CN110108517A - 一种基于浅层地下水的原位采集过滤装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种基于浅层地下水的原位采集过滤装置及其使用方法，属于水文地质技术领域。包括采集过滤头、连接管和取样瓶，所述的连接管和取样瓶分别设置在采集过滤头上下两端，所述的采集过滤头上半部设有过滤孔，采集过滤头下半部设有陶土头，所述的陶土头上设有连通取样瓶和连接管的抽气管，所述的抽气管顶部连接有抽气模块。结构简单、便于拆装运输，可在有限的环境内取样地下水，并能在取样时对水质进行同步过滤，有效减少了后期流程；此外运用黏土制成的陶土头作为过滤体，可以透过更多溶质，保护原有地下水质的化学成分，进而提高水质监测效率和监测准确度。

Description

一种基于浅层地下水的原位采集过滤装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种基于浅层地下水的原位采集过滤装置及其使用方法，具体涉及一种应用于西北干旱、半干旱地区地下水位埋深较浅区的地下水样品现场过滤和采集设备，属于水文地质技术领域。

背景技术

目前，我国西北干旱、半干旱地区水资源短缺，由于关井压田等政策的实施，使得该地区的机井废弃或填埋，因此通过机井、手压井、大口井等直接法采集地下水样品在此处较难进行；此外，在对当地水质取样研究过程中，采用挖掘直接取水法使得后期对水的过滤流程大大增加、繁琐性提高，同时在过滤过程中添加的化学物质容易使原有水质发生变化，不利于监测水质变化规律。

针对上述已有技术状况，本发明申请人做了大量反复而有益的探索，最终产品取得了有效的成果，并且形成了下面将要介绍的技术方案。

发明内容

针对上述的不足，本发明提供了一种基于浅层地下水的原位采集过滤装置及其使用方法，结构简单、便于拆装运输，可在有限的环境内取样地下水，并能在取样时对水质进行同步过滤，有效减少了后期流程；此外运用黏土制成的陶土头作为过滤体，可以透过更多溶质，保护原有地下水质的化学成分，进而提高水质监测效率和监测准确度。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于浅层地下水的原位采集过滤装置及其使用方法，包括采集过滤头、连接管和取样瓶，所述的连接管和取样瓶分别设置在采集过滤头上下两端，所述的采集过滤头上半部设有过滤孔，采集过滤头下半部设有陶土头，所述的陶土头上设有连通取样瓶和连接管的抽气管，所述的抽气管顶部连接有抽气模块。

进一步地，所述的陶土头上还设有连通陶土头内部和连接管的进气管。

进一步地，所述的陶土头上分别设有抽气容置孔和进气盲孔，所述的抽气管设置在抽气容置孔内，且抽气管顶端置于陶土头上方2～3cm处，抽气管底端延伸至陶土头下方且距离取样瓶顶端面至少2～3mm，所述的进气管设置在进气盲孔内，所述的进气管顶端与抽气管顶端相平齐，进气管底端延伸至进气盲孔底部，所述进气盲孔的深度范围采用1～2cm。

进一步地，所述的抽气模块采用小型抽气泵，所述的抽气管顶端和进气管顶端分别套设有导气软管，两条所述的导气软管分别沿连接管延伸至外部地面，且两条导气软管延伸端分别对应抽气管和进气管设有相应的抽气阀门和进气阀门，所述抽气管对应的导气软管延伸端与小型抽气泵相连接，所述导气软管使用的材质为PE管，所述的抽气管采用直径为2mm的不锈钢材质管，所述的进气管采用直径为4mm的不锈钢材质管。

进一步地，所述的采集过滤头和连接管均采用圆柱形管体结构，所述的取样瓶顶部设有连接瓶口，所述的连接管设有多个且连接管上下两端管口分别设有连接内螺纹和连接外螺纹，多个连接管通过连接内螺纹和连接外螺纹依次线性螺纹连接，所述的采集过滤头上下两端分别设有过滤头内螺纹，采集过滤头上端的过滤头内螺纹与连接管下端连接外螺纹相螺纹连接，采集过滤头下端的过滤头内螺纹与连接瓶口外侧的瓶口外螺纹相螺纹连接。

进一步地，所述的连接管外侧设有用于提高整体平衡性的平衡架，所述平衡架包括平衡限位板、设置在平衡限位板底部的多条延伸护杆以及设置在延伸护杆底部的定位圈。

进一步地，所述的采集过滤头、连接管以及取样瓶外径相同，所述的平衡限位板采用中心设有通孔的环形板结构，且平衡限位板上的通孔外沿底部垂直设有环绕于连接管、采集过滤头及取样瓶外侧的延伸护杆，所述的定位圈设置在延伸护杆底部，且定位圈内径与采集过滤头、连接管以及取样瓶的外径相同。

进一步地，所述的采集过滤头内侧套装有调节管，所述的调节管上均匀设有与过滤孔位置对应的调节对孔，所述的采集过滤头内侧位于过滤孔上方设有环形的配合凹槽，所述调节管通过顶部设置的限位凸起与配合凹槽滑动配合。

进一步地，所述的采集过滤头和连接管使用的材质为PVC管或PBB管；所述的取样瓶采用化学性质更稳定的玻璃材质；所述的陶土头由颗粒粒径小于0.002mm的黏土材质经高温烧制而成。

进一步地，一种基于浅层地下水的原位采集过滤装置的使用方法，具体包括以下步骤：

1)在地下水浅埋区，选择平坦、地表无植被覆盖且远离公路的田块或荒地，使用柴油机动力钻或洛阳铲在地面钻孔，钻至潜地下水面下部1～1.5米位置处即可停止；

2)根据实际钻孔深度，通过连接外螺纹和连接内螺纹依次线性组装连接管，并将整体连接管底部同采集过滤头顶部连接，将采集过滤头底部同取样瓶顶部的连接瓶口连接，并旋紧各连接组件；

3)将连接好的装置平稳缓慢放置于钻孔内，静置10～20min，使地下水经过采集过滤头上端的过滤孔进入采集过滤头管腔内部，并逐渐渗入采集过滤头下端的陶土头内；

4)将小型抽气泵与陶土头上抽气管对应的导气软管连接，并依次开启抽气阀门和小型抽气泵开关，根据采样需要连续或间断抽气，使陶土头下方的取样瓶内部形成负压环境，在负压条件下，陶土头内渗入水以及采集过滤头管腔内部的水经由陶土头过滤进入取样瓶内；

5)结束取样后，依次关闭小型抽气泵和抽气阀门开关，并打开进气阀门，外部大气经由进气管进入陶土头内部，此时陶土头剩余储存的地下水因外部空气压迫，流入取样瓶中；

6)从钻孔中取出装置，并根据后续分析研究需要封装、保存地下水样品；使用装有去离子水的注射器清洗采集过滤头，并冲洗取样瓶，即可。

本发明的有益效果：

1.该装置结构简单、便于拆装运输，可在有限的环境内取样地下水，并能在取样时对水质进行两次同步过滤，大大减少了后期流程，节省了人力物力；

2.运用黏土制成的陶土头作为过滤体，可以透过更多溶质，保护原有地下水质的化学成分，进而提高水质监测效率和监测准确度，为该地区涉及地下水样品采集的相关科研、普查等工作开展创造更多可行条件。

附图说明

图1为本发明实施例1的整体结构示意图；

图2为本发明中连接管的连接方式示意图；

图3为本发明中采集过滤头及其内部陶土头的结构示意图；

图4为本发明中取样瓶的结构示意图；

图5为本发明实施例2的整体结构示意图；

图6为本发明中采集过滤头及其内部调节管的结构示意图。

图中，采集过滤头1、过滤孔11、过滤头内螺纹12、调节管13、限位凸起14、配合凹槽15、调节对孔16、陶土头2、抽气容置孔21、进气盲孔22、连接管3、连接外螺纹31、连接内螺纹32、抽气管4、抽气阀门41、小型抽气泵42、进气管5、进气阀门51、导气软管6、取样瓶7、连接瓶口71、橡胶套垫72、瓶口外螺纹73、平衡架8、平衡限位板81、延伸护杆82、定位圈83、采集孔道9。

具体实施方式

为了更好地理解，下面结合附图来详细解释本发明的实施方式。

实施例1

以下是对实施例1的说明。

如图1、3所示，一种基于浅层地下水的原位采集过滤装置，包括采集过滤头1、过滤孔11、陶土头2、连接管3、抽气管4、小型抽气泵42、进气管5、导气软管6以及取样瓶7，所述的采集过滤头1和连接管3均采用圆柱形管体结构，且所述的采集过滤头1顶部与线性布置的多个连接管3相固定连接，所述的取样瓶7顶部设有连接瓶口71，所述的连接瓶口71与采集过滤头1底部相固定连接，所述的取样瓶7底部套设有橡胶套垫72。

所述的采集过滤头1上半部均匀设有多个过滤孔11，用以初步过滤进入采集过滤头1内部的地下水，所述的采集过滤头1下半部过盈配合有陶土头2，用以深度过滤已经处于采集过滤头1内部的地下水，所述的陶土头2上分别设有抽气容置孔21和进气盲孔22，所述的抽气容置孔21内设有一条直径2mm的不锈钢抽气管4，所述的抽气管4顶端置于陶土头2上方2～3cm处，抽气管4底端延伸至陶土头2下方且距离取样瓶7的连接瓶口71顶端面至少2～3mm，所述的进气盲孔22内设有一条直径4mm的不锈钢进气管5，所述的进气管5顶端与抽气管4顶端相平齐，进气管5底端延伸至进气盲孔22底部，所述的进气盲孔22深度范围为1～2cm。

所述的抽气管4顶端和进气管5顶端分别套设有一条导气软管6，两条所述的导气软管6沿连接管3延伸至采集孔道9外部，且延伸端分别对应抽气管4和进气管5设有相应的抽气阀门41和进气阀门51，其中，所述抽气管4对应的导气软管6延伸端还连接有一个小型抽气泵42。

需要说明的是，所述的采集过滤头1和连接管3使用的材质均包括但不限于聚氯乙烯(PVC)管、嵌段共聚聚丙烯(PPB)管；所述的导气软管6使用的材质包括但不限于聚乙烯(PE)管；所述的取样瓶7采用化学性质更稳定的玻璃材质；所述的陶土头2由颗粒粒径小于0.002mm的黏土经高温烧制而成，由于黏土颗粒比表面积大，即单位质量物料所具有的总面积大，因此可更多、快速渗入浅层地下水，过滤掉水中大颗粒泥沙，同时透过多种溶质，不会导致测试水样的化学成分发生变化，可有效适用于原位定时提取浅部地下水，来监测水质变化规律。

如图2所示，所述的连接管3上下两端管口分别设有连接内螺纹32和连接外螺纹31，线性布置的多个连接管3通过连接内螺纹32和连接外螺纹31依次螺纹连接，用以根据采集孔道9深度来布置连接管3长度，同时便于拆装运输。

如图3所示，所述的采集过滤头1上下两端分别设有过滤头内螺纹12，其中，采集过滤头1上端的过滤头内螺纹12用于与连接管3下端连接外螺纹31相螺纹连接，如图4所示，采集过滤头1下端的过滤头内螺纹12用于与连接瓶口71外侧的瓶口外螺纹73相螺纹连接。

实施例2

以下是对实施例2的说明。

在实施例2中，对于与实施例1中相同的结构，给予相同的符号，省略相同的说明，实施例2在实施例1的基础上作出了改进，如图5所示，所述的连接管3外侧设有一个用于提高整体平衡性的平衡架8，所述的平衡架8包括设置在采集孔道9外部地面上的环形平衡限位板81、设置在平衡限位板81底部的多条延伸护杆82以及设置在延伸护杆82底部的定位圈83。

具体地，所述的采集过滤头1、连接管3以及取样瓶7外径相同，所述的平衡限位板81采用中心设有通孔的环形板结构，且平衡限位板81上的通孔外沿底部垂直设有环绕于连接管3、采集过滤头1及取样瓶7外侧的延伸护杆82，用以起到一定的防护效果，同时在采集孔道9内形成垂直的采集通道，防止由于采集过滤头1及过滤孔11向一侧倾斜而导致地下水进入不完全，提取效率降低的问题，所述的定位圈83设置在延伸护杆82底部，且定位圈83内径与采集过滤头1、连接管3以及取样瓶7的外径相同，使得取样瓶7的位置可由采集孔道9的深度决定，而不受平衡架8的限制。

需要说明的是，所述平衡架8使用的材质包括但不限于PVC、PBB材料。

实施例3

以下是对实施例3的说明。

在实施例3中，对于与实施例1中相同的结构，给予相同的符号，省略相同的说明，实施例3在实施例1的基础上作出了改进，如图6所示，所述的采集过滤头1内侧套装有一个调节管13，所述的调节管13上均匀设有与过滤孔11位置对应的调节对孔16，具体的是，所述的采集过滤头1内侧位于过滤孔11上方设有环形的配合凹槽15，所述的调节管13顶部设有与配合凹槽15滑动配合的限位凸起14，用以实现管体内轴向定位，通过转动调节管13可以实现对过滤孔11大小的预调节，可根据不同地理环境灵活判断，提高了实用性。

需要说明的是，所述调节管13使用的材质包括但不限于PVC、PBB材料。

一种基于浅层地下水的原位采集过滤装置的使用方法，包括以下步骤：

1)在地下水浅埋区，选择平坦、地表无植被覆盖且远离公路的田块或荒地，使用柴油机动力钻或洛阳铲在地面钻孔，钻至潜地下水面下部1～1.5米位置处即可停止；

2)根据实际钻孔深度，通过连接外螺纹31和连接内螺纹32依次线性组装连接管3，并将整体连接管3底部同采集过滤头1顶部连接，将采集过滤头1底部同取样瓶7顶部的连接瓶口71连接，并旋紧各连接组件；

3)将连接好的装置平稳缓慢放置于钻孔内，静置10～20min，使地下水经过采集过滤头1上端的过滤孔11进入采集过滤头1管腔内部，并逐渐渗入采集过滤头1下端的陶土头2内；

4)将小型抽气泵42与陶土头2上抽气管4对应的导气软管6连接，并依次开启抽气阀门41和小型抽气泵42开关，根据采样需要连续或间断抽气，使陶土头2下方的取样瓶7内部形成负压环境，在负压条件下，陶土头2内渗入水以及采集过滤头1管腔内部的水经由陶土头2过滤进入取样瓶7内；

5)结束取样后，依次关闭小型抽气泵42和抽气阀门41开关，并打开进气阀门51，外部大气经由进气管5进入陶土头2内部，此时陶土头2剩余储存的地下水因外部空气压迫，流入取样瓶7中；

6)从钻孔中取出装置，并根据后续分析研究需要封装、保存地下水样品；使用装有去离子水的注射器清洗采集过滤头1，并冲洗取样瓶7，即可。

对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于浅层地下水的原位采集过滤装置，其特征在于：包括采集过滤头、连接管和取样瓶，所述的连接管和取样瓶分别设置在采集过滤头上下两端，所述的采集过滤头上半部设有过滤孔，采集过滤头下半部设有陶土头，所述陶土头上设有连通取样瓶和连接管的抽气管，所述抽气管顶部连接有抽气模块。

2.如权利要求1所述的一种基于浅层地下水的原位采集过滤装置，其特征是，所述的陶土头上还设有连通陶土头内部和连接管的进气管。

3.如权利要求2所述的一种基于浅层地下水的原位采集过滤装置，其特征是，所述的陶土头上分别设有抽气容置孔和进气盲孔，所述的抽气管设置在抽气容置孔内，且抽气管顶端置于陶土头上方2～3cm处，抽气管底端延伸至陶土头下方且距离取样瓶顶端面至少2～3mm，所述的进气管设置在进气盲孔内，所述的进气管顶端与抽气管顶端相平齐，进气管底端延伸至进气盲孔底部，所述进气盲孔的深度范围采用1～2cm。

4.如权利要求3所述的一种基于浅层地下水的原位采集过滤装置，其特征是，所述的抽气模块采用小型抽气泵，所述的抽气管顶端和进气管顶端分别套设有导气软管，两条所述的导气软管分别沿连接管延伸至外部地面，且两条导气软管延伸端分别对应抽气管和进气管设有相应的抽气阀门和进气阀门，所述抽气管对应的导气软管延伸端与小型抽气泵相连接，所述的导气软管使用的材质为PE管，所述的抽气管采用直径为2mm的不锈钢材质管，所述的进气管采用直径为4mm的不锈钢材质管。

5.如权利要求1所述的一种基于浅层地下水的原位采集过滤装置，其特征是，所述的采集过滤头和连接管均采用圆柱形管体结构，所述的取样瓶顶部设有连接瓶口，所述的连接管设有多个且连接管上下两端管口分别设有连接内螺纹和连接外螺纹，多个连接管通过连接内螺纹和连接外螺纹依次线性螺纹连接，所述的采集过滤头上下两端分别设有过滤头内螺纹，采集过滤头上端的过滤头内螺纹与连接管下端连接外螺纹相螺纹连接，采集过滤头下端的过滤头内螺纹与连接瓶口外侧的瓶口外螺纹相螺纹连接。

6.如权利要求1所述的一种基于浅层地下水的原位采集过滤装置，其特征是，所述的连接管外侧设有用于提高整体平衡性的平衡架，所述的平衡架包括平衡限位板、设置于平衡限位板底部的多条延伸护杆以及设置于延伸护杆底部的定位圈。

7.如权利要求6所述的一种基于浅层地下水的原位采集过滤装置，其特征是，所述的采集过滤头、连接管以及取样瓶外径相同，所述的平衡限位板采用中心设有通孔的环形板结构，且平衡限位板上的通孔外沿底部垂直设有环绕于连接管、采集过滤头及取样瓶外侧的延伸护杆，所述定位圈设置在延伸护杆底部，且定位圈内径与采集过滤头、连接管以及取样瓶的外径相同。

8.如权利要求1所述的一种基于浅层地下水的原位采集过滤装置，其特征是，所述的采集过滤头内侧套装有调节管，所述的调节管上均匀设有与过滤孔位置对应的调节对孔，所述采集过滤头内侧位于过滤孔上方设有环形的配合凹槽，所述调节管通过顶部设置的限位凸起与配合凹槽滑动配合。

9.如权利要求1所述的一种基于浅层地下水的原位采集过滤装置，其特征是，所述的采集过滤头和连接管使用的材质为PVC管或PBB管；所述的取样瓶采用化学性质更稳定的玻璃材质；所述的陶土头由颗粒粒径小于0.002mm的黏土材质经高温烧制而成。

10.如权利要求1-9任一所述的一种基于浅层地下水的原位采集过滤装置的使用方法，其特征是，包括以下步骤：

1)在地下水浅埋区，选择平坦、地表无植被覆盖且远离公路的田块或荒地，使用柴油机动力钻或洛阳铲在地面钻孔，钻至潜地下水面下部1～1.5米位置处即可停止；

2)根据实际钻孔深度，通过连接外螺纹和连接内螺纹依次线性组装连接管，并将整体连接管底部同采集过滤头顶部连接，将采集过滤头底部同取样瓶顶部的连接瓶口连接，并旋紧各连接组件；

3)将连接好的装置平稳缓慢放置于钻孔内，静置10～20min，使地下水经过采集过滤头上端的过滤孔进入采集过滤头管腔内部，并逐渐渗入采集过滤头下端的陶土头内；

4)将小型抽气泵与陶土头上抽气管对应的导气软管连接，并依次开启抽气阀门和小型抽气泵开关，根据采样需要连续或间断抽气，使陶土头下方的取样瓶内部形成负压环境，在负压条件下，陶土头内渗入水以及采集过滤头管腔内部的水经由陶土头过滤进入取样瓶内；

5)结束取样后，依次关闭小型抽气泵和抽气阀门开关，并打开进气阀门，外部大气经由进气管进入陶土头内部，此时陶土头剩余储存的地下水因外部空气压迫，流入取样瓶中；

6)从钻孔中取出装置，并根据后续分析研究需要封装、保存地下水样品；使用装有去离子水的注射器清洗采集过滤头，并冲洗取样瓶，即可。