一种原位土柱淋溶试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种原位土柱淋溶试验装置及方法，所述装置包括限位框、设置在限位框下方的接收盘、与接收盘底部连通的储液器、通过采样导管与储液器的底部连通的采样瓶、用以向储液器内充气的充气装置、用以将储液器内的气体排出的排气管以及用以控制充气装置的控制器。本发明专利技术利用“双框等水头下渗”约束淋溶液的侧向渗流，得到逼近土柱的一维垂向淋溶，大幅度减少了溶质侧向流的影响，对目标渗漏面定向收集，实现了对目标土柱的原位淋溶及液体收集。本发明专利技术特殊设计的淋溶液收集结构设计巧妙，可有效避免土壤淋溶液与空气的长期接触，有利于含还原敏感指标的淋溶液的无暴氧收集，避免了还原性敏感指标的氧化、沉淀，保证收集的淋溶液组成的真实性。

【技术实现步骤摘要】
一种原位土柱淋溶试验装置及方法
本专利技术涉及一种土壤检测试验装置及方法，具体地说是一种原位土柱淋溶试验装置及方法。
技术介绍
土壤的物质组成密切影响着土壤生态质量和与之接触的环境因子的迁移变化行为。土柱淋溶实验在获取土壤淋溶液时维持土壤颗粒结构的完整性，同时也能模拟降水、灌溉等自然动态渗滤过程，因而在土壤化学及土壤污染修复研究中得到广泛应用。现有的土壤研究方法是对采集的土样进行室内土柱装填和淋溶实验，其操作过程极有可能造成环境背景、土壤结构、理化性质以及生物活性等条件发生改变，使得实验条件与原状土壤产生区别。原状土柱的室内淋溶实验可以很大程度避免土壤结构和组成的变化，但是依然会造成环境条件（温度、水分）的改变，此外，还存在着淋溶液发生壁面优先流干扰的问题。另外，现有的对田间土壤自然淋滤过程滤液收集方法是待储液器中溶液收集到一定量后，用泵将其抽入采样瓶，在收集以及抽取的过程中，由于长时间暴露在空气中，淋溶液的性质会发生变化，尤其是土壤溶液中可能存在的还原性敏感指标（如NH4+、二价硫、Fe2+、DOC等）可能会发生氧化及沉淀等，导致收集的淋溶液组成发生改变，进而造成实验数据产生误差。
技术实现思路
本专利技术的目的之一就是提供一种原位土柱淋溶试验装置，以解决现有的试验装置误差偏大，试验结果不准确的问题。本专利技术的目的之二就是提供一种原位土柱淋溶试验方法，以实现对目标土柱的原位淋溶及液体收集。本专利技术的目的之一是这样实现的：一种原位土柱淋溶试验装置，包括限位框、设置在限位框下方的接收盘、与接收盘底部连通的储液器、通过采样导管与储液器的底部连通的采样瓶、用以向储液器内充气的充气装置、用以将储液器内的气体排出的排气管以及用以控制充气装置的控制器；所述限位框包括内框和套设在内框外的外框，所述内框与所述外框为等高的圆形框，且两者同轴设置，所述接收盘位于所述内框的正下方，且两者的中心轴线共直线，所述接收盘的盘口口径与所述内框的内径相等；所述储液器包括筒体、设置在筒体内的隔挡板和排液活塞、以及设置在筒体侧壁上用以监测筒体内液面高度的高液位传感器和低液位传感器，所述排液活塞可在隔挡板下方的筒体内往复运动，将该段筒体分成两部分，上部为气体腔，下部为液体腔，所述高液位传感器和所述低液位传感器分别通过导线与所述控制器电连接；所述排气管、所述充气装置分别与所述气体腔连通，所述采样导管与所述液体腔连通。所述接收盘包括漏斗状盘体和设置在盘体上的过滤层，所述盘体的底端通过连接管与所述筒体的底部连通，在所述连接管上设有向筒体流通的单向阀。所述过滤层包括设置在盘体盘口处的过滤板和设置在过滤板下方的石英砂层，在所述石英砂层的上下两面分别设有纱网。所述排气管包括管体、设置在管体内部的排气活塞和硬质支杆，所述管体的底部穿过所述隔挡板插入所述气体腔内，在所述管体上设有膨胀部，所述排气活塞位于膨胀部的上方，且可在管体内往复滑动，所述硬质支杆的上端连接在排气活塞上，所述硬质支杆的下端连接到所述排液活塞上。所述充气装置包括充气管和充气泵，所述充气管的一端与充气泵相连，另一端穿过隔挡板伸入所述气体腔内，所述充气泵与所述控制器电连接。所述接收盘通过支架支撑设置在所述内框的正下方，所述支架为空心立体网架。本专利技术的目的之二是这样实现的：一种原位土柱淋溶试验方法，包括如下步骤：1）铲去试验区域3~5cm的表层土壤，将限位框的底部垂直压入土壤层，限位框的内框和外框保持同轴，且位于同一水平面；2）在限位框旁挖掘土方，形成坑槽，在坑槽的侧壁上水平挖掘，形成洞槽，洞槽位于限位框的下方；在洞槽内设置支架，在支架上设置接收盘，接收盘位于限位框的内框正下方，接收盘的口径与内框的内径一致；3）将储液器放入坑槽中，所述储液器包括筒体、设置在筒体内的隔挡板和排液活塞、以及设置在筒体侧壁上用以监测筒体内液面高度的高液位传感器和低液位传感器，所述隔挡板下方的筒体为集液段，所述排液活塞可在集液段内往复运动，所述排液活塞将集液段分隔成两部分，上部为气体腔，下部为液体腔；筒体的顶部伸出地表，筒体的集液段低于接收盘的底端，使用连接管将接收盘的底端出液口与集液段的底端进液口连通，在连接管上设有向筒体流通的单向阀；使用导线将高液位传感器和低液位传感器分别与控制器连接；4）将筒体的气体腔与排气管、充气装置分别连接，将筒体的液体腔与采样导管连接；所述排气管包括管体、设置在管体内部的排气活塞和硬质支杆，所述管体的底部穿过所述隔挡板插入所述气体腔内，在所述管体上设有膨胀部，所述排气活塞位于膨胀部的上方，且可在管体内往复滑动，所述硬质支杆的上端连接在排气活塞上，所述硬质支杆的下端连接到所述排液活塞上；分层回填步骤1）中挖出的土壤，将采样导管与地面上的采样瓶连接，完成试验装置的布置；5）注水时，保持限位框的双框内等水头，淋溶液穿透土层后落入接收盘中；6）接收盘中的淋溶液经连接管流入筒体的液体腔，排液活塞随着液体腔内淋溶液的增多而向上移动；7）当筒体内淋溶液的液面到达高液位线位置时，高液位传感器向控制器发送信号，启动充气装置，向筒体的气体腔内充气，排液活塞受压向下移动，将其下方的淋溶液压入导管，进而进入采样瓶中，液体腔内淋溶液的液面逐渐下降；在排液活塞下移的同时，硬质支杆带动排气活塞向下移动；8）当筒体内淋溶液的液面降至低液位线时，低液位传感器向控制器发送信号，关闭充气装置，此时，排气管的排气活塞下移至膨胀部，气体腔内的气体经排气活塞与膨胀部侧壁之间的缝隙外排，排液活塞上部气压减小，再次上移，并推动硬质支杆和排气活塞上移，直至排气活塞越过膨胀部，排气过程结束；9）重复步骤6）~8），直至试验结束。所述步骤5）中，注水前，在限位框的内部铺设砾石，并在其侧壁立刻度标。本专利技术利用“双框等水头下渗”约束淋溶液的侧向渗流，得到逼近土柱的一维垂向淋溶，大幅度减少了溶质侧向流的影响，对目标渗漏面定向收集，实现了对目标土柱的原位淋溶及液体收集。本专利技术特殊设计的淋溶液收集结构设计巧妙，可有效避免土壤淋溶液与空气的长期接触，有利于含还原性敏感指标的淋溶液的无暴氧收集，避免了还原性敏感指标的氧化、沉淀，保证收集的淋溶液组成的真实性。本专利技术的装置结构简单、使用方便，且成本低廉，适于推广应用，本专利技术的方法操作简单，实现了逼近土柱的一维垂向淋溶以及无氧条件下的土壤淋溶液的收集，大大提高了土壤淋溶试验的准确性。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图2是排气管的局部放大图。图中：1、接收盘，2、支架，3、石英砂层，4、纱网，5、连接管，6、单向阀，7、筒体，8、隔挡板，9、排液活塞，10、低液位传感器，11、高液位传感器，12、导线，13、控制器，14、充气泵，15、充气管，16、采样导管，17、采样瓶，18、排气管，18-1、排气活塞，18-2、膨胀部，18-3、硬质支杆，19、外框，20、内框。具体实施方式实施例1：原位土柱淋溶试验装置。如图1所示，本专利技术主要包括限位框、接收盘1、储液器、排气管18、采样瓶17、充气装置和控制器13等部分。限位框包括同轴设置的外框19和内框20，内框20与外框19为等高的圆形框（两个框的高约50cm，直径分别为25cm和50cm），且两者均为不锈钢材质，用以约束淋溶液的侧向渗流，以实现接近土柱的一维垂向淋本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种原位土柱淋溶试验装置，其特征是，包括限位框、设置在限位框下方的接收盘、与接收盘底部连通的储液器、通过采样导管与储液器的底部连通的采样瓶、用以向储液器内充气的充气装置、用以将储液器内的气体排出的排气管以及用以控制充气装置的控制器；所述限位框包括内框和套设在内框外的外框，所述内框与所述外框为等高的圆形框，且两者同轴设置，所述接收盘位于所述内框的正下方，且两者的中心轴线共直线，所述接收盘的盘口口径与所述内框的内径相等；所述储液器包括筒体、设置在筒体内的隔挡板和排液活塞、以及设置在筒体侧壁上用以监测筒体内液面高度的高液位传感器和低液位传感器，所述排液活塞可在隔挡板下方的筒体内往复运动，将该段筒体分隔成两部分，上部为气体腔，下部为液体腔，所述高液位传感器和所述低液位传感器分别与所述控制器电连接；所述排气管、所述充气装置分别与所述气体腔连通，所述采样导管与所述液体腔连通。

【技术特征摘要】
1.一种原位土柱淋溶试验装置，其特征是，包括限位框、设置在限位框下方的接收盘、与接收盘底部连通的储液器、通过采样导管与储液器的底部连通的采样瓶、用以向储液器内充气的充气装置、用以将储液器内的气体排出的排气管以及用以控制充气装置的控制器；所述限位框包括内框和套设在内框外的外框，所述内框与所述外框为等高的圆形框，且两者同轴设置，所述接收盘位于所述内框的正下方，且两者的中心轴线共直线，所述接收盘的盘口口径与所述内框的内径相等；所述储液器包括筒体、设置在筒体内的隔挡板和排液活塞、以及设置在筒体侧壁上用以监测筒体内液面高度的高液位传感器和低液位传感器，所述排液活塞可在隔挡板下方的筒体内往复运动，将该段筒体分隔成两部分，上部为气体腔，下部为液体腔，所述高液位传感器和所述低液位传感器分别与所述控制器电连接；所述排气管、所述充气装置分别与所述气体腔连通，所述采样导管与所述液体腔连通。2.根据权利要求1所述的原位土柱淋溶试验装置，其特征是，所述接收盘包括漏斗状盘体和设置在盘体上的过滤层，所述盘体的底端通过连接管与所述筒体的底部连通，在所述连接管上设有向筒体流通的单向阀。3.根据权利要求2所述的原位土柱淋溶试验装置，其特征是，所述过滤层包括设置在盘体盘口处的过滤板和设置在过滤板下方的石英砂层，在所述石英砂层的上下两面分别设有纱网。4.根据权利要求1所述的原位土柱淋溶试验装置，其特征是，所述排气管包括管体、设置在管体内部的排气活塞和硬质支杆，所述管体的底部穿过所述隔挡板插入所述气体腔内，在所述管体上设有膨胀部，所述排气活塞位于膨胀部的上方，且可在管体内往复滑动，所述硬质支杆的上端连接在排气活塞上，所述硬质支杆的下端连接到所述排液活塞上。5.根据权利要求1所述的原位土柱淋溶试验装置，其特征是，所述充气装置包括充气管和充气泵，所述充气管的一端与充气泵相连，另一端穿过隔挡板伸入所述气体腔内，所述充气泵与所述控制器电连接。6.根据权利要求1所述的原位土柱淋溶试验装置，其特征是，所述接收盘通过支架支撑设置在所述内框的正下方，所述支架为空心立体网架。7.一种原位土柱淋溶试验方法，其特征是，包括如下步骤：1）铲去试验区域3~5cm的表层土壤，将限位框的底部垂直压入土壤层，限位框的内框和外框保持同轴，且位于同一水平面；2）在限位框旁挖掘土方，形成坑槽，在坑槽的侧壁上水平挖掘，形成洞槽，洞槽位于限位框的下方；在洞槽内设置支架，在支架上设置接收盘，接收盘位于限位框的内框正下方，接收盘的口径与内框的内径一致；3）将储液器放入坑槽中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄爽兵，顾文龙，雷珊，苏炤新，岳钧，
申请(专利权)人：中国地质科学院水文地质环境地质研究所，
类型：发明
国别省市：河北,13