CN106644587B - 水体沉积物界面有机污染物渐升式被动采样器 - Google Patents

水体沉积物界面有机污染物渐升式被动采样器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水体沉积物界面有机污染物渐升式被动采样器，包括沉积物孔隙水采样器和设置在沉积物孔隙水采样器上端的水体污染物被动采样器，沉积物孔隙水采样器整体为六棱柱形，六棱柱的每个侧面安装有沉积物采样单元，水体污染物被动采样器其内沿垂直方向依次排列设有12个横置的水体采样单元，通过将沉积物孔隙水采样器和水体采样器有机的组合在一起，可以准确地同时获得同一位置不同深度沉积物孔隙水中有机污染物浓度和不同高度上覆水体中有机污染物浓度，即同时多点测得沉积物孔隙水和上覆水体中不同位置的浓度，再通过数学计算处理，便可获得沉积物孔隙水和上覆水体之间的真实扩散通量，本发明用于污染物水体采样技术领域。

Description

水体沉积物界面有机污染物渐升式被动采样器
技术领域
本发明涉及水体采样装置领域，具体是一种水体沉积物界面有机污染物渐升式被动采样器。
背景技术
持久性有机污染物是指在环境中长期残留、迁移并在生物体中蓄积的高毒性疏水有机物，在自然环境中持久性有机污染物易于在水体中与沉积物进行扩散交换，而这种扩散交换过程受控于污染物在沉积物孔隙水中的浓度，正确评估疏水性污染物在沉积物孔隙水和上覆水体之间的交换通量是非常必要的。
现有技术中，传统方法是分别测定沉积物和水体中有机物的浓度，然后进行比较，估算有机污染物的扩散方向和通量，或者采用原位通量测定法即在原位设置通量测试箱，根据被动扩散原理，经过一段时间以后测定箱内吸附剂中目标物的含量，根据平衡分配系数再估算扩散通量。
现有技术中，传统方法虽然简便、直接，但是存在以下缺点，首先是只能测定孔隙水和上覆水体有单个点的数据，难以准确反映浓度变化的特征；其次，界面通量的估算基于浓度梯度为线性的假设，与理论推算和实际情况不符；再次，测定沉积物孔隙水和上覆水体有机物浓度需要大量溶剂，回收率低、分析成本过高。
而原位通量测定法有着可以直接测定扩散通量，受环境因素干扰小的优点，但也存在以下缺点，首先该方法测量的是静态单向扩散通量，即在吸附剂的吸附性驱动下，部分目标物从沉积物或上覆水体中迁移的逸出通量，排除了水体中的目标物向下沉积的通量，因此所测得的不是平衡通量；其次所测的通量是吸附剂位置的通量，不是沉积物到水体的完整扩散通量;再次只能测得某一水体深度的单个数据。
发明内容 本发明的目的是提供一种水体沉积物界面有机污染物渐升式被动采样器，以解决现有技术存在的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
水体沉积物界面有机污染物渐升式被动采样器，其特征在于：包括：
沉积物孔隙水采样器，其由竖直设置的六棱柱体，以及设在六棱柱体六个侧面上的沉积物采样单元构成，
水体污染物被动采样器，其包括竖直连接在六棱柱体上端面中心的中心支撑柱，以及分别竖直连接在六棱柱体上端面各个棱角处的侧支撑柱，由中心支撑柱及侧支撑柱构成支撑架，支撑架内水平设有多组水体采样单元，多组水体采样单元从下至上依次排列，且水体采样单元之间间隔距离从下至上依次增大。
所述的水体沉积物界面有机污染物渐升式被动采样器，其特征在于：所述沉积物采样单元包括第一多孔夹板件，第一多孔夹板件其中一侧外板面紧贴设在六棱柱体对应侧面上，第一多孔夹板件内夹设有多组并排排列且分别呈长条形的膜组件，每个膜组件分别由吸附膜和夹持在吸附膜两侧膜面上的滤膜构成，由滤膜分别隔开吸附膜膜面与第一多孔夹板件对应侧内板面，并由滤膜在吸附膜膜面与第一多孔夹板件对应侧内板面之间形成滤除颗粒物的水通道。
所述的水体沉积物界面有机污染物渐升式被动采样器，其特征在于：所述水体采样单元包括第二多孔夹板件，第一多孔夹板件内夹设有多组并排排列且分别呈长条形的膜组件，每个膜组件分别由吸附膜和夹持在吸附膜两侧膜面上的滤膜构成，由滤膜分别隔开吸附膜膜面与第一多孔夹板件对应侧内板面，并由滤膜在吸附膜膜面与第一多孔夹板件对应侧内板面之间形成滤除颗粒物的含水通道。
所述的水体沉积物界面有机污染物渐升式被动采样器，其特征在于：所述滤膜为玻璃纤维膜。
所述的水体沉积物界面有机污染物渐升式被动采样器，其特征在于：所述吸附膜为低密度聚乙烯吸附膜。
所述的水体沉积物界面有机污染物渐升式被动采样器，其特征在于：多组水体采样单元之间间隔在竖直方向上按等差级数依次增大渐升式排列。
所述的水体沉积物界面有机污染物渐升式被动采样器，其特征在于：中心支撑柱上端还系有浮标。
所述的水体沉积物界面有机污染物渐升式被动采样器，其特征在于：还包括连接杆件、加长杆件、杆柄，连接杆件共中心轴可拆卸连接在中心支撑柱上端，加长杆件可拆卸连接在连接杆件上端，且根据采样深度需要增加或减少加长杆件数量，杆柄安装在最上方的加长杆件上端。
所述的水体沉积物界面有机污染物渐升式被动采样器，其特征在于：杆柄上加装有防滑装置。
本发明中，与已有技术相比，有益效果体现在：
本发明通过将沉积物孔隙水采样器和水体污染物被动采样器有机的组合在一起，且沉积物孔隙水采样器在六棱柱各侧面垂直设置有沉积物采样单元，水体污染物被动采样器沿竖直方向依次排列设有多个横置的水体采样单元，可以准确地同时获得同一位置不同深度沉积物孔隙水中有机污染物浓度和不同高度上覆水体中有机污染物浓度，即同时多点测得沉积物孔隙水和上覆水体中不同位置的浓度，由此获得沉积物‒水界面上下不同相中的真实浓度梯度变化，再通过数学计算处理，便可获得沉积物孔隙水和上覆水体之间的真实扩散通量。
附图说明
图1为本发明整体结构正视图。
图2为本发明中水体采样单元安装俯视图。
图3为本发明中水体采样单元结构正剖视图。
图4为本发明中水体采样单元俯视图。
图5为本发明中沉积物孔隙水采样器结构俯视图。
图6为本发明中沉积物采样单元结构正剖视图。
图7为本发明中沉积物采样单元结构俯剖视图。
图8为本发明中连接杆件、加长杆件、杆柄连接示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括沉积物孔隙水采样器2和连接在沉积物孔隙水采样器2上端的水体污染物被动采样器1，沉积物孔隙水采样器2以六棱柱体作为支撑物，在六棱柱体的六个侧面分别设有沉积物采样单元4，水体污染物被动采样器1内沿竖直方向从下至上依次设有12个水平的水体采样单元3。
本发明通过将沉积物孔隙水采样器2和水体污染物被动采样器1有机的组合在一起，且沉积物孔隙水采样器中六棱柱体各侧面设有沉积物采样单元4，在水体污染物被动采样器1沿竖直方向依次排列设有12个水平的水体采样单元3，可以准确地同时获得同一位置不同深度沉积物孔隙水中有机污染物浓度和不同高度上覆水体中有机污染物浓度，即同时多点测得沉积物孔隙水和上覆水体中不同位置的浓度，由此获得沉积物‒水界面上下不同相中的真实浓度梯度变化，再通过数学计算处理，便可获得沉积物孔隙水和上覆水体之间的真实扩散通量。
现有技术中的原位通量测定法只能测定某一水体深度的从沉积物孔隙水到上覆水体的单向扩散通量，而不能测定平衡扩散通量，也不能获得所测点位的沉积物孔隙水中有机污染物的浓度数据。
对于沉积物孔隙水和上覆水体的有机污染物采样提取，通过设有沉积物采样单元4和水体采样单元3进行被动吸附有机污染物，免除诸如大量样品的采集、离心分离、溶剂提取超声萃取等繁琐、耗时的操作，大大降低了样品的采集和前处理成本，大幅度提高样品分析效率和数据准确度。
如图1、图5‒图7所示，作为本发明的优选实施方式，沉积物采样单元4包括第一多孔夹板件43和夹持在第一多孔夹板件43中的多组膜组件，由第一多孔夹板件43和多组膜组件形成沉积物格状采样板，其中滤膜42设置在吸附膜41两侧膜面上，每个膜组件中的吸附膜41和滤膜42均剪成宽度为10 mm的长条状，多个膜组件并排排列并贴满在第一多孔夹板件43中。
第一多孔夹板件43采用不锈钢板件制成，内设有吸附膜41，在吸附膜41两侧膜面贴覆有滤膜42，吸附膜41的数量和尺寸与滤膜的数量和尺寸一致，通过不锈钢螺钉组件将吸附膜41、滤膜42及第一多孔夹板件43紧固装配成单片状的沉积物格状采样板，通过第一多孔夹板件43可起到支撑和保护吸附膜41和滤膜42的作用，保证其处于竖直的状态，提高数据的准确性，而滤膜42的作用是滤除颗粒物和在吸附膜41膜面和第一多孔夹板件43对应侧内板面之间形成水通道，以利于有机污染物在吸附膜41和水中的扩散与交换。
沉积物孔隙水采样器2采用六块沉积物格状采样板拼接形成，在沉积物格状采样板的拼接处采用不锈钢角钢连接固定。
如图1、图2‒图4所示，作为本发明的优选实施方式，水体采样单元3结构与沉积物采样单元4结构相同，均包括多组分别由吸附膜31、设置在吸附膜31两侧膜面上的滤膜32构成的膜组件，以及夹持各个膜组件的第二多孔夹板件33。
通过不锈钢螺钉组件将吸附膜31、滤膜32及第二多孔夹板件33紧固装配成单片状的水体采样单元3，通过第二多孔夹板件33可起到支撑和保护吸附膜31和滤膜32的作用，保证其处于水平的状态，提高数据的准确性，而滤膜32的作用是滤除颗粒物和在吸附膜31膜面和第二多孔夹板件33对应侧内板面之间形成水通道，以利于有机污染物在吸附膜31和水中的扩散与交换。
作为本发明的优选实施方式，水体采样单元3围绕着水体污染物被动采样器1的中心从下往上依次排列设于水体污染物被动采样器1内。
作为本发明的优选实施方式，从下往上依次排列的水体采样单元3彼此间隔距离依次增大。且距离沉积物孔隙水采样器顶部距离依次为10 mm，20 mm，30 mm，40 mm，50 mm，100 mm，150 mm，200 mm，300 mm，400 mm，700 mm，1000 mm。
在上覆水体中，有机污染物在垂直方向上的浓度变化是非线性的，因此，相邻水体采样单元3在沿垂直方向上按等差级数间隔排列，水体采样单元3绕着水体污染物被动采样器1的中心轴线依次竖直排列，且依次排列的水体采样单元3之间的间隔距离按等差级数依次增大，水体采样单元3采用这种渐升式的排列方式，可使同一垂直方向上相隔的水体采样单元3之间的间距增大三倍以上，降低和消除因高度方向相隔的两水体采样单元3之间的耗竭性干扰而导致的负误差。
作为本发明的优选实施方式，水体污染物被动采样器1包括设置在沉积物孔隙水采样器2上端的支撑架14，支撑架14由中心的中心支撑柱12和端部的侧支撑柱13构成，中心支撑柱12、侧支撑柱13上端共装有上板11，上板11用于固定中心支撑柱12和侧支撑柱13，构成整体的采样装置，其中呈对角线的两个侧支撑柱13之间从下至上依次安装有多组支撑板15，中心支撑柱从支撑板中穿过，每个高度位置分别有两个水体采样单元3，两个水体采样单元3分别设于支撑板15两侧。
支撑架14为采用不锈钢制成的支架，安装在沉积物孔隙水采样器2的上端用于支撑水体采样单元3，中心支撑柱12位于支撑架14中心，6根侧支撑柱13安装于支撑架14六个端部，中心支撑柱12和侧支撑柱13用于支撑渐升式排列方式的水体采用单元3。
在呈对角线的两个侧支撑柱13之间从下至上依次安装套装有不同高度的支撑板15，第二多孔夹板件两端对角线设有圆孔，圆孔套接于侧支撑柱13，第二多孔夹板件33的一端中部开有大小与侧支撑柱13相对应的圆孔，第二多孔夹板件33通过圆孔套入并用螺钉固定在支撑板15上，使第二多孔夹板件33安装在中心支撑柱12和侧支撑柱13之间，通过将不同高度的支撑板15排列组合，使水体采用单元3在中心支撑柱12和侧支撑柱13之间按渐升式的排列方式固定于水体采样器1内的预定高度上。
如图8所示，作为本发明的优选实施方式，连接杆件51、加长杆件52、杆柄构成杆组件5，其中连接杆件51、加长杆件52采用钢管，杆柄53采用钢制结构，两端接防滑橡胶54。
作为本发明的优选实施方式，吸附膜均为低密度聚乙烯吸附膜，滤膜均为玻璃纤维滤膜。
本发明被动式水体采样器通过设置在沉积物采样单元4和水体采样单元3中的低密度聚乙烯吸附膜作为吸附相原位吸附持久性有机污染物，被吸附采样的样品用有机溶剂从低密度聚乙烯吸附膜上定量洗脱后，用色谱‒质谱方法进行定性与定量分析，再根据分析数据，通过数学处理计算出沉积物孔隙水和上覆水体之间的真实扩散通量。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (7)

1.水体沉积物界面有机污染物渐升式被动采样器，其特征在于：包括：
沉积物孔隙水采样器，其由竖直设置的六棱柱体，以及设在六棱柱体六个侧面上的沉积物采样单元构成，
水体污染物被动采样器，其包括竖直连接在六棱柱体上端面中心的中心支撑柱，以及分别竖直连接在六棱柱体上端面各个棱角处的侧支撑柱，由中心支撑柱及侧支撑柱构成支撑架，支撑架内水平设有多组水体采样单元，多组水体采样单元从下至上依次排列，且水体采样单元之间间隔距离从下至上依次增大；
所述沉积物采样单元包括第一多孔夹板件，第一多孔夹板件其中一侧外板面紧贴设在六棱柱体对应侧面上，第一多孔夹板件内夹设有多组并排排列且分别呈长条形的膜组件，每个膜组件分别由吸附膜和夹持在吸附膜两侧膜面上的滤膜构成，由滤膜分别隔开吸附膜膜面与第一多孔夹板件对应侧内板面，并由滤膜在吸附膜膜面与第一多孔夹板件对应侧内板面之间形成滤除颗粒物的水通道；
所述水体采样单元包括第二多孔夹板件，第一多孔夹板件内夹设有多组并排排列且分别呈长条形的膜组件，每个膜组件分别由吸附膜和夹持在吸附膜两侧膜面上的滤膜构成，由滤膜分别隔开吸附膜膜面与第一多孔夹板件对应侧内板面，并由滤膜在吸附膜膜面与第一多孔夹板件对应侧内板面之间形成滤除颗粒物的含水通道。
2.根据权利要求1所述的水体沉积物界面有机污染物渐升式被动采样器，其特征在于：所述滤膜为玻璃纤维膜。
3.根据权利要求1所述的水体沉积物界面有机污染物渐升式被动采样器，其特征在于：所述吸附膜为低密度聚乙烯吸附膜。
4.根据权利要求1所述的水体沉积物界面有机污染物渐升式被动采样器，其特征在于：多组水体采样单元之间间隔在竖直方向上按等差级数依次增大渐升式排列。
5.根据权利要求1所述的水体沉积物界面有机污染物渐升式被动采样器，其特征在于：中心支撑柱上端还系有浮标。
6.根据权利要求1所述的水体沉积物界面有机污染物渐升式被动采样器，其特征在于：还包括连接杆件、加长杆件、杆柄，连接杆件共中心轴可拆卸连接在中心支撑柱上端，加长杆件可拆卸连接在连接杆件上端，且根据采样深度需要增加或减少加长杆件数量， 杆柄安装在最上方的加长杆件上端。
7.根据权利要求6所述的水体沉积物界面有机污染物渐升式被动采样器，其特征在于：杆柄上加装有防滑装置。
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