土壤淋滤液收集装置及收集方法与流程

本发明涉及一种土壤检测装置及方法，具体地说是一种土壤淋滤液收集装置及收集方法。

背景技术：

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。

目前，对田间土壤自然淋滤过程中淋滤液的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⁺、s^2-、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。

技术实现要素：

本发明的目的之一就是提供一种土壤淋滤液收集装置，以解决现有收集方法不适用于含还原敏感物质的土壤淋滤液的问题。

本发明的目的之二就是提供一种土壤淋滤液收集方法，以实现对含还原敏感物质的土壤淋滤液的无氧收集。

本发明的目的之一是这样实现的：一种土壤淋滤液收集装置，包括用以接收淋滤液的接收盘、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通过导线与所述控制器电连接；

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。

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，所述充气管的另一端伸入所述气体腔内，所述充气泵与所述控制器电连接。

所述采样导管依次穿过隔挡板、排液活塞后，伸入液体腔内。

本发明的目的之二是这样实现的：一种土壤淋滤液收集方法，包括如下步骤：

1）设置如上所述的土壤淋滤液收集装置；

2）接收盘接收的淋滤液经连接管流入筒体的液体腔，排液活塞随着筒体内淋滤液的增多而向上移动；

3）当筒体内淋滤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，将其下方的淋滤液压入采样导管，进而进入采样瓶中，筒体内淋滤液的液面逐渐下降；在排液活塞向下移动的同时，硬质支杆带动排气活塞向下移动；

4）当筒体内淋滤液的液面降至低液位线位置时，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；

5）重复步骤2）~4），即实现无氧条件下淋滤液的收集。

本发明方法中，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；淋滤液先经过滤层过滤后再经连接管流入筒体的液体腔。

本发明的收集装置结构设计巧妙，可有效避免土壤淋滤液与空气的长时间接触，有利于含还原性敏感指标的淋滤液的无暴氧收集，避免了还原性敏感指标的氧化、沉淀，保证收集的淋滤液组份的真实性，避免由此造成的实验误差。本发明的收集装置结构简单、使用方便，且成本低廉，适于推广应用。

本发明的收集方法操作简单，实现了无氧条件下的土壤淋滤液的收集，大大提高了土壤淋溶试验结果的准确性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

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。

具体实施方式

实施例1：土壤淋滤液收集装置。

如图1所示，本发明主要包括接收盘1、储液器（筒体7、隔挡板8、排液活塞9、低液位传感器10及高液位传感器11）、排气管18、采样瓶17、充气装置（充气管15和充气泵14）和控制器13等部分。

接收盘1用以接收土壤淋滤液，并对其进行初步过滤。接收盘1包括漏斗状的盘体、设置在盘口处的过滤板、设置在过滤板下方的两层尼龙纱网4以及设置在两层尼龙纱网4之间的石英砂层3。过滤板的板体向盘体底部凹陷，尼龙纱网4为100目的尼龙纱网4，石英砂层3中的石英砂粒径为40~60目。过滤板、纱网4、石英砂层3共同构成过滤层，对淋滤液起到初步过滤的作用，防止大颗粒物进入连接管5造成堵塞。接收盘1能够大面积的收集淋滤液，且淋滤液会顺着盘体漏斗状坡度快速的向下流动，然后经过底部的连接管5流入储液器中。

储液器是在筒体7的内部固定设置隔挡板8，将筒体7的下部与外界空气隔开，形成集液段。在筒体7的集液段内滑动设置有排液活塞9，排液活塞9的底部向下凸，形成与筒体的弧形底面形状接近的弧面，当排液活塞9下移至底部时，其下凸的弧面与筒体的底面基本吻合，且留有缝隙，以便淋溶液流入。排液活塞9将集液段分成上、下两部分，上部为气体腔，下部为液体腔，排液活塞9上下移动，气体腔和液体腔的体积随之变化。筒体7是采用有机玻璃制作而成的柱状容器，其底部（液体腔）通过连接管5与接收盘1的底部连通，在连接管5上，靠近储液器的位置设有单向阀6，单向阀6只允许淋滤液从接收盘1向储液器方向单向流动。在筒体7集液段的侧壁上设置有上、下两个非接触式液位传感器，一个为高液位传感器11，另一个为低液位传感器10，两个液位传感器分别通过导线12与控制器13电连接，用以监测筒体7内的液面高度。

如图2所示，排气管18包括管体、设置在管体内部的排气活塞18-1和硬质支杆18-3。管体的底端穿过隔挡板8，进入隔挡板8与排液活塞9之间的气体腔中，在管体上设有膨胀部18-2，与排气活塞18-1配合实现排气。排气活塞18-1位于膨胀部18-2的上方，且可在管体内上下往复移动，当排气活塞18-1移动至膨胀部18-2时，气体腔内的气体从排气活塞18-1与膨胀部18-2侧壁之间的缝隙排出。硬质支杆18-3的上端连接在排气活塞18-1上，下端连接到排液活塞9上，由此实现排气活塞18-1和排液活塞9的同步移动，即排液活塞9在筒体7内上下移动，通过硬质支杆18-3带动排气活塞18-1在管体内上下移动。

充气装置包括充气管15和充气泵14，充气管15的一端穿过隔挡板8，进入隔挡板8与排液活塞9之间的气体腔内，充气管15与隔挡板8之间为无缝密封连接，充气管15的另一端与充气泵14相连，充气泵14与控制器13电连接。当高液位检测器检测到筒体7内的液面升至高液位线位置时，向控制器13发送信号，控制器13闭合继电器，启动充气泵14，由充气管15往筒体7的气体腔内充气；当低液位检测器检测到筒体7内的液面降至低液位线位置时，向控制器13发送信号，控制器13断开继电器，关闭充气泵14。

采样瓶17通过采样导管16与筒体7的液体腔连通，采样导管16为硅胶导管，硅胶导管的末端依次穿过隔挡板8和排液活塞9，伸入到筒体7的液体腔的底部，以将筒底的样品采集到采样瓶17中，采样导管16与隔挡板8之间、采样导管16与排液活塞9之间均为无缝密封连接。采样瓶17是带有盖子的棕色样品瓶，贴有编号，盖子为开孔的拧盖，含有硅胶隔垫，瓶中预先充入常压的氮气。在采样导管16的末端设有导液长针头，导液长针头伸入采样瓶17瓶底，在向瓶中注液的同时，在采样瓶17的盖子上插入排气针头，往外排氮气。

实施例2：土壤淋滤液收集方法。

本发明的土壤淋滤液收集方法，包括如下步骤：

1）设置如上所述的土壤淋滤液收集装置，并使筒体7的集液段低于接收盘1的底端。

2）经接收盘1接收并初步过滤后的淋滤液通过连接管5不断进入筒体7的液体腔内，液面逐渐上升，排液活塞9随着筒体7内淋滤液的增多而不断向上移动（此过程中，液体腔体积逐渐增大，气体腔体积逐渐减小）。在排液活塞9向上移动的同时，排气管18内的硬质支杆18-3在排液活塞9的作用下推动排气活塞18-1向上移动。

3）当筒体7内的液面上升至高液位线位置时，高液位传感器11向控制器13发送信号，控制器13闭合继电器，充气泵14开启，经充气管15向筒体7的气体腔内充气，排液活塞9受到气体压力后开始向下移动（此过程气体腔体积逐渐增大，液体腔体积逐渐减小），对其下方的淋滤液施加压力，由此将淋滤液压入采样导管16（由于连接管5上设有单向阀6，淋滤液无法返回接收盘1，只能进入导管中），进而进入采样瓶17中，筒体7内的液面逐渐下降。在排液活塞9下移的同时，硬质支杆18-3带动排气活塞18-1向下移动。

4）当筒体7内的液面降低到低液位线位置时，低液位传感器10向控制器13发送信号，控制器13断开继电器，充气泵14关闭。此时，排气活塞18-1下移至膨胀部18-2，筒体7的气体腔内的气体开始从排气活塞18-1于膨胀部18-2侧壁之间的缝隙处外排，排液活塞9上部气压减小，再次上移（此过程中，液体腔体积逐渐增大，气体腔体积逐渐减小），并推动硬质支杆18-3和排气活塞18-1上移，直至排气活塞18-1越过膨胀部18-2，排气过程结束。

5）重复步骤2）~4），即实现无氧条件下淋滤液的收集。