CN110006700A - 一种基于集成控制的水体中微塑料快速采集分选装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水体中微塑料快速采集分选装置，属于微塑料采集技术领域。主要包括潜水泵、脚踏开关、电源、流量计、四通分水阀、箱体、不锈钢筛、集成控制装置，集成控制装置包括集成控制盒、手持操作板，集成控制盒设在箱体上，集成控制盒内设有MCU模块、蓝牙模块、存储模块、显示屏、语音播报模块；本发明带有高精度数显流量计和智能控制的集成控制盒，通过手持操作板设定所需水样体积，将信号通过无线信号的形式传送至MCU模块，由MCU模块控制潜水泵的启停，把控采样体积，避免人为操作的误差，提高了装置工作的可靠性；本发明体积小巧便携，便于现场安装，适用于多种采样环境。

Description

一种基于集成控制的水体中微塑料快速采集分选装置
技术领域
本发明涉及微塑料采集技术领域，尤其涉及一种基于集成控制的水体中微塑料快速采集分选装置。
背景技术
2004年，英国Tompson等在《Science》上刊登了一篇名为《Lost at Sea:Where IsAll the Plastic？》文章，首次提出了微塑料这一概念。微塑料，被喻为水体中的PM2.5，学界的普遍定义为，直径小于5mm的塑料颗粒。自然界中，其多以纤维状，碎片状和球形的颗粒等呈现。由于微塑料特殊的体积形态，极被水生生物误食，从而产生饱腹感，影响生物的正常摄食。同时，微塑料易于吸附POPs，加剧了其对生物的影响。
近年来，随着对微塑料的深入研究，多种新型检测方法出现，如尼罗红荧光标记快速筛选法等。但是，浮选法作为一种经典的微塑料分离提取方法，目前应用较为广泛。水体中微塑料的检测通常需要采集大量的水样带回实验室分析，若采样点较多，样品数量巨大，给携带运输带来困扰。Manta网的出现，一定程度上减少了这一困扰，但Manta组装后体积庞大，同时容易受拖船行驶速度的影响，回收步骤繁琐，流量误差大。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供一种能够显著提高采样效率，具有很强的科研和商业实用性的基于集成控制的水体中微塑料快速采集分选装置。
本发明的技术方案为：一种基于集成控制的水体中微塑料快速采集分选装置，主要包括潜水泵、脚踏开关、电源、流量计、四通分水阀、箱体、不锈钢筛、集成控制装置，所述潜水泵与所述流量计之间通过硅胶管连接，且连接处设置有变径直通，流量计用于显示通过的水样体积，流量计与所述四通分水阀连接，且连接处设置有变径直通，四通分水阀将水样平均分配给三通路，所述三通路分别与所述箱体之间通过硅胶管连接，且连接处分别设有三组软管接头，箱体上端开设有盖板，箱体下端开设有排水孔，箱体内部底端设有三个旋转圆盘,箱体下端设有三个旋转电机，每个所述旋转电机输出轴对应连接一个旋转圆盘，箱体底端设有四组滚轮，所述三组软管接头分别设置在盖板内上端，所述不锈钢筛有三组，每组不锈钢筛外侧壁下端沿周向均匀设有多个固定滑块，所述固定滑块与所述旋转圆盘内壁通过竖直滑槽连接，且每组不锈钢筛中从下至上依次放置有多个不同目数的不锈钢筛网，三组软管接头分别位于三组不锈钢筛上端中心处；所述集成控制装置包括集成控制盒、手持操作板，所述集成控制盒设在箱体上，集成控制盒内设有MCU模块、蓝牙模块、存储模块、显示屏、语音播报模块，所述MCU模块与潜水泵、流量计、旋转电机电性连接，所述蓝牙模块通过无线信号与所述手持操作板连接，手持操作板内设有电池，所述存储模块用于存储MCU模块的缓存数据和各设备的启停情况，所述显示屏用于显示各设备运行工况，所述语音播报模块用于播报设备启停和故障信息，所述脚踏开关与集成控制盒电性连接；所述电源为潜水泵、旋转电机、集成控制盒提供电能。
进一步地，所述潜水泵与所述流量计之间通过内径为25mm的硅胶管连接，所述四通分水阀与所述箱体之间通过内径为20mm的硅胶管连接，既能保证通过流量计的水样的流速，又能保证硅胶管内的正常压力。
进一步地，所述变径直通为变径内螺纹直通；用于以螺纹连接的方式对两个部件进行连接，连接时更加便捷。
进一步地，每个所述旋转圆盘上设有出水口，保证旋转圆盘内的水顺利流出。
进一步地，所述不锈钢筛内壁从下至上均匀设置有多个卡接固定件，且每个所述卡接固定件与不锈钢筛网一一对应，卡接固定件包括卡接块、拉杆、弹簧压缩杆，所述卡接块有多个，多个所述卡接块两两一对相对设置，且每个卡接块通过所述弹簧压缩杆与不锈钢筛内壁连接，所述拉杆设在卡接块上，且延伸至不锈钢筛外，拉杆通过扣环与不锈钢筛外侧壁连接，通过卡接固定件对不锈钢筛网进行固定，通过扣环将拉杆固定在与不锈钢筛外侧壁，将上层卡接固定件与不锈钢筛网分离，便于下层不锈钢筛网放入。
进一步地，所述不锈钢筛网包括筛网凹盖、筛网筒，所述筛网凹盖上端两侧设有提拉把手，筛网凹盖上设置有网孔一，筛网凹盖扣接在所述筛网筒内，筛网筒底面设有网孔二，可根据实际需要进行微塑料的筛选，对筛网凹盖和筛网筒进行不同孔目的调节，当进行某一种孔径微塑料的采集时，可以选择相同的孔径的筛网凹盖和筛网筒；当进行某一范围值的孔径微塑料进行采集时，可以根据实际情况进行筛网凹盖和筛网筒孔径调节，其中，筛网凹盖的网孔一的孔径大于筛网筒上的网孔二，且网孔二的孔径最小为500目，500目的不锈钢筛网过水通畅，无堵塞溢水现象。
进一步地，所述所有管件连接处均使用生料带，且生料带的材质为聚四氟乙烯，利用生料带防止渗水，能够增加管件的密闭性。
更进一步地，所述拉杆上远离卡接块一端设有阻板，所述阻板上设有挂钩，所述箱体前后内壁对应挂钩位置设有开口，所述阻板贯穿箱体延伸至外部，工作人员通过在箱体外部拉动挂钩从而将相对的卡接块分开，将筛网筒放入相对的卡接块之间，然后松开挂钩完成对筛网筒的固定。
本发明还提供了一种基于集成控制的水体中微塑料快速采集分选装置的使用方法，主要包括以下步骤：
1)连接装置，将不同目数的不锈钢筛网通过卡接固定件固定放置于不同的不锈钢筛中，盖上箱体盖板；
2)把潜水泵放入水体中，固定，接通电源；
3)复位所述流量计，打开集成控制盒；
4)将手持操作板与集成控制盒连接，通过手持操作板设定所需水样体积，将信号通过无线信号的形式传送至MCU模块，启动潜水泵，流量计读数除以3，即可得到每一平行样所采体积数，所需水样体积到达设定值时，流量计向MCU模块发送信号，MCU模块控制潜水泵停止；
5)打开所述箱体盖板，向外拉动拉杆并利用不锈钢筛外侧壁的扣环对拉杆固定，取出相应目数不锈钢筛网，保存，完成一个点位水样采集；
6)采样结束，拆卸装置，置于箱体内。
本发明的工作原理：采样时，将潜水泵与流量计、四通分水阀三个出水口与对应的三个软管接头分别用内径25mm和20mm的硅胶管连接,分别用不锈钢喉箍固定，将潜水泵浸没于水体中，固定，连接线路，踩下脚踏开关，接通电源，打开集成控制盒，将手持操作板与集成控制盒连接，通过手持操作板设定所需水样体积，将信号通过无线信号的形式传送至MCU模块，启动潜水泵，排空管内空气，直至盖板上的三管口出水，按下流量计“display”键，流量清零，迅速将箱体盖板盖上流量计读数除以3，即可得到每一平行样所采体积数，所需水样体积到达设定值时，流量计向MCU模块发送信号，MCU模块控制潜水泵停止，过筛后的水样经排水孔排出；采样完毕，装置可拆卸，所有部件置于箱体中，箱体下部设有四组滚轮，方便移动。
本发明的有益效果：本发明提供一种适用于基于集成控制的水体中微塑料快速采集分选装置，该装置通过一台潜水泵将水样提升，出水口连接流量计，后经四通分水阀一分为三，出水进入各层不锈钢筛中叠放的不锈钢筛网(最小孔径为500目)，完成1个点位3组平行样的水样采集；本发明采集分选装置采集分选效率高、速度快，完成一个点位的采集耗费时间短；带有高精度数显流量计和智能控制的集成控制盒，通过手持操作板设定所需水样体积，将信号通过无线信号的形式传送至MCU模块，由MCU模块控制潜水泵的启停，把控采样体积，避免人为操作的误差，提高了装置工作的可靠性；单点三个平行样，数据更具代表性；整套装置小巧便携，可现场安装拆卸，适用于多种采样环境。
附图说明
图1本发明的结构示意图；
图2本发明的流量计、四通分水阀的俯视图；
图3本发明的箱体内部结构的主视图；
图4本发明的不锈钢筛的安装示意图；
图5本发明的固定滑块与旋转圆盘的连接图；
图6本发明的不锈钢筛的内部结构示意图；
图7本发明的不锈钢筛网的结构示意图；
图8本发明的卡接固定件的结构示意图；
图9是本发明的集成控制装置的结构示意图。
其中，1-潜水泵、2-脚踏开关、3-电源、4-流量计、5-四通分水阀、6-软管接头、7-箱体、70-排水孔、71-旋转圆盘、72-旋转电机、8-不锈钢筛、80-固定滑块、81-不锈钢筛网、810-筛网凹盖、8100-提拉把手、8101-网孔一、811-筛网筒、8110-网孔二、82-卡接固定件、820-卡接块、821-拉杆、8210-阻板、8211-挂钩、822-弹簧压缩杆、9-集成控制装置、90-集成控制盒、900-MCU模块、901-蓝牙模块、902-存储模块、903-显示屏、904-语音播报模块、91-手持操作板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的解释说明，但应当理解为本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
实施例1：如图1所示的一种基于集成控制的水体中微塑料快速采集分选装置，主要包括潜水泵1、脚踏开关2、电源3、流量计4、四通分水阀5、箱体7、不锈钢筛8、集成控制装置9，潜水泵1与流量计4之间通过内径为25mm硅胶管连接，且连接处设置有变径直通，流量计4用于显示通过的水样体积，流量计4与四通分水阀5连接，且连接处设置有变径直通，既能保证通过流量计4的水样的流速，又能保证硅胶管内的正常压力，如图2所示，四通分水阀5将水样平均分配给三通路，三通路分别与箱体7之间通过内径为25mm的硅胶管连接，且连接处分别设有三组软管接头6，变径直通为变径内螺纹直通；用于以螺纹连接的方式对两个部件进行连接，连接时更加便捷，如图3、4所示，箱体7上端开设有盖板，箱体7下端开设有排水孔70，箱体7内部底端设有三个旋转圆盘71,箱体7下端设有三个旋转电机72，每个旋转电机72输出轴对应连接一个旋转圆盘71，每个旋转圆盘71上设有出水口，保证旋转圆盘71内的水顺利流出，箱体7底端设有四组滚轮，三组软管接头6分别设置在盖板内上端，如图5、6所示，不锈钢筛8有三组，每组不锈钢筛8外侧壁下端沿周向均匀设有多个固定滑块80，固定滑块80与旋转圆盘71内壁通过竖直滑槽连接，且每组不锈钢筛8中从下至上依次放置有多个不同目数的不锈钢筛网81，三组软管接头6分别位于三组不锈钢筛8上端中心处，所有管件连接处均使用生料带，且生料带的材质为聚四氟乙烯，利用生料带防止渗水，能够增加管件的密闭性；如图9所示，集成控制装置9包括集成控制盒90、手持操作板91，集成控制盒90设在箱体7上，集成控制盒90内设有MCU模块900、蓝牙模块901、存储模块902、显示屏903、语音播报模块904，MCU模块900与潜水泵1、流量计4、旋转电机72电性连接，蓝牙模块901通过无线信号与手持操作板91连接，手持操作板91内设有电池，存储模块902用于存储MCU模块900的缓存数据和各设备的启停情况，显示屏903用于显示各设备运行工况，语音播报模块904用于播报设备启停和故障信息，脚踏开关2与集成控制盒90电性连接；电源3为潜水泵1、旋转电机72、集成控制盒90提供电能。
本发明的使用方法，主要包括以下步骤：
1、连接装置，将不同目数的不锈钢筛网81通过卡接固定件82固定放置于不同的不锈钢筛8中，盖上箱体7盖板；
2、把潜水泵1放入水体中，固定，接通电源3；
3、复位流量计4，打开集成控制盒90；
4、将手持操作板91与集成控制盒90连接，通过手持操作板91设定所需水样体积，将信号通过无线信号的形式传送至MCU模块900，启动潜水泵1，流量计4读数除以3，即可得到每一平行样所采体积数，所需水样体积到达设定值时，流量计4向MCU模块900发送信号，MCU模块900控制潜水泵1停止；
5、打开箱体7盖板，向外拉动拉杆821并利用不锈钢筛8外侧壁的扣环对拉杆821固定，取出相应目数不锈钢筛网82，保存，完成一个点位水样采集；
6、采样结束，拆卸装置，置于箱体7内。
本发明的工作原理：采样时，将潜水泵1与流量计4、四通分水阀5三个出水口与对应的三个软管接头分别用内径25mm和20mm的硅胶管连接,分别用不锈钢喉箍固定，将潜水泵1浸没于水体中，固定，连接线路，踩下脚踏开关2，接通电源，打开集成控制盒90，将手持操作板91与集成控制盒90连接，通过手持操作板91设定所需水样体积，将信号通过无线信号的形式传送至MCU模块900，启动潜水泵1，排空管内空气，直至盖板上的三管口出水，按下流量计“display”键，流量清零，迅速将箱体7盖板盖上流量计4读数除以3，即可得到每一平行样所采体积数，所需水样体积到达设定值时，流量计4向MCU模块900发送信号，MCU模块900控制潜水泵1停止，过筛后的水样经排水孔70排出；采样完毕，装置可拆卸，所有部件置于箱体7中，箱体7下部设有四组滚轮，方便移动。
实施例2：与实施例1不同的是，如图7所示，不锈钢筛8内壁从下至上均匀设置有多个卡接固定件82，且每个卡接固定件82与不锈钢筛网81一一对应，卡接固定件82包括卡接块820、拉杆821、弹簧压缩杆822，卡接块820有多个，多个卡接块820两两一对相对设置，且每个卡接块820通过弹簧压缩杆822与不锈钢筛8内壁连接，拉杆821设在卡接块820上，且延伸至不锈钢筛8外，拉杆821通过扣环与不锈钢筛8外侧壁连接，通过卡接固定件82对不锈钢筛网81进行固定，通过扣环将拉杆821固定在与不锈钢筛8外侧壁，将上层卡接固定件82与不锈钢筛网81分离，便于下层不锈钢筛网81放入。
卡接拉杆卡接821卡接上远离卡接块卡接820卡接一端设有阻板卡接8210卡接，卡接阻板卡接8210卡接上设有挂钩卡接8211卡接，卡接箱体卡接7卡接前后内壁对应挂钩卡接8210卡接位置设有开口卡接73卡接，卡接阻板卡接8210卡接贯穿箱体卡接7卡接延伸至外部，工作人员通过在箱体卡接7卡接外部拉动挂钩卡接8210卡接从而将相对的卡接块卡接820卡接分开，将筛网筒811放入相对的卡接块卡接820卡接之间，然后松开挂钩卡接8210卡接完成对筛网筒811的固定。
如图8所示，不锈钢筛网81包括筛网凹盖810、筛网筒811，筛网凹盖810上端两侧设有提拉把手8100，筛网凹盖810上设置有网孔一8101，筛网凹盖810扣接在筛网筒811内，筛网筒811底面设有网孔二8110，可根据实际需要进行微塑料的筛选，对筛网凹盖810和筛网筒811进行不同孔目的调节，当进行某一种孔径微塑料的采集时，可以选择相同的孔径的筛网凹盖810和筛网筒811；当进行某一范围值的孔径微塑料进行采集时，可以根据实际情况进行筛网凹盖810和筛网筒811孔径调节，其中，筛网凹盖810的网孔一8100的孔径大于筛网筒811上的网孔二8110，且网孔二8110的孔径最小为500目，500目的不锈钢筛网81过水通畅，无堵塞溢水现象。
实验例：为检测采样体积的准确度，进行了多次试验，实验内容如下：
A、取内径为25mm的硅胶管5m，用于连接潜水泵1和流量计4，取三根内径为20mm的硅胶管，长度为0.6m/根，用于连接四通分水阀5的三通路与箱体7。
B、箱体7内正确摆放3个2L的烧杯，对应编号1,2,3；
C、通过调节四通分水阀5三个出水口的阀门，使三管口流量保持一致，试验拟采集6L水样，每个平行样2L；
D、采样前按上述步骤，排空管内空气，直至盖板上的三管口出水，踩下脚踏开关2，接通电源，打开集成控制盒90，将手持操作板91与集成控制盒90连接，通过手持操作板91设定水样体积为“5.80LTR”，将信号通过无线信号的形式传送至MCU模块900，启动潜水泵1，按下流量计“display”键，流量清零；
E、当流量计4读数显示趋近“5.80LTR”时，潜水泵1自动停止，待盖板上的三管口无明显水流，流量计4显示读数“5.90LTR”，打开盖板，三烧杯中左右两侧的1号、3号烧杯中液面略低于2L刻度线，中间的2号烧杯略高于2L刻度线，
F、取3个100mL的量筒，对应编号1,2,3，其中1号和3号加水至100mL刻度线，分别倒入两侧的烧杯中，当凹液面的最低处到达2L刻度线时，停止，读取1号、3号量筒中剩余体积，记为Ai，mL；两侧烧杯中不足2L的体积，记为Bi，mL；Bi＝100-Ai，mL。
G、用滴管移取2号烧杯中的水样至2号量筒中，至烧杯中凹液面的最低处到达2L刻度线时，读取2号量筒中的水样体积，计为C，mL。
经测量，B1为55mL，C为43mL，B2为52mL，相应的1，2，3号烧杯中的实际体积分别为1.945L，2.043L，1.948L，相对标准偏差为2.82％，这可以通过四通分水阀5出水口的阀门进行修正；实际总流量为5.936L，与流量计示数5.90L相比，超出实际流量0.61％的体积，这是由于与管内存有的空气带动了流量计4内螺旋桨的转动，虚增了水样体积，而实际应用中，潜水泵1与流量计4之间的硅胶管可以进一步缩短，减小流量计4示数与实际体积的误差，显著提高流量计4的测量精准度。与此同时，由于管内水流流速高，多次水塘试验中，500目的不锈钢筛网过水通畅，无堵塞溢水现象。实际采样中，为使采样点更具代表性，通常一个点位单个平行样要采集数升甚至十几升以上的水样，装置产生的误差可以忽略不计。
上述仅为本发明的优选实施例，本发明并不仅限于实例的内容。对于本领域的技术人员来说，在本发明的技术方案范围内可以有各种变化和更改，所作的任何变化和更改，均在本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于集成控制的水体中微塑料快速采集分选装置，其特征在于：主要包括潜水泵(1)、脚踏开关(2)、电源(3)、流量计(4)、四通分水阀(5)、箱体(7)、不锈钢筛(8)、集成控制装置(9)，所述潜水泵(1)与所述流量计(4)之间通过硅胶管连接，且连接处设置有变径直通，流量计(4)用于显示通过的水样体积，流量计(4)与所述四通分水阀(5)连接，且连接处设置有变径直通，四通分水阀(5)将水样平均分配给三通路，所述三通路分别与所述箱体(7)之间通过硅胶管连接，且连接处分别设有三组软管接头(6)，箱体(7)上端开设有盖板，箱体(7)下端开设有排水孔(70)，箱体(7)内部底端设有三个旋转圆盘(71)，箱体(7)下端设有三个旋转电机(72)，每个所述旋转电机(72)输出轴对应连接一个旋转圆盘(71)，箱体(7)底端设有四组滚轮，所述三组软管接头(6)分别设置在盖板内上端，所述不锈钢筛(8)有三组，每组不锈钢筛(8)外侧壁下端沿周向均匀设有多个固定滑块(80)，所述固定滑块(80)与所述旋转圆盘(71)内壁通过竖直滑槽连接，且每组不锈钢筛(8)中从下至上依次放置有多个不同目数的不锈钢筛网(81)，三组软管接头(6)分别位于三组不锈钢筛(8)上端中心处；所述集成控制装置(9)包括集成控制盒(90)、手持操作板(91)，所述集成控制盒(90)设在箱体(7)上，集成控制盒(90)内设有MCU模块(900)、蓝牙模块(901)、存储模块(902)、显示屏(903)、语音播报模块(904)，所述MCU模块(900)与潜水泵(1)、流量计(4)、旋转电机(72)电性连接，所述蓝牙模块(901)通过无线信号与所述手持操作板(91)连接，手持操作板(91)内设有电池，所述存储模块(902)用于存储MCU模块(900)的缓存数据和各设备的启停情况，所述显示屏(903)用于显示各设备运行工况，所述语音播报模块(904)用于播报设备启停和故障信息，所述脚踏开关(2)与集成控制盒(90)电性连接；所述电源(3)为潜水泵(1)、旋转电机(72)、集成控制盒(90)提供电能。
2.根据权利要求1所述的一种基于集成控制的水体中微塑料快速采集分选装置，其特征在于：所述潜水泵(1)与所述流量计(4)之间通过内径为25mm的硅胶管连接，所述四通分水阀(5)与所述箱体(7)之间通过内径为20mm的硅胶管连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于集成控制的水体中微塑料快速采集分选装置，其特征在于：所述变径直通为变径内螺纹直通。
4.根据权利要求1所述的一种基于集成控制的水体中微塑料快速采集分选装置，其特征在于：每个所述旋转圆盘(71)上设有出水口。
5.根据权利要求1所述的一种基于集成控制的水体中微塑料快速采集分选装置，其特征在于：所述不锈钢筛(8)内壁从下至上均匀设置有多个卡接固定件(82)，且每个所述卡接固定件(82)与不锈钢筛网(81)一一对应，卡接固定件(82)包括卡接块(820)、拉杆(821)、弹簧压缩杆(822)，所述卡接块(820)有多个，多个所述卡接块(820)两两一对相对设置，且每个卡接块(820)通过所述弹簧压缩杆(822)与不锈钢筛(8)内壁连接，所述拉杆(821)设在卡接块(820)上，且延伸至不锈钢筛(8)外，拉杆(821)通过扣环与不锈钢筛(8)外侧壁连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于集成控制的水体中微塑料快速采集分选装置，其特征在于：所述不锈钢筛网(81)包括筛网凹盖(810)、筛网筒(811)，所述筛网凹盖(810)上端两侧设有提拉把手(8100)，筛网凹盖(810)上设置有网孔一(8101)，筛网凹盖(810)扣接在所述筛网筒(811)内，筛网筒(811)底面设有网孔二(8110)。
7.根据权利要求1所述的一种基于集成控制的水体中微塑料快速采集分选装置，其特征在于：所述所有管件连接处均使用生料带，且生料带的材质为聚四氟乙烯。
8.根据权利要求1所述的一种基于集成控制的水体中微塑料快速采集分选装置，其特征在于：所述潜水泵(1)与所述流量计(4)之间、四通分水阀(5)与所述箱体(7)之间均通过内径相同的硅胶管连接。
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