CN101441207B - 沉积物采样与分层梯度研究的一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种应用于湖泊或河流沉积物采样与分层梯度研究的一体化装置，其主要包括：采样及分层梯度研究一体化管、恒温光照系统、进出水交换系统、溶解氧控制系统、在线监测系统以及水动力扰动系统等六部分。其优点在于：将采样管和分层梯度研究装置合二为一，最大程度地减少人为扰动、保持上覆水和沉积物原有性状；实现沉积物模拟装置的实时、分层次、无扰动观测与采样。可以应用于模拟温度、光照、水体交换等水环境变化的条件下，各个层次的沉积物和上覆水体发生的理化特性与生物性质的变化规律研究。

Description

沉积物采样与分层梯度研究的一体化装置

技术领域

本发明涉及一种应用于沉积物采样及分层梯度研究的一体化装置，具体涉及一种用于水环境科学研究、保护的湖泊或河流沉积物柱状采样及分层梯度研究模拟装置。

背景技术

湖泊沉积物是流域物质搬运的最终归宿地，是污染物质的蓄积库，近年来，随着外源污染输入受到控制，沉积物作为水环境污染内源的作用更加凸显。沉积物中营养盐、污染物的迁移、转化等都与沉积物的深度密切相关，不同的深度沉积物的理化性质、微生物的性质差异都很大，因而沉积物的分层研究非常重要。

目前已有的沉积物分层研究多局限在定性地描述真实水环境中、在某一特定的环境条件下，一般采用在野外开展湖泊或河流沉积物现场分层或取样后在实验室内分层的方法。这种方法一方面会破坏沉积物本身性状，改变其理化性质，继而改变营养盐、污染物特征，以及微生物种群结构与组成，导致无法准确地获取各类信息；另一方面，在真实的水环境中，无法开展在不同的水环境条件下沉积物各要素的分层变化规律研究。因而建立室内可控环境下的沉积物分层梯度研究装置很有必要。

目前已有的沉积物室内模拟装置多是以界面研究为主。在这些装置上，如果要进行沉积物的分层采样，则对整个实验体系的扰动会很大，分层研究基本上都放在实验的最后一步，因而在这些装置上，无法开展沉积物的实时、快速的监测。

发明内容

本发明的目的是克服上述缺陷，旨在构造采样和分层梯度研究一体化装置，将采样管和模拟实验装置合二为一，最大程度地减少人为扰动和误差，用于模拟不同水环境条件下沉积物特性的分层变化规律研究。

本发明提供明沉积物采样与分层梯度研究的一体化装置，由采样及分层梯度研究一体化管、恒温光照系统、进出水交换系统、溶解氧控制系统、在线监测系统以及进出水交换系统组成；所述采样及分层梯度研究一体化管顶部设有铝卡口，铝卡口直接与采样器相连接采样；一体化管从底部往每隔一定距离设有一个沉积物带螺纹分层梯度沉积物取样孔，用同一孔径的螺丝旋转密封，拧开取下螺丝取样；一体化管顶部塞子上预留了进气管口和出气管口与溶解氧控制系统连接；一体化管通过塞子的电极探头孔插入在线监测系统的电极探头；一体化管的进水口和出水口与进出水交换系统连接；一体化管采集样品后放置在恒温光照系统的恒温光照箱中，进行分层梯度研究实验。

恒温光照箱(2)中放置的采样及分层梯度研究一体化管为1个以上。

恒温光照箱为一铝质、底座可脱卸、设有侧开门和导管孔，设有温控仪、热电偶和加热丝调控温度，恒温箱顶部设有可调节光照强度的光源。光源采用日光灯，光强的调节采用两个层次：一是由日光灯的数量进行调节；二是用置于样品管外的遮光纸进行调节；光照强度范围为1-8000lux。

进出水交换系统设有蠕动泵、贮液罐和废液罐，由蠕动泵将贮液罐中的天然河水或湖水通过导管输送到进水口进水，出水通过稍低于进水口的出水口输送到废液罐中。

沉积物柱状采样及分层梯度研究一体化管主材拟选用有机玻璃。设有铝卡口，可以直接与采样器相连接，从底部往每隔一定距离设有一个沉积物采样口，取样孔带螺纹，不取样的时候用同一孔径的螺丝密封。

溶解氧调节系统设有钢瓶和转子流量控制器。钢瓶中采用氧气、空气或氮气，并用转子流量计控制流量，出气口连接软管，通过导管孔排出箱外。

在线监测装置设有电极探头、水质分析仪和数据处理器。电极探头置于上覆水体、沉积物-水界面或者沉积物中。

本发明的优点及效果：1、集采样与沉积物分层梯度研究实验于同一装置，最大程度地减少人为扰动、保持上覆水和沉积物原有性状；2、可以在模拟实验的过程中轻松、实时地完成沉积物的分层采样，对沉积物的结构破坏较小，不会因沉积物的分层采样而中断实验进程；3、恒温光照箱为一铝质、底座可脱卸、设有侧开门和导管孔的恒温箱，有利于一体化管的安放和管线的布置；4、不同深度的沉积物光照强度不同，光强的调节采用日光灯的数量和置于样品管外的遮光纸进行控制。5、实现沉积物模拟装置的实时、分层次、无扰动观测与采样。可以应用于模拟温度、光照、水体交换等水环境变化的条件下，各个层次的沉积物和上覆水体发生的理化特性与生物性质的变化规律研究。

附图说明

图1是装置结构示意图，为了使图中标示清楚，图中省略了右侧的管子所连接的设备。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

附图标号说明：1.机械搅拌器；2.恒温光照箱；3.导管孔；4.水质分析仪；5.数据处理器；6.转子流量控制器；7.钢瓶；8.曝气头；9.温控仪；10.加热丝；11.蠕动泵；12.贮液罐；13.废液罐；14.光源；15.进气口；16.出气口；17.铝卡口；18.塞子；19.出水口；20.上覆水体；21.电极探头；22.进水口；23.热电偶；24.沉积物层；25.遮光纸；26.沉积物取样孔；27.密封螺丝；28.采样及分层梯度研究一体化管；29.一体化管底座；30.恒温光照箱底座；31.紧固件；32.橡皮塞；33.支架。

实施例1：参看图1，装置由采样及分层梯度研究一体化管、恒温光照系统、进出水交换系统、溶解氧控制系统、在线监测系统以及水动力扰动系统六部分构成。

①一体化管28主材为有机玻璃，顶部有铝卡口17，可以直接与采样器相连接，从现场取得的样品中可包括上覆水体20和沉积物24。从底部往每隔50mm设有一个沉积物取样孔26，取样孔带螺纹，不取样的时候用同一孔径的螺丝27密封。一体化管28的上部设有进出水口，进水口22位于上覆水20液面的上方，出水口19位于水-沉积物24界面以上1cm处；

②恒温光照箱2主材为一铝质、底座30可拆卸、设有侧开门和导管孔3，采用温控仪9、热电偶23和加热丝10调控温度。恒温箱顶部设有可调节光照强度的光源，光源采用日光灯14，光照强度范围为1-8000lux。光强的调节采用两个层次：一是由日光灯的数量进行调节；二是用置于样品管外的遮光纸进行调节。

③进出水交换系统设有蠕动泵11、贮液罐12和废液罐13，由蠕动泵11将贮液罐13中的天然河水或湖水通过导管输送到进水口22，出水通过稍低于进水口的出水口19输送到废液罐13中。

④溶解氧调节系统由钢瓶7、转子流量控制器6、钢瓶减压阀、曝气头8、导气PVC软管(图中标注略)构成。钢瓶中可采用氧气、空气、氮气等气体，并用转子流量计6控制流量，通过导管孔3，用PVC软管将气体通至进气口15，排出的气体从出气口16经由PVC软管排出箱外。

⑤在线监测装置由电极探头21、水质分析仪4和数据处理器5构成。电极探头置于上覆水体、沉积物-水界面或者沉积物中。

本模拟系统的操作方法如下：

1，制作恒温光照箱2，将加热丝10安装在箱的两侧，用热电偶23测定温度，连接到温控仪9上控制整个箱体的温度；在箱体的顶部安装日光灯光源14以及机械搅拌器1。

2，运用一体化管28采集样品，样品中包括上覆水体20和沉积物24，样品采集后在现场即用橡皮塞32塞住，安放在恒温光照箱底座30的一体化管底座29上。然后将恒温光照箱的上面部分扣上，并用紧固件31紧住。一体化管的顶部用塞子18塞住，塞子上预留了进气管口、出气管口、电极探头孔、搅拌玻璃棒孔。

3，通过导管孔3，在一体化管28上连接进出水交换系统、溶解氧调节系统、在线监测装置。溶解氧调节装置：将进气口15连接到钢瓶7，钢瓶中可以是氧气、空气或氮气，并用转子流量计6控制流量，出气口16连接软管，通过导管孔排出箱外；进出水装置：由蠕动泵11将贮液罐12中的天然河水或湖水通过导管输送到进水口22，出水通过稍低于进水口22的出水口19输送到废液罐13中；在线监测装置：由电极探头21、水质分析仪4和数据处理器5三部分构成，电极探头21置于上覆水体、沉积物-水界面或者沉积物中。

4，根据实验中沉积物和上覆水体的光线设定要求，采用遮光纸25达到预设效果，开启日光灯光源14，启动搅拌电机1，调节转速。

5，根据实验目的，对每个一体化管28，重复上述步骤，设置好进出水、溶解氧、光强、搅拌转速等条件，直至所有一体化管均接好。

6，根据实验目的，计算时间，打开水质分析仪4和数据处理器5，连续观测上覆水体水质参数的变化。

7，根据实验目的，计算时间，采集水样，采样时，可用注射器通过出气口15抽取不同层次或者界面的水样，也采集出水口19中的水样监测一体化管28的水质，分析水样的物理、化学、生物性质等。

8，根据实验目的，计算时间，采集不同深度的泥样，将密封螺丝27取下，用玻璃吸管扎取部分泥样，然后将密封螺丝27装上，如果采集的样品较多，可以在同一深度的其它取样口27分开取样。测试沉积物样品的物理、化学、生物性质等。

9，依次关闭水质分析仪4、数据处理器5、搅拌电机1、温控仪9、光源14、钢瓶7、蠕动泵11。

10，依次取下电极探头、拆卸进出水管、进出气管，取下橡皮塞18。打开恒温光照箱底座的紧固件31，取下箱体的上面部分，拆下一体化管28上面的遮光纸25。

11，清点仪器配件，实验结束。

Claims (5)

1.一种沉积物采样与分层梯度研究的一体化装置，由采样及分层梯度研究一体化管、恒温光照系统、进出水交换系统、溶解氧控制系统、在线监测系统以及水动力扰动系统组成；其特征是：所述一体化管(28)顶部设有铝卡口(17)，铝卡口(17)直接与采样器相连接采样；一体化管(28)从底部往上每隔一定距离设有一个沉积物取样孔(26)，用同一孔径的螺丝(27)旋转密封，拧开取下螺丝(27)取样；一体化管(28)顶部塞子(18)上预留了进气管口和出气管口与溶解氧控制系统连接；一体化管(28)通过塞子的电极探头孔插入在线监测系统的电极探头(21)；一体化管(28)的进水口(22)和出水口(19)与进出水交换系统连接；所述的出水口(19)稍低于进水口(22)，一体化管(28)采集样品后放置在恒温光照系统的恒温光照箱(2)中，进行分层梯度研究实验，样品中可包括上覆水体(20)和沉积物(24)，一体化管(28)的上部设有进出水口，进水口(22)位于上覆水(20)液面的上方，出水口(19)位于水一沉积物(24)界面以上1cm处。

2.根据权利要求1中所述的沉积物采样与分层梯度研究的一体化装置，其特征是：恒温光照箱(2)中放置的采样及分层梯度研究一体化管(28)为1个以上。

3.根据权利要求1中所述的沉积物采样与分层梯度研究的一体化装置，其特征是：恒温光照箱(2)为一铝质、底座(30)可脱卸、设有侧开门和导管孔(3)，设有温控仪(9)、热电偶(23)和加热丝(10)调控温度，恒温箱顶部设有可调节光照强度的光源(14)。

4.根据权利要求3中所述的沉积物采样与分层梯度研究的一体化装置，其特征是：光源(14)采用日光灯，光照强度由日光灯的数量进行调节，光照强度范围为1-8000lux。

5.根据权利要求1中所述的沉积物采样与分层梯度研究的一体化装置，其特征是：进出水交换系统设有蠕动泵(11)、贮液罐(12)和废液罐(13)，由蠕动泵(11)将贮液罐(12)中的天然河水或湖水通过导管输送到进水口(22)进水，出水通过稍低于进水口(22)的出水口(19)输送到废液罐(13)。

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