專利名稱：一種自然水體懸浮物分級(jí)采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及水環(huán)境懸浮物監(jiān)測(cè)技術(shù)，具體涉及一種自然水體懸浮物分級(jí)采集
>J-U ρ α裝直。
背景技術(shù)：
水體懸浮物指懸浮在水中的固體物質(zhì)，包括不溶于水中的無機(jī)物、有機(jī)物及泥砂、黏土、微生物等。水中懸浮物含量是衡量水污染程度的指標(biāo)之一。懸浮物是造成水渾濁的主要原因。水體中的有機(jī)懸浮物沉積后易厭氧發(fā)酵，使水質(zhì)惡化。懸浮物在水環(huán)境中廣泛存在，由于其比表面積較大，成為輸送和分解污染物的載體，不同粒徑的懸浮物影響著污染物在水體中的物理化學(xué)性質(zhì)，是污染物遷移的重要指標(biāo)。水體中污染物如金屬、營養(yǎng)鹽和持久性有機(jī)污染物易于吸附在懸浮物上，對(duì)于不同粒徑的懸浮物，其吸附污染物的潛力不盡相同，因此，粒徑分布對(duì)于污染物的濃度、形態(tài)有重要影響。目前，對(duì)于不同粒徑與污染物關(guān)系的研究多見于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的模擬研究，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)不同粒徑的懸浮物易于制備，與污染物的關(guān)系易于判定，可以部分解釋野外的懸浮物與不同污染物之間的關(guān)系。為了研究野外水體中懸浮物粒徑分布與污染物的真實(shí)關(guān)系，有必要對(duì)野外水環(huán)境中的不同粒徑的懸浮物先進(jìn)行分離，而后對(duì)其中的污染物含量進(jìn)行測(cè)定。對(duì)于懸浮物的分離方法主要有沉降法、離心分離法、干式篩分法、濕式過濾法、復(fù)合分離法和流式細(xì)胞儀分離法。I)沉降法:沉降法是利用不同粒徑的懸浮物在水體中的沉降速率與其粒徑有一定的相關(guān)性，一般情況下，粒徑越大的懸浮物沉降速率越快。沉降法是經(jīng)典分離不同粒徑懸浮物的方法，有著廣泛的 應(yīng)用，適用于懸浮物較大的粒級(jí)范圍，而粒徑較小的懸浮物很難分離，并且存在粒級(jí)交叉的情況，對(duì)于懸浮物的適用性仍然不強(qiáng)?，F(xiàn)有文獻(xiàn)一般是利用該方法分離浮游生物含量少、泥沙含量高的黃河水體中的不同粒徑懸浮物，該法如果應(yīng)用到浮游藻類含量較高的懸浮物不同粒徑懸浮物分離時(shí)，粒徑較大的浮游動(dòng)物或者植物在存活狀態(tài)下均不會(huì)沉入底部，而死亡的浮游生物沉入底部后分離的樣品會(huì)限制研究范圍，這使得沉降法用于富營養(yǎng)湖泊懸浮物不同粒徑懸浮物分離受到很大的限制。2)離心分離法:離心分離法是沉降法的一個(gè)延伸，離心會(huì)加速懸浮物的沉降速率，這樣能夠有效分離粒徑較小的懸浮物，通過恒定時(shí)間和恒定離心轉(zhuǎn)速，可以獲得固定粒徑的懸浮物，相對(duì)傳統(tǒng)分離方法更為節(jié)約時(shí)間。與傳統(tǒng)沉降法相比，該方法可以分離大懸浮物的浮游生物，離心分離法對(duì)沉降法進(jìn)行了較大的改進(jìn)，但現(xiàn)有離心分離法仍然是只能對(duì)固定粒級(jí)進(jìn)行分離，連續(xù)分離多個(gè)粒徑的懸浮物仍然存在技術(shù)困。3)干式篩分法:干式篩分法是將收集到的大量水樣過濾或者冷干收集到大量的懸浮物干物，然后將其置于不同孔徑的篩網(wǎng)中，利用篩網(wǎng)的孔徑大小進(jìn)行分離。干式篩分法需要采集大量的水體才能獲得足夠進(jìn)行篩分的懸浮物，無論是冷干還是過濾水樣都費(fèi)時(shí)費(fèi)力。該法一般應(yīng)用于懸浮物含量較多的水體，如地表徑流、黃河水等，應(yīng)用范圍有一定的局限性。[0007]4)濕式過濾法:濕式過濾法與干式篩選法核心原理相似，均是利用不同孔徑的網(wǎng)或膜截留大懸浮物，透過小懸浮物，前者無需將懸浮物變?yōu)楦审w，直接通過濾網(wǎng)或者濾膜以達(dá)到分離不同粒徑懸浮物的目的，該方法是利用有一定尺寸的濾網(wǎng)(膜)分離懸浮物。與沉降法的動(dòng)力學(xué)粒徑相比，更為貼近懸浮物的實(shí)際粒徑。然而，現(xiàn)有的這種方法不能一次性完成過濾篩選懸浮物的目的，必須多次重復(fù)，每次更換新的濾網(wǎng)(膜)，實(shí)現(xiàn)不同粒徑的懸浮物的分離。5)復(fù)合分級(jí)法:復(fù)合分級(jí)法是結(jié)合了沉降法和篩濾法對(duì)懸浮物進(jìn)行分離的一種新技術(shù)方法，復(fù)合分級(jí)法帶有沉降系統(tǒng)意味著其會(huì)占用較大的使用面積，其在野外采樣中的應(yīng)用受到一定的局限性。6)流式細(xì)胞儀分選法:流式細(xì)胞儀的分選功能是由細(xì)胞分選器來完成的，針對(duì)浮游生物，流式細(xì)胞儀分選法具有極大的優(yōu)勢(shì)，它能夠分離浮游生物類型的懸浮物和非生物類懸浮物，分離不同類型的浮游生物，與傳統(tǒng)粒徑分離思路不同，進(jìn)一步擴(kuò)展了懸浮物分離的概念，但是該技術(shù)手段的實(shí)現(xiàn)成本相對(duì)于其他技術(shù)來說較為高昂。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，基于濕式過濾法，本實(shí)用新型提供一種在野外能快速、便捷、高效的分離采集富營養(yǎng)化的自然水體懸浮物分級(jí)采集裝置。本實(shí)用新型的目的在于提供一種自然水體懸浮物分級(jí)采集裝置。本實(shí)用新型的自然水體懸浮物分級(jí)采集裝置包括:過濾組合套件、操控箱、潛水泵及水管；其中，操控箱通過電路連接至潛水泵，控制潛水泵的采集水樣；過濾組合套件進(jìn)一步包括入水元件、過濾元件和出水元件，多個(gè)過濾元件疊加在一起設(shè)置在入水元件和出水元件之間，按照過濾元件的孔徑的大小，從上至下依次遞減；入水元件的頂部設(shè)置有進(jìn)水口，出水元件的底部設(shè)置有出水口，潛水泵通過水管與進(jìn)水口相連，將水樣輸送至過濾組合套件，從出水口流出。本實(shí)用新型采用多個(gè)過濾元件疊加在一起，過濾元件的孔徑從上至下依次遞減，逐層分離不同粒徑的懸浮物，能夠?qū)崿F(xiàn)一次性分離不同粒徑的懸浮物，使得操作簡單快捷，并提聞精度。本實(shí)用新型的過濾元件包括濾盤和過濾層，過濾層固定在濾盤上。濾盤上設(shè)置有通孔陣列，通孔的孔徑在2mnT5mm之間，從而水樣從通孔陣列中流入下一層過濾元件。過濾層的孔徑從上至下依次遞減，從而實(shí)現(xiàn)過濾元件的孔徑從上之下依次遞減，實(shí)現(xiàn)逐層分離不同粒徑的懸浮物。過濾層為過濾網(wǎng)或者過濾膜，材料采用尼龍或特氟龍。過濾層采用卡環(huán)固定在濾盤上。入水元件與過濾元件、出水元件與過濾元件以及相鄰的過濾元件之間設(shè)置有密封圈，以保證各個(gè)元件之間的密封，確保水樣依次經(jīng)過各層的過濾元件，而不會(huì)從側(cè)面溢出。進(jìn)一步，各個(gè)元件之間采用螺紋相連，拆卸方便。本實(shí)用新型進(jìn)一步設(shè)置有深度探頭，深度探頭的一端連接至操控箱，另一端連接至潛水泵，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同深度水體的定深采樣。進(jìn)一步，本實(shí)用新型的采集裝置設(shè)置有流量計(jì)，流量計(jì)通過電路與操控箱相連，一側(cè)設(shè)有出水管，通過設(shè)置在出水元件的底部的出水口與過濾組合套件相連，以實(shí)現(xiàn)定量采樣。本實(shí)用新型通過操控箱實(shí)現(xiàn)可控性動(dòng)力操作，操控箱包括:控制面板；控制面板上設(shè)置有電池、儀表和開關(guān)。根據(jù)具體需要，儀表包括電壓儀表、流量儀表和深度儀表；開關(guān)包括潛水泵開關(guān)、流量儀表開關(guān)、深度儀表開關(guān)和電源轉(zhuǎn)換開關(guān)。進(jìn)一步，操控箱的箱體分為兩部分:控制部分和裝載部分；控制部分為控制面板；裝載部分在不工作時(shí)放置潛水泵、水管、深度探頭和過濾組合套件等，在工作時(shí)固定過濾組合套件。本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同深度水體的定量采樣；各個(gè)元件之間采用螺紋相連，拆卸方便；利用多層不同孔徑的過濾層可以實(shí)現(xiàn)多級(jí)懸浮物的分離；既可以使用交流電源也可以使用直流電源，與其他大型野外采樣裝置相比，更具便攜性，十分適用于小型水體中不同粒徑懸浮物的采集。本實(shí)用新型更為小巧，可以在快艇等小型水面運(yùn)載物上使用，可以在大型船只無法進(jìn)入的小型水體中采樣使用，也可以在大型水體中使用。在野外進(jìn)行分離工作時(shí)，配合深度、流量等儀表可以對(duì)不同深度的自然水體進(jìn)行定量采樣，保證水體的懸浮物在原位就能有效的分離開來。利用本實(shí)用新型的過濾元件，可以輕松便捷的實(shí)現(xiàn)多級(jí)的分離。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn):(I)更易于在野外采樣時(shí)使用，能盡量在原位分離懸浮物，保證懸浮物的原始狀態(tài)，避免了在轉(zhuǎn)移帶回實(shí)驗(yàn)室分離前可能出現(xiàn)的浮游生物死亡、懸浮物聚沉和水質(zhì)變化的發(fā)生；(2)易于與其他技術(shù)相結(jié)合使用，在使用其他方法時(shí)，本實(shí)用新型的方法可以先行分離一些干擾物質(zhì)，如僅研究非浮游生物懸浮物時(shí)，可以利用相應(yīng)孔徑的過濾層阻擋大部分的浮游生物；(3)針對(duì)自然水體，特別是富營養(yǎng)化嚴(yán)重的水體(含有豐富的藻類)有很好分離能力，克服了沉降法對(duì)于生物顆粒的分離困難；(4)與沉降法相比，通量更大，節(jié)省時(shí)間；(5)與流式細(xì)胞儀分選法相比，成本十分低廉。

圖1為本實(shí)用新型的自然水體懸浮物分級(jí)采集裝置的實(shí)施例的示意圖；圖2為本實(shí)用新型的過濾組合套件的示意圖，其中，Ca)為外觀圖，(b)為剖面圖；圖3為本實(shí)用新型的具有一個(gè)過濾元件的過濾組合套件的爆炸圖；圖4為本實(shí)用新型的操控箱的一個(gè)實(shí)施例的電路連接的示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，通過實(shí)施例進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。如圖1所示，本實(shí)用新型的自然水體懸浮物分級(jí)采集裝置包括:過濾組合套件2、操控箱1、潛水泵3及水管4 ;其中，操控箱I連接至潛水泵3，控制潛水泵3的采集水樣。本實(shí)施例設(shè)置有深度探頭5和流量計(jì)6，深度探頭5的一端連接至操控箱1，另一端連接至潛水泵3。過濾組合套件2進(jìn)一步包括:入水元件21、過濾元件22和出水元件23，多個(gè)過濾元件22疊加在一起設(shè)置在入水元件21和出水元件23之間，按照過濾元件22的孔徑的大小，從上至下依次遞減；入水元件21的頂部設(shè)置有進(jìn)水口，出水元件23的底部設(shè)置有出水口，潛水泵3通過水管4與進(jìn)水口相連，將水樣輸送至過濾組合套件2，從出水口通過出水管流入到流量計(jì)6,如圖2所示。如圖3所示，過濾元件22包括濾盤221和過濾層222 ;過濾層222采用卡環(huán)223固定在濾盤221的凹槽中；入水元件21與過濾元件22、出水元件23與過濾元件22以及相鄰的過濾元件22之間設(shè)置有橡膠的密封圈224，置于濾盤221的O型圈凹槽中。各元件之間采用螺紋相連。入水元件21的頂部設(shè)置有進(jìn)水口與潛水泵相連，將潛水泵3抽上來的水樣導(dǎo)入過濾組合套件2，水樣流經(jīng)各層的過濾層和濾盤后，經(jīng)過設(shè)置在出水元件23的底部的出水口通過出水管流入到流量計(jì)6。在本實(shí)施例中，潛水泵3為12V 50W的直流潛水泵，出水最大流速為70L/min，提升高度可達(dá)5m，如果采樣量較大時(shí)可采用12V 90W的直流潛水泵，出水最大流速可達(dá)83L/min，提升高度可達(dá)7m;深度探頭5為12V 10米液位探頭，通過氣壓校正和鹽度校正，可以測(cè)定淡水水體探頭至水面的距離，即水深，測(cè)定偏差小于5% ;水管4采用硅膠管；電池10采用內(nèi)置的12V 30Ah的鋰電池。操控箱I的箱體分為左右兩部分:左邊為控制部分，以及右邊為裝載部分；控制部分包括控制面板、電池、儀表、開關(guān)和連接電路；裝載部分在不工作時(shí)放置潛水泵3、水管4、深度探頭5和過濾組合套件2，在工作時(shí)固定過濾組合套件2，流量計(jì)6設(shè)置在裝載部分的一個(gè)側(cè)壁內(nèi)。如圖4所示，潛水泵3、深度探頭5和流量計(jì)6分別與在操控箱中I的控制部分的各自的儀表、開關(guān)相連。潛水泵3與潛水泵開關(guān)32及電池10相連；深度探頭5與深度儀表51、深度儀表開關(guān)52及深度探頭插孔53相連；流量計(jì)6與流量儀表61及流量儀表開關(guān)62相連；電池10分別與電壓儀表11和變壓器12及深度儀表51相連，在充電時(shí)，電池10與插孔14、充電器13及電源轉(zhuǎn)換開關(guān)15相連。深度探頭5的連接線插入深度探頭插孔53，開啟深度儀表開關(guān)52，電壓儀表11和深度儀表51同時(shí)顯示，其中，電壓儀表11需要5V電壓供電，因此采用了變壓器12將12V電壓變?yōu)?V后電壓儀表11才能正常工作。選擇好合適的流量計(jì)6后，開啟流量儀表開關(guān)62,顯示累計(jì)流量讀數(shù)(0.00L,最大可達(dá)到9.99L,達(dá)到該值后，迅速按復(fù)位鍵，可從0.0OL繼續(xù)計(jì)數(shù))。將綁有深度探頭5的潛水泵3放置水面下合適深度后，開啟潛水泵開關(guān)32，水樣抽入過濾組合套件2中，通過水管進(jìn)入流量計(jì)6，累計(jì)流量度數(shù)顯示在流量儀表61上。實(shí)驗(yàn)完成后，關(guān)閉潛水泵開關(guān)32、流量儀表開關(guān)62和深度儀表開關(guān)52，可以停止裝置運(yùn)行。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)使用或者充電時(shí)，需要通過充電器13，接上充電器13于充電插孔14，開啟電源轉(zhuǎn)換開關(guān)15，即可充電和使用交流電操控儀器了。本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同深度水體的定量采樣；各個(gè)元件之間采用螺紋相連，拆卸方便；利用多層不同孔徑的過濾層可以實(shí)現(xiàn)多級(jí)懸浮物的分離；既可以使用交流電源也可以使用直流電源，與其他大型野外采樣裝置相比，更具便攜性，十分適用于小型水體中不同粒徑懸浮物的采集。結(jié)合本實(shí)用新型的實(shí)施例，描述利用本實(shí)用新型的裝置在安徽巢湖采集水樣的不同粒徑的懸浮物的采集，包括以下步驟:I)由于實(shí)驗(yàn)條件有限及巢湖水體懸浮物粒徑分布數(shù)據(jù)缺乏，選擇了 60目尼龍的過濾網(wǎng)(250μπι)、100目尼龍的過濾網(wǎng)(150μπι)、200目尼龍的過濾網(wǎng)(75 μ m)、400目尼龍的過濾網(wǎng)(38 μ m)、500目尼龍的過濾網(wǎng)(25 μ m)和0.8 μ m尼龍的微孔的過濾膜共六級(jí)，進(jìn)入野外采樣前，先將過濾層裁剪成直徑為88_的尺寸，然后放置保干器，衡重測(cè)定過濾前過濾層的重量Wb，包裝于鋁箔自封袋中帶入野外，儀器在使用前需提前充電；2)組裝過濾組合套件，過濾層按照上述要求從上之下依次遞減固定好六個(gè)不同孔徑的過濾層，組合好的過濾組合套件置于操控箱的裝載蓋上，底部的出水口與流量計(jì)連接，頂部進(jìn)水口與潛水泵相連；3)進(jìn)入預(yù)先設(shè)定的樣點(diǎn)處，穩(wěn)住船體后，將潛水泵綁上深度探頭，深入水體中一定深度，打開潛水泵開關(guān)，水樣抽入過濾組合套件中開始分級(jí)過濾，根據(jù)流量儀表確定最后過濾的水樣的體積，采集了兩個(gè)點(diǎn)，采集的水量分別為6.5L和8.4L，耗時(shí)分別為20min和30min ；4 )拆解過濾組合套件，取出過濾層后，保存于4攝氏度冰箱中帶回實(shí)驗(yàn)室，置于保干器中恒重后稱量Wa，利用過濾前的重量差減可以得到各級(jí)懸浮物重量W。測(cè)定重金屬、營養(yǎng)鹽和持久性有機(jī)污染物可在隨后的研究中展開，此處僅介紹一種采集實(shí)施例。最后應(yīng)說明的是:雖然本說明書通過具體的實(shí)施例詳細(xì)描述了本實(shí)用新型的具體參數(shù)和結(jié)構(gòu)，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，本實(shí)用新型的實(shí)現(xiàn)方式不限于實(shí)施例的描述范圍，在不脫離本實(shí)用新型實(shí)質(zhì)和精神范圍內(nèi)，可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行各種修改和替換，因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍視權(quán)利要求范圍所界定。
權(quán)利要求1.種自然水體懸浮物分級(jí)采集裝置，其特征在于，所述采集裝置包括:采集裝置包括:過濾組合套件(2 )、操控箱(I)、潛水泵(3 )及水管(4 );其中，操控箱(I)通過電路連接至潛水泵(3 )，控制潛水泵(3 )的采集水樣；所述過濾組合套件(2 )進(jìn)一步包括入水元件(21)、過濾元件(22)和出水元件(23)，多個(gè)過濾元件(22)疊加在一起設(shè)置在入水元件(21)和出水元件(23)之間，按照過濾元件(22)的孔徑的大小，從上至下依次遞減；所述入水元件(21)的頂部設(shè)置有進(jìn)水口，所述出水元件(23)的底部設(shè)置有出水口，所述潛水泵(3)通過水管(4)與進(jìn)水口相連，將水樣輸送至所述過濾組合套件(2)，從出水口流出。
2.權(quán)利要求1所述的采集裝置，其特征在于，所述過濾元件(22)包括濾盤(221)和過濾層(222 )，過濾層固定在濾盤上；所述濾盤(221)上設(shè)置有通孔陣列，通孔的孔徑在2mm 5_之間；所述過濾層(222)為過濾網(wǎng)或者過濾膜，材料采用尼龍或特氟龍。
3.權(quán)利要求2所述的采集裝置，其特征在于，所述過濾層(222)采用卡環(huán)(223)固定在所述濾盤(221)上。
4.權(quán)利要求1所述的采集裝置，其特征在于，所述入水元件(21)與過濾元件(22)、出水元件(23)與過濾元件(22)以及相鄰的過濾元件(22)之間設(shè)置有密封圈(224);各個(gè)元件之間采用螺紋相連。
5.權(quán)利要求1所述的采集裝置，其特征在于，進(jìn)一步設(shè)置有深度探頭(5)，所述深度探頭(5 )的一端連接至操控箱(I)，另一端連接至潛水泵(3 )。
6.權(quán)利要求5所述的采集裝置，其特征在于，進(jìn)一步設(shè)置有流量計(jì)(6)，所述流量計(jì)(6)通過電路與操控箱(I)相連，一側(cè)設(shè)有出水管，通過設(shè)置在所述出水元件(23)的底部的出水口與過濾組合套件(2 )相連。
7.權(quán)利要求6所述的采集裝置，其特征在于，所述操控箱(I)包括:控制面板；控制面板上設(shè)置有電池、儀表和開關(guān)；所述儀表包括電壓儀表(11 )、流量儀表(61)和深度儀表(51);所述開關(guān)包括潛水泵開關(guān)(32)、流量儀表開關(guān)(62)、深度儀表開關(guān)(52)和電源轉(zhuǎn)換開關(guān)(15)。
8.權(quán)利要求7所述的采集裝置，其特征在于，所述操控箱(I)的箱體分為兩部分:控制部分和裝載部分；所述控制部分為控制面板；所述裝載部分在不工作時(shí)放置潛水泵(3)、水管(4)、深度探頭(5)和過濾組合套件(2)，在工作時(shí)固定過濾組合套件(2)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種自然水體懸浮物分級(jí)采集裝置。本實(shí)用新型的采集裝置包括過濾組合套件、操控箱、潛水泵及水管；過濾組合套件進(jìn)一步包括入水元件、過濾元件和出水元件，多個(gè)過濾元件疊加在一起設(shè)置在入水元件和出水元件之間。本實(shí)用新型采用多個(gè)過濾元件疊加在一起，過濾元件的孔徑從上至下依次遞減，逐層分離不同粒徑的懸浮物，能夠?qū)崿F(xiàn)一次性分離不同粒徑的懸浮物，使得操作簡單快捷，并提高精度。本實(shí)用新型更易于在野外采樣時(shí)使用，配合深度、流量等儀表可以對(duì)不同深度的自然水體進(jìn)行定量采樣，能盡量在原位分離懸浮物，保證懸浮物的原始狀態(tài)；克服了沉降法對(duì)于生物顆粒的分離則困難；通量更大，節(jié)省時(shí)間；并且成本十分低廉。
文檔編號(hào)G01N1/14GK202928846SQ20122061777
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月20日
發(fā)明者何偉, 劉文秀, 孔祥臻, 歐陽慧靈, 徐福留, 蔣玉嬌, 秦寧, 楊斌 申請(qǐng)人:北京大學(xué)