究水流过程对沉积物-水-植物-大气营养盐循环的影响。
本实用新型可以依据研究者不同的研究目的探究水文变动过程(水流、水位波动强度和波动频率)对沉积物-水-植物-大气环境中目标元素循环影响，可以应用到多种相关元素循环的研究中，具有一定的实用价值。
本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1是根据本实用新型一个实施例的微宇宙仿自然实验装置的结构示意图；
图2是根据本实用新型一个实施例的废水池的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，并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实用新型的限制。
如图1所示，本实用新型提供微宇宙仿自然实验装置，包括：
水槽100，其为内部中空的封闭结构，且其顶部间隔设置有多个通孔101，水槽100上设置有进水口和出水口，其侧壁上间隔设置有多列取泥口102，多列取泥口102和多个通孔101的延伸方向与水槽100内的水流方向相同，一列取泥口102由多个沿竖直方向间隔设置的取泥口102组成；取泥口102在不取泥时封闭。
第一填料层110，其铺设在水槽100的底部，进水口和出水口均位于第一填料层110的上方，各个取泥口102均与第一填料层110相对；
UNISENSE微电极150，其检测端选择性地穿过其中一个通孔101，并插入水槽100中，可插入水中，也可插入第一填料层110中，未插入UNISENSE微电极150的通孔101封闭。UNISENSE微电极150研究系统分为微电极监测部分和电脑数据处理部分。其中监测部分的微电极通过通孔101插入到水槽100内，可以调节微电极在水槽100中的探测深度。UNISENSE微电极150依次穿过各个通孔101，可以对纵向水流方向上进行原位微观监测。取出后，可以对沉积物垂向方向上(各列取泥口102取出的泥)进行原位微观监测。
依据实验设计，水体样品为原位水样/经处理的自来水，水槽100底部填料为原位采集研究区域的样品(湖泊或河流)土壤/沉积物样品，填料上种植的植物为选取研究的植被样品(研究区域的典型植被或实验设计的目标植被)。
微宇宙仿自然实验装置，在使用时，水通过进水口进入水槽100内，沿着水流方向流动后从出水口处流出，一列分层取泥口102用于收集垂向沉积物样品，UNISENSE微电极150可以对水环境(UNISENSE微电极150插入水中)、沉积物垂向剖面和纵向水流方向上进行原位微观监测，以及植物根际微环境、植物通气组织等原位微观监测(可测参数O2、pH、Redox、温度、N2O、NO)。通过通孔101可以实时有效收集装置内N2O、CH4等气体。
通过设置不同的水位波动周期和波动范围来模拟水位的周期波动过程，例如通过水位高度变化为20cm，40cm，60cm，80cm(水位波动的变化范围可以依据实验设计设定)，每5天变化一次水位来调节水位波动频率(波动频率和波动次数依据实验设计设定)。可以分别模拟沉积物由干到湿的过程(水位从20cm到80cm变动)和由湿到干的过程(水位从80cm到20cm变动)。该室内试验装置可以依据研究者自己的实验目的、研究区的水位波动特征自行选择相应的水位波动范围和波动周期。
在另一种技术方案中，所述的微宇宙仿自然实验装置中，所述水槽100为长方体形，所述进水口和所述出水口分别设置在所述水槽100上沿其长度方向间隔设置的两个侧壁上，所述水槽100的顶部沿水槽100的长度方向间隔设置有多个通孔101，即纵向水流方向为水槽100的长度方向。
在另一种技术方案中，所述的微宇宙仿自然实验装置中，所述水槽100上设置有出水口的侧壁上沿竖直方向间隔设置有多个分层取水口103，各个分层取水口103均位于第一填料层110的上方。在不破坏实验装置的基础上，分层取水口103用于取用不同水深的水样，分层取水口103的布设个数依据水位波动范围设定。分层取水口103在不取水时封闭。
在另一种技术方案中，所述的微宇宙仿自然实验装置中，所述水槽100上设置有出水口的侧壁上设置有显示水位的刻度。例如模拟沉积物由干到湿的过程(水位从20cm到80cm变动)和由湿到干的过程(水位从80cm到20cm变动)，可以通过刻度显示20cm，40cm，60cm，80cm的水位，方便控制和观察水槽100内的水位。
在另一种技术方案中，所述的微宇宙仿自然实验装置中，还包括：
废水池120，其通过出水管与所述出水口连通；
进水池130，其通过连接水管与所述废水池120连通，通过进水管与所述进水口连通，进水管上设置有水泵。
废水中的部分杂质沉积在废水池120中，过滤后的水进入进水池130中后通过水泵泵入水槽100内，实现水体的循环流动。
通过外接水管实现水体的循环流动过程，依据实验设计可以研究水流过程对沉积物-水-植物-大气营养盐循环的影响。水的流速通过水泵进行调节，可以对不同水流流速进行模拟。该实验装置可以依据研究者不同的研究目的探究水文变动过程(水流、水位波动强度和波动频率)对沉积物-水-植物-大气环境中目标元素循环影响，可以应用到多种相关元素循环的研究中，具有一定的实用价值。
在另一种技术方案中，所述的微宇宙仿自然实验装置中，还包括：
流速仪140，其检测端选择性地穿过其中一个通孔101，并插入水槽100内，流速仪140与UNISENSE微电极150不干涉。当流速仪140与UNISENSE微电极150同时使用时，两者可以分别插入两个通孔101中。流速仪140可以实时监测水槽100中水体的流动速度，便携式流速仪140可以通过装置顶盖的通孔101调节其在水中的深度，不需要用时可以拿出。
在另一种技术方案中，所述的微宇宙仿自然实验装置中，如图2所示，所述废水池120包括：
池体，其为内部中空的长方体形，且沿竖直方向设置，所述池体内沿其宽度方向(如图2所示的前后方向)设置有一块隔板121，隔板121为方形，隔板121的顶部和底部分别与水槽100的顶部和底部固定，且无缝连接，相对的两个侧壁分别与水槽100上沿其宽度方向间隔设置的两个侧壁固定，且无缝连接，所述隔板121将所述池体分隔成第一处理室和第二处理室，隔板121的上部设置有一个开口122，开口122连通所述第一处理室和所述第二处理室，第一处理室的顶部(即盖子)与其侧壁可拆卸地连接，底部设置有杂质出口123，池体上沿其长度方向(如图2所示的左右方向)间隔设置的两个侧壁上分别设置有废水入口124和净水出口125，废水入口124和净水出口125分别与第一处理室和第二处理室连通，所述废水入口124通过出水管与所述出水口连通，所述净水出口125通过连接水管与所述进水池130连通；
第二填料层126，其设置在所述第二处理室内，且将第二处理室的内部的上部和下部分隔开，所述开口122和所述净水出口125分别位于第二填料层126的上方和下方，且所述开口122位于所述净水出口125的上方；
多个滤网127，其沿竖直方向间隔设置在所述第一处理室内，各个滤网127沿池体的长度方向的截面均为︿形，各个滤网127上沿池体的长度方向间隔设置的两侧分别与隔板121和池体接触，沿池体的宽度方向间隔设置的两侧分别与池体上沿其宽度方向间隔设置的两个侧壁接触，相邻的两个滤网127中，位于下方的滤网127的网孔的尺寸较大，废水入口124位于最下方的滤网127的下方，这样能对废水中的杂质进行逐级过滤；
固定杆128，其沿竖直方向设置，固定杆128穿过各个滤网127的中部，并与各个滤网127均固定连接，固定杆128的顶部和底部分别与池体的顶部和底部相抵。
废水通过废水入口124进入，水向上流动，固体杂质在重力作用下向下沉淀，最后通过杂质出口123排出，水向上流动的过程中通过各个滤网127(各个滤网127从下到上网孔孔径逐渐变小)逐级进行过滤，最后通过开口122后流至填料层中，通过填料进行过滤后，通过净水出口125流出循环使用。当滤网127上积累有较多杂质时，打开盖子，向上提起固定杆128，固定杆128能带着各个滤网127上，从而可以取出后清理各个滤网127上的杂质。
在另一种技术方案中，所述的微宇宙仿自然实验装置中，所述废水池120还包括：
导向板129，其为长方形，且设置在所述第一处理室内，并位于所述废水入口124的下方，所述导向板129的三条侧边分别与池体的三个侧壁接触，另一条侧壁逐渐向下倾斜，且与隔板121和池体的底部均相隔一定距离，杂质出口123位于导向板129的下方，这样杂质能顺着导向板129落至导向板129的下方，水流流动过程中杂质不会在水流的作用下向上。
废水通过废水入口124进入，水向上流动，固体杂质在重力作用下向下沉淀至导向板129的下方，最后通过杂质出口123排出，水向上流动的过程中通过各个滤网127(各个滤网127从下到上网孔孔径逐渐变小)逐级进行过滤，最后通过开口122后流至填料层中，通过填料进行过滤后，通过净水出口125流出循环使用。当滤网127上积累有较多杂质时，打开盖子，向上提起固定杆128，固定杆128能带着各个滤网127和导向板129向上，从而可以取出后清理各个滤网127和导向板129上的杂质。
在另一种技术方案中，所述的微宇宙仿自然实验装置中，所述第一处理室的底部从设置有隔板121的一侧向着设置有废水入口124的一侧逐渐向下倾斜，所述杂质出口123设置在所述第一处理室的底部位置较低的一侧，这样方便排出第一处理室的底部的杂质。
尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.微宇宙仿自然实验装置，其特征在于，包括：
水槽，其为内部中空的封闭结构，且其顶部间隔设置有多个通孔，水槽上设置有进水口和出水口，其侧壁上间隔设置有多列取泥口，多列取泥口和多个通孔的延伸方向与水槽内的水流方向相同，一列取泥口由多个沿竖直方向间隔设置的取泥口组成；
第一填料层，其铺设在水槽的底部，进水口和出水口均位于第一填料层的上方，各个取泥口均与第一填料层相对；
UNISENSE微电极，其检测端选择性地穿过其中一个通孔，并插入水槽中，未插入UNISENSE微电极的通孔封闭。
2.如权利要求1所述的微宇宙仿自然实验装置，其特征在于，所述水槽为长方体形，所述进水口和所述出水口分别设置在所述水槽上沿其长度方向间隔设置的两个侧壁上，所述水槽的顶部沿水槽的长度方向间隔设置有多个通孔。
3.如权利要求2所述的微宇宙仿自然实验装置，其特征在于，所述水槽上设置有出水口的侧壁上沿竖直方向间隔设置有多个分层取水口，各个分层取水口均位于第一填料层的上方。
4.如权利要求3所述的微宇宙仿自然实验装置，其特征在于，所述水槽上设置有出水口的侧壁上设置有显示水位的刻度。
5.如权利要求1所述的微宇宙仿自然实验装置，其特征在于，还包括：
废水池，其通过出水管与所述出水口连通；
进水池，其通过连接水管与所述废水池连通，通过进水管与所述进水口连通，进水管上设置有水泵。
6.如权利要求5所述的微宇宙仿自然实验装置，其特征在于，还包括：
流速仪，其检测端选择性地穿过其中一个通孔，并插入水槽内，流速仪与UNISENSE微电极不干涉。
7.如权利要求5所述的微宇宙仿自然实验装置，其特征在于，所述废水池包括：
池体，其为内部中空的长方体形，且沿竖直方向设置，所述池体内沿其宽度方向设置有一块隔板，所述隔板将所述池体分隔成第一处理室和第二处理室，隔板的上部设置有一个开口，开口连通所述第一处理室和所述第二处理室，第一处理室的顶部与其侧壁可拆卸地连接，底部设置有杂质出口，池体上沿其长度方向间隔设置的两个侧壁上分别设置有废水入口和净水出口，废水入口和净水出口分别与第一处理室和第二处理室连通，所述废水入口通过出水管与所述出水口连通，所述净水出口通过连接水管与所述进水池连通；
第二填料层，其设置在所述第二处理室内，且将第二处理室的内部的上部和下部分隔开，所述开口和所述净水出口分别位于第二填料层的上方和下方；
多个滤网，其沿竖直方向间隔设置在所述第一处理室内，各个滤网沿池体的长度方向的截面均为︿形，各个滤网上沿池体的长度方向间隔设置的两侧分别与隔板和池体接触，沿池体的宽度方向间隔设置的两侧分别与池体上沿其宽度方向间隔设置的两个侧壁接触，相邻的两个滤网中，位于下方的滤网的网孔的尺寸较大，废水入口位于最下方的滤网的下方；
固定杆，其沿竖直方向设置，固定杆穿过各个滤网的中部，并与各个滤网均固定连接，固定杆的顶部和底部分别与池体的顶部和底部相抵。
8.如权利要求7所述的微宇宙仿自然实验装置，其特征在于，所述废水池还包括：
导向板，其为长方形，且设置在所述第一处理室内，并位于所述废水入口的下方，所述导向板的三条侧边分别与池体的三个侧壁接触，另一条侧壁逐渐向下倾斜，且与隔板和池体的底部均相隔一定距离，杂质出口位于导向板的下方。
9.如权利要求8所述的微宇宙仿自然实验装置，其特征在于，所述第一处理室的底部从设置有隔板的一侧向着设置有废水入口的一侧逐渐向下倾斜，所述杂质出口设置在所述第一处理室的底部位置较低的一侧。
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CN114414771A (zh) * 2022-01-20 2022-04-29 生态环境部南京环境科学研究所 用于土壤复合污染联合效应评价的土壤微宇宙实验装置
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