[发明专利]固体介质中物质过程解析研究装置

说明书

本发明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。

本发明的目的是提供一种可同时采集不同深度(高度)层次上的水、气及土壤等固体介质样品，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。

本发明由主体部分、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。

本发明不仅可节省人力，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等条件下的研究。它适用于进行土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为本发明的结构示意图。

图2为本发明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。