IoT сорбционная колонка

Полезная модель относится к области сельского хозяйства и может быть использована для оперативного мониторинга и диагностики водорастворимых веществ при трансформации продуктов техногенеза в поверхностном слое почвы при агроэкологическом мониторинге и экологических научных изысканиях при адаптации систем поддержки принятия решений (СППР) агроэкологической оптимизации систем земледелия.
Известны устройства, включающие емкость с образцом почвогрунта или монолитом почвы, дно-фильтр, соединительный канал или без него, емкость долива и слива или приемник для инфильтрующихся растворов: лизиметрические устройства (SU 734566 G01N 33/24 от 15.05.1980, RU 2619554 G01N 33/24 A01G 27/00 от 16.05.2017); способ изучения трансформации органических веществ субстратов в почве (SU 1686350 G01N 33/24 от 22.06.1991), лизиметрическая установка (RU 2304770 G01N 33/24 от 20.08.2007); лизиметр (RU 2686691 G01N 33/24 G05D 9/00 от 30.04.2019, RU 2694052 G01N 33/24 от 09.07.2019). Известны также бетонные или кирпичные насыпные лизиметры, металлические насыпные или врезные лизиметры, лизиметрические воронки и сосуды. Все без исключения типы лизиметров предусматривают сбор лизиметрических вод в отдельные емкости или емкости, встроенные непосредственно в лизиметр.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по совокупности существенных признаков относится способ изучения трансформации органических веществ субстратов в почве (SU 1686350 G01N 33/24 от 22.06.1991). В известном способе использована сорбционная колонка, состоящая из фильтрационной цилиндрической емкости для исследуемой пробы почвогрунта, наполненная сорбентом с удерживающими его сетками. Способ предусматривает отбор исследуемой пробы субстрата, расположение ее в сорбционной колонке над слоем сорбента крупнопористого активированного угля, установление колонки с пробой в почвенный профиль и выдерживание заданный период времени. Одновременно отбирают прошедшие через пробу лизиметрические воды. В последующем колонку извлекают из почвенного профиля и анализируют органические вещества в лизиметрических водах и сорбированных на активированном угле.
Техническая проблема заключается в отсутствии возможности непрерывного мониторинга водного и температурного режимов модели, а также отсутствии возможности непосредственного контроля процесса и конечных результатов трансформации продуктов техногенеза в почвогрунте или субстрате.
Технический результат предлагаемого технического решения - обеспечение оперативного контроля агроэкологических параметров и контроля результатов трансформации продуктов техногенеза.
Для решения данной проблемы и достижения заявленного технического результата в IoT сорбционной колонке, состоящей из фильтрационной цилиндрической емкости для исследуемой пробы почвогрунта, наполненной сорбентом с удерживающими его сетками, емкость для исследования пробы почвогрунта выполнена в виде двух соосно расположенных и соединенных друг с другом однотипных фильтрационных цилиндров, причем верхний фильтрационный цилиндр оснащен набором датчиков с автономным источником питания и передатчиком сигнала, а нижний фильтрационный цилиндр наполнен сорбентом или смесью сорбционных материалов.
Фильтрующие части колонки выполнены из поливинилхлорида, фильтрационные сетки изготовлены из акриловой смолы, закреплены в нижних частях обоих элементов однотипно и укрыты мембранами из полипропиленового нетканого геотекстиля.
Предложенное устройство поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен общий вид сорбционной колонки.
На фиг. 2 - устройство, вид сверху.
На фиг. 3 - верхний фильтрационный цилиндр.
IoT сорбционная колонка состоит из двух однотипных фильтрационных цилиндров 1, 2 с сетками на дне 3, 4, укрытыми мембранами из полипропиленового нетканого геотекстиля 5, 6, двух комбинированных датчиков температуры и влажности 7, 8, крепежной скобы устройства передачи показаний 9 из нержавеющей стали, передатчика сигнала для передачи показателей датчиков с источниками автономного питания 10, соединительных проводов датчиков 11 и выносной WiFi-aнтенны на гибком проводе 12.
Работает устройство следующим образом.
Верхняя часть устройства 1 заполняется почвогрунтом или субстратом с включениями продукта техногенеза или без включений с одновременным размещением датчиков 7, 8, удаленных друг от друга по вертикальной оси и подключенных к передатчику сигнала 10 гибкой четырехжильной проводкой 11. Расстояние между датчиками должно быть достаточным для определения статистически значимой разности показателей. Передатчик сигнала 10 с установленными элементами питания навешивается на верхнюю часть сорбционной колонки при помощи двух скоб 9. Нижняя фильтрующая часть 2 заполняется сорбентом или смесью сорбционных материалов.
Устройство в сборе размещается в почве вертикально. Верхняя часть IoT сорбционной колонки должна совпадать с уровнем поверхности почвы. При воздействии факторов окружающей среды в устройстве начинают происходить естественные процессы трансформации, миграции и сорбции. Параметры температуры и влажности почвы непрерывно фиксируются и передаются IoT сорбционной колонкой при помощи WiFi-aнтeнны 12 на облачное хранилище для последующей обработки. При работе IoT сорбционной колонки фильтрующие воды проходят через устройство, изменяя скорость происходящих в нем физико-химических процессов.
При изучении скорости трансформации продуктов техногенеза устройство позволяет снять верхнюю часть, содержащую включения анализируемого продукта, для отмывки его остатков и весового контроля.
При завершении заданного периода времени исследования сорбционную колонку извлекают из почвы и разбирают, почвогрунт или субстрат вымывают с целью обнаружения и весового контроля остатков трансформируемых включений продуктов техногенеза. Сорбент вынимают для проведения диагностики водорастворимых веществ.
По сравнению с прототипом предложенное устройство позволит производить оперативный контроль агроэкологических параметров с применением IoT технологий и анализировать скорость трансформации продуктов техногенеза.