CN2319443Y

CN2319443Y - 土壤等固体介质中物质过程模拟解析装置

Info

Publication number: CN2319443Y
Application number: CN 98236487
Authority: CN
Inventors: 祁兵; 侯爱新; 孙铁珩; 孔海南
Original assignee: Institute of Applied Ecology of CAS
Current assignee: Institute of Applied Ecology of CAS
Priority date: 1998-01-15
Filing date: 1998-01-15
Publication date: 1999-05-19
Anticipated expiration: 2008-01-15

Abstract

本实用新型属于野外土壤等介质的采样分析装置。它由主体部分、自控部分、监测部分和采集部分组成。主体部分由一系列可上下插接的套筒分段组成装填固体介质的柱体,自控部分由控制器、布水管路和通气管路组成,监测部分可在线监测主体部分的温度、氧化还原电位、pH值和溶解氧(DO)、化学需氧量(COD)等可用电极进行测量的指标。本实用新型不仅可节省人力,加快工作进度,也可按需设定试验条件,使一套系统发挥多种功能,还可使柱体内部体系保持在需要的氧化还原状态下进行多种水文的研究。

Description

土壤等固体介质中物质过程模拟解析装置

本实用新型属于野外土壤等固体介质的采样分析装置。

由于发展可持续农业和生态环境保护的需要，肥料及各种污染物等物质在地下水-土壤-植物生物圈中的迁移转化规律及其与大气圈间物质交换过程的研究受到越来越广泛的关注，各国对有关基础研究和应用开发项目的投入日益增加。

目前正在使用的土壤-植物系统实验研究方法是传统的野外剖面采样和土柱实验。剖面采样费时费力，且无法做到水、土、气同时采样，研究结果受采样代表性、气候等因素的影响也较大。传统土柱实验在取样时则需停止实验运行，而且无法同时采集各层次的水、土、气样品，挖取样品十分费力并易污染样品。

发达国家目前采用的土壤渗滤装置虽可用以进行地下水、土壤、植物和气体采样，但无法进行土壤中多层次的解析研究。此外，此系统因需地下工程，造价很高。国外在生活污水土壤处理法研究中，为解析污水在土壤渗滤过程中的水质变化，采用在设备中埋设收集桶的方法取各层次水样，但收集桶改变土壤水的流态，易造成结果偏差，且无法收集土壤、气体等样品。此外，试验设备只能在固定试验条件下运转，灵活性和可控性差，占地面积大，造价高。

本实用新型的目的是提供一种可同时采集不同深度(高度)层次上的水、气及三壤等固体介质样品，也可进行部分化学指标的在线监测；有可控性，占地面积小，易于取样解析的装置。

本实用新型由主体部分、自控部分、监测部分和样品采集部分组成。主体部分为分段的柱体，用以装填固体介质(如土壤、砂砾等)，可进行一次性采样，也可设多个柱，在不同时间采样。主体部分由一系列可上下插接的套筒分段组成装填固体介质柱体，筒径、筒高及筒的数量视需要而定。套筒上端为凸沿，下端为凹沿，可将两筒承接在一起。每个套筒上留有监测孔、取样孔和通气孔、通水孔，孔的数量按需而定，位置可在圆周方向错开，通气孔、通水孔经通气管路、布水管路与其控制部分的控制器输出端相连，监测孔埋入的电极和与其相连的显示器或计录器构成监测部分，采集部分设有液体采集器、气体采集器、固体采集器。为模拟地下水，或需调节某一层次含水量，可制成带有与外接管路相联的布水管口的布水套筒和多孔套筒，插接到需布水的位置。柱体最下端的套筒可为由普通套筒和筛板组成，用于收集固体介质的淋出液。

自控部分由控制器、布水管路和通气管路组成。通过该部分可以在不同介质层次定量布水和通气，也可通过监测部分的反馈，控制交替布水和通气，以调节主体部分介质保持一定的氧化还原电位、pH值。控制器由定时器、继电器和接受反馈信号、输出控制信号的电路组成，有多个输出通道。根据要求设定时间，接通不同的输出，控制布水、通气、监测、采样系统的启动与关闭。布水管路由贮液槽、输水管、止回阀、液体流量计和恒流泵组成。主体部分上的进水口可按需要接在柱体上部(模拟降水等)或不同层次。通气管路由气泵、调节阀和气体流量计组成。进气口可设在柱体不同层次上。

监测部分可在线监测主体部分的温度、氧化还原电位、pH值和溶解氧(DO)、化学需氧量(COD)等可用电极进行测量的指标。由插入部分不同层次，密封严密的电极和信号输出显示或计录器组成。

采样部分可进行固体介质、液体(水)、气体样品的同时采集，并可由自控部分控制。

各层次的液体样品和采集是由插入固体介质的真空取样管取出。在柱体底部的收集管可收集柱体淋出的液体样品。固体介质样的采集是将各层套筒联接处拆下，在两筒之间插入隔板，可将上一段套筒取下，再用推板将固体介质样品从该段套筒推出。依此方法取各段套筒样品，用以进行多种指标的分析。气体样品的采集是在各层套筒中埋入气体平衡取样管抽出气体。

本实用新型不仅可节省人力，加快工作进度，也可按需设定试验条件，使一套系统发挥多种动能，还可使柱体内部体系保持在需要的氧化还原状态下进行多种水文等条件下的研究。它适用于进行主壤等固体介质中的物质过程解析研究，还可以在野外自然条件下和室内受控条件下自动运行，并可按需要随意拆装组合。它具有在装置运行过程中，同时采集系统输入、输出处不同深度(高度)层次上的水、气及土壤等固体介质样品的功能，且取样精确、无样品污染。其灵活性和可控性好，占地面积小，造价低，易于推广应用。它不但可以进行部分化学指标的在线监测，亦可自动控制固体介质内的氧化还原状态。此外，此装置也可供水处理过滤工艺、化工填料塔等工业单元操作的工艺研究与技术开发使用。

附图说明：

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型主体部分的套筒结构示意图。

图3为与图2的套筒底口相接的底板结构示意图。

图4为图2的套筒内(底层)所用筛板结构示意图。

图5为图4的俯视图。

图6为图2的套筒上所设布水、通气孔管结构示意图。

图7为本实用新型中的采样管结构示意图。

图8为本实用新型的自控部分电路原理图。

本实用新型的监测部分由电极P和信号输出显示器或计录器(12)组成，插入套筒(14)监测孔(15)的电极P输出端连至显示器或计录器(12)和自控部分控制器(1)的反馈端。采集部分中用于套筒(14)中埋入的气体平衡取样管E(采样器)由外覆纱网F的斜端孔管和橡胶套塞D组成；插入固体介质中，使固体介质中气体向管内扩散至平衡，用真空管或取样针管G刺入胶塞抽出气样。自控部分包括有时间设定和氧化还原电位设定，时间设定由数显数字时间继电器J_t设定时同，通过按钮开关K₁启动，接通输出B_c，当计时到设定的时间后，与输出B_c相联的输出继电器在J_B停止输出，同时触发数显数字时间继电器J_t复零，重新计时并启动另一输出继电器J_A，依此方式实现输出A_c与输出B_c的交替输出，输出端A_c、B_c分别与气泵(3)和恒流泵(7)相联。氧化还原电流的设定是由电极P采集信号，经Eh计将信号转化成输入电流。由比较放大电路U设定某一Eh值，通过比较放大电路将输入电流与设定值比较，当输入电位小于设定值时，接通双向可控硅开关K₂，启动连接于气泵(3)的输出。主体部分的底层套筒(14)为收集固体介质的淋出液，由普通套筒(14)和筛板(22)、螺栓(20)、支栓(21)、底板(18)、出水口(19)组装而成。

采用本实用新型进行亚表面土壤床(Subsurface Soil Bed)生活污水处理技术的开发研究时，通过对处理污水的功能土壤层进行分层次解析研究，获得了不同土壤类型的水分、氧化还原电位、主要功能菌群、氨化和硝化强度的分布状况，确定出所需土壤深度、主要处理层次的位置和最佳运行条件。所开发的生活污水处理设备与国外同类技术相比，不仅深度减少，而且在保证相同效率前提下，提高了一倍的处理量。将本实用新型应用于提高氮肥利用率的研究。农业生产中施用的氮肥可以通过氨挥发、形成硝酸盐和某些气态氮化物而损失，这不仅降低氮肥利用率，而且易造成地下水污染和大气中温室效应气体浓度的增加。利用本实用新型进行研究，可以获得不同土壤气候条件下氮肥的形态转化规律、转化发生的主要土壤层次和机理。据此提出减少氮素损失的措施，获得具体的技术参数。将本实用新型应用于土壤中污染物过程研究和污染物在土壤-植物生态系统中迁移、转化规律研究。不仅可研究污染物在土壤、植物、水中的分布和形态变化，也可研究由于土壤或水文条件变化以及土壤水流态分布等对污染物迁移转化的影响。

采用本实用新型和传统土柱方法进行“NOVO农用污泥对天津盐碱土的盐分动态影响”研究为例说明如下：

“NOVO家用污泥对天津盐碱土的盐分动态影响研究”首先需要采原状土按原容重装填土柱。传统土柱法由于土柱长而且不分段，底层土无法保证原来的容重；而采用本实用新型的分段套筒装填时，可将不同段套筒分别插入不同浓度原状土后取出，即可保证柱内土柱与原状土有相同的结构和物理性质。为获得不同生长季的盐分动态，传统土柱法需根据取样次数设多个土柱，并且每次取样均需先挖出不同层次土样，浸提后分析电导率。采用本实用新型则只需一个土柱，在各层次进行电导率的在线监测即可，使工作效率大大提高。采用传统土柱研究需将所有柱体安装在现场，以保证与当地气候条件一致。而采用本实用新型，可通过自控系统在室内模拟典型气候条件进行研究，不仅获得的结果有代表性，同时节省赴现场采样分析的人力物力。

图1中的2为贮液槽，4为气体流量计，5为控制阀，6为止回阀，8为液体流量计，10为取样阀，11为真空泵；图2～6中的13为胶塞，23为布水、通气孔管；图7中的A为柱体，B为固体介质，C为密封圈，；图8中的L为指示灯，R为电阻。

Claims

1．一种土壤等固体介质中物质过程模拟解析装置，包括主体部分、自控部分、监测部分和采集部分，其特征在于主体部分由一系列可上下插接的套筒(14)分段组成装填固体介质柱体(9)，每个套筒上留有监测孔(15)、取样孔(16)、通气孔和通水孔(17)，通气孔、通水孔经通气管路、布水管路与其控制部分的控制器(1)输出端相连，监测孔(15)埋入的电极P与其相连的显示器或计录器(12)构成监测部分，采集部分设有液体采集器、气体采集器、固体采集器。

2．按照权利要求1所述的土壤等固体介质中物质过程模拟解析装置，其特征在于监测部分由电极P和信号输出显示器或计录器(12)组成，插入套筒(14)监测孔的电极P输出端连至显示器或计录器和自控部分控制器(1)的反馈端。

3．按照权利要求1所述的土壤等固体介质中物质过程模拟解析装置，其特征在于套筒中埋入的气体平衡取样管E由外覆纱网F的斜端孔管和橡胶套塞D组成。