CN109752219A - 伸缩杆式的泵吸软管采样和分离制备一体化设备及方法 - Google Patents

Abstract

一种伸缩杆式的泵吸软管采样和分离制备一体化设备及方法，该设备包括箱体及设于箱体内的蓄电池、微型真空泵、微型蠕动泵、流量计、电磁阀、控制面板、软管转轮、可拆卸插接于箱体的伸缩杆、设于箱体底部的伸缩脚、卷绕设于软管转轮的软管、与软管取水端连接的采样头和与软管出水端连接的水样分离装置，软管通过伸缩杆下方的吊环支撑，软管上设置有微型蠕动泵流量计、电磁阀，蓄电池和控制面板与微型真空泵、微型蠕动泵、控制面板、流量计和电磁阀连接，微型蠕动泵可将软管取水端的水抽至水样分离装置，微型真空泵与水样分离装置连通，为水样分离装置提供负压环境；本发明能实现水样采集与水样分离一体化功能，适用于常规和特殊环境中水体采集。

Description

伸缩杆式的泵吸软管采样和分离制备一体化设备及方法

技术领域

本发明涉及水体环境监测领域，具体涉及一种伸缩杆式的泵吸软管采样和分离制备一体化设备。

背景技术

水样采集是水环境监测工作中的重要环节，而水样采集设备又是水样采集必不可少的工具。国内外的水样采集设备主要包括全自动的无人采样设备和人工采样设备，无人采样设备因其造价和维护成本昂贵而难以推广；人工采样设备目前主要是针对如何采集水体中不同深度的水样，以及如何确保采集水样的代表性和多样性，而很少关注如何采集污染严重水域、远距离水域，浅层水域、复杂地形水域等采样点的水样。

中国实用新型专利“便携式浅水水质取样装置”(申请号20162038490 0.5)提供一种由取水枪、活塞组件和取样瓶组成的便携式取样装置，该装置可避免取样时瓶身破坏水流场造成检测结果不具代表性的问题，同时可采集水体不同深度的水样；但该装置为手抽式采样器，采样过程中需要采样人员近距离接触水域，因此，其不适用于对较远距离水域采样。

中国发明专利“一种污水取样装置”(申请号201810357411.4)公开一种漂浮式的污水取样装置，该装置将微型蠕动泵、电动机和样品储藏室置于漂浮阀上，通过微型蠕动泵将污水吸入样品储藏室。该装置可避免采样人员直接进入污水区域，可采集污水池水样，但由于其需要漂浮于水面进行采样，因此该装置难以应用于水深极浅或者礁石、杂草较多的水域采样。

中国实用新型专利“可伸缩式取样装置”(申请号201820135026.0)提供一种多级伸缩套杆的取样装置，该装置在套杆的取水端安装采样瓶；但该装置取水端安装的取样瓶尺寸较大，不宜采取水深极浅水域的水样。

中国实用新型专利“自动化地表水采集装置”(申请号201721913290.4)提供一种要由卷扬机构和水样采集桶组成的取样装置，该装置通过卷扬机将钢缆上连接的水样采集桶下放至水面下的预定深度并进行水样采集，可采取不同深度和不同距离的水样，但装置所述的采样桶尺寸较大，而且笨重。因此，该装置不宜采取水深极浅水域的水样，携带及操作不方便。

综上，现有采样设备主要存在如下不足：(1)现有采样设备主要是针对水样采集，对水沙混合样、浮游生物水样采集及其现场分离的一体化设备未见报道；(2)现有人工采样设备尚不能完全覆盖污染严重水域、远距离水域，水深极浅水域，或复杂地形水域等采样点的水样采集工作，需进一步完善，以降低水样采集工作的难度和风险。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种伸缩杆式的泵吸软管采样和分离制备一体化设备，该设备可模块化，可组合式、可车载充电、便于携带且操作方便，充分发挥了伸缩杆和软管长度可调，浮标定深、采样头和水样分离装置功能多样等特点，即可实现不同水域不同深度的水样、泥沙混合样和浮游生物水样采集，避免了现有人工采样设备在某些水域取样时存在的缺陷，又可实现水沙现场分离和浮游生物定量预处理等工作。

本发明采用的技术方案如下：

一种伸缩杆式的泵吸软管采样和分离制备一体化设备，包括箱体及设于箱体内的蓄电池、微型真空泵、微型蠕动泵、流量计、电磁阀、控制面板、软管转轮、可拆卸插接于箱体的伸缩杆、设于箱体底部的伸缩脚、卷绕设于软管转轮的软管、与软管取水端连接的采样头和与软管出水端连接的水样分离装置，所述软管固定于伸缩杆下方的吊环上，软管上设置有微型蠕动泵流量计、电磁阀，蓄电池和控制面板与微型真空泵、微型蠕动泵、流量计和电磁阀连接，微型蠕动泵用于将软管取水端的水抽至水样分离装置，所述微型真空泵用于与水样分离装置连通，为水样分离装置提供负压环境。

进一步的，所述采样头上方安装有浮标。

进一步的，所述采样头包括陶瓷滤头、花盘状浮游生物采样器、多孔柱状采样头和电磁阀采样桶。

进一步的，所述箱体的顶端安装有伸缩杆插孔，所述伸缩杆插孔用于支撑伸缩杆。

进一步的，所述水样分离装置为悬浮泥沙过滤装置或浮游生物过滤装置，所述悬浮泥沙过滤装置用于实现泥沙与水样的分离，所述浮游生物过滤装置用于实现水样与浮游生物的分离。

进一步的，所述悬浮泥沙过滤装置包括水样分离滤头和采样瓶，所述水样分离滤头包括滤头上端盖、滤膜、多孔陶瓷、垫圈、垫片、滤头下端盖、橡胶塞，滤头上端盖和滤头下端盖上下连接形成密闭空腔，滤膜、多孔陶瓷、垫圈、垫片由上至下叠装在所述密闭空腔内；橡胶塞将采样瓶的瓶口插紧密封，滤头下端盖的下部导管从橡胶塞穿出后伸入到采样瓶内，滤头上端盖的上部导管与软管的出水端连接；所述橡胶塞中插入有与微型真空泵连通的抽气管，通过微型真空泵为采样瓶提供负压环境，所述滤膜上的泥沙混合水样即可在压力差作用下实现泥沙与水样分离。

进一步的，所述浮游游生物过滤装置包括25号浮游生物网滤头和采样瓶，25号浮游生物网滤头套接在采样瓶的瓶口，所述25号浮游生物网滤头与软管的出水端连接。

一种采用伸缩杆式的泵吸软管采样和分离制备一体化设备进行采样的方法，其特征在于使用上述设备进行，所述方法包括如下步骤：

1)打开箱体的箱门，从箱体中取出伸缩杆，根据采样点距离调节伸缩杆长度；

2)将软管穿入伸缩杆下方的吊环，在软管的取水端处安装采样头，在采样头上方的软管上安装浮标；

3)软管的出水端连接微型蠕动泵，通过软管转轮调节软管长度；

4)将装有采样头的软管一端放入指定的采样水域，伸缩杆8插入箱体顶端的伸缩杆插孔；

5)调节伸缩脚的长度，出水口距离地面高约40cm；

6)在设备出水口正下方放置水样分离装置；

7)启动微型蠕动泵，将软管取水端的水抽至水样分离装置。

进一步的，当所述水样分离装置为悬浮泥沙过滤装置时，所述步骤7)具体为：

通过软管连接悬浮泥沙过滤装置的进水口与电磁阀；

通过软管连接悬浮泥沙过滤装置的抽气口与微型真空泵；

打开控制面板操作界面，设置水样抽取体积，通过微型蠕动泵泵吸，将软管取水端的水经流量计和电磁阀抽至悬浮泥沙过滤装置，通过微型真空泵为悬浮泥沙过滤装置中的采样瓶提供负压环境，悬浮泥沙过滤装置滤膜上的泥沙混合水样即可在压力差作用下实现泥沙与水样分离；

待水样采集和分离完毕，拧上采样瓶的瓶盖，水样置于便携冷藏箱保存，滤膜用自封袋保存，以测量水样的泥沙含量；

最后用转轮收纳软管，并将伸缩杆、浮标、采样头放回采样设备的箱体中。

进一步的，当所述水样分离装置为浮游游生物过滤装置时，所述步骤7)具体为：

通过软管连接浮游游生物过滤装置的进水口与电磁阀；

打开控制面板操作界面，设置水样抽取体积，通过微型蠕动泵泵吸，将软管取水端的水经流量计和电磁阀抽至浮游游生物过滤装置，电磁阀出水经软管直接流入采样瓶，待采样瓶水满后，水样透过25号浮游生物网滤头溢流，水样中的浮游生物则被浮游生物网截留在采样瓶中，从而实现水样与浮游生物分离的目的；

用转轮收纳软管，并将伸缩杆、浮标、采样头放回采样设备的箱体中。

本发明的优点和增益效果在于：

(1)组合了伸缩杆、软管、浮标和采样头等体积小、重量轻的配件，采用泵吸软管方式采取水样，可较为精准的采集各类水域指定位置和指定深度的水样，而且泵吸方式对伸缩杆刚性和强度限制性小，可操作性强，适用面广。

(2)设计了陶瓷滤头、多孔柱状采样头、电磁阀采样桶和花盘状浮游生物采样器等采样头，以及悬浮泥沙过滤装置和浮游生物过滤装置等现场水样分离装置，同时实现了水样、水沙混合样、浮游生物样等水样采集和水样分离工作。

(3)整套设备为组合式、便携式、可车载式和船载式充电，是一种兼具水样采集和水样分离功能的一体化设备，适用于常规水域和特殊水域等环境。

附图说明

图1为本发明伸缩杆式的泵吸软管采样和分离制备一体化设备其中一个实施例的结构示意图；

图2为本发明中悬浮泥沙过滤装置的分解结构示意图；

图3为本发明中悬浮泥沙过滤装置组装后的结构示意图；

图4为本发明中浮游生物过滤装置的分解结构示意图；

图5为本发明中浮游生物过滤装置中生物网滤头的俯视图；

图6为本发明中浮游生物过滤装置组装后的结构示意图；

图7为本发明中采样头的分解结构示意图。

图中：1—微型真空泵；2—电磁阀；3—流量计；4—微型蠕动泵；5—软管转轮；6—蓄电池；7—控制面板；8—伸缩杆；9—吊环；10—软管；11—浮标；12—采样头；13—水样分离装置；14—伸缩脚；15—伸缩杆插孔；16—提手；17—抽气管；

12-1—陶瓷滤头；12-2—花盘状浮游生物采样器；12-3—多孔柱状采样头；12-4—电磁阀采样桶；

13-1—滤头上端盖；13-2—滤膜；13-3—多孔陶瓷片；13-4—垫圈；13-5—垫片；13-6—滤头下端盖；13-7—橡胶塞；13-8—采样瓶；13-9—25号浮游生物网滤头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但本发明的实施方式不限于此。

本发明以采取远距离水域(距离岸边1m，高2m)的水样(水深15cm，水样体积1L)为例。如图1所示，采用伸缩杆式的泵吸软管采样和分离制备一体化设备采集和分离水样，该设备的其中一个实施例包括箱体及设于箱体内的蓄电池6、微型真空泵1、微型蠕动泵4、流量计3、电磁阀2、控制面板7、软管转轮5、可拆卸插接于箱体的伸缩杆8、设于箱体底部的伸缩脚14、卷绕设于软管转轮5的软管10、与软管10取水端连接的采样头12和与软管10出水端连接的水样分离装置13。

所述蓄电池6、微型真空泵1、微型蠕动泵4、流量计3、电磁阀2、控制面板7可模块化，其中蓄电池6和控制面板7与微型真空泵1、微型蠕动泵4连接，用于提供电力能源，控制面板7为操作界面；所述软管10通过伸缩杆8上的吊环9支撑并固定，软管10内径为1～10mm，长为1～12m，软管10通过软管转轮5调节长度，软管10的出水端连接水样分离装置13，取水端与采样头12连接，并在采样头12上方安装浮标11，所述浮标11具有一定浮力，调节浮标11位置可控制采样头12没入水体的深度。箱体的侧面开口，且通过铰接于开口一侧的箱门将所述侧面开口密封。所述伸缩杆8为轻质的高强度碳素材料，伸缩杆长度可根据采样点距离调节，长度为3～6m。

所述箱体的顶端安装有伸缩杆插孔15，所述伸缩杆插孔15可支撑伸缩杆8，所述伸缩脚14长度可根据采样瓶13-8的大小调节。

所述水样分离装置13为悬浮泥沙过滤装置或浮游生物过滤装置，其中悬浮泥沙过滤装置的结构如图2和图3所示，所述悬浮泥沙过滤装置包括水样分离滤头和采样瓶13-8，所述水样分离滤头包括滤头上端盖13-1、滤膜13-2、多孔陶瓷13-3、垫圈13-4、垫片13-5、滤头下端盖13-6、橡胶塞13-7，其中滤膜13-2可更换。滤头上端盖13-1和滤头下端盖13-6可上下螺纹旋接形成密闭空腔，滤膜13-2、多孔陶瓷13-3、垫圈13-4、垫片13-5由上至下叠装在所述密闭空腔内。橡胶塞13-7将采样瓶13-8的瓶口插紧密封，滤头下端盖13-6的下部导管从橡胶塞13-7穿出后伸入到采样瓶13-8内，滤头上端盖13-1的上部导管与软管10的出水端连接，橡胶塞13-7中还插入有与微型真空泵1连通的抽气管17，通过微型真空泵1为采样瓶13-8提供负压环境，所述滤膜13-2上的泥沙混合水样即可在压力差作用下实现泥沙与水样分离，泥沙沉积在滤膜13-2上，采集的水样进入采样瓶13-8中。

所述浮游生物过滤装置的结构如图4-6所示，所述浮游游生物过滤装置包括25号浮游生物网滤头13-9和采样瓶13-8，25号浮游生物网滤头13-9套接在采样瓶13-8的瓶口，所述25号浮游生物网滤头13-9通过软管与电磁阀2连接，电磁阀2出水经软管直接流入采样瓶13-8，待采样瓶13-8水满后，水样透过25号浮游生物网滤头13-9溢流，水样中的浮游生物则被浮游生物网截留在采样瓶13-8中，从而实现水样与浮游生物分离的目的。

如图7所示，所述采样头12包括陶瓷滤头12-1、花盘状浮游生物采样器12-2、多孔柱状采样头12-3和电磁阀采样桶12-4。

所述陶瓷滤头12-1与悬浮泥沙过滤装置配合使用，用于水样采集，其中陶瓷滤头12-1连接软管10取水端，悬浮泥沙过滤装置连接软管10出水端，通过微型蠕动泵4泵吸水样，微型真空泵1提供过滤负压，实现水样现场采集与过滤。

所述多孔柱状采样头12-3和电磁阀采样桶12-4与悬浮泥沙过滤装置配合使用，用于原位柱状水沙混合样采集，其中多孔柱状采样头12-3连接软管10取水端并安装于电磁阀采样桶桶12-4内底部，悬浮泥沙过滤装置连接软管10出水端，待电磁阀采样桶12-4原位装满柱状泥沙水样后关闭桶底电磁阀，打开控制面板7操作界面，设置水样抽取体积，通过微型蠕动泵4泵吸，微型真空泵1提供过滤负压，实现泥沙与水样的现场分离。

所述花盘状浮游生物采样器12-2与浮游游生物过滤装置配合使用，用于表层水体浮游生物的定性和定量样品采集，其中花盘状浮游生物采样器12-2与软管10的取水端连接，浮游游生物过滤装置与软管10出水端连接，通过操作界面控制水样泵吸量，微型真空泵1提供过滤负压，实现水样与浮游生物分离。

使用本发明一种伸缩杆式的泵吸软管采样和分离制备一体化设备的具体实施步骤如下：

1)打开箱体的箱门，从箱体中拿出伸缩杆8，根据采样点距离将伸缩杆8长度调节为2m；

2)将软管10穿入伸缩杆8下方的吊环9，在软管10的取水端处安装采样头12，在采样头12上方15cm处的软管10上安装浮标11；

3)软管10的出水端连接微型蠕动泵4，通过软管转轮5调节软管10长度，软管10长度设计为4m；

4)将装有采样头12的软管10一端放入指定的采样水域，伸缩杆8插入箱体顶端的伸缩杆插孔15；

5)调节伸缩脚14的长度，出水口距离地面高约40cm；

6)在设备出水口正下方放置适宜分离1L泥沙混合水样的悬浮泥沙过滤装置，高约30cm；

7)按图2所示悬浮泥沙过滤装置的分解结构组装悬浮泥沙装置(图3)，并通过软管连接悬浮泥沙过滤装置的进水口与电磁阀2；

8)通过软管连接悬浮泥沙过滤装置的抽气口与微型真空泵1；

9)打开控制面板7操作界面，设置水样抽取体积为1L，通过微型蠕动泵4泵吸，将软管取水端的水经流量计3和电磁阀2抽至悬浮泥沙过滤装置，通过微型真空泵1为悬浮泥沙过滤装置中的采样瓶13-8提供负压环境，悬浮泥沙过滤装置滤膜13-2上的泥沙混合水样即可在压力差作用下实现泥沙与水样分离；若要采集浮游生物，则将软管取水端的水经流量计3和电磁阀2抽至浮游生物过滤装置，电磁阀2出水经软管直接流入采样瓶13-8，待采样瓶13-8水满后，水样透过25号浮游生物网滤头13-9溢流，水样中的浮游生物则被浮游生物网截留在采样瓶13-8中，从而实现水样与浮游生物分离的目的；

10)待水样采集和分离完毕，拧上采样瓶13-8的瓶盖，水样置于便携冷藏箱保存，滤膜用自封袋保存，以测量水样的泥沙含量；

11)最后用转轮5收纳软管10，并将伸缩杆8、浮标11、采样头12等配件放回采样设备的箱体中。

本发明所述一体化设备可模块化，可组合、可车载并充电、携带和操作方便，采样头和水样分离装置功能多样，不仅实现了不同水域不同深度的水样、泥沙混合样和浮游生物水样采集，避免了现有人工采样设备在某些水域取样时存在的缺陷，还实现了水沙现场分离和浮游生物定量预处理等工作。

Claims (10)

1.一种伸缩杆式的泵吸软管采样和分离制备一体化设备，其特征在于：包括箱体及设于箱体内的蓄电池(6)、微型真空泵(1)、微型蠕动泵(4)、流量计(3)、电磁阀(2)、控制面板(7)、软管转轮(5)、可拆卸插接于箱体的伸缩杆(8)、设于箱体底部的伸缩脚(14)、卷绕设于软管转轮(5)的软管(10)、与软管(10)取水端连接的采样头(12)和与软管(10)出水端连接的水样分离装置(13)，所述软管(10)固定于伸缩杆(8)下方的吊环(9)上，软管(10)上设置有微型蠕动泵(4)、流量计(3)、电磁阀(2)，蓄电池(6)和控制面板(7)与微型真空泵(1)、微型蠕动泵(4)、流量计(3)和电磁阀(2)连接，微型蠕动泵(4)可将软管(10)取水端的水抽至水样分离装置(13)，所述微型真空泵(1)用于与水样分离装置(13)连通，为水样分离装置(13)提供负压环境。

2.如权利要求1所述的一种伸缩杆式的泵吸软管采样和分离制备一体化设备，其特征在于：所述采样头(12)上方安装有浮标(11)。

3.如权利1要求所述的一种伸缩杆式的泵吸软管采样和分离制备一体化设备，其特征在于：所述采样头(12)包括陶瓷滤头(12-1)、花盘状浮游生物采样器(12-2)、多孔柱状采样头(12-3)和电磁阀采样桶(12-4)。

4.如权利要求1所述的一种伸缩杆式的泵吸软管采样和分离制备一体化设备，其特征在于：所述箱体的顶端安装有伸缩杆插孔(15)，所述伸缩杆插孔(15)用于支撑伸缩杆(8)。

5.如权利要求1所述的一种伸缩杆式的泵吸软管采样和分离制备一体化设备，其特征在于：所述水样分离装置(13)为悬浮泥沙过滤装置或浮游生物过滤装置，所述悬浮泥沙过滤装置用于实现泥沙与水样的分离，所述浮游生物过滤装置用于实现水样与浮游生物的分离。

6.如权利要求5所述的一种伸缩杆式的泵吸软管采样和分离制备一体化设备，其特征在于：所述悬浮泥沙过滤装置包括水样分离滤头和采样瓶(13-8)，所述水样分离滤头包括滤头上端盖(13-1)、滤膜(13-2)、多孔陶瓷(13-3)、垫圈(13-4)、垫片(13-5)、滤头下端盖(13-6)、橡胶塞(13-7)，滤头上端盖(13-1)和滤头下端盖(13-6)上下连接形成密闭空腔，滤膜(13-2)、多孔陶瓷(13-3)、垫圈(13-4)、垫片(13-5)由上至下叠装在所述密闭空腔内；橡胶塞(13-7)将采样瓶(13-8)的瓶口插紧密封，滤头下端盖(13-6)的下部导管从橡胶塞(13-7)穿出后伸入到采样瓶(13-8)内，滤头上端盖(13-1)的上部导管与软管(10)的出水端连接；所述橡胶塞(13-7)中插入有与微型真空泵(1)连通的抽气管(17)，通过微型真空泵(1)为采样瓶(13-8)提供负压环境，所述滤膜(13-2)上的泥沙混合水样即可在压力差作用下实现泥沙与水样分离。

7.如权利要求5所述的一种伸缩杆式的泵吸软管采样和分离制备一体化设备，其特征在于：所述浮游游生物过滤装置包括25号浮游生物网滤头(13-9)和采样瓶(13-8)，25号浮游生物网滤头(13-9)套接在采样瓶(13-8)的瓶口，所述25号浮游生物网滤头(13-9)与软管(10)的出水端连接。

8.一种采用伸缩杆式的泵吸软管采样和分离制备一体化设备进行采样的方法，其特征在于使用权利要求1-7中任一项所述设备进行，所述方法包括如下步骤：

1)打开箱体的箱门，从箱体中取出伸缩杆(8)，根据采样点距离调节伸缩杆(8)长度；

2)将软管(10)穿入伸缩杆(8)下方的吊环(9)，在软管(10)的取水端处安装采样头(12)，在采样头(12)上方的软管(10)上安装浮标(11)；

3)软管(10)的出水端连接微型蠕动泵(4)，通过软管转轮(5)调节软管(10)长度；

4)将装有采样头(12)的软管(10)一端放入指定的采样水域，伸缩杆8插入箱体顶端的伸缩杆插孔(15)；

5)调节伸缩脚(14)的长度，出水口距离地面高约40cm；

6)在设备出水口正下方放置水样分离装置(13)；

7)启动微型蠕动泵(4)，将软管(10)取水端的水抽至水样分离装置(13)。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：当所述水样分离装置为悬浮泥沙过滤装置时，所述步骤7)具体为：

通过软管连接悬浮泥沙过滤装置的进水口与电磁阀(2)；

通过软管连接悬浮泥沙过滤装置的抽气口与微型真空泵(1)；

打开控制面板(7)操作界面，设置水样抽取体积，通过微型蠕动泵(4)泵吸，将软管取水端的水经流量计(3)和电磁阀(2)抽至悬浮泥沙过滤装置，通过微型真空泵(1)为悬浮泥沙过滤装置中的采样瓶(13-8)提供负压环境，悬浮泥沙过滤装置滤膜(13-2)上的泥沙混合水样即可在压力差作用下实现泥沙与水样分离；

待水样采集和分离完毕，拧上采样瓶(13-8)的瓶盖，水样置于便携冷藏箱保存，滤膜用自封袋保存，以测量水样的泥沙含量；

最后用转轮(5)收纳软管(10)，并将伸缩杆(8)、浮标(11)、采样头(12)放回采样设备的箱体中。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于：当所述水样分离装置为浮游游生物过滤装置时，所述步骤7)具体为：

通过软管连接浮游游生物过滤装置的进水口与电磁阀(2)；

打开控制面板(7)操作界面，设置水样抽取体积，通过微型蠕动泵(4)泵吸，将软管取水端的水经流量计(3)和电磁阀(2)抽至浮游游生物过滤装置，电磁阀(2)出水经软管直接流入采样瓶(13-8)，待采样瓶(13-8)水满后，水样透过25号浮游生物网滤头(13-9)溢流，水样中的浮游生物则被浮游生物网截留在采样瓶(13-8)中，从而实现水样与浮游生物分离的目的；

用转轮(5)收纳软管(10)，并将伸缩杆(8)、浮标(11)、采样头(12)放回采样设备的箱体中。