一种基于反馈控制的多级土柱淋滤系统及其淋滤实验方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于反馈控制的多级土柱淋滤系统及其淋滤实验方法，属于淋滤实验设备领域，其中通过对应设置组装式柱体、反馈控制组件、取样组件，利用将柱体单元两端分别设置为圆锥台结构，可快速实现多级柱体的可靠组装，并自动、准确、快速地实现样品的采集。本发明专利技术的基于反馈控制的多级土柱淋滤系统，其结构简单，组装拆洗便捷，能在准确模拟淋滤液在土壤中自然流动的前提下有效实现多级土柱的淋滤实验，淋滤实验的准确性和自动化程度高，能有效缩短淋滤系统的组装时间和取样时间，大大提升淋滤实验的效率和准确性，减少淋滤实验过程中引入的人为误差，具有较好的应用前景和推广价值。

A multi-stage soil column leaching system based on feedback control and its leaching experimental method

【技术实现步骤摘要】
一种基于反馈控制的多级土柱淋滤系统及其淋滤实验方法
本专利技术属于淋滤实验设备领域，具体涉及一种基于反馈控制的多级土柱淋滤系统及其淋滤实验方法。
技术介绍
近年来，我国固体废弃物污染的总体形势愈发严峻，这些固体废弃物包括人类生产和生活中产生的生活垃圾、工业固体废物和危险废物等，固体废物长期露天堆放，其有害成分往往会在地表径流和雨水的淋溶、渗透作用下通过土壤孔隙向四周和纵深的水体和土壤迁移，进而造成大气、水体和土壤的污染，最终危害人体的健康。为了了解污染物在土壤和固体废弃物中的分布规律，模拟污染物在土壤及固体废弃物等混合体系中的迁移转化过程显得尤为重要。在模拟方法中，淋洗法是探究土壤及固体废弃物中污染物迁移转化规律的一种十分高效的方法，其一般通过在土壤或其它淋滤物中注入或渗入冲洗液，使其流经需治理的介质层，解析污染物在土壤或其它介质中传质及分布规律。此外，淋滤实验不仅可以有效研究污染物在介质层中吸附、转化、净化机制，还可以为评价固体废弃物淋洗及土壤修复技术的效果提供科学依据。目前，土柱淋滤试验大多需要通过淋滤系统或淋滤设备来实现，而现有的淋滤系统往往存在或多或少的缺陷，例如：1、现有的土柱用导管作为喷淋口，液体喷淋不均匀，加剧了淋滤液在土壤中的优先流效应，导致淋滤实验无法准确模拟污染物在土壤中的流动状态；2、现有的一体式柱体根据特定试验设计，柱体高度恒定，不能满足不同实验对于不同土层高度的需求，通用性较差，且柱体采用细长及上端开口的结构，每次实验结束只能通过上端将土壤倾出，操作极其麻烦，不容易清洗柱体内的残留物，还有损伤和破坏柱体的风险；3、现有淋滤系统的取样工作复杂繁重，自动化程度低，人工操作导致的误差大，且取样周期长、效率低；此外，由于污染物在淋滤系统中的运移和穿透是一个缓慢的过程，往往无法事先预测污染物在装置中达到稳定运移和穿透的时间，因此只能从实验一开始就连续不断取样，最后再通过从测试结果中删除无用数据来获取有用的实验数据，极大地浪费人力和测试资源，且每次取样之后，大多还需要对样品进行过滤等进一步处理才能测试，过程比较繁琐，存在较大的局限性。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本专利技术提供了一种基于反馈控制的多级土柱淋滤系统及其淋滤实验方法，其中通过对应设置组装式柱体、反馈控制组件、取样组件，利用将柱体单元两端分别设置为圆锥台结构，可快速实现多级柱体的准确组装，并自动、准确、快速地实现样品的采样，能有效扩大淋滤系统的适用范围，大大提升淋滤实验的实验效率和准确性，提升淋滤实验的自动化程度。为实现上述目的，本专利技术的一个方面，提供一种基于反馈控制的多级土柱淋滤系统，包括柱体支撑组件和供液集液组件，其特征在于，还包括组装式柱体、取样组件和反馈控制组件；所述组装式柱体由至少两个柱体单元沿竖向依次同轴连接而成，其顶部设置有柱体盖，且底部设置有锥形分液漏斗；所述柱体单元为竖向设置的筒状结构，其顶部和底部分别设置为匹配端和插入端，所述插入端为外周壁面呈圆锥面的圆锥台结构，其端部的外径最小，所述匹配端的内外周壁面均为圆锥面，且所述匹配端内径的最小值小于所述插入端外径的最小值，并使得所述柱体单元的插入端可以“斜面自锁”的形式插入其下方相邻柱体单元的匹配端中；所述柱体盖的底部外壁面设置为可与所述匹配端对应匹配的锥形面，且所述锥形分液漏斗的顶部内壁面设置为与所述匹配端内壁面相同的锥形面；同时，在最上方柱体单元的匹配端中设置有分液板，并在其他柱体单元的匹配端和所述锥形分液漏斗中设置有隔板，所述分液板和所述隔板分别呈圆形板状结构，各板体上均匀间隔开设有贯穿两端面的通孔，且各板体的外径小于所述插入端外径的最小值并大于所述匹配端内径的最小值；所述取样组件对应各所述柱体单元中部外周上开设的取样口设置，其包括具有多个取样单元的取样泵和可循环运转的送样器，以及多组可沿纵向放置于所述送样器上的取样瓶；各所述取样单元可分别以取样管连通所述取样口，且对应各所述取样单元分别设置有硬质出液管，使得所述取样单元可进行对应柱体单元中淋滤液的抽取并经由所述硬质出液管将所述淋滤液注入对应的取样瓶中；每组所述取样瓶包括沿横向间隔设置的多个，且所述送样器可带动各组所述取样瓶连续运动，以使得每组取样瓶可在所述送样器的带动下与各所述硬质出液管对正，并在完成注液后由所述送样器切换下一组取样瓶；所述反馈控制组件包括两个分设于所述组装式柱体顶部和底部的电导率探针，其中一个所述电导率探针对应插入所述柱体盖中，另一个所述电导率探针对应插入所述锥形分液漏斗中，以对应检测所述组装式柱体顶部和底部的电导率。作为本专利技术的进一步改进，还包括对应所述锥形分液漏斗顶部设置的第一环形密封套和对应各所述匹配端设置的第二环形密封套；所述第一环形密封套可对应套设在所述锥形分液漏斗的顶部外周，并以端部突出于所述锥形分液漏斗的顶部；所述第二环形密封套呈圆锥台结构，其可在对应套设在所述匹配端外周上并以端部突出于所述匹配端端部。作为本专利技术的进一步改进，对应各所述取样单元分别设置有电动三通阀；所述电动三通阀具有三个可分别通断的接口，所述硬质出液可连接在其中一个接口上，且另外两个接口可分别以取样管连通所述取样口和所述取样单元。作为本专利技术的进一步改进，还包括控制器，所述控制器具有至少两个输入接口和至少三个输出接口；两所述电导率探针分别以传感线电性连接在对应的输入接口上，且所述电动三通阀、所述取样泵和所述送样器分别与所述控制器以电性连接，以使得两所述电导率探针可分别将检测的电导率信号传递到所述控制器，并由所述控制器发送控制指令到所述电动三通阀、所述取样泵和所述送样器。作为本专利技术的进一步改进，各所述取样口上分别设置有过滤头。作为本专利技术的进一步改进，所述隔板包括由上至下依次层叠设置的不锈钢滤网和石棉网。作为本专利技术的进一步改进，所述匹配端内周壁面的锥度与所述插入端外周壁面的锥度相同，和/或所述第二环形密封套内周壁面的锥度与所述匹配端外周壁面的锥度相同。作为本专利技术的进一步改进，所述柱体支撑组件包括底座、支撑杆和固定夹；所述底座呈板状结构，所述支撑杆沿竖向设置，其底部可固定在所述底座上，且所述固定夹为活动设置与所述支撑杆上的多个，各所述固定夹上分别设置有松紧螺栓，并可在套设于所述柱体单元外周后由所述松紧螺栓锁紧。作为本专利技术的进一步改进，所述供液集液组件包括供液单元和集液单元；所述供液单元对应所述柱体盖设置，其包括蠕动泵和储液槽，所述蠕动泵可分别通过供液管与所述柱体盖和所述储液槽连通；所述集液单元包括设置于所述锥形分液漏斗下方的淋滤液收集槽，以用于收集来自该锥形分液漏斗的淋滤液。本专利技术的另一个方面，提供了一种所述的基于反馈控制的多级土柱淋滤系统的淋滤实验方法，其步骤如下：S1：根据试验需求选择柱体单元的设置数量，对应准备分液板和相应数量的隔板；S2：在柱体支撑组件上由下至上依次组装所述组装式柱体，先在锥形分液漏斗中对应放置所述隔板，并将一个柱体单元与所述锥形分液漏斗的顶部以“斜面自锁”的方式匹配连接，且在该柱体单元中填入淋滤介质；S3：将剩下的柱体单元依次以“斜面自锁”的方式匹配连接，并在除最上方柱体单元外的所有柱体单元中的匹配端内设置所述隔板，且在最上方柱体单元中的匹配端内设置所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于反馈控制的多级土柱淋滤系统，包括柱体支撑组件和供液集液组件，其特征在于，还包括组装式柱体、取样组件和反馈控制组件；所述组装式柱体由至少两个柱体单元沿竖向依次同轴连接而成，其顶部设置有柱体盖，且底部设置有锥形分液漏斗；所述柱体单元为竖向设置的筒状结构，其顶部和底部分别设置为匹配端和插入端，所述插入端为外周壁面呈圆锥面的圆锥台结构，其端部的外径最小，所述匹配端的内外周壁面均为圆锥面，且所述匹配端内径的最小值小于所述插入端外径的最小值，并使得所述柱体单元的插入端可以“斜面自锁”的形式插入其下方相邻柱体单元的匹配端中；所述柱体盖的底部外壁面设置为可与所述匹配端对应匹配的锥形面，且所述锥形分液漏斗的顶部内壁面设置为与所述匹配端内壁面相同的锥形面；同时，在最上方柱体单元的匹配端中设置有分液板，并在其他柱体单元的匹配端和所述锥形分液漏斗中设置有隔板，所述分液板和所述隔板分别呈圆形板状结构，各板体上均匀间隔开设有贯穿两端面的通孔，且各板体的外径小于所述插入端外径的最小值并大于所述匹配端内径的最小值；所述取样组件对应各所述柱体单元中部外周上开设的取样口设置，其包括具有多个取样单元的取样泵和可循环运转的送样器，以及多组可沿纵向放置于所述送样器上的取样瓶；各所述取样单元可分别以取样管连通所述取样口，且对应各所述取样单元分别设置有硬质出液管，使得所述取样单元可进行对应柱体单元中淋滤液的抽取并经由所述硬质出液管将所述淋滤液注入对应的取样瓶中；每组所述取样瓶包括沿横向间隔设置的多个，且所述送样器可带动各组所述取样瓶连续运动，以使得每组取样瓶可在所述送样器的带动下与各所述硬质出液管对正，并在完成注液后由所述送样器切换下一组取样瓶；所述反馈控制组件包括两个分设于所述组装式柱体顶部和底部的电导率探针，其中一个所述电导率探针对应插入所述柱体盖中，另一个所述电导率探针对应插入所述锥形分液漏斗中，以对应检测所述组装式柱体顶部和底部的电导率。...

【技术特征摘要】
1.一种基于反馈控制的多级土柱淋滤系统，包括柱体支撑组件和供液集液组件，其特征在于，还包括组装式柱体、取样组件和反馈控制组件；所述组装式柱体由至少两个柱体单元沿竖向依次同轴连接而成，其顶部设置有柱体盖，且底部设置有锥形分液漏斗；所述柱体单元为竖向设置的筒状结构，其顶部和底部分别设置为匹配端和插入端，所述插入端为外周壁面呈圆锥面的圆锥台结构，其端部的外径最小，所述匹配端的内外周壁面均为圆锥面，且所述匹配端内径的最小值小于所述插入端外径的最小值，并使得所述柱体单元的插入端可以“斜面自锁”的形式插入其下方相邻柱体单元的匹配端中；所述柱体盖的底部外壁面设置为可与所述匹配端对应匹配的锥形面，且所述锥形分液漏斗的顶部内壁面设置为与所述匹配端内壁面相同的锥形面；同时，在最上方柱体单元的匹配端中设置有分液板，并在其他柱体单元的匹配端和所述锥形分液漏斗中设置有隔板，所述分液板和所述隔板分别呈圆形板状结构，各板体上均匀间隔开设有贯穿两端面的通孔，且各板体的外径小于所述插入端外径的最小值并大于所述匹配端内径的最小值；所述取样组件对应各所述柱体单元中部外周上开设的取样口设置，其包括具有多个取样单元的取样泵和可循环运转的送样器，以及多组可沿纵向放置于所述送样器上的取样瓶；各所述取样单元可分别以取样管连通所述取样口，且对应各所述取样单元分别设置有硬质出液管，使得所述取样单元可进行对应柱体单元中淋滤液的抽取并经由所述硬质出液管将所述淋滤液注入对应的取样瓶中；每组所述取样瓶包括沿横向间隔设置的多个，且所述送样器可带动各组所述取样瓶连续运动，以使得每组取样瓶可在所述送样器的带动下与各所述硬质出液管对正，并在完成注液后由所述送样器切换下一组取样瓶；所述反馈控制组件包括两个分设于所述组装式柱体顶部和底部的电导率探针，其中一个所述电导率探针对应插入所述柱体盖中，另一个所述电导率探针对应插入所述锥形分液漏斗中，以对应检测所述组装式柱体顶部和底部的电导率。2.根据权利要求1所述的基于反馈控制的多级土柱淋滤系统，其中，还包括对应所述锥形分液漏斗顶部设置的第一环形密封套和对应各所述匹配端设置的第二环形密封套；所述第一环形密封套可对应套设在所述锥形分液漏斗的顶部外周，并以端部突出于所述锥形分液漏斗的顶部；所述第二环形密封套呈圆锥台结构，其可在对应套设在所述匹配端外周上并以端部突出于所述匹配端端部。3.根据权利要求1或2所述的基于反馈控制的多级土柱淋滤系统，其中，对应各所述取样单元分别设置有电动三通阀；所述电动三通阀具有三个可分别通断的接口，所述硬质出液可连接在其中一个接口上，且另外两个接口可分别以取样管连通所述取样口和所述取样单元。4.根据权利要求3所述的基于反馈控制的多级土柱淋滤系统，其中，还包括控制器，所述控制器具有至少两个输入接口和至少三个输出接口；两所述电导率探针分别以传感线电性连接在对应的输入接口上，且所述电动三通阀、所述取样泵和所述送样器分别与所述控制器以电性连接，以使得两所述电导...

【专利技术属性】
技术研发人员：张世红，张涵，向家涛，邵敬爱，王贤华，张雄，陈汉平，
申请(专利权)人：华中科技大学，深圳华中科技大学研究院，
类型：发明
国别省市：湖北,42