專利名稱：用于模擬石油烴類污染包氣帶土壤的多節式土柱的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種多節式土柱，尤其涉及一種用于模擬石油烴類污染包氣帶土壤的多節式土柱，屬于水文地質研究領域。
背景技術：
隨著工業化經濟的逐漸發展，石油工業在各個國家占據了重要的經濟地位，石油被稱為經濟乃至整個社會的“黑色黃金”、“經濟血液”，作為一種重要的能源，其應用范圍還在繼續拓展，消耗量也日趨增大。它在給人類帶來巨大的利益的同時也帶來了嚴重的危害。在石油的開采、煉制、貯運和使用過程中，由于工藝水平和處理技術的限制，石油可能通過泄漏或含油污水進入地表土壤，再直接或間接由降雨帶入包氣帶，直至進入地下水體，從而引起一系列環境地質問題，給現代人類生活和未來社會可持續發展造成不良影響。因此，研究石油烴類污染包氣帶土壤的運移及轉化規律具有十分重要的意義。目前國內外研究石油烴污染包氣帶土壤主要通過物理模擬和數值模擬開展。目前市場上沒有專門用于石油烴污染包氣帶土壤的物理模擬裝置，已有的裝置只能測定淋濾液中石油烴含量，無法在實驗后分層取土研究土壤中石油烴的含量；已有的實驗裝置只能人工取樣，樣品流失比較多，對土柱內流場影響較大，同時石油烴污染包氣帶土壤周期較長，需耗費大量人力測樣取樣；已有的實驗裝置無法滿足石油烴污染包氣帶土壤的縱向尺度；無法準確模擬石油烴污染包氣帶土壤。
發明內容
本發明提供了一種用于模擬石油烴類污染包氣帶土壤的多節式土柱，解決了背景技術中的不足，其能夠自動化定量取樣、分層取土測定土壤中石油烴含量、減少取樣對流場的影響。實現本發明上述目的所采用的技術方案為一種用于模擬石油烴類污染包氣帶土壤的多節式土柱，至少包括底座、安裝固定于底座上的可旋土柱裝置、取樣測樣裝置以及位于可旋土柱裝置頂部的淋濾裝置，其中可旋土柱裝置由三節以上的可旋土柱單元、致密紗網、帶孔有機玻璃板A以及砂芯漏斗集樣腔組成，其中可旋土柱單元為空心圓柱管狀，其兩端設有相互匹配的螺紋，可旋土柱單元通過螺紋依次連接，最下節可旋土柱單元固定于底座上，帶孔有機玻璃板A安裝于最下節的可旋土柱單元的內部，致密紗網平貼固定于帶孔有機玻璃板A上，砂芯漏斗集樣腔位于帶孔有機玻璃板A的下方；所述的淋濾裝置包括蠕動泵、玻璃轉子流量計、帶孔有機玻璃板B、頂蓋以及橡膠管，其中蠕動泵通過橡膠管與玻璃轉子流量計相連，玻璃轉子流量計安裝于頂蓋上，帶孔有機玻璃板B位于頂蓋下方且固定于最上節的可旋土柱單元內；所述的取樣測樣裝置由取樣單元和測樣單元組成，取樣單元上設有安裝于可旋土柱單元內的取樣頭，測樣單元與取樣單元連接并對取樣單元取出的樣品進行檢測。所述的可旋土柱單元由有機玻璃圓柱體和圓柱體連接段組成，其中有機玻璃圓柱體的一端光滑，另一端設有外螺紋，圓柱體連接段呈圓筒狀，其下部套在有機玻璃圓柱體的光滑的一端上且兩者之間通過氯仿粘貼密封，圓柱體連接段的上部設有與外螺紋匹配的內螺紋。所述的圓柱體連接段的中部的內壁上設有環形凹槽，環形凹槽內設有硅膠墊圈，且娃膠墊圈的一部分位于環形凹槽內，另一部分露出于環形凹槽。帶孔有機玻璃板B上的孔均勻分布，且每個孔的下方均設有降雨針頭。頂蓋由兩層直徑不同的有機玻璃板組成，上層的直徑大于可旋土柱單元的外徑，下層的直徑小于可旋土柱單元的內徑。所述的取樣單元包括取樣頭、有機玻璃管、橡膠管、取樣腔以及防揮發取樣瓶，其中取樣頭呈螺旋形分布于可旋土柱單元內部，取樣頭通過有機玻璃管與取樣腔相連，有機玻璃管上安裝有電磁閥，取樣腔的頂部設有通氣閥門，取樣腔的底部通過接樣導管連接防揮發取樣瓶，接樣導管上設有閥門。所述的測樣單元包括光電液位傳感器、多參數儀傳感器、電磁閥傳感器單片機、光電液位傳感單片機、多參數儀以及電腦，其中電磁閥傳感器單片機通過電纜與所有電磁閥連接，光電液位傳感器位于取樣腔的側壁上，且所有的光電液位傳感器均通過電纜連接到光電液位傳感單片機上；多參數儀傳感器位于取樣腔的底部，且所有的多參數儀傳感器均通過導線連接到多參數儀；多參數儀、光電液位傳感器單片機及電磁閥傳感器單片機均通過電纜與電腦相連。本發明提供的用于模擬石油烴類污染包氣帶土壤的多節式土柱有以下優點一是可以通過實驗要求靈活控制土柱的縱向高度；二是可在實驗結束后拆卸各節可旋土柱單元，并分層取土樣分析土壤中石油烴的含量；三是該裝置中取樣孔螺旋均勻分布于土柱內的側部，且取樣裝置的設計減少了取樣時的樣品流失，將取樣對流場的影響降至最低；四是針頭降雨裝置通過與玻璃轉子流量計相連可以調節降水流量，同時模擬實際情況均勻降雨淋濾。取樣單元中的裝置取樣瓶設計成密封狀，且先通過取樣腔再進行取樣，可降低取樣時石油烴揮發對實驗結果的影響。該裝置可以廣泛用于研究石油烴污染包氣帶土壤遷移規律及機理以及所引發的環境問題，對石油烴物理模擬研究具有重要的意義。
圖1為本發明提供的多節式土柱的整體結構示意圖；圖中1_玻璃轉子流量計，2-頂蓋，3-橡膠管，4-帶孔有機玻璃板B，5-降雨針頭，6-通氣閥門，7-取樣腔，8-多參數儀傳感器，9-防揮發取樣瓶，10-電磁閥，11-光電液位傳感器，12-寶塔，13-取樣頭，14-電纜，15-致密紗網，16-帶孔有機玻璃板A，17-砂芯漏斗集樣腔，18-底座，19-閥門，20-光電液位器傳感單片機，21-多參數儀，22-電磁閥傳感器單片機，23-電腦，24-導線，25-有機玻璃管，26-蠕動泵，27-有機玻璃圓柱體，28-外螺紋，29-硅膠墊圈，30-圓柱體連接段，31-接樣導管。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做詳細具體的說明。本發明提供的用于模擬石油烴類污染包氣帶土壤的多節式土柱的整體結構如圖1所示，包括底座18、安裝固定于底座18上的可旋土柱裝置、取樣測樣裝置以及位于可旋土柱裝置頂部的淋濾裝置，其中所述的淋濾裝置包括蠕動泵26、玻璃轉子流量計1、帶孔有機玻璃板B4、頂蓋2以及橡膠管3，其中蠕動泵26通過橡膠管3與玻璃轉子流量計I相連，玻璃轉子流量計I安裝于頂蓋2上，帶孔有機玻璃板B4位于頂蓋2下方且固定于可旋土柱裝置內。帶孔有機玻璃板B4上的孔均勻分布，且每個孔的下方均設有降雨針頭5。頂蓋2由兩層直徑不同的有機玻璃板組成，上層的直徑大于可旋土柱單元的外徑，下層的直徑小于可旋土柱單元的內徑。可旋土柱裝置由三節以上的可旋土柱單元、致密紗網15、帶孔有機玻璃板A16以及砂芯漏斗集樣腔17組成，其中可旋土柱單元為空心圓柱管狀，其兩端設有相互匹配的螺紋，可旋土柱單元通過螺紋依次連接，最下節可旋土柱單元固定于底座18上，帶孔有機玻璃板A16安裝于最下節的可旋土柱單元的內部，致密紗網15平貼固定于帶孔有機玻璃板A16上，砂芯漏斗集樣腔17位于帶孔有機玻璃板A16的下方。在本實施例中可旋土柱單元設有五節，且可旋土柱單元由有機玻璃圓柱體27和圓柱體連接段30組成，其中有機玻璃圓柱體27的一端光滑，另一端設有外螺紋28，圓柱體連接段30呈圓筒狀，其下部套在有機玻璃圓柱體27的光滑的一端上且兩者之間通過氯仿粘貼密封，圓柱體連接段30的上部設有與外螺紋匹配的內螺紋，相鄰的兩節可旋土柱單元通過內螺紋與外螺紋28連接。圓柱體連接段30的中部的內壁上設有環形凹槽，環形凹槽內設有硅膠墊圈29，硅膠墊圈29的一部分位于環形凹槽內，另一部分露出于環形凹槽，且該部分被夾在上下相鄰的兩有機玻璃圓柱體27之間。所述的取樣測樣裝置由取樣單元和測樣單元組成，取樣單元包括取樣頭13、有機玻璃管25、橡膠管、取樣腔7以及防揮發取樣瓶9，其中取樣頭13呈螺旋形分布于可旋土柱單元內部，取樣頭13通過寶塔12以及有機玻璃管25與取樣腔7相連，有機玻璃管25上安裝有電磁閥10，取樣腔7的頂部設有通氣閥門6，取樣腔7的底部通過接樣導管31連接防揮發取樣瓶9，接樣導管31上設有閥門19。所述的測樣單元包括光電液位傳感器11、多參數儀傳感器8、電磁閥傳感器單片機22、光電液位傳感單片機20、多參數儀21以及電腦23，其中電磁閥傳感器單片機22通過電纜14與所有電磁閥10連接，光電液位傳感器11位于取樣腔7的側壁上，且所有的光電液位傳感器11均通過電纜連接到光電液位傳感單片機20上；多參數儀傳感器8位于取樣腔7的底部，且所有的多參數儀傳感器8均通過導線24連接到多參數儀21 ;多參數儀21、光電液位傳感器單片機20及電磁閥傳感單片機22均通過電纜14與電腦23相連。本發明提供的用于模擬石油烴類污染包氣帶土壤的多節式土柱的工作原理如下將可旋土柱單元通過螺紋一個一個的疊加起來，可旋土柱裝置的上部設有可調節流量的淋濾裝置，在可旋土柱裝置的底部設有砂芯漏斗集樣腔。可旋土柱裝置的側部螺旋分布著取樣測樣裝置，取樣測樣裝置通過與電腦相連實現自動化。首先電腦發射命令打開要測樣孔處的電磁閥，然后樣品在取樣腔內達到預定高度后，光電側位傳感器發出信后經光電側位傳感單片機傳到電腦，電腦發出命令經電磁閥傳感單片機將電磁閥關閉，結束收集樣品過程。同時多參數儀將測得的各種參數存入電腦，從而完成自動取樣測樣過程。實驗結束后取土樣分析土壤含石油烴含量。下面舉例說明其具體工作步驟
(I)采樣前往武漢八十萬噸乙烯工程現場取的第四紀砂土，帶回實驗室后天然風干，篩分。(2)裝土 以野外測得土壤密度裝填土柱，每5_裝填一次。(3)保水從裝置底部定水頭保水。(4)淋濾用配制的石油烴飽和溶液淋濾采集的砂土。(5)監測和取樣打開測樣裝置的通氣閥門，在電腦上設定每一小時測一次樣品。待多參數儀讀數后，打開接樣導管下的閥門取樣。(6) 土樣分析待實驗結束后，分節旋開土柱裝置，然后分節取樣測定土壤中石油烴的含量。
權利要求
1.一種用于模擬石油烴類污染包氣帶土壤的多節式土柱，其特征在于至少包括底座、安裝固定于底座上的可旋土柱裝置、取樣測樣裝置以及位于可旋土柱裝置頂部的淋濾裝置，其中可旋土柱裝置由三節以上的可旋土柱單元、致密紗網、帶孔有機玻璃板A以及砂芯漏斗集樣腔組成，其中可旋土柱單元為空心圓柱管狀，其兩端設有相互匹配的螺紋，可旋土柱單元通過螺紋依次連接，最下節可旋土柱單元固定于底座上，帶孔有機玻璃板A安裝于最下節的可旋土柱單元的內部，致密紗網平貼固定于帶孔有機玻璃板A上，砂芯漏斗集樣腔位于帶孔有機玻璃板A的下方；所述的淋濾裝置包括蠕動泵、玻璃轉子流量計、帶孔有機玻璃板B、頂蓋以及橡膠管，其中蠕動泵通過橡膠管與玻璃轉子流量計相連，玻璃轉子流量計安裝于頂蓋上，帶孔有機玻璃板B位于頂蓋下方且固定于最上節的可旋土柱單元內； 所述的取樣測樣裝置由取樣單元和測樣單元組成，取樣單元上設有安裝于可旋土柱單元內的取樣頭，測樣單元與取樣單元連接并對取樣單元取出的樣品進行檢測。
2.根據權利要求1所述的用于模擬石油烴類污染包氣帶土壤的多節式土柱，其特征在于所述的可旋土柱單元由有機玻璃圓柱體和圓柱體連接段組成，其中有機玻璃圓柱體的一端光滑，另一端設有外螺紋，圓柱體連接段呈圓筒狀，其下部套在有機玻璃圓柱體的光滑的一端上且兩者之間通過氯仿粘貼密封，圓柱體連接段的上部設有與外螺紋匹配的內螺紋。
3.根據權利要求2所述的用于模擬石油烴類污染包氣帶土壤的多節式土柱，其特征在于所述的圓柱體連接段的中部的內壁上設有環形凹槽，環形凹槽內設有硅膠墊圈，且硅膠墊圈的一部分位于環形凹槽內，另一部分露出于環形凹槽。
4.根據權利要求1所述的用于模擬石油烴類污染包氣帶土壤的多節式土柱，其特征在于帶孔有機玻璃板B上的孔均勻分布，且每個孔的下方均設有降雨針頭。
5.根據權利要求1所述的用于模擬石油烴類污染包氣帶土壤的多節式土柱，其特征在于頂蓋由兩層直徑不同的有機玻璃板組成，上層的直徑大于可旋土柱單元的外徑，下層的直徑小于可旋土柱單元的內徑。
6.根據權利要求1所述的用于模擬石油烴類污染包氣帶土壤的多節式土柱，其特征在于所述的取樣單元包括取樣頭、有機玻璃管、橡膠管、取樣腔以及防揮發取樣瓶，其中取樣頭呈螺旋形分布于可旋土柱單元內部，取樣頭通過有機玻璃管與取樣腔相連，有機玻璃管上安裝有電磁閥，取樣腔的頂部設有通氣閥門，取樣腔的底部通過接樣導管連接防揮發取樣瓶，接樣導管上設有閥門。
7.根據權利要求1所述的用于模擬石油烴類污染包氣帶土壤的多節式土柱，其特征在于所述的測樣單兀包括光電液位傳感器、多參數儀傳感器、電磁閥傳感器單片機、光電液位傳感單片機、多參數儀以及電腦，其中電磁閥傳感器單片機通過電纜與所有電磁閥連接， 光電液位傳感器位于取樣腔的側壁上，且所有的光電液位傳感器均通過電纜連接到光電液位傳感單片機上；多參數儀傳感器位于取樣腔的底部，且所有的多參數儀傳感器均通過導線連接到多參數儀；多參數儀、光電液位傳感器單片機及電磁閥傳感器單片機均通過電纜與電腦相連。
全文摘要
本發明提供了一種用于模擬石油烴類污染包氣帶土壤的多節式土柱，至少包括底座、安裝固定于底座上的可旋土柱裝置、取樣測樣裝置以及位于可旋土柱裝置頂部的淋濾裝置，其中可旋土柱裝置由三節以上的可旋土柱單元、致密紗網、帶孔有機玻璃板A以及砂芯漏斗集樣腔組成；所述的淋濾裝置包括蠕動泵、玻璃轉子流量計、帶孔有機玻璃板B、頂蓋以及橡膠管；所述的取樣測樣裝置由取樣單元和測樣單元組成，取樣單元上設有安裝于可旋土柱單元內的取樣頭，測樣單元與取樣單元連接并對取樣單元取出的樣品進行檢測。該多節式土柱解決了現有技術中的不足，其能夠自動化定量取樣、分層取土測定土壤中石油烴含量，同時還可以減少取樣對流場的影響。
文檔編號G01N1/08GK103018421SQ20121047836
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月22日 優先權日2012年11月22日
發明者和澤康, 彭浩, 何俊蓉, 馬傳明, 潘歡迎 申請人:中國地質大學(武漢)