CN101718640B - 分体式气体置换式地下水采样器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及分体式气体置换式地下水采样器，包括样品容纳管、充放气单元、取水管线；充放气单元包括气源、气管和气压控制器，样品容纳管的上端与充放气单元连通，所述取水管线包括出水管，地下水采样器还包括采样单元，采样单元包括由上至下依次连通的出水止逆阀、三通和进水止逆阀；取水管线还包括用于连通样品容纳管的下端与三通中间出口的软管，出水止逆阀与出水管连通。本发明解决了采样中对地下水的扰动大、存在气体溢出现象等技术问题，本发明实现了低气压、小气量条件下的地下水采样，并且具有采样效率高的优点。

Description

分体式气体置换式地下水采样器

技术领域

本发明涉及一种地下水采样器，尤其涉及一种气体置换式地下水采样器。

背景技术

在地下水污染调查中，从监测井中获取具有代表性的地下水样品是开展调查、监测工作的首要步骤。目前地下水采样器的种类主要有：提桶式采样器、负压提升式采样器、气体置换式采样器、气动叶轮泵、电动潜水泵、惯性提升泵等(1.ASTM standard：D6634Standard guide for the selection of purging and sampling devices for groundwatermonitoring wells；2.郑继天，王建增，国外地下水污染调查采样技术综述，勘察科学技术http://171.131.80.13/kns50/Navi/Bridge.aspx？DBCode＝cjfd&LinkType＝BaseLink&Field＝BaseID采样器是利用气体的压力将地下水驱动到地面上，它由泵体和与之相连的出水管、气管组成。泵体由样品容纳管、进止逆阀、出水止逆阀组成，两个止逆阀直接安装在样品容纳管上。采样时，将泵体下至监测井需要采样的深度，在静水压力的作用下，进水止逆阀被打开，井内的水进入样品容纳管中，样品容纳管中的气体被地下水样品逐步置换。在样品容纳管被水样充满后，通过与样品容纳管连接的高压气管送入压缩气体，在压力的作用下，进水止逆阀关闭，出水止逆阀打开，同时水样品被压入出水管内，高压气体将管体中的水样品逐步置换。在样品容纳管中的水完全进入出水管后，停止供气，出水止逆阀立即关闭。将样品容纳管中气体通过高压气管排出，进水止逆阀在静水压力的作用下重新打开，水又进入样品容纳管中，然后再通过充气过程将水样品压入出水管内。如此反复，监测井里的水将从出水管排至地面的容器内，从而实现地下水水样的采样。

由于传统气体置换式采样器的两个止逆阀直接安装在样品容纳管上，在采用高压气体压出水的过程中，高压气体很容易通过出水止逆阀进入出水管中(即发生气体溢出现象)，这样一方面浪费工作气体，另一方面气体对出水管中的水搅动很大，造成地下水中溶解的气体或有机物损失，很难获得原状的地下水。该类采样器的另一缺点是采样器的工作气压必须随着采样深度的增加而增加，从而在采样深度较大时，很高的工作气压不仅对采样器的性能指标要求较高，而且采样效率低，气体的消耗量大。

发明内容

本发明提出了一种分体式气体置换式地下水采样器，相对于常规的气体置换式采样器实现了低气压、小气量条件下的地下水采样，并解决了采样中对地下水的扰动大、存在气体溢出现象等技术问题。

本发明的技术解决方案为：

一种分体式气体置换式地下水采样器，包括样品容纳管、充放气单元、取水管线；所述充放气单元包括气源、气管和气压控制器，所述样品容纳管的上端与充放气单元连通，所述取水管线包括出水管，其特征在于：所述地下水采样器还包括采样单元，所述采样单元包括由上至下依次连通的出水止逆阀、三通和进水止逆阀；所述取水管线还包括用于连通样品容纳管的下端与三通中间出口的软管，所述出水止逆阀与出水管连通。

上述样品容纳管的中央焊接有一相对样品容纳管密封的出水管通道，所述出水管从出水管通道中穿过。

上述软管为长度可调的螺旋塑料软管。

上述地下水采样器还包括悬吊于采样单元下方的重块。

上述充放气单元还包括气管绞车；所述取水管线还包括出水管绞车。

上述地下水采样器还包括悬吊于采样单元下方的重块。

上述充放气单元还包括气管绞车；所述取水管线还包括出水管绞车。

本发明的有益效果：

1、采样效率高。本发明采样器用较小的气压就可以采取不同深度的水样，采样处水压可远大于工作气体压力，即工作气体压力仅需将样品容纳管中的地下水压出样品容纳管即可，而无需施加更大的气体压力将螺旋塑料软管中的水排出。

2、由于样品容纳管和采样单元分离，工作气体的压力基本上不受采样深度的影响，特别是在采样深度较深时，气体压力低、用气量小的优势将非常明显。

3、由于样品容纳管和采样单元分离，进出气口安装在样品容纳管上而出水止逆阀安装在采样单元，所以无需担心发生气体溢出现象。

4、由于特定的监测井水位基本固定，样品容纳管的深度就可以固定，而采样单元的采样深度可在螺旋塑料软管长度伸缩范围内任意调节，而不用改变其他工作参数，理论上采样深度将不受限制，避免了现有采样器不断更改工作参数的麻烦。

5、地下水通过静压力作用进入样品容纳管中内，而后又被工作气体的压迫排至地面的容器内。这种采样方式没有机械高速搅动和快速抽吸运动，且工作气体可选择惰性气体，气体与被采样的水样接触面也非常小，不会出现气水混合现象。因此，不会造成采样区水域有很大的波动，也不会造成采样水样的二次污染，从而采集的水样基本保持被采区水域特性。

6、气体置换式地下水采样器的采样速度可以调节，最大采样速度取决于样品容纳管的容积大小、驱动气体压力、样品容纳管在水面下的深度、采样单元的深度、进/出水管的内径等因素。由于本发明采样器的结构简单，因此很容易通过更改以上设计参数，达到调整最大采样速度的目的。在采样器和采样深度固定时，地下水的采样速度也可以进一步通过调整驱动气体压力或适当改变样品容纳管在水面下的深度来实现，取水速度一般大于1L/分钟。

7、本发明采样器结构紧凑体积小，采样器的最大外径可小至20毫米，不受监测井的孔径和采样深度的限制，可满足现场不同采样量的使用要求；本发明采样器能适应常规井的采样需求，也可用于小口径井抽水。

8、本发明采样器有采样混浊度非常高的水样品的能力，干运行状态下工作时，本发明采样器也不会发生损坏，非常可靠。

9、本发明采样器内没有高速旋转运动，不需要机械与电力系统，没有磨损部件，使用寿命长、结构简单、维护方便。本发明采样器轻便，一人可进行搬运和操作。

10、本发明采样器可定深、分层、无扰动、大体积、自动进行地下水采样。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是样品容纳管结构示意图；

图3是本发明水进入样品容纳管的工作状态示意图；

图4是本发明水从样品容纳管进入水排出管的工作状态示意图；

其中：1-气源，2-减压阀，3-气压控制器，4-气管绞车，5-气管，6-出水管，7-出水管绞车，8-容器，9-地面，10-水面，12-监测井，13-软管，14-进水止逆阀，15-三通，16-出水止逆阀，17-进出气口，18-样品容纳管，19-出水管通道，20-进出水口。

具体实施方式

参见图1和图2，一种分体式气体置换式地下水采样器，包括充放气单元、样品容纳管18、采样单元、取水管线；充放气单元包括气源1、减压阀2、气压控制器3、气管5和气管绞车4，取水管线包括螺旋塑料软管13、出水管6、出水管绞车7；采样单元设置在样品容纳管的下方，采样单元包括由上至下依次连通的出水止逆阀16、三通15和进水止逆阀14；两个止逆阀的安装方向与出水管水流的方向一致；气管通过气管绞车后下到井下与样品容纳管上端的进出气口17相连通，样品容纳管下端的进出水口20与螺旋塑料软管相连通，螺旋塑料软管的另一端与三通的中间出口相连通，出水止逆阀与出水管的下端相连通，出水管上到地面9后经过出水管绞车后与容器8相通。样品容纳管为一夹层空心管或空心管，出水管线可自由地从旁侧通过。为了减小采样器的径向尺寸，样品容纳管的中央可焊接一相对样品容纳管密封的垂直的出水管通道19，出水管从出水管通道中自由穿过。为保证采样单元在井中垂直下落，可在采样单元下方悬吊一重块。

本发明工作原理：地下水采样时，将样品容纳管和采样单元下放到监测井12内，其中，样品容纳管可固定在水面10下一定深度处，并不随采样深度的改变而改变，由于样品容纳管和采样单元相对独立，因二者之间的螺旋塑料软管的可伸缩性，二者之间的距离可以在一定范围内自由调节。而采样单元将根据采样的需要调整到采样深度。在地下水静压的作用下，地下水将通过采样单元的进水止逆阀进入样品容纳管内，然后通过充放气单元对样品容纳管进行充气，工作气体将样品容纳管中的水样品通过螺旋塑料软管、采样单元的出水止逆阀、出水管输送至地面的容器内。

本发明的工作过程参加图1、图3和图4，使用时，将样品容纳管和采样单元下放到监测井12内。其中，样品容纳管固定在水面下的一定深度处，并不随采样深度的改变而改变，而采样单元由于螺旋塑料软管的可伸缩性，可通过出水管的长度进行控制，从而下潜到需要的采样深度。

首先打开气压控制器使样品容纳管与大气相通。在地下水静压的作用下，采样单元的进水止逆阀被打开，地下水将通过进水止逆阀进入样品容纳管内，样品容纳管中的气体被地下水样品逐步置换。在样品容纳管被水充满后，气压控制器控制通过与样品容纳管连接的高压气管5送入压缩气体，在高压气体压力的作用下，进水止逆阀关闭，出水止逆阀打开，工作气体将样品容纳管中的水样品依次通过螺旋塑料软管、采样单元的出水止逆阀、出水管输送至地面上的容器内，最终高压气体将样品容纳管中的水样品逐步置换。当工作气体使样品容纳管中的水完全排出后，气压控制器动作停止供气，出水止逆阀立即关闭。再次打开气压控制器，将样品容纳管18中高压气体通过气管排出，进水止逆阀在静水压力的作用下重新打开，水又进入样品容纳管中，然后再通过充气过程将水样品压入出水管内。如此反复，监测井里的水将从出水管压至地面的容器内，从而实现地下水水样的采样。

实施例1：有一口监测井，水位为30米，欲获取距地面深度为200米的地下水样品200升。将样品容纳管和采样单元下放到监测井内。样品容纳管18将固定在水面下10米(即距地面深度为40米)之处，采样单元将随出水管的下放，带动螺旋塑料软管至距地面深度为200米之处。为保证采样单元在井中垂直下落，把一个不锈钢或PVC重块系在采样单元的底部。通过控制工作气体压力为0.5Mpa实现地下水的采样。本实施例中，水样品的平均采样速度为2L/min，工作100min后，完成水样品的采样过程。

实施例2：有一口监测井，水位为30米，欲获取距地面深度为350米的地下水样品50升。实施时，将样品容纳管和采样单元下放到监测井内。样品容纳管将固定在水面下10米(即距地面深度为40米)之处，采样单元将随出水管的下放，带动螺旋塑料软管至距地面深度为350米之处。通过控制工作气体压力为0.5Mpa实现地下水的采样。本实施例中，水样品的平均采样速度为1L/min，工作50min后，完成水样品的采样过程。

Claims (3)

1.一种分体式气体置换式地下水采样器，包括样品容纳管、充放气单元、取水管线；所述充放气单元包括气源、减压阀、气压控制器、气管和气管绞车，所述样品容纳管的上端与充放气单元连通，所述取水管线包括螺旋塑料软管、出水管、出水管绞车；其特征在于：所述地下水采样器还包括采样单元，所述采样单元设置在样品容纳管的下方，所述采样单元包括由上至下依次连通的出水止逆阀、三通和进水止逆阀；出水止逆阀和进水止逆阀的安装方向与出水管水流的方向一致；气管通过气管绞车后下到井下与样品容纳管上端的进出气口相连通，样品容纳管下端的进出水口与螺旋塑料软管的一端相连通，螺旋塑料软管的另一端与三通的中间出口相连通，出水止逆阀与出水管的下端相连通，出水管上到地面后经过出水管绞车后与容器相通，所述样品容纳管的中央焊接有一相对样品容纳管密封的出水管通道，所述出水管从出水管通道中穿过。

2.根据权利要求1所述的分体式气体置换式地下水采样器，其特征在于：所述软管为长度可调的螺旋塑料软管。

3.根据权利要求1或2所述的分体式气体置换式地下水采样器，其特征在于：所述地下水采样器还包括悬吊于采样单元下方的重块。

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