CN111076976A - 一种防堵塞的水体中多粒径微塑料同步采集系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防堵塞的水体中多粒径微塑料同步采集系统，包括：进水管：与进水管连接的多级筛网组合装置，多级筛网组合装置至少设置两级不同孔径的筛网；与多级筛网组合装置的出水口连接的接收桶；以及，设置在所述进水管与所述多级筛网组合装置的连接处的旋转进水组件。本发明中，大样本水体从进水管进来，通过旋转进水组件进入到多级筛网组合装置，旋转进水组件保证进水均匀冲洗顶层筛网面，防止小粒径微塑料滞留于顶层大孔径筛网面，提高后期的检测结果的准确性，不同粒径微塑料颗粒截留在相应孔径的筛网层上，本发明实现对大样本水体中的微塑料进行同步粒径分级并收集，从而提高水体微塑料污染检测的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及一种水体微塑料采集系统，属于水环境检测领域，具体涉及一种防堵塞的水体中多粒径微塑料同步采集系统。
背景技术
微塑料作为水体中一种新型污染物，通常被描述为粒径小于5毫米的塑料聚合物颗粒。因其在水体中的普遍性及其本身所具有的生态毒理性，以及可在水体中存留数百年的稳定的化学性质，全面开展微塑料水体污染和生态风险研究已刻不容缓。目前，关于海洋、淡水环境和污水厂中的微塑料赋存、迁移现状已有较多研究，在给水厂、自来水和瓶装水中微塑料的赋存情况方面亦有少量研究。但对水体中微塑料的采样方式尚未标准化，在采集设备和采集方法上尚缺乏准确性。
目前水体中微塑料样品的采样方式一般分为三种：一为小样本容器收集，由于微塑料于水体中具有空间分布不均匀性，过低的水体样本容量会增大误差，即大样本水体检测更有利于检测的准确性，尤其检测对象为微塑料含量较低的水体时；二为拖网收集，拖网的孔径设置单一，且在收集小粒径微塑料时存在较大误差，大孔径网眼易漏失小粒径颗粒而小孔径网眼易为水体中其他杂质堵塞，也不利于对水体中微塑料污染程度进行科学评估；三为滤网富集，将水样通过泵抽吸或容器直倒方式导入密闭的一级或多级不同孔径滤网，可实现大样本水体检测的同时对所收集微塑料进行粒径分级，但往往因出现堵塞现象而停止富集工作，且滤网的密闭性外壳使收集清理程序繁杂。
鉴于上述情形，本发明设计了一款适用于大样本水体检测且便于解决堵塞的多粒径微塑料同步采集系统。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种防堵塞的水体中多粒径微塑料同步采集系统，实现对大样本水体中的微塑料进行同步粒径分级并收集，从而提高水体微塑料污染检测的准确性，通过以下方案实现。
一种防堵塞的水体中多粒径微塑料同步采集系统，包括：
进水管：
与所述进水管连接的多级筛网组合装置，所述的多级筛网组合装置至少设置两级不同孔径的筛网；
与所述多级筛网组合装置的出水口连接的接收桶；
以及，设置在所述进水管与所述多级筛网组合装置的连接处的旋转进水组件。
本发明中，大样本水体从进水管进来，通过旋转进水组件进入到多级筛网组合装置，旋转进水组件保证进水均匀冲洗顶层筛网面，防止小粒径微塑料滞留于顶层大孔径筛网面，提高后期的检测结果的准确性。多级筛网组合装置至少设置两级不同孔径筛网，流入多级筛网组合装置的水体依靠重力作用通过不同孔径筛网后从底部汇水层的出水口流出，不同粒径微塑料颗粒截留在相应孔径的筛网层上，要取出某一层筛网进行截留物质的收集时，拆出该层筛网进行处理，从而实现对水体中微塑料颗粒进行粒径分级并同步收集，经过通过多级筛网组合装置的出水口进入到接收桶，通过对过滤出水的收集，并用于后期的筛网微塑料冲洗收集工作，在二次过滤的同时实现对采样水体的最大效率利用。
以下作为本发明的优选技术方案：
所述的进水管上连接有抽水泵，用于进水。抽进水管、抽水泵与筛网组合之间的系统连接管选用聚四氟乙烯管，接头、流量计、水阀选用不锈钢或铝合金等金属件，减少塑料材料对检测结果造成影响。待采样水体通过抽水泵导入系统，再通过旋转进水组件进入多级筛网组合。
所述的进水管上连接有流量计和水阀，流量计显示进水管的大样本水体流量，水阀用于控制进水管中大样本水体的通断。抽水泵和旋转进水组件之间设有流量计和水阀，通过流量计监测系统工作时的进水流量与总过滤体积，通过水阀控制筛网组合的进水。抽水泵抽取的样本水经过流量计和水阀进入进水管后导入旋转泄水层中，后绕装置中轴线旋转着泄入多级筛网结构，保证进水全面并均匀地冲洗顶层筛网面，防止小粒径微塑料滞留于顶层大孔径筛网面影响后期计数结果。
所述的多级筛网组合装置，包括：
竖向支撑柱；
依次层叠安装在所述竖向支撑柱上的多个筛网单元，多个筛网单元中设置有不同孔径的筛网，每个筛网单元包括圆环框以及设置在所述圆环框底部的筛网。
所述的多个筛网单元通过螺栓环扣安装在所述竖向支撑柱上。
流入多级筛网组合装置的水体依靠重力作用通过各级筛网后从底部汇水层的出水口流出，不同粒径微塑料颗粒截留在相应孔径的筛网层上，每一级筛网层都可以通过调整两端螺栓环扣的松紧实现拆装或沿竖向支撑柱的升降活动，要取出某一层筛网进行截留物质的收集时，只需提升其上部构件后，拆出该层筛网进行处理，从而实现对水体中微塑料颗粒进行粒径分级并同步收集。
所述的筛网单元的圆环框上开有水位观察窗，多级筛网组合装置的筛网单元均由中空桶状的不锈钢筛框(即圆环框)和不锈钢筛网组成，圆环框的侧壁上开有水位观察窗，可以实时观察装置内样本水的过滤情况，可及时发现筛网堵塞，筛框两侧外壁通过螺栓环扣与竖向支撑柱连接。为防止筛网过滤过程中出现堵塞状况，当水位观察窗中出现水位较高时，可关闭进水管前的水阀后再关闭抽水泵，待发生堵塞的筛网层中水位稳定后，通过整体提升上部结构适当高度后，用不锈钢镊子对堵塞筛网层中的大块非塑料物质进行移除或取下该筛网层，对其中截留物质进行收集后，归位筛网层，将装置恢复原样后继续抽水过滤，待采样完全结束后，再次对该筛网中截留物质进行收集，将几次收集物质合并于同一容器中，实现堵塞状况下的多次收集，并保证对大样本水体中微塑料颗粒的完整采集。
所述的多个筛网单元的层叠采用可拆卸密封连接，所述的可拆卸密封连接为内外螺纹连接、卡合连接、套接或粘合连接之中的一种。
所述的多个筛网单元为3个，多个筛网单元中的筛网的孔径从所述多级筛网组合装置的顶部到底部依次为3～8mm、80～120μm、10～30μm，最优选为5mm，100μm，20μm。
所述的旋转进水组件位于所述多级筛网组合装置的顶部，方便水体依靠重力作用通过不同孔径筛网。
所述的旋转进水组件包括：
安装所述多级筛网组合装置的顶部的电机支撑提升架；
安装在所述电机支撑提升架上的减速电机；
与所述减速电机连接的连接杆；
以及与所述连接杆固定的旋转泄水层，所述的旋转泄水层安装在所述多级筛网组合装置顶部的筛网单元内。
所述的电机支撑提升架通过螺栓环扣与竖向支撑柱连接。
所述的进水管的出水口安装在所述旋转泄水层内，减速电机通过连接杆带动旋转泄水层旋转，大样本水体从进水管进来，然后从进水管的出水口进入到旋转泄水层中，旋转泄水层旋转着将大样本水体导入到多级筛网组合装置的各个筛网单元，保证进水均匀冲洗顶层筛网(即多级筛网组合装置顶部的筛网单元)面上的截留物，防止小粒径微塑料堆积滞留于顶层大孔径筛网面影响后期计数结果。
所述的旋转泄水层包括：圆框以及设置在所述圆框底部的长方形泄水口，所述的长方形泄水口沿所述圆框的径向设置。
所述的进水管上插进所述多级筛网组合装置的顶部的位置设有防尘罩。
旋转进水组件，包括进水管、防尘罩、减速电机、电机支撑提升架、连接杆以及旋转泄水层。进水管一端通过连接管与水阀连接，另一端通过密封顶盖上的圆形开口插入旋转泄水层中；进水管与电机支撑提升架通过螺栓环扣连接于竖向支撑柱，方便控制进水管与减速电机随筛网层同步升降；顶盖的进水管插入口处设置防尘罩，减少外界环境对检测结果造成污染；旋转泄水层呈中空圆柱状，内含于顶层筛网中，圆形底层开有沿半径设置的长方形泄水口；减速电机位于圆形顶盖圆心上方，通过不锈钢连接杆穿过支撑架、顶盖与旋转泄水层的底层圆心处相连，带动其以适当转速绕杆轴自转。
所述的所述多级筛网组合装置的出水口与所述接收桶之间设置有单向阀。
所述的接收桶设置有泄水口，密闭不锈钢接收桶底部设有泄水口，系统开始工作后一直开启泄水口直到还剩10L水体需要过滤时关闭，保存剩余的收集出水于不锈钢接收桶中，用于后期收集各级筛网截留物质所需的冲洗用水，提高采集过程中对采样水体的利用率。
多级筛网组合出水口与不锈钢接收桶的连接管选用不锈钢管，接口和单向阀选用不锈钢或铝合金金属件，避免塑料材料对不锈钢桶中收集出水造成二次污染，影响后期采样计数结果。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1.本发明适用于大样本水体中微塑料的检测，可通过筛网层壁上的水位观察窗及时发现采样过程中易发生的堵塞状况，并通过简单提升和拆卸筛网层，方便快速地实现多次收集或清理移除大块非塑料物质以解决堵塞问题。
2.本发明的筛网顶层进水采用电机控制转动均匀进水的形式，保证进水均匀冲洗顶层筛网面，防止小粒径微塑料滞留于顶层大孔径筛网面，提高后期的检测结果的准确性。
3.本发明通过对过滤出水的收集，并用于后期的筛网微塑料冲洗收集工作，在二次过滤的同时实现对采样水体的最大效率利用。
4.本发明所有构件皆可拆装搭建，整个系统方便携带运输。
附图说明
图1为本发明实施例的防堵塞的水体中多粒径微塑料同步采集系统的侧面结构示意图；
图2为本发明实施例的防堵塞的水体中多粒径微塑料同步采集系统的正面结构示意图；
图3为本发明实施例的单级筛网层及相连螺栓环扣的结构示意图；
图4为本发明实施例的筛网顶部进水结构的三维示意图；
其中：1.抽水泵进水管；2.抽水泵；3.显数流量计；4.水阀；5.连接管；6.电机支撑提升架；7.减速电机；8.进水管；9.防尘罩；10.顶盖；11.竖向支撑柱；12.筛网层；13.螺栓环扣；14.底部汇水层；15.载物架；16.出水口；17.出水管；18.单向阀；19.不锈钢接收桶；20.泄水口；21.水位观察窗；22.金属连接杆；23.旋转泄水层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
在本实施例中，以给水厂原水中粒径为20μm-5mm的微塑料颗粒为采集对象，因原水中微塑料含量较低，需采集大样本水体以提高检测结果的准确性，故系统过滤水量为500L。
如图1、图2所示，防堵塞的水体中多粒径微塑料同步采集系统，包括：进水管1(即抽水泵进水管)：与进水管1连接的多级筛网组合装置，多级筛网组合装置至少设置两级不同孔径的筛网；与多级筛网组合装置的出水口16连接的接收桶19(不锈钢接收桶19)；以及，设置在进水管1与多级筛网组合装置的连接处的旋转进水组件。进水管1上连接有抽水泵2。进水管1上连接有显数流量计3和水阀4。
多级筛网组合装置，包括：竖向支撑柱11；
依次层叠安装在竖向支撑柱11上的多个筛网单元，多个筛网单元中设置有不同孔径的筛网，每个筛网单元(即筛网层12)包括圆环框以及设置在圆环框底部的筛网。多个筛网单元通过螺栓环扣13安装在竖向支撑柱11上。筛网单元的圆环框上开有水位观察窗21。多个筛网单元的层叠采用可拆卸密封连接，可拆卸密封连接为内外螺纹连接、卡合连接、套接或粘合连接之中的一种。
旋转进水组件包括：安装多级筛网组合装置的顶部的电机支撑提升架6；安装在电机支撑提升架6上的减速电机7；与减速电机7连接的连接杆22(即金属连接杆22)；以及与连接杆22固定的旋转泄水层23，旋转泄水层23安装在多级筛网组合装置顶部的筛网单元内，进水管1的出水口安装在旋转泄水层23内。旋转泄水层23包括：圆框以及设置在圆框底部的长方形泄水口，长方形泄水口沿圆框的径向设置。
本实施例中防堵塞的水体中多粒径微塑料同步采集系统包括抽水泵2、流量计3、水阀4、旋转进水组件、可提升可拆分的多级不锈钢筛网组合12-14、不锈钢出水管17以及设有泄水口20的密闭不锈钢接收桶19，所述旋转进水组件位于多级筛网组合顶部，多级筛网组合中顶盖10与顶层筛网上端、上下级筛网层间皆采用套接，各层筛网两端均设置螺栓环扣13与竖向支撑柱11连接，具体连接方式见图3，通过螺栓环扣13调节各筛网层的位置关系可使筛网层间的套接更紧密，为避免微塑料的泄露损失，可在套接处加设橡胶密封圈；本实施例设置三级不同孔径的筛网组合，顶层筛网孔径为5mm，中间层筛网孔径为100μm，底层筛网孔径为20μm，各筛网层壁上开有玻璃观察窗21；不锈钢出水管17连接筛网组合与接收桶19，中间设有单向阀18，皆为内外螺纹连接。
如图4所示，旋转进水组件包括进水管8、防尘罩9、减速电机7、电机支撑提升架6、金属连接杆22以及旋转泄水层23。进水管8一端通过连接管与水阀4连接，另一端通过密封顶盖10上的圆形开口插入旋转泄水层23中；进水管8与电机支撑提升架6通过螺栓环扣13连接于竖向支撑柱11，方便控制进水管8与减速电机7随筛网层12同步升降；顶盖10的进水管插入口处设置防尘罩9，减少外界环境对检测结果造成污染。
本实施例中防堵塞的水体中多粒径微塑料同步采集系统，具体采集步骤如下：
1)将装置系统按以上说明整体组装放置在平整的工作平面上，启动旋转进水组件中的减速电机7，带动旋转泄水层23旋转，测试系统整体结构的稳定性，若出现筛网组合倾斜摇晃现象，及时核查并调节螺栓环扣13与竖向支撑柱11实现有效固定，另外可通过向载物架15上放置适当重物提高稳定性。
2)确认系统整体稳固后，将抽水泵进水管1头部插入采样点水体中，打开泄水口20和所有阀门并启动抽水泵2，开始采集工作。采样点的水样依次通过抽水泵2、流量计3、水阀4，进入旋转进水组件后，绕装置中轴线旋转着导入多级筛网结构，保证进水均匀冲洗顶层筛网面上的截留物，防止小粒径微塑料堆积滞留于顶层大孔径筛网面影响后期计数结果。水样依靠重力作用依次通过孔径为5mm、100μm、20μm的筛网层后从底部汇水层14的出水口16流出，最后汇入不锈钢接收桶19，此时不同粒径微塑料颗粒截留在相应孔径的筛网层上。
3)通过显数流量计3监测系统工作时的进水流量与总过滤体积，通过各级筛网层12的水位观察窗22监测采样过程中的堵塞现象。当某级筛网层的水位观察窗21中水位较高时，可能出现堵塞现象，先关闭顶部减速电机7和水阀4后再关闭抽水泵2，待发生堵塞的筛网层中水位稳定后，通过调节螺栓环扣13提升该层以上的整体结构至适当高度后，用不锈钢镊子对堵塞筛网层中的大块非塑料物质进行移除或调节该层筛网的螺栓环扣以取下该筛网层，对其中所有截留物质进行冲洗收集至相应容器中，之后归位筛网层，将装置恢复原样后重新打开减速电机7和水阀4，再打开抽水泵2，继续抽水过滤。
4)当还剩10L水体待过滤时关闭泄水口20，保存剩余的收集出水于不锈钢接收桶中，用于后期收集各级筛网截留物质所需的冲洗用水，提高采集过程中对采样水体的利用率。
5)待过滤水体体积已达采样量要求后，先关闭减速电机7和水阀4，再关闭抽水泵2，待各筛网层中不再有积水后，调节顶部筛网层以上结构的螺栓环扣13提升适当高度。打开泄水口20，以洗瓶接收剩余滤后水体，再先后拆下各孔径筛网层，通过上述洗瓶对5mm筛网层中的截留物质进行清洗弃置，对其余筛网层中的截留物质冲洗收集至相应容器中。
6)收集完毕后，拆卸采集系统，清洗各过水结构，收集有各级粒径微塑料的容器在密封低温情况下送往实验室进行下一步处理。
以上实施例仅说明本发明的技术方案而非用以限制本发明的专利保护范围，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种防堵塞的水体中多粒径微塑料同步采集系统，其特征在于，包括：
进水管：
与所述进水管连接的多级筛网组合装置，所述的多级筛网组合装置至少设置两级不同孔径的筛网；
与所述多级筛网组合装置的出水口连接的接收桶；
以及，设置在所述进水管与所述多级筛网组合装置的连接处的旋转进水组件。
2.根据权利要求1所述的防堵塞的水体中多粒径微塑料同步采集系统，其特征在于，所述的进水管上连接有抽水泵。
3.根据权利要求1所述的防堵塞的水体中多粒径微塑料同步采集系统，其特征在于，所述的进水管上连接有流量计和水阀。
4.根据权利要求1所述的防堵塞的水体中多粒径微塑料同步采集系统，其特征在于，所述的多级筛网组合装置，包括：
竖向支撑柱；
依次层叠安装在所述竖向支撑柱上的多个筛网单元，多个筛网单元中设置有不同孔径的筛网，每个筛网单元包括圆环框以及设置在所述圆环框底部的筛网。
5.根据权利要求4所述的防堵塞的水体中多粒径微塑料同步采集系统，其特征在于，所述的多个筛网单元通过螺栓环扣安装在所述竖向支撑柱上。
6.根据权利要求4所述的防堵塞的水体中多粒径微塑料同步采集系统，其特征在于，所述的筛网单元的圆环框上开有水位观察窗。
7.根据权利要求4所述的防堵塞的水体中多粒径微塑料同步采集系统，其特征在于，所述的多个筛网单元的层叠采用可拆卸密封连接，所述的可拆卸密封连接为内外螺纹连接、卡合连接、套接或粘合连接之中的一种。
8.根据权利要求4所述的防堵塞的水体中多粒径微塑料同步采集系统，其特征在于，所述的多个筛网单元为3个，多个筛网单元中的筛网的孔径从所述多级筛网组合装置的顶部到底部依次为3～8mm、80～120μm、10～30μm。
9.根据权利要求4所述的防堵塞的水体中多粒径微塑料同步采集系统，其特征在于，所述的旋转进水组件包括：
安装所述多级筛网组合装置的顶部的电机支撑提升架；
安装在所述电机支撑提升架上的减速电机；
与所述减速电机连接的连接杆；
以及与所述连接杆固定的旋转泄水层，所述的旋转泄水层安装在所述多级筛网组合装置顶部的筛网单元内，所述的进水管的出水口安装在所述旋转泄水层内。
10.根据权利要求4所述的防堵塞的水体中多粒径微塑料同步采集系统，其特征在于，所述的旋转泄水层包括：圆框以及设置在所述圆框底部的长方形泄水口，所述的长方形泄水口沿所述圆框的径向设置。
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