一种对流隔栅式悬浮物采集仪

技术领域

本发明属于环境监测、环境治理及悬浮物样本采集技术领域，涉及到河流、 湖泊、水库的悬浮物样本的分层采集，特别涉及到水体中絮凝物为主的分层悬 浮物样本采集。

背景技术

我国水资源总量匮乏，随着社会经济的发展，水质问题将更加突出。水体 中的污染物以溶解态、悬浮物态和沉积态三种形式存在，水体水质的变化由污 染物在三者之间的迁移转化决定。水体中的悬浮物不仅本身吸附多种有害物质， 且包含着生化过程，还是污染物在水体和悬浮物中迁移转化的重要通道。此外， 由于比表面积大、吸附能力强，其富集的污染物浓度可达到沉积物的数倍、水 体的数十倍。因此，准确采集水体悬浮物样本是全面掌握水质状态的关键。

水环境监测规范指出悬浮物是指经过0.45μm滤膜过滤的残渣，包含了水体 中0.45μm以上的所有的颗粒物、絮状物、漂浮物等。实际上，悬浮物是水体中 液态水和固态微粒间水饱和程度很高的絮凝物或络合物，具有很强的反应活性 和迁移活性，结构的脆弱性极易受到破坏。由于其在水体中密度较小，为了采 集足够数量的悬浮物进行分析化验，需要在采样水体中进行富集处理。已有富 集悬浮物样本的方法，重点是从稀薄的悬浊液中分离固体物质，通过沉降(过 滤)和蒸发(干燥)进行富集。常用采样方法包括：(1)现场采集大量水样然 后在实验室过滤；(2)投放悬浮物捕集器收集一段时间(一个月或者一年)内 新沉降的或容易重新成为悬浮物的水底沉积物；(3)将潜水泵下放到不同水深， 将不同层次的水抽至水面用滤膜浓缩；(4)采集沉积物，实验室制备悬浮物。 已有的采集方法在保真性、时效性、操作性上均有一定的限制。悬浮物中污染 物的定量分析所需的含量一般以g计，但多数水体中悬浮物含量为mg/L级，这 样采用第一种方式就需要采集几十甚至上百升的水样，再考虑到样品分层的需 求，会导致一个点就需要数百升水样，运输和采集都非常不便；第二种方法采 集的是一段时间内的样品，是采集时段内的综合样品，然而水体容易受到外界 水文气象、污染排放的影响，悬浮物含量和特征也会动态变化，这种采集方式 无法准确地捕捉悬浮物的动态变化，而且这种采集方式的原理是重力沉降对于 絮凝漂浮状态的悬浮物也无法捕捉；第三种方式利用潜水泵直接抽水过滤，效 率高且简单，但有研究表明在抽水过程中，悬浮物的结构和形态有可能被水泵 叶片破坏，影响悬浮物的定量分析；第四种方式实际是模拟了沉积物再悬浮过 程。这些方法对于研究颗粒为主的悬浮物是有效的，但不能满足悬浮物感官指 标、生物指标、化学指标和吸附特性等综合研究的需求。

显然，前述采水设备均不具备快速微扰动富集采集悬浮物的功能，尤其是 絮凝物较多的悬浮物样本的原状采集。需要研发具有采集时间短、水体扰动小 (不破坏悬浮物结构与形态)、样品易携带(浓缩富集)、无堵塞等功能的悬浮 物采样器。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一套不破坏悬浮物原始状态，样品易携带、 采集效率高，适用于河流、湖泊、水库等内陆水域的悬浮物样本采集装置，尤 其适合絮凝物为主的悬浮物分层采集。该装置还可方便地计算出浓缩倍数。

本发明的技术方案是：

对流隔栅式悬浮物采集仪，主要由对流式桶体、轴流泵、桶盖、滤膜、隔 栅式支架、支座、分区隔水桶、滤网、出水口组成。采用轴流泵、对流式桶体 和滤膜现场过滤浓缩水样获取悬浮物样本。

对流式桶体上端均匀设有3个倾斜的进水口，平面倾斜角度为45°，倾斜 方向与地球自转产生的惯性力保持一致，北半球时设计为逆时针方向，南半球 时设计为顺时针方向，保证进水方向与大体的水流方向一致，减少进水时的扰 动，且有一定的垂向角度，使得水体在桶内以旋转抛物线方式运动，处于动态 旋转状态，不仅减小了悬浮物吸附在滤膜上的机会，还能够冲刷滤膜上附着的 悬浮物，进水口处装备了滤网防止大型物体进入对流式桶体，破坏设备运转。 对流式桶体下端设置支座安装轴流泵，设置双层带橡胶卡槽，一层用以和隔栅 式支架连接，另外一层用以和分区隔水桶连接，双层卡槽数量与滤膜层数相同， 这样使得浓缩后的悬浮物样本储存于各层滤膜之间，实现了现场悬浮物分层浓 缩采集。对流式桶体底部在不同的滤膜层设置出水口用以采集分层浓缩的悬浮 物样本。对流式桶体为有机玻璃材质，还可以直接观察样品形态。

轴流泵固定在对流式桶体下端，隔栅式支架的最内层，水泵的进水口在下， 出水口在上，出水口往上伸出一段，以减少对采集深度的水体的交叉影响。由 于桶体的进水口在上部，水泵的进水口在下部，在重力势差的作用下会形成上 述的抛物线进水方式。水泵设置在最内层，各层滤膜储存的样品都没有经过水 泵叶轮，保留了原始的形态，较大粒径的悬浮物被各层滤膜过滤后在最内层都 是极其微小的颗粒，水泵对其基本没有影响。同时，通过计算采样时间和泵的 工作流量，便可计算出过滤水样体积V0，用其除对流式桶体的体积V1便可获 得浓缩倍数。

桶盖通过螺栓与对流式桶体连接，并加垫片防水。桶盖上有两个小孔分别 是轴流泵和电缆的预留孔，均由水密接头连接。桶盖顶部设有四个带孔凸起， 用以绑绳子，提拉设备，确保电缆不受力，桶盖下部设有带橡胶的卡槽用以和 隔栅式支架连接，与支架端部形成密封，保证各层滤膜内的样品不交互影响。

滤膜吸附在隔栅式支架上，从桶体一侧到水泵设置有从大到小的四层滤膜， 将不同粒径的悬浮物储存在不同的区间减少堵塞，提高效率，其滤膜孔径和滤 膜数量可根据不同的需求增加或删减。

隔栅式支架有多层，数量与滤膜数量保持一致，上下端部均为全封闭设计 以配合对流式桶体和桶盖形成密封，中部为隔栅式设计用以固定滤膜实现水体 分层过滤。

支座和对流式桶体采用螺栓连接，用以在收集悬浮物样品时起到支撑作用， 同时也可防止设备触底起到保护作用。

分区隔水桶上部留有小孔以给轴流泵的出水口通过，其下部为分层形状， 其层数与滤膜层数一直，各层直径小于隔栅式支架，且可插入对流式桶体下部 卡槽与对流式桶体形成相对独立、密度分层的悬浮物浓缩样品储存空间。

本发明相比于现有的悬浮物采集设备在保真性、时效性、操作性的不足， 重点攻克了絮凝物为主的悬浮物样本的原状采集，发明了具有适用于样品浓缩、 分层保存、微扰动取样、观测形态等功能为一体的对流隔栅式悬浮物采集仪。 具有不破坏悬浮物结构、代表性强、效率高、造价低、操作简便等特点。

附图说明

图1a是对流隔栅式悬浮物采集仪结构示意图。

图1b是对流隔栅式悬浮物采集仪结构剖视图

图2是对流隔栅式悬浮物采集仪样品回收示意图

图中：1桶体；2轴流泵；3桶盖；4滤膜；5隔栅式支架；6支座； 7分区隔水桶；8滤网；9出水口。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

对流隔栅式悬浮物采集仪具体实施步骤如下：

步骤1：将轴流泵2安装在对流式桶体1上，然后安装支座6，之后将各层 滤膜4吸附在分层的隔栅式支架5上，并插入对流式桶体1下部的卡槽，再将 桶盖3的卡槽与吸附滤膜4隔栅式支架5对齐盖住，然后在盖上绑上绳子，最 后检查设备的防水与运行。

步骤2：在断电的情况下将采集仪下放到所需深度，然后通电并计时，其电 源可由汽油发电机或者采样船提供，根据水体悬浮物的大致情况，设定采集所 需的时间，一般30分钟即可，之后断电，记录所用时间并计算V0，将设备提 至采样船或其他工作地点。

步骤3：将桶盖3打开，把分区隔水桶7插入对流式桶体1下部，各滤膜形 成相对独立、密度分层的悬浮物浓缩样品储存空间。

步骤4：打开出水口9开关收集不同粒径的悬浮物浓缩样本，用V0除对流 式桶体1的体积V1便可获得浓缩倍数，至此采样结束，下一次采样重复上述步 骤。