CN106153393A - 一种浅水区域柱状沉积物孔隙水的原位分层采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及环境科学或环境工程领域样品采集设备，具体地说是一种浅水区域柱状沉积物孔隙水的原位分层采集装置。包括柱体、密封分层盘、导水管及抽吸装置，其中柱体为中空结构、并侧壁上设有多个渗水进水孔，所述密封分层盘设置于柱体内部，密封分层盘沿轴向设有多个积存区、并中心设有管线槽，管线槽上设有多个与各积存区连通的吸水孔，管线槽内设有多个导水管，各导水管的下端分别与各积存区连通，上端由柱体内伸出，为采集端，抽吸装置用于在各导水管的采集端采集各层积存区内的沉积物孔隙水。本发明采样过程没有与空气接触的直接环节，同时不需要样品预处理、切割分离、高速离心等操作，从而有效保障了孔隙水的原有属性。

Description

一种浅水区域柱状沉积物孔隙水的原位分层采集装置

技术领域

本发明涉及环境科学或环境工程领域样品采集设备，具体地说是一种浅水区域柱状沉积物孔隙水的原位分层采集装置。

背景技术

沉积物是水环境组成的重要部分，而沉积物中内源污染物质的释放则是构成水体水质恶化的主要源头之一。研究沉积物孔隙水的各种地球化学特征对揭示沉积环境，水体污染，保护水资源有重要的理论和现实意义。在沉积物内源物质释放过程中，孔隙水发挥了关键作用。即沉积物所吸附的污染物质首先释放到孔隙水中，然后通过孔隙水在进一步扩散到上覆水中，从而造成水体内源污染。因此，准确认识沉积物孔隙水中各类污染物质的环境行为对于水污染控制至关重要。然而，长期以来，沉积物孔隙水的获取一直是环保工作者的难题之一。当前，对于沉积物孔隙水的获取通常采用实验室(移位)高速离心的方式，但该方法对于柱状沉积物孔隙水的获取非常有限(通过分层离心获取，通常分层厚度为2cm，因此离心所得水量较少)，而且所获取的孔隙水极容易暴露或泄漏(氧化或损失等)，对研究工作造成了一定的困扰。而对于沉积物中分层孔隙水原位获取，目前尚没有专门的装置，因此对于沉积物孔隙水中还原性物质的含量无法掌握。因此，开发新的沉积物孔隙水的分层原位采集装置对水污染的控制具有非常重要的现实意义。

发明内容

针对上述不足，本发明的目的是提供一种浅水区域柱状沉积物孔隙水的原位分层采集装置。该装置结构简单，操作便捷，主要用于浅水区域柱状沉积物孔隙水的原位分层采集，尤其适用于污染河道、湖泊、近岸海域等重污染柱状沉积物中孔隙水的原位分层采集与样品分析。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种浅水区域柱状沉积物孔隙水的原位分层采集装置，包括柱体、密封分层盘、导水管及抽吸装置，其中柱体为中空结构、并侧壁上设有多个渗水进水孔，所述密封分层盘设置于柱体内部，所述密封分层盘沿轴向设有多个积存区、并中心设有管线槽，所述管线槽上设有多个分别与各积存区连通的吸水孔，所述管线槽内设有多个导水管，各导水管的下端分别通过管线槽上的吸水孔与各积存区连通，上端由柱体内伸出，为采集端，所述抽吸装置用于在各导水管的采集端采集各层积存区内的沉积物孔隙水。

所述柱体的下端设有锥形尖角，上端设有用于固定密封分层盘的压盖。所述导水管的采集端设有直通阀，下端设有与管线槽上的吸水孔连通的弯头。

所述管线槽的上端设有密封胶塞，多个导水管通过密封胶塞密封固定。所述抽吸装置为注射器。所述柱体的上端进一步设有柱体外环。

所述密封分层盘包括多个圆盘和一个连接管，各圆盘上设有中心孔，多个圆盘通过穿过中心孔的连接管依次串联，相邻圆盘之间的间隙为积存区，所述连接管的内腔为所述管线槽。所述圆盘的外圆周上设有密封圈。

本发明的优点及有益效果是：

1.本发明可同步获取垂直分层精度高达0.5cm间隔的孔隙水。本发明设备可用于获取浅水域柱状沉积物的孔隙水，其由表层往下可以依次设置分层精度高达0.5cm的间隔，从而获取高精度的孔隙水的垂直分布。

2.本发明可以获取大体积孔隙水。采用本发明所述设备，采样时可以通过更换样品收集器持续采集孔隙水，可以视需要量确定样品采集时间。

3.本发明所述设备在应用过程中能够保障厌氧环境。采用本发明所述设备，采样过程没有与空气接触的直接环节，同时不需要样品预处理、切割分离、高速离心等操作，从而有效保障了孔隙水的原有属性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中柱体的结构示意图；

图3为本发明中密封分层盘的结构示意图；

图4为本发明抽吸沉积物孔隙水的原理示意图。

其中：1为柱体外环，2为管线槽，3为渗水进水孔，4为锥形尖角，5为密封胶塞，6为密封分层盘，7为直通阀，8为导水管，9为弯头，10为抽吸装置，11为柱体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1-3所示，本发明包括柱体11、密封分层盘6、导水管8及抽吸装置10，其中柱体11为中空结构、并侧壁上设有多个渗水进水孔3，所述渗水进水孔3为外界沉积物孔隙水进入柱体11内的通道，渗水进水孔3保障了沉积物孔隙水渗流进入柱体11内的积存区。所述柱体11的下端设有锥形尖角4，所述锥形尖角4减小采样器插入阻力，防止将表层沉积物扰动。所述密封分层盘6设置于柱体11内部、并通过设置于柱体11上端的压盖固定。所述密封分层盘6沿轴向设有多个积存区、并中心设有管线槽2，所述管线槽2上设有多个分别与各积存区连通的吸水孔。所述管线槽2内设有多个导水管8，各导水管8的下端分别通过管线槽2上的吸水孔与各积存区连通，管线槽2用于规整并引导导水管8。所述导水管8的上端由柱体11内伸出，为采集端。所述抽吸装置10用于在各导水管8的采集端采集各层积存区内的沉积物孔隙水。

所述导水管8的采集端设有直通阀7，下端设有与管线槽2上的吸水孔连通的弯头9。所述管线槽2的上端设有密封胶塞5，所述密封胶塞5上为导水管8留有孔洞，多个导水管8通过密封胶塞5密封固定。密封胶塞5用于固定导水管8，同时防止外界水体进入管线槽2内。所述柱体11的上端进一步设有柱体外环1，用于投放时拴接绳索及固定增加负重的铅块，同时防止柱体11进入沉积物过深而影响表层沉积物孔隙水的采集。

所述密封分层盘6包括多个圆盘和一个连接管，各圆盘上设有中心孔，多个圆盘通过穿过中心孔的连接管依次串联，相邻圆盘之间的间隙为积存区，所述连接管的内腔为所述管线槽2，所述圆盘的外圆周上设有密封圈。密封分层盘6保障垂直分层孔隙水的间隔，防止混合。

如图4所示，所述抽吸装置10为注射器，通过注射器抽吸各积存区内的孔隙水并装入相应容器。抽取孔隙水更换盛装容器时，通过直通阀7关闭导水管8，防止回流，同时各直通阀7上贴有编号，以区别所获取沉积物孔隙水的不同深度。

本发明由有机玻璃、不锈钢或相关硬质耐高温耐腐蚀材料制成，不同组件相互连接；所述柱体外环1设有丝扣，用以拴接绳索及固定负重铅块；所述装置可以手持操作，用于土壤及滩涂孔隙水样品的采集；所述装置能够用于河流、河口、湖泊、海湾及近岸海域等浅水区域柱状沉积物中孔隙水的原位高精度分层采集；所述样品收集，可用一次性注射器抽吸导水管孔隙水并盛装到相应容器，整个操作过程完全可以保障厌氧环境，避免样品暴露风险。

所述直通阀7、导水管8、弯头9等均为特氟龙或其他特殊材质，密封分层盘6外缘密封圈为橡胶等弹性材质；所述渗水进水孔内填充多孔材料防止泥沙进入。本发明装置需要绳索、负重铅块、盛装器皿等辅助设备，其中绳索、多孔材料、一次性注射器等均为市场成熟产品，可以直接购买。

本发明装置的各个部件可以依据柱状沉积物孔隙水的采集深度做适当调整，由于柱体长度、导水管长度、密封分层盘层数等均可视采样深度增加或较少，因此尺寸规格可依采样深度自行设置。其中锥形尖角的顶角角度一般设置为30度左右，最终角度的确定以下沉接触表层沉积物不产生剧烈扰动为宜，如不在柱体周围产生凹陷等。

实施例一：河流及湖泊沉积物孔隙水的采集

(1)河流沉积物孔隙水的采集

河流水体污染与河道黑臭沉积物内源污染的释放密切相关。因此，为研究污染水体污染负荷并识别污染来源，需要对沉积物孔隙水中主要污染物质的释放进行研究。为此，研究小组分别选择烟台逛荡河作为研究对象，分别在河道上中下游设置三个采样站位采集该河道柱状沉积物中的孔隙水进行铁锰等主要致黑元素的分析。

操作如下：

第一步，借助小型船只将孔隙水采样器(见附图1)运至预定采样站位，将柱体外环1连接绳索并将负重铅块固定于柱体外环1，再将多个导水管管束预留3米左右的长度(大于河流深度两倍以上)，同时在每根导水管8末端的直通阀7依次编号(区别获取孔隙水的不同深度)并旋转到开启状态，以保障集水区处于负压状态；

第二步，将孔隙水采样器垂直悬挂于船体一侧，然后抓住绳索将采样器瞬间释放，然后用竹竿等探测采样器插入沉积物的深度，确认采样装置能够完全插入河床沉积物；

第三步，用一次性注射器依次抽取不同编号的直通阀获取不同深度的沉积物孔隙水，并将孔隙水注入相应的盛装容器，其中注射器吸满时应将直通阀关闭，再次抽吸时再打开，以防止孔隙水回流带入空气将孔隙水中的还原性物质氧化，同时也防止因空气进入而改变孔隙水的氧化还原电位等物理参数；

第四步，在获取孔隙水足量后，通过绳索拔出采样器，并将采样器予以适当清理，然后进行下一站位的样品采集，具体操作方法与上述三步相同；

第五步，将获取的孔隙水样品带回实验室对孔隙水中的有机碳、硫化物及重金属等相关指标进行分析，并将该结果与常规柱状沉积物的分析进行对比。

将分析样品所得数据与国内外相关文献研究结果进行对比验证，发现检测结果准确可信，表明本发明装置样品采集可靠，实验取得了较为满意的效果。

(2)湖泊沉积物孔隙水的采集

采集烟台凤凰山水库柱状沉积物孔隙水，分别在水库中央及南北两侧共设置三个站位，上述站位柱状沉积物孔隙水的采集步骤与河流柱状沉积物孔隙水采集步骤相似，只是将孔隙水的分析指标变更为主要营养盐，同时采用重力式采样器对湖底柱状沉积物进行了采集。样品经连续流动分析仪分析，将上述二者样品分析结果对比，证明采用本发明装置所获取的数据可信，结果可靠。

实施例二：海湾沉积物中孔隙水的采集

沉积物中污染物通过孔隙水的释放同样也是半封闭海湾等近岸海域水体污染的主要来源之一，因此认识在潮汐影响下沉积物孔隙水的释放通量至关重要，需要沉积物孔隙水中的主要污染物进行原位采样分析。为此，研究小组分别选择烟台夹河河口、套子湾及四十里湾近岸海域沉积物中的孔隙水作为研究对象，对该区域柱状沉积物孔隙水中重金属的含量测定采用本发明装置进行了柱状沉积物孔隙水的分层采集，具体步骤与河道及湖泊柱状沉积物孔隙水的采集方法相同，只是在水深2米左右的区域增加了潜水员下水确认采样器插入沉积物的深度。

将上述分析样品所得数据与传统方法采样(柱状沉积物分层离心)所得数据以及国内外相关文献研究结果进行对比验证，发现检测结果准确可信，同时也证明了采样器的稳定性与可靠性，取得了较为满意的效果，该装置具有良好的推广应用价值。

Claims (8)

1.一种浅水区域柱状沉积物孔隙水的原位分层采集装置，其特征在于，包括柱体(11)、密封分层盘(6)、导水管(8)及抽吸装置(10)，其中柱体(11)为中空结构、并侧壁上设有多个渗水进水孔(3)，所述密封分层盘(6)设置于柱体(11)内部，所述密封分层盘(6)沿轴向设有多个积存区、并中心设有管线槽(2)，所述管线槽(2)上设有多个分别与各积存区连通的吸水孔，所述管线槽(2)内设有多个导水管(8)，各导水管(8)的下端分别通过管线槽(2)上的吸水孔与各积存区连通，上端由柱体(11)内伸出，为采集端，所述抽吸装置(10)用于在各导水管(8)的采集端采集各层积存区内的沉积物孔隙水。

2.按权利要求1所述的浅水区域柱状沉积物孔隙水的原位分层采集装置，其特征在于，所述柱体(11)的下端设有锥形尖角(4)，上端设有用于固定密封分层盘(6)的压盖。

3.按权利要求2所述的浅水区域柱状沉积物孔隙水的原位分层采集装置，其特征在于，所述导水管(8)的采集端设有直通阀(7)，下端设有与管线槽(2)上的吸水孔连通的弯头(9)。

4.按权利要求3所述的浅水区域柱状沉积物孔隙水的原位分层采集装置，其特征在于，所述管线槽(2)的上端设有密封胶塞(5)，多个导水管(8)通过密封胶塞(5)密封固定。

5.按权利要求1所述的浅水区域柱状沉积物孔隙水的原位分层采集装置，其特征在于，所述抽吸装置(10)为注射器。

6.按权利要求1-5中任一项所述的浅水区域柱状沉积物孔隙水的原位分层采集装置，其特征在于，所述柱体(11)的上端进一步设有柱体外环(1)。

7.按权利要求1所述的浅水区域柱状沉积物孔隙水的原位分层采集装置，其特征在于，所述密封分层盘(6)包括多个圆盘和一个连接管，各圆盘上设有中心孔，多个圆盘通过穿过中心孔的连接管依次串联，相邻圆盘之间的间隙为积存区，所述连接管的内腔为所述管线槽(2)。

8.按权利要求7所述的浅水区域柱状沉积物孔隙水的原位分层采集装置，其特征在于，所述圆盘的外圆周上设有密封圈。