本实用新型涉及土壤微生物实验设备技术领域，尤其涉及一种用于研究溶质运移及降解的土柱实验装置。
背景技术：
随着人口增长和经济飞速发展，地下水污染问题日益突出。地下水中一些常见的污染物可以采用生物、化学方法进行降解和去除。由于在野外大型场地进行实验观测具有一定的难度，因此需要通过实验装置模拟土壤中污染物溶质的迁移和或转化过程，从而有效地认识反应机理及反应的限制影响因素。传统的室内土柱实验装置通常只能通过土柱顶部出口进行接种取样，不足以描述溶质运移在垂直方向上的变化过程。此外，另一些现有的模拟土柱实验装置，通常仅能用于非微生物降解类的研究，不能用于研究微生物降解及化学反应过程。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种用于研究土壤溶质运移及降解的土柱实验装置,该装置可用于测定一维溶质运移沿垂向的浓度变化曲线，及接种特定细菌后溶质沿运输方向的变化曲线。
本实用新型采用的技术方案为：
一种用于研究土壤溶质运移及降解的土柱实验装置，其包括沿垂直方向延伸的实验主体，所述实验主体包括透光材质制成的填土柱(2)和套设于填土柱(2)外部的紫外线灭菌罩(3)，所述填土柱(2)在高度方向上设有多个接种取样口(21)，所述紫外线灭菌罩对应每个所述接种取样口设有穿孔(31)，所述各接种取样口(21)分别连接有接种取样管(214)，所述各接种取样管(214)从所述穿孔(31)中穿出；所述填土柱(2)底部设有进样口(22)，所述进样口(22)连接进样管(5)；所述填土柱(2)的顶部设有出样口(23)，所述出样口(23)连接出样管(6)；所述紫外线灭菌罩(3)设有顶盖(32)和底座(33),所述顶盖(32)和底座(33)将所述填土柱(2)封闭在所述紫外线灭菌罩(3)内部，且所述顶盖(32)和底座(33)分别设有供所述出样管(6)和进样管(5)穿过的孔(321、331)；其中所述紫外线灭菌罩(3)内部安装有紫外线灯(35)。
优选的，紫外线灯(35)安装在所述顶盖(32)和/或底座(33)朝向所述紫外线灭菌罩(3)内部的一侧。
根据本实用新型一个可行的实施例，所述填土柱(2)包含透光玻璃筒(24)、底塞(A)及顶塞(B)，所述底塞(A)结合在所述透光玻璃筒(24)底部，且所述底塞(A)呈凸字形，其包含基部(A12)和凸台(A11)，所述凸台(A11)塞入所述透光玻璃筒(24)内部，所述透光玻璃筒(24)的底部内侧面与所述凸台(A11)周侧面黏合连接，所述透光玻璃筒(24)的底部端面和所述基部(A12)的表面黏合连接；所述底塞(A)设有所述进样口(22)；所述顶塞(B)设有所述出样口(23)。
根据本实用新型一个可行的实施例，所述底座(33)设于所述底塞(A)下方，并封闭所述紫外线灭菌罩(3)的底部；或者：所述底塞(A)是所述底座(33)的一部分，即由所述底座(33)一体成型所述底塞(A)及所述底塞(A)的凸台(A11)，所述底座(33)的孔(331)与所述底塞(A)的进样口(22)重合。
根据本实用新型一个可行的实施例，所述顶盖(32)为一体成型，且在所述顶盖(32)内侧面对应所述填土柱(2)上端一体成型所述顶塞(B)，所述顶盖(32)的孔(321)与所述顶塞(B)的出样口(23)重合。
根据本实用新型一个可行的实施例，所述进样管(5)、接种取样管(214)和所述出样管(6)为毛细管。
根据本实用新型一个可行的实施例，所述接种取样口(21)的数量为3个以上，优选为5个或5个以上。
根据本实用新型一个可行的实施例，两个相邻所述接种取样口(21)的距离相等，且所述紫外线灭菌罩(3)的外表面设有刻度尺。
根据本实用新型一个可行的实施例，所述紫外线灭菌罩(3)的内侧面设有反射镜面。
根据本实用新型一个可行的实施例，所述填土柱(2)的内侧的顶部和底部均设有筛网与滤膜(26)。优选的，所述筛网为不锈钢丝筛网，所述滤膜为水系滤膜。防止土壤中较大颗粒将进样管(5)和出样管(6)堵塞，尤其是进样管(5)和出样管(6)为毛细管时。
根据本实用新型一个可行的实施例，所述填土柱(2)的内壁包含凡士林涂层，防止边壁流的产生。
根据本实用新型一个可行的实施例，所述接种取样管(214)与所述接种取样口(21)之间通过硅橡胶连接；所述出样管(6)与所述填土柱(2)的出样孔(23)之间通过硅橡胶连接；所述进样管(5)与所述填土柱(2)的进样口(22)之间硅橡胶连接。
优选的，所述接种取样管(214)与所述紫外线灭菌罩(3)的穿孔(31)通过硅橡胶连接；所述进样管(5)与底座(33)的孔(331)通过硅橡胶连接；所述出样管(6)与顶盖(32)的孔(321)通过硅橡胶连接。
根据本实用新型一个可行的实施例，所述进样管(5)通过蠕动泵连接样品储罐(7)，所述出样管(6)连接废液瓶(8)。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型的用于研究土壤溶质运移及降解的土柱实验装置，在填土柱(2)的高度方向上设有多个接种取样口(21)，通过不同高度上所分布的接种取样口(21)进行接种取样，可以测定一维溶质运移沿垂向的浓度变化曲线，及接种特定细菌后溶质沿运输方向的变化过程曲线。此外，本实用新型的填土柱(2)外部还设有紫外线灭菌罩(3)还可对填土柱(2)内的物质进行灭菌，适用于研究微生物降解及化学反应过程。本实用新型的装置结构简单，易于制造，可用于研究溶质反应运移实验观测及教学。
附图说明
图1为本实用新型具体实施例的整体结构示意图。
图2为本实用新型具体实施例中实验主体的沿图1的L-L’的剖视图。
图3A为本实用新型具体实施例中填土柱的结构示意图。
图3B为图3A的圆圈标注部分的结构放大图。
图4为本实用新型另一实施例一体成型的顶盖结构示意图。
【附图标记说明】
2填土柱、21接种取样口、214接种取样管、22进样口、23出样口、24透光玻璃筒、A底塞、B顶塞、A11凸台、A12基部、3紫外线灭菌罩、31穿孔、32顶盖、33底座、321孔、331孔、35紫外线灯、5进样管、6出样管、26筛网及滤膜、7样品储罐、8废液瓶、9蠕动泵。
具体实施方式
为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。
参见图1所示，为本实用新型具体实施例的整体结构示意图，一种用于研究土壤溶质运移及降解的土柱实验装置，其包括沿垂直方向延伸的实验主体，该实验主体一侧通过进样管5和蠕动泵9连接样品储罐7，另一侧通过出样管6连接废液瓶8。
结合图1及图3A所示，该实验主体包括透光材质制成的填土柱2和套设于填土柱2外部的紫外线灭菌罩3。填土柱2在高度方向上设有多个接种取样口21，而各接种取样口21连接有接种取样管214，接种取样管214为水平延伸的毛细管。外部的紫外线灭菌罩3对应各接种取样管214设有穿孔31(见图2所示)，使这些接种取样管214可以从穿孔31伸出至外部。在填土柱2底部设有进样口22(图3A)，所述进样口22连接进样管5，进样管5为一根毛细管，填土柱2的顶部设有出样口23(图3A)，出样口23连接一个出样管6，出样管6为一根毛细管。紫外线灭菌罩3设有顶盖32和底座33,所述顶盖32和底座33封闭紫外线灭菌罩3的上下端，将填土柱2封闭在所述紫外线灭菌罩3内部，且顶盖32设有可供出样管6穿出的孔321，而底座33设有供进样管5穿出的孔331。其中，可在顶盖32和/或底座33朝向紫外线灭菌罩3内部的一侧安装紫外线灯35。结合图1所示，紫光线光灯35安装在顶盖32的内侧面。在其他是实施例中，紫外线灯35也可以安装在底座33内侧面。此外，为增加紫外线灯35的灭菌作用，可在紫外线灭菌罩3内侧设置反光镜面。填土柱2的内侧的顶部和底部均设有筛网与滤膜26。优选的，筛网为不锈钢丝筛网，滤膜为水系滤膜。设置筛网与滤膜26，是为了防止土壤中较大颗粒将进样管5和出样管6堵塞，尤其是进样管5和出样管6为毛细管时。
图2为沿图1的L-L’的剖视图，更清楚地看到填土柱2和紫外线灭菌罩3之间的关系。填土柱2为圆形设于内部，紫外线灭菌罩3为圆形套在外部，填土柱2与紫外线灭菌罩3的圆心不重合。填土柱2壁上有接种取样口21，接种取样口21连接有接种取样管214，接种取样管214从紫外线灭菌罩3设置的穿孔31中穿出，以供实验过程中的接种取样。接种取样管214与接种取样口21之间通过硅橡胶密封连接，接种取样管214与穿孔31通过硅橡胶密封连接。
结合图3A及图3B所示，填土柱2包含透光玻璃筒24、底塞A及顶塞B。其中，底塞A和顶塞B为橡胶塞，可与透光玻璃筒24紧配合结合。透光玻璃筒24为空心状，两端开口，其材质可为有机玻璃或者其他可透光的材质，如PVC或PPC等。底塞A结合在透光玻璃筒24底部，且底塞A呈凸字形，其包含基部A12和凸台A11，所述凸台A11塞入所述透光玻璃筒24内部。透光玻璃筒24的底部内侧面与凸台A11周侧面黏合连接，而透光玻璃筒24的底部端面和基部A12的表面黏合连接，通过这两个部位的黏合作用，使黏合更加牢靠，防止透光玻璃筒24与底塞A裂开。底塞A设有所述进样口22，顶塞B设有所述出样口23。出样管6与顶塞B的出样孔23之间通过硅橡胶密封连接，进样管5与底塞A的进样口22之间硅橡胶连接。此外，填土柱2可涂覆一层凡士林涂层，用以防止边壁流的产生(防止进样液体大部分沿透光玻璃筒24的避免流动无法实现实验效果)。
在本实施例中，底塞A与紫外线灭菌罩3的底座33是分开设置的，顶塞B与紫外线灭菌罩3的顶盖32也是分开设置的。结合图1及图3A所示，底座33设于底塞A下方，并封闭紫外线灭菌罩3的底部。此时，底座33有设有孔331，底塞A设有进样口22，而进样口22与孔331连通，可供进样管5连接和穿过。顶盖32覆盖在顶塞B上方。
如图1所示，接种取样口21沿着填土柱2的高度方向上设置有5个，且两个相邻接种取样口21的距离相等。优选的，可在紫外线灭菌罩3的外表面对应各穿孔31设有高度刻度尺，便于实验人员记录采样结果。
如图1所示，蠕动泵9进口可连接装有污染物及示踪剂溶液的样品储罐7，使用时先将填土柱2内密实装填满所研究的土壤等多孔介质，然而将顶塞B塞好填土柱2顶部、盖好顶盖32后，打开蠕动泵9，等待废液瓶8中出现溶液。当研究溶质运移时通过5个接种取样管214，定时接种取样分别测定溶质浓度。
当使用本实用新型的土柱实验装置，用于研究微生物对污染物的降解作用时，先打开紫外线灭菌罩3的紫外线灯35，将填充好的土柱环境进行灭菌杀菌，一段时间后关闭紫外线灯35采用一次性注射器通过5个接种取样口21接种特定的微生物，充分反应一段时间后再通过5个接种取样口21定时接种取样，分别测定污染物溶质的浓度。
实施例2
实施例1的填土柱2顶塞B和底塞A与紫外线灭菌罩3的顶盖32和底座33为二分式结构。实施例2与实施例1的区别仅在于，底座33与底塞A为一体成型结构，顶盖32与顶塞B为一体成型结构。具体地，底塞33一体成型地形成有底塞A，以及其凸台A11和基部A12，此时底座33的孔331与底塞A的进样口22是重合的。如图4所示，顶盖32为一体成型，且在顶盖32内侧面对应填土柱2上端一体成型顶塞B，此时顶盖32的孔321与顶塞B的出样口23是重合的。在顶盖32的内侧，位于顶塞B的一旁设有紫光线光灯35。在开启顶盖32时，可一并打开填土柱2的上端开口，向填土柱2内密实装填满所研究的土壤等多孔介质，然后盖好顶盖32后，顶盖32上的顶塞B也一同将填土柱2的上端密封。
本实用新型的技术效果在于，其在填土柱2的高度方向上设有多个接种取样口21，通过不同高度上所分布的接种取样口21进行接种和取样，可以测定一维溶质运移沿垂向的浓度变化曲线，及接种特定细菌后溶质沿运输方向的变化过程曲线。此外，本实用新型还设有紫外线灭菌罩3还可对填土柱2内的物质进行灭菌，适用于研究微生物降解及化学反应过程。本实用新型的装置结构简单，易于制造，可用于研究溶质反应运移实验观测及教学。