CN109855930A - 一种土壤中微塑料分离装置及分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土壤中微塑料分离装置及分离方法，该装置包括固定箱、样品收集池和振动器，固定箱内设置有输送管，输送管的一端穿出固定箱并连接有空气泵、另一端穿出固定箱并连接有过滤器或样品收集瓶，输送管通过进样管与样品收集池的下端相连，样品收集池的顶部设置有过滤漏斗、内部设置有支撑结构，振动器通过支撑结构固定于样品收集池内；样品收集池的上方内侧壁上设置有风扇。分离微塑料的方法，一种是由过滤器上的滤膜隔离收集，一种是分离到样品收集瓶中。本发明分离效果明显提高；样品回收率明显提高；不需要加入密度溶液；不影响微塑料表面吸附的其他污染物含量，便于后续对微塑料表面吸附规律的研究；提取时间缩短，节省人力物力。

Description

一种土壤中微塑料分离装置及分离方法

技术领域

本发明属于固体废弃物处理技术领域，涉及一种土壤中微塑料分离装置及分离方法。

背景技术

塑料的出现改变了我们的生活方式。由于这种材料能够在较大的温度范围内使用、具有较低的热导率、较大的强度重量比、生物惰性、耐用性等优势，在全世界范围内得到了极为广泛的应用，从家庭用品到个人卫生用品，从服装、包装到建筑材料，塑料制品出现在人类生活的方方面面，正是由于其使用的广泛性，自20世纪50年代被投入大规模生产以来，世界塑料产量呈现出了指数增长的趋势，由上世纪50年代的500万吨上升到2016年的3.22亿吨。

在享受塑料制品为生活增添便利的同时，人们也越来越意识到这种材料对环境的危害。2015年《科学》杂志上发表的一份最新研究计算了2010年由陆地排放进入海洋的塑料垃圾总量，结果表明192个沿海国家总共向海洋环境中排放了480-1270万吨左右的塑料垃圾。塑料制品在陆地和水生环境中解体后，最终形成数以万计的微塑料颗粒。微塑料为尺寸介于0.2-5.0 mm的塑料粒料、微纤维、塑料颗粒、泡沫塑料或者薄膜等，是环境中一类不断增加的新兴污染物。

水环境中微塑料污染与危害已引起了科学界的重视，近几年许多学者做了大量的科学研究。目前，国内外关于微塑料污染的研究主要集中于海洋环境，而土壤微塑料污染的相关研究却非常少。因此，土壤微塑料的相关研究，目前仍未有高效准确的方法可以将其从土壤中分离出来，这严重制约着微塑料污染有关研究的深入开展。目前，急需探寻一种简单高效的土壤微塑料的提取方法，为土壤微塑料污染的深入研究提供基础方法，为土壤微塑料污染的深入研究提供基础方法。

沉积物中微塑料的分离与水体样品中微塑料的分离明显不同，由于沉积物等固体介质的存在，使得分离程序和步骤更为复杂。目前通常是采用密度分离的方法，比如采用饱和氯化钠溶液（Nuelle et al, 2014）、多钨酸钠溶液（Corcoran et al, 2009）或海水（Zurcher, 2009）等，对沉积物中微塑料进行分离。由于传统的根据密度原理浸泡分离的方法程序繁琐、操作麻烦、耗时耗力且效率不高，因此有些研究者通过设计或搭建一些简易装置，来实现对沉积物中微塑料高效、简便的分离。例如 Nuelle 等人（2014）在实验室搭建了一种简易浮选分离装置，回收率能达 90%，虽然与传统方法相比，在一定程度上提高了分离效率，但仍存在着步骤繁琐、人工干预多、耗时耗力等问题； 并且由于浮选溶液的使用，利用浮选溶液分离出来的微塑料往往会严重影响其表面吸附的其他污染物，不利于对其表面吸附方面的研究。

中国发明专利（公开号CN 108177273 A）公开了一种微塑料分离富集浓缩装置，包括气泵、曝气支管、分离器、筛网、连接头、入口支管、溢流支管和储存槽，曝气支管一端与气泵相连，另一端与分离器内部相连通；溢流支管一端与分离器上部的溢流出口相连，另一端与储存槽相连通，筛网通过溢流支管固定在储存槽上方；入口支管一端与分离器下部的入口相连，另一端连通入储存槽内。本发明也是利用液体实现沉积物、土壤中微塑料的连续浮选、自动分离浓缩和富集。

发明内容

本发明的目的是提供一种在不影响土壤中微塑料表面吸附的其他污染物的情况下将土壤中微塑料分离出来的装置及方法，从而克服现有技术对土壤中微塑料提取繁琐耗时、效率低下、回收率低、精度低、可靠性差而且未考虑微塑料表面吸附情况的缺陷。

本发明的技术方案如下：

一种土壤中微塑料分离装置，包括固定箱、样品收集池和振动器，所述固定箱内设置有输送管，输送管的一端穿出固定箱并连接有空气泵、另一端穿出固定箱并连接有过滤器或样品收集瓶，输送管上连接有进样管，所述进样管与样品收集池的下端相连，所述样品收集池的上部穿出固定箱，样品收集池的顶部设置有过滤漏斗，样品收集池内设置有支撑结构，所述振动器通过支撑结构固定于样品收集池内，振动器的上方可拆卸连接有振动盘，所述振动盘为托盘状；样品收集池的上方内侧壁上设置有风扇。

进一步地，所述进样管和过滤器或样品收集瓶之间的一段输送管呈向上凸的圆弧形。

进一步地，所述过滤器呈喇叭形，过滤器的小口径端与输送管连接，过滤器的大口径端设置有若干个第一透气孔，过滤器的大口径端的内侧设有滤膜。

进一步地，所述滤膜为玻璃纤维滤膜。

进一步地，所述过滤漏斗上部设有5mm过滤筛。

进一步地，所述输送管底部设置有若干个直径为2厘米的圆孔，圆孔下方设置有与输送管相匹配的夹箍。

进一步地，所述空气泵的出气端设置有气体流量计。

进一步地，所述样品收集池下部为上大下小的第一圆台段，中部为圆柱段，上部为上小下大的第二圆台段，圆柱段内侧的底部固定设置有支撑结构，所述支撑结构包括第一支撑板和周向设置在第一支撑板上的第一支撑杆，所述第一支撑杆的一端与第一支撑板固定连接、另一端与样品收集池固定连接，所述振动器设置在第一支撑板的上方，振动器和样品收集池之间设置有第二支撑杆。

进一步地，所述样品收集瓶螺纹连接有出气盖，所述出气盖的封口部的中间设置有通孔，输送管穿过通孔伸入样品收集瓶，出气盖的封口部包括上、中、下三层结构，上、下两层结构上沿通孔周向设置有第二透气孔，中层结构为出气膜。

本发明还提供一种利用上述的一种土壤中微塑料分离装置进行土壤中微塑料分离的方法，包括如下步骤：

步骤1：采样：采集微塑料污染地区的土壤；

步骤2：预处理：将步骤1中所采集的土壤样品除去杂物后风干，得到待处理样品；

步骤3：初选：将步骤2得到的样品放入过滤漏斗中，样品通过过滤漏斗上的5mm过滤筛落入振动盘，筛选得到粒径小于5mm的土壤样品，打开振动器，振动盘振动，并带动土壤样品进行振动，土壤样品中的微塑料颗粒随着振动逐渐浮于土壤表面，打开风扇，调节风速，将土壤表面的微塑料吹入样品收集池中；

步骤4：复选：步骤3中分离到样品收集池中的微塑料颗粒与被吹出的土壤细粒一起通过进样管落入输送管中，打开空气泵调节气流将微塑料颗粒吹到过滤器里的滤膜上或样品收集瓶中。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明利用土壤颗粒和微塑料颗粒密度的差异性对微塑料进行分离，利用振动器带动振动盘振动，使土壤样品进行运动，密度小的微塑料浮在土壤表面从而被风扇产生的气流吹出达到分离的效果，相较于肉眼观察并挑选的过程，利用本装置可大大缩短分离的处理时间，增强分离效果。

（2）进样管和过滤器之间的一段输送管呈向上凸的圆弧形，可阻隔从样品收集池中落下的微粒细土经过圆弧段，增大微塑料的分离效果。

（3）本发明为微塑料自动连续提取装置，只需将采集的土壤加入过滤漏斗中，打开振动器、风扇和空气泵，装置便会自动连续不断的运行，不断地分离土壤中混杂的微塑料颗粒。

（4）陆地土壤、淡水水体沉积物、海洋沉积物等，都适用于本装置，且通过调整玻璃纤维滤膜的孔径，可实现不同直径的微塑料颗粒的分离。

（5）本发明能够有效地分离土壤、沉积物中的微塑料，分离过程中不利用浮选溶液，并且分离出来的微塑料的表面吸附的其他污染物质不发生改变，具有很强的实用性，且大大的节约了资源，从而可以降低使用成本。

（6）本发明使用时不影响微塑料表面吸附。本发明利用气体将土壤中较轻的微塑料颗粒吹离出去，没有使用浮选溶液，微塑料表面吸附的其他污染物不会受到浮选溶液的影响，便于后续对微塑料表面重金属和有机污染物的吸附规律的研究。

附图说明

图1 是本发明实施例1一种土壤中微塑料分离装置的结构示意图。

图2是本发明实施例1一种土壤中微塑料分离装置的支撑结构和样品收集池的俯视图。

图3是本发明实施例1一种土壤中微塑料分离装置的过滤器的结构示意图。

图4是本发明实施例2一种土壤中微塑料分离装置的结构示意图。

图5是本发明实施例2一种土壤中微塑料分离装置的出气盖的俯视图。

图6是本发明实施例2一种土壤中微塑料分离装置的出气盖的结构示意图。

图7为本发明一种土壤中微塑料分离装置的振动盘和第三支撑板的结构示意图。

附图中，1-过滤漏斗；2-样品收集池；3-风扇；4-振动盘；5-固定箱；6-输送管；7-过滤器；8-气体流量计；9-空气泵；10-出气盖；11-样品收集瓶，12-第一支撑板，13-第一支撑杆，14-第二支撑杆，15-振动器，16-夹箍，17-第一透气孔，18-滤膜，19-通孔，20-第二透气孔，21-出气膜，22-第二支撑板，23-进样管，24-第三支撑板。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限定本发明的保护范围。若未特别指明，实施例中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

实施例1

参考图1～图3和图7，一种土壤中微塑料分离装置，其特征在于，包括固定箱5、样品收集池2和振动器15，所述固定箱5内设置有输送管6，所述输送管6底部设置有若干个直径为2厘米的圆孔，圆孔下方设置有与输送管6相匹配的夹箍16。输送管6的一端穿出固定箱5并连接有空气泵9，所述空气泵9的出气端设置有气体流量计8，输送管6的另一端穿出固定箱5并连接有过滤器7，固定箱5沿着输送管6长度方向的一个侧面开口，以便观察土壤中微塑料分离情况。所述过滤器7呈喇叭形，过滤器7的小口径端与输送管6连接，过滤器7的大口径端设置有若干个第一透气孔17，过滤器7的大口径端的内侧设有滤膜18。所述滤膜18是玻璃纤维滤膜。输送管6上连接有进样管23，所述进样管23与样品收集池2的下端相连，所述进样管23和过滤器7之间的一段输送管6呈向上凸的圆弧形。

所述样品收集池2的上部穿出固定箱5，样品收集池2的顶部固定连接有过滤漏斗1，所述过滤漏斗1上部设有5mm过滤筛。所述样品收集池2下部为上大下小的第一圆台段，中部为圆柱段，上部为上小下大的第二圆台段，第一圆台段和圆柱段固定连接，圆柱段和第二圆台段可拆卸连接，第二圆台段的底部固定连接有圆环，该圆环的内侧与圆柱段上部的外侧贴合，圆柱段内侧的底部固定设置有支撑结构，所述支撑结构包括第一支撑板12和周向设置在第一支撑板12上的第一支撑杆13，所述第一支撑杆13的一端与第一支撑板12固定连接、另一端与样品收集池2固定连接，所述振动器15设置在第一支撑板12的上方，振动器15和样品收集池2之间设置有第二支撑杆14，振动器15通过支撑结构固定于样品收集池2内，振动器15的上方可拆卸连接有振动盘4，所述振动盘4为托盘状；样品收集池2的上方内侧壁上设置有风扇3，所述风扇3与振动盘4的水平线呈45°角。

作为一种具体实施方式，所述振动器15的上方固定连接有第三支撑板24，所述第三支撑板24的上方开设有环形凹槽，振动盘4的下方固定连接有与环形凹槽相匹配的圆环。

实施例2

参考图4～图6和图7，本实施例与实施例1基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：所述输送管6的一连端接有空气泵9、另一端连接有样品收集瓶11；所述进样管23和样品收集瓶11之间的一段输送管6呈向上凸的圆弧形。固定箱5的外侧固定连接有第二支撑板22，所述第二支撑板22用以支撑样品收集瓶11。所述样品收集瓶11螺纹连接有出气盖10，所述出气盖10的封口部的中间设置有通孔19，输送管6穿过通孔19伸入样品收集瓶11，出气盖10的封口部包括上、中、下三层结构，上、下两层结构沿通孔19周向设置有第二透气孔20，中层结构为出气膜21。出气膜21的孔径根据待分离样品的尺寸决定，出气膜21为玻璃纤维滤膜。

实施例3

一种土壤中微塑料分离的方法，包括如下步骤：

步骤1：采样：采集微塑料污染地区的土壤；

步骤2：预处理：将步骤1中所采集的土壤样品除去杂物后风干，得到待处理样品；

步骤3：初选：将步骤2得到的样品放入过滤漏斗1中，样品通过过滤漏斗1上的5mm过滤筛落入振动盘4，筛选得到粒径小于5mm的土壤样品，打开振动器15，振动盘4振动，并带动土壤样品进行振动，土壤样品中密度较轻的微塑料颗粒随着振动逐渐浮于土壤表面，打开风扇3，调节风速，将土壤表面的微塑料吹入样品收集池2中；

步骤4：复选：步骤3中分离到样品收集池2中的微塑料颗粒与被吹出的土壤细粒一起通过进样管23落入输送管6中，打开空气泵9调节气流将重量较轻的微塑料颗粒吹到过滤器7里的滤膜18上或样品收集瓶11中。所述滤膜18是玻璃纤维滤膜。

本装置的清洗方法具体为：打开样品收集池2的第二圆台段，将振动盘4取出，倒去其中的土壤样品，取下夹箍16，落入输送管6中的土壤样品有部分从圆孔中漏出，用去离子水清洗样品收集池2内壁，去离子水流入输送6时打开空气泵9清理输送管6，并将水吹出，反复冲洗，冲洗完以后继续利用空气泵9将输送管6吹干。

本发明的保护范围不仅仅局限于以上具体实施方式和实施例的描述，通过改变不同部位的材质，改变收集方法等途径来实现分离土壤中微塑料的目的，这些都是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种土壤中微塑料分离装置，其特征在于，包括固定箱（5）、样品收集池（2）和振动器（15），所述固定箱（5）内设置有输送管（6），输送管（6）的一端穿出固定箱（5）并连接有空气泵（9）、另一端穿出固定箱（5）并连接有过滤器（7）或样品收集瓶（11），输送管（6）上连接有进样管（23），所述进样管（23）与所述样品收集池（2）的下端相连，样品收集池（2）的上部穿出固定箱（5），样品收集池（2）的顶部设置有过滤漏斗（1），样品收集池（2）内设置有支撑结构，所述振动器（15）通过支撑结构固定于样品收集池（2）内，振动器（15）的上方可拆卸连接有振动盘（4），所述振动盘（4）为托盘状；样品收集池（2）的上方内侧壁上设置有风扇（3）。

2.根据权利要求1所述的一种土壤中微塑料分离装置，其特征在于，所述进样管（23）和过滤器（7）或样品收集瓶（11）之间的一段输送管（6）呈向上凸的圆弧形。

3.根据权利要求1所述的一种土壤中微塑料分离装置，其特征在于，所述过滤器（7）呈喇叭形，过滤器（7）的小口径端与输送管（6）连接，过滤器（7）的大口径端设置有若干个第一透气孔（17），过滤器（7）的大口径端的内侧设有滤膜（18）。

4.根据权利要求3所述的一种土壤中微塑料分离装置，其特征在于，所述滤膜（18）为玻璃纤维滤膜。

5.根据权利要求1所述的一种土壤中微塑料分离装置，其特征在于，所述过滤漏斗（1）上部设有5mm过滤筛。

6.根据权利要求1所述的一种土壤中微塑料分离装置，其特征在于，所述输送管（6）底部设置有若干个直径为2厘米的圆孔，圆孔下方设置有与输送管（6）相匹配的夹箍（16）。

7.根据权利要求1所述的一种土壤中微塑料分离装置，其特征在于，所述空气泵（9）的出气端设置有气体流量计（8）。

8.根据权利要求1所述的一种土壤中微塑料分离装置，其特征在于，所述样品收集池（2）下部为上大下小的第一圆台段，中部为圆柱段，上部为上小下大的第二圆台段，圆柱段内侧的底部固定设置有支撑结构，所述支撑结构包括第一支撑板（12）和周向设置在第一支撑板（12）上的第一支撑杆（13），所述第一支撑杆（13）的一端与第一支撑板（12）固定连接、另一端与样品收集池（2）固定连接，所述振动器（15）设置在第一支撑板（12）的上方，振动器（15）和样品收集池（2）之间设置有第二支撑杆（14）。

9.根据权利要求1所述的一种土壤中微塑料分离装置，其特征在于，所述样品收集瓶（11）螺纹连接有出气盖（10），所述出气盖（10）的封口部的中间设置有通孔（19），输送管（6）穿过通孔（19）伸入样品收集瓶（11），出气盖（10）的封口部包括上、中、下三层结构，上、下两层结构上沿通孔（19）周向设置有第二透气孔（20），中层结构为出气膜（21）。

10.一种利用权利要求3所述的一种土壤中微塑料分离装置进行土壤中微塑料分离的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：采样：采集微塑料污染地区的土壤；

步骤2：预处理：将步骤1中所采集的土壤样品除去杂物后风干，得到待处理样品；

步骤3：初选：将步骤2得到的样品放入过滤漏斗（1）中，样品通过过滤漏斗（1）上的5mm过滤筛落入振动盘（4），筛选得到粒径小于5mm的土壤样品，打开振动器（15），振动盘（4）振动，土壤样品中的微塑料颗粒随着振动逐渐浮于土壤表面，打开风扇（3），调节风速，将土壤表面的微塑料吹入样品收集池（2）中；

步骤4：复选：步骤3中分离到样品收集池（2）中的微塑料颗粒与被吹出的土壤细粒一起通过进样管（23）落入输送管（6）中，打开空气泵（9）调节气流将微塑料颗粒吹到过滤器（7）里的滤膜（18）上或样品收集瓶（11）中。