CN108106916A - 一种化肥氮养分土柱快速淋溶和实时预处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种化肥氮养分土柱快速淋溶和实时预处理装置，包括淋溶系统与预处理系统，淋溶系统沿淋溶液流动方向依次设有储水池、第一蠕动泵以及淋溶管；淋溶管位于淋溶支架内，上端设有一进水口，与位于淋溶支架外的第一蠕动泵相连，下端设有一出水口，与预处理系统相连；预处理系统位于淋溶系统的下方，设置有取样器、稀释池、混合器与去色反应滤斗；取样器为开有三路管道接头的取样器，分别与淋溶系统、稀释池以及混合器的一端相连，稀释池与混合器的另一端则分别连有第一氮养分待测池以及与第二氮养分待测池相连的去色反应滤斗。本发明的优点在于：克服了传统化肥土柱淋溶方法耗时过长、淋溶液处理繁杂的问题，提高了淋溶的效率和重复性。
Description
技术领域
本发明涉及土壤农化领域，尤其涉及一种化肥氮养分土柱快速淋溶和实时预处理装置。
背景技术
研究表明，我国施入土壤的肥料约有30％—50％经土壤淋失而进入地下水，这不仅浪费了大量的农业资源，从而增加了农业生产成本，更重要的是，大量流失的氮、磷对水资源和水生生态系统够成了严重的威胁。另一方面，为确保国家粮食安全，化肥作为粮食中的粮食将在今后相当长一段时间内必须继续施用。在环境和产量的双重压力下，大力研发、推广应用环境友好高效缓控释化肥已然成为我国农业的当务之急。
在缓控释化肥的研发过程中，科研部门经常通过土柱淋滤实验来模拟评价化肥在土壤中的养分流失情况，从而对产品配方和工艺进行优化以提高养分利用率，减少对环境的污染。目前，化肥土柱淋滤评价有很多方法，但都避免不了由于土壤过水慢、结构复杂而引起的淋滤时间过长、重复性差的问题，另外针对淋溶液的养分测定通常需要经过取样、稀释、定容、显色、清洗等多道程序，费时费力，数据误差和精度受人工操作影响较大，且所取的检测点有限，不能充分反应养分溶出的过程。
本发明在淋溶过程中采用特定设计的淋溶管和蠕动泵配合使用，保证土柱淋溶液快速而均匀持续地流出，同时对淋出液进行自动稀释去色好养分浓度检测，大大缩短了土柱淋溶检测时间，提高了检测效率，且保证了较高的重复性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种通过蠕动泵管路恒压淋吸、自动稀释、自动去色而完成对化肥土柱淋溶及淋溶液的预处理的化肥氮养分土柱快速淋溶和实时预处理装置。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括淋溶系统与预处理系统，所述淋溶系统沿淋溶液流动方向依次设有储水池、第一蠕动泵以及淋溶管；所述淋溶管位于淋溶支架内，上端设有一进水口，与位于淋溶支架外的第一蠕动泵相连，下端设有一出水口，与预处理系统相连；
所述预处理系统位于淋溶系统的下方，设置有取样器、稀释池、混合器与去色反应滤斗；所述取样器为开有三路管道接头的取样器，分别与淋溶系统、稀释池以及混合器的一端相连，所述稀释池与混合器的另一端则分别连有第一氮养分待测池以及与第二氮养分待测池相连的去色反应滤斗。
作为本发明的优选方式之一，所述淋溶管内设有沙土肥混合层，所述沙土肥混合层的上下两端还分别设有一与之平行相接的第一石英砂隔离层与第二石英砂隔离层。
作为本发明的优选方式之一，所述沙土肥混合层为沙土比例为(1-4):(6-9)的沙土肥混合层，含水量为20-40％。
作为本发明的优选方式之一，所述取样器与淋溶系统之间通过第二蠕动泵相连。
作为本发明的优选方式之一，所述第一氮养分待测池为氨氮待测池与硝氮待测池，二者分别通过三通接头与稀释池相连；所述第二氮养分待测池为尿素待测池。
作为本发明的优选方式之一，所述稀释池为开有三路管道接头的稀释池，分别与取样器、三通接头以及储水池相连，所述稀释池与储水池、取样器之间均通过第三蠕动泵相连接。
作为本发明的优选方式之一，所述去色反应滤斗为带有滤纸的开口锥形漏斗或底部有过滤玻璃砂芯的密封玻璃管，其上下端还分别开有反应入口与反应出口。
作为本发明的优选方式之一，所述混合器与去色反应滤斗还分别通过第四蠕动泵连接试剂瓶，所述试剂瓶为氯化钙试剂瓶与氢氧化钠试剂瓶。
作为本发明的优选方式之一，所述去色反应滤斗的反应出口还可设有第五蠕动泵。
作为本发明的优选方式之一，所述第三蠕动泵的乳胶管直径为Ф0.4-0.6mm，其余蠕动泵的乳胶管直径均为Ф1-2mm。
作为本发明的优选方式之一，所述第四蠕动泵的流速为1.0-1.3mL/min，其余蠕动泵的流速均为10-13mL/min。
本发明相比现有技术的优点在于：采用蠕动泵管路恒流恒压淋吸、自动稀释、自动去色的方法快速完成化肥土柱淋溶和对溶出的多种化肥氮养分进行快速预处理，有效克服了传统化肥土柱淋溶方法耗时过长、淋溶液处理繁杂的问题，提高了土柱淋溶的效率，通过归一化的淋溶参数设置也提高了淋溶液结果的重复性。
附图说明
图1是实施例1中的一种化肥氮养分土柱快速淋溶和实时预处理装置的整体结构示意图；
图2是实施例1中的一种化肥氮养分土柱快速淋溶和实时预处理装置的淋溶管结构示意图；
图3是实施例1中的一种化肥氮养分土柱快速淋溶和实时预处理装置的去色反应滤斗示意图；
图4是实施例1中的一种化肥氮养分土柱快速淋溶和实时预处理装置的普通复合肥(对比)与控失型复合肥的硝氮待测液的检测效果图；
图5是实施例1中的一种化肥氮养分土柱快速淋溶和实时预处理装置的普通复合肥(对比)与控失型复合肥的氨氮待测液的检测效果图；
图6是实施例1中的一种化肥氮养分土柱快速淋溶和实时预处理装置的普通复合肥(对比)与控失型复合肥的尿素待测液的检测效果图。
图中：1为储水池，2为第一蠕动泵，3为淋溶管，31为进水口，32为出水口，33为沙土肥混合层，34为第一石英砂隔离层，35为第二石英砂隔离层，4为淋溶管架，5为第二蠕动泵，6为取样器，7为稀释池，8为混合器，9为去色反应滤斗，91为反应入口，92为反应出口，93为过滤玻璃砂芯，10为第一氮养分待测池，101为氨氮待测池，102为硝氮待测池，11为第二氮养分待测池，111为尿素待测池，12为三通接头，13为第三蠕动泵，14为第四蠕动泵，15为氯化钙试剂瓶，16为氢氧化钠试剂瓶。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1-图3所示，本实施例的一种化肥氮养分土柱快速淋溶和实时预处理装置，包括淋溶系统与预处理系统；淋溶系统沿淋溶液流动方向依次设有装有无氨水的储水池1、第一蠕动泵2以及淋溶管3；储水池1通过第一蠕动泵2的乳胶管和淋溶管架4上内的淋溶管3上端的进水口31相连，淋溶管3下端的出水口32则通过抽吸淋溶液的第二蠕动泵5的乳胶管连至预处理系统；淋溶管3内设有沙土肥混合层33，沙土肥混合层33为沙土比例为2:8的沙土肥混合层，含水量为30％，其上下两端还分别设有与之平行相接的第一石英砂隔离层34与第二石英砂隔离层35；
预处理系统位于淋溶系统的下方，设置有取样器6、稀释池7、混合器8与去色反应滤斗9；取样器6为开有三路管道接头的取样器，分别与淋溶系统、稀释池7以及混合器8的一端相连，其中与淋溶系统之间通过第二蠕动泵5相连；稀释池7与混合器8的另一端则分别连有第一氮养分待测池10以及与第二氮养分待测池11相连的去色反应滤斗9，第一氮养分待测10池具体为氨氮待测池101与硝氮待测池102，二者分别通过三通接头12与稀释池7相连，第二氮养分待测池11具体为尿素待测池111；稀释池7为开有三路管道接头的稀释池，分别与取样器6、三通接头12以及储水池1相连，稀释池7与储水池1、取样器6之间均通过第三蠕动泵13相连接；去色反应滤斗9为带有滤纸的开口锥形漏斗，其上下端还分别开有反应入口91与反应出口92；混合器8与去色反应滤斗9还分别通过第四蠕动泵14连接氯化钙试剂15瓶与氢氧化钠试剂瓶16；
其中，第三蠕动泵13的乳胶管直径为Ф0.5mm，其余蠕动泵的乳胶管直径均为Ф2mm；第四蠕动泵14的流速为1.3mL/min，其余蠕动泵的流速均为13mL/min。
本发明工作原理为：无氨水被第一蠕动泵2按13mL/min的流速从储水池1中泵出到淋溶管3的进水口，对待测样品进行淋溶，淋溶管3中的样品用4g复合肥与100g沙土混合，沙土比为2:8，若进行土柱培养则含水量设置为30％，沙土肥混合层33上下各设置有10g石英砂，用于均匀分散淋溶水下行淋洗和过滤土壤颗粒，淋溶管3的出水口32接至第二蠕动泵5乳胶管(Φ2mm)，按比第一蠕动泵2稍大的转速进行抽吸淋溶液，以保证淋溶液快速持续稳定输出；第二蠕动泵5输出后的淋溶液接至取样器6，取样器6中的液体一部分通过第三蠕动泵13细乳胶管(Φ0.5mm)抽走接至稀释池7，第三蠕动泵13的另一粗乳胶(Φ3mm)从储水池1抽取无氨水至稀释池7，对待测液体进行稀释，稀释比例可根据预判浓度对相应管径进行调整(20-200倍)，稀释后的待测液从稀释池7经三通接头12分别进入氨氮待测池101和硝氮待测池102；取样器6的另一端口接至混合器8，与通过第四蠕动泵14从氯化钙试剂瓶15抽取的氯化钙溶液进行混合，混合器8的另一端口则接至去色反应滤斗9，含有氯化钙的待测液和通过第四蠕动泵14从氢氧化钠试剂瓶16抽取的氢氧化钠在去色反应滤斗9中进行反应，形成氢氧化钙胶体吸附淋溶液中的颜色，去色后的待测液经滤斗过滤后下滴至尿素待测池111中。
此发明中快速持续输出的各氮养分待测液还可接至氮养分流动在线分析装置，又可实时反映各养分在土柱淋溶过程的浓度变化和趋势，作为缓控释肥料养分释放的定性和定量分析手段；
本实施例以普通复合肥(对比)与控失型复合肥作为样品分别得到其对应的各氮养分待测液，再通过在线分析装置的紫外分光光度计检测二者各养分浓度及变化趋势对比图(其对应的硝氮、氨氮以及尿素检测效果分别如图4、图5和图6所示)，其中图4、图5和图6均是以时间为横坐标，以吸光度为纵坐标的反映各养分浓度变化趋势的坐标图。
实施例2
本实施例的一种化肥氮养分土柱快速淋溶和实时预处理装置与实施例1的一种化肥氮养分土柱快速淋溶和实时预处理装置基本相同，其区别在于：(1)沙土肥混合层33为沙土比例为3:7的沙土肥混合层，含水量为40％；(2)去色反应滤斗的反应出口还设有第五蠕动泵(图中未画出)，去色后的待测液经去色反应滤斗过滤后经第五蠕动泵抽吸至尿素待测池中；(3)如图3所示，去色反应滤斗9为底部有过滤玻璃砂芯93的密封玻璃管，利用管内压力可加快去色过滤速度。
此外，上述实施例1-2中的沙土肥混合层33的沙土比例均经过不断优化所得，该比例的沙土比例可使本装置的土柱淋溶效率达到最佳。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种化肥氮养分土柱快速淋溶和实时预处理装置，包括淋溶系统与预处理系统，其特征在于，所述淋溶系统沿淋溶液流动方向依次设有储水池、第一蠕动泵以及淋溶管；所述淋溶管位于淋溶支架内，上端设有一进水口，与位于淋溶支架外的第一蠕动泵相连，下端设有一出水口，与预处理系统相连；
所述预处理系统位于淋溶系统的下方，设置有取样器、稀释池、混合器与去色反应滤斗；所述取样器为开有三路管道接头的取样器，分别与淋溶系统、稀释池以及混合器的一端相连，所述稀释池与混合器的另一端则分别连有第一氮养分待测池以及与第二氮养分待测池相连的去色反应滤斗。
2.根据权利要求1所述的化肥氮养分土柱快速淋溶和实时预处理装置，其特征在于，所述淋溶管内设有沙土肥混合层，所述沙土肥混合层的上下两端还分别设有与之平行相接的第一石英砂隔离层与第二石英砂隔离层。
3.根据权利要求2所述的化肥氮养分土柱快速淋溶和实时预处理装置，其特征在于，所述沙土肥混合层为沙土比例为(1-4):(6-9)的沙土肥混合层，含水量为20-40％。
4.根据权利要求1所述的化肥氮养分土柱快速淋溶和实时预处理装置，其特征在于，所述取样器与淋溶系统之间通过第二蠕动泵相连。
5.根据权利要求1所述的化肥氮养分土柱快速淋溶和实时预处理装置，其特征在于，所述第一氮养分待测池为氨氮待测池与硝氮待测池，二者分别通过三通接头与稀释池相连；所述第二氮养分待测池为尿素待测池。
6.根据权利要求5所述的化肥氮养分土柱快速淋溶和实时预处理装置，其特征在于，所述稀释池为开有三路管道接头的稀释池，分别与取样器、三通接头以及储水池相连，所述稀释池与储水池、取样器之间均通过第三蠕动泵相连接。
7.根据权利要求1所述的化肥氮养分土柱快速淋溶和实时预处理装置，其特征在于，所述去色反应滤斗为带有滤纸的开口锥形漏斗或底部有过滤玻璃砂芯的密封玻璃管，其上下端还分别开有反应入口与反应出口。
8.根据权利要求7所述的化肥氮养分土柱快速淋溶和实时预处理装置，其特征在于，所述混合器与去色反应滤斗还分别通过第四蠕动泵连接试剂瓶，所述试剂瓶为氯化钙试剂瓶与氢氧化钠试剂瓶。
9.根据权利要求7所述的化肥氮养分土柱快速淋溶和实时预处理装置，其特征在于，所述去色反应滤斗的反应出口还可设有第五蠕动泵。
10.根据权利要求8所述的化肥氮养分土柱快速淋溶和实时预处理装置，其特征在于，所述第四蠕动泵的乳胶管直径为Ф1-2mm，蠕动泵流速为1.0-1.3mL/min。
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