CN111855312B - 一种便捷式沉积物剖面间隙水原位快速取样装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于取样技术领域，具体涉及一种便捷式沉积物剖面间隙水原位快速取样装置，包括储水管、在竖直方向上间隔层叠设置的若干取样管、真空泵，所述储水管顶部通过丁基胶密封塞密封，所述丁基胶密封塞上穿设一根抽气管和一根进水管进入所述储水管内，所述抽气管和所述进水管与所述丁基胶密封塞的连接处密封，所述进水管的端部靠近所述储水管底部，所述抽气管的端部靠近所述储水管顶部，所述真空泵与所述抽气管连接，单个所述储水管与单个所述取样管通过单个进水管相连通。本发明的取样装置，结构简单，取样操作简便，取样速度快，能够多点原位快速取样。

Description

一种便捷式沉积物剖面间隙水原位快速取样装置

技术领域

本发明属于取样技术领域，具体涉及一种便捷式沉积物剖面间隙水原位快速取样装置。

背景技术

孔隙水存在在土壤、沉积物等细小颗粒间隙之中，也称间隙水，沉积物中的孔隙水隐含了大量关键的地球化学信息。沉积物-水界面是水和沉积物两相组成的环境边界，界面内沉积物颗粒密度、颗粒组成、化学物质活性、pH、溶解氧(DO)、氧化还原电位(Eh)、生物活性等均存在明显的梯度变化，是水生生态系统在物理、化学和生物特征等方面差异性最显著的环境边界；界面内发生的在生物参与下的物理和化学反应，包括氧化和还原、溶解和沉淀、吸附和解吸、迁移和转化、扩散和埋藏、细菌生化反应及生物扰动等作用，是水环境地球化学循环和生物系统耦合的重要方面，是控制和调节水和沉积物之间物质输送和交换的重要途径。获得原位保真的表层沉积物间隙水样品对深入揭示沉积物-水界面地球化学循环行为显得尤为关键。

目前采集间隙水的方法如离心分离法、压榨法、渗透法等被广泛使用。然而此类方法需携带较笨重沉积物采样装置现场采集沉积物(柱)样并转运至实验室进行破坏式间隙水提取，显著改变沉积物原始物理、化学及生物环境条件，而且取样操作慢，要获得所需量的样品需要的时间长，取样点单一。而当前仅有的两种沉积物间隙水取样方法即Rhizon和Peeper技术虽然已被报道但并未普及使用。主要在于，前者仍然需要将沉积物整体脱离原位后进行间隙水半原位单点式收集，而后者往往需要2天或30天的平衡时间，操作繁琐而且费时费力，无法满足对沉积物间隙水环境信息快速动态变化监测的需求。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种便捷式沉积物剖面间隙水原位快速取样装置，多点分层取样，取样操作简单，取样速度快，装置结构简单。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：提供一种便捷式沉积物剖面间隙水原位快速取样装置，包括顺次通过管路连接的真空抽采组件、取样组件、储样组件，所述真空抽采组件的动力来源为移动电源，所述取样组件通过所述真空抽采组件相对于所述储样组件形成负压，从而将取样组件中的间隙水抽取至储样组件中，所述取样组件包括若干不同高度的取样管。

优选地，所述储水组件包括储水管、设置在所述储水管顶部的丁基胶密封塞，所述丁基胶密封塞上穿设一根抽气管和一根进水管进入所述储水管内，所述抽气管和所述进水管与所述丁基胶密封塞的连接处密封；所述取样组件包括在竖直方向上间隔层叠设置的若干取样管；所述真空采样组件包括真空泵，所述进水管的端部靠近所述储水管底部，所述抽气管的端部靠近所述储水管顶部，所述真空泵与所述抽气管连接，单个所述储水管与单个所述取样管通过单个进水管相连通。

优选地，所述进水管为蠕动管，蠕动管柔软的特点可增强在淤泥、水下沉积物以及含水率较高土壤中使用的适应性。

优选地，所述真空泵的动力来源为移动电源，便于整个装置的移动使用，在一些偏远取样地，也能有电源供能，拓宽装置的适用范围。

优选地，所述取样管的进水侧设有间隙水渗透装置。

优选地，所述间隙水渗透装置为聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜，所述中空纤维超滤膜内部设有高强度三叉型碳纤维棒，所述碳纤维棒用于支撑中空纤维滤膜和沉积物间隙水的导流。中空纤维超滤膜抗氧化性高，在沉积物中被污染后再取出时易清洗，能够反复多次利用，碳纤维棒设置在中空纤维超滤膜内部，为中空纤维超滤膜提供了物理支撑，增强整体结构的稳定性。

优选地，若干所述取样管内嵌于有机玻璃材料制成的取样固定室内，所述取样管固定室为有机玻璃板，所述有机玻璃板两侧均开设有供取样管插入的固定孔，所述取样管与所述固定孔的接触面密封。取样管的设置位置多且不集中，这样取样点丰富，在同一个取样环境中，能够多点取样，使得对整体环境的评估更全面准确。

优选地，若干个所述储水管呈圆周阵列形式排布，每个储水管上的抽气管各连接一个真空泵。

本发明的有益效果在于：

1、本装置在竖直方向上间隔层叠设置的若干取样管，当取样管均插入至沉积泥土中时，能够一次性对不同高度位置的间隙水进行取样，满足多点取样需求。

2、在取样管进水侧设置间隙水渗透装置，过滤掉不必要的颗粒物杂质，保证进入取样管中的样品更符合检测的要求。

3、本发明中的储水管顶部通过丁基胶密封塞密封，所述丁基胶密封塞上穿设一根抽气管和一根进水管进入所述储水管内，所述抽气管和所述进水管与所述丁基胶密封塞的连接处密封，所述进水管的端部靠近所述储水管底部，所述抽气管的端部靠近所述储水管顶部，所述真空泵与所述抽气管连接，单个所述储水管与单个所述取样管通过单个进水管相连通，通过真空泵和抽气管对储水管内进行抽气，形成负压，取样管内采集到的间隙水通过进水管进入储水管内，由于进水管端部靠近储水管底部，间隙水从储水管底部逐渐往上升，抽气管的端部靠近储水管顶部，抽气管在抽空气形成负压，当取到一定量时，关闭真空泵，抽气管不会将间隙水抽走，操作简单。

4、本发明中若干个所述储水管呈圆周阵列形式排布，每个储水管上的抽气管各连接一个真空泵，每个储气管又通过独立取样装置延长管连通取样管，一次可同步完成多层沉积物间隙水取样，每个取样点的间隙水均由独立的取样通道和储水管传输和存储，不会混合，使得检测结果更准确。

附图说明

图1是本发明便捷式沉积物剖面间隙水原位快速取样装置俯视图。

图2是本发明图1中A-A处的剖面示意图。

图3是本发明便捷式沉积物剖面间隙水原位快速取样装置取样管结构示意图。

图4是本发明便捷式沉积物剖面间隙水原位快速取样装置储水管和取样管连接结构示意图。

附图标记：储水管1、真空泵2、抽气管3、进水管4、移动电源5、防水丁基胶密封塞6、间隙水渗透装置7、取样管固定室8、取样管9、丁基胶塞密封塞11。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

请参阅图1至图4所示，本发明提供了一种便捷式沉积物剖面间隙水原位快速取样装置，包括顺次通过管路连接的真空抽采组件、储样组件、取样组件，所述真空抽采组件的动力来源为移动电源，所述取样组件通过所述真空抽采组件相对于所述储样组件形成负压，从而将取样组件中的间隙水抽取至储样组件中，所述取样组件包括若干不同高度的取样管9。

所述储水组件包括储水管1、设置在所述储水管顶部的丁基胶密封塞11，所述丁基胶密封塞11上穿设一根抽气管3和一根进水管4进入所述储水管1内，所述抽气管3和所述进水管4与所述丁基胶密封塞11的连接处密封；所述取样组件包括在竖直方向上间隔层叠设置的若干取样管9；所述真空采样组件包括真空泵2，所述进水管4的端部靠近所述储水管1底部，所述抽气管3的端部靠近所述储水管1顶部，所述真空泵2与所述抽气管3连接，单个所述储水管3与单个所述取样管9通过单个进水管4相连通。所述进水管4为蠕动管。

所述真空泵2的动力来源为移动电源5。

所述取样管9由三叉型碳纤维棒包裹中空纤维膜并通过防水密封胶封而成。

所述间隙水渗透装置外层为中空纤维超滤膜，所述中空纤维超滤膜内部设有碳纤维棒，碳纤维棒对中空纤维超滤膜起到了物理支撑作用，且沿碳纤维棒开凿有3个沟槽增加了间隙水导流面积和流速。

若干所述取样管9固定在取样管固定室8上，所述取样管固定室8为有机玻璃板，取样固定室8两侧设有与间隙水渗透装置连通的固定孔，间隙水渗透装置一端胶接在有机玻璃板上，另一端穿过固定孔与取样管9相接，固定孔可供间隙水通过，确保间隙水渗透装置与沉积物充分接触；玻璃板为一块底部呈楔形的有机玻璃固定框体，该框体上均匀分布若干固定孔，然后将每层的间隙水渗透装置从固定孔处穿进去与取样管对接，在插入进沉积物的时候间隙水渗透装置不变形。

若干个所述储水管1呈圆周阵列形式排布，每个储水管1上的抽气管3各连接一个真空泵2，储水管1圆周阵列排布后围成一个圆圈，真空泵2也相应圆周阵列排布成一个圆形，移动电源5设置在真空泵2围成的圆形区域内，该圆形区域上方设置防水丁基胶密封塞6，将真空泵2与移动电源5间的缝隙密封。

本装置在竖直方向上间隔层叠设置均匀分布的若干取样管9，当取样管9均插入至沉积泥土中时，能够一次性对不同层沉积物位置的间隙水进行同步取样，满足多点取样需求。

本装置在取样管9进水侧设置间隙水渗透装置7，使用前间隙水渗透装置需经浓硝酸浸泡，使用时不仅可过滤掉不必要的颗粒物杂质，而且能够保证进入取水管中的间隙水即可酸化以防止水体中的氧化还原敏感物质发生形态变化，可保证进入取样管9中的样品更符合检测的要求。

本发明中的储水管1顶部通过丁基胶密封塞11密封，所述丁基胶密封塞11上穿设一根抽气管3和一根进水管4进入所述储水管1内，所述抽气管3和所述进水管4与所述丁基胶密封塞11的连接处密封，所述进水管4的端部靠近所述储水管1底部，所述抽气管3的端部靠近所述储水管1顶部，所述真空泵2与所述抽气管3连接，单个所述储水管1与单个所述取样管通过单个进水管4相连通，通过真空泵2和抽气管3对储水管1内进行抽气，形成负压，取样管9内采集到的间隙水通过进水管4进入储水管1内，由于进水管4端部靠近储水管1底部，间隙水从储水管1底部逐渐往上升，抽气管3的端部靠近储水管1顶部，抽气管3对储水管1内抽取空气形成负压，当取到一定量时，关闭真空泵2，抽气管3不会将间隙水抽走，操作简单。

本发明中若干个所述储水管1呈圆周阵列形式排布，每个储水管1上的抽气管3各连接一个真空泵2，每个储水管又通过进水管4连通取样管，一次可以完成多点同步取样，每个取样点的间隙水由于有单独的储水管1存储，每根取样管、进水管和储水管形成一条独立的进水和输水通道，互补串扰，防止不同间隙水交叉污染。

本发明的工作原理：使用本装置时，将装载于国定室8的若干平行等距离分布的取样管9深入不同层的沉积物中，通过电源5可同步开启真空泵2，储水管4中迅速形成真空负压，当负压达一定阈值时(≥-40Kpa)，不同层的沉积物间隙水在负压作用下被“抽滤”至间隙水渗滤装置7中，随后依次流经取样管9内和进水管4并最终汇入储水管1内，由于进水管4端部靠近储水管1底部，间隙水从储水管1底部逐渐往上升，抽气管3的端部靠近储水管1顶部，抽气管3通过真空泵2对储水管1内抽取空气形成负压，当取到一定量时，关闭真空泵2，抽气管3不会将间隙水抽走。在间隙水从取样管9流入储水管1的整个过程中，取样管9的位置不发生改变，可以做到原位取样。采样过程通过真空泵2对储水管1内抽取空气形成负压从而使得间隙水从沉积物中被吸取至储水管1，采样迅速，大大提高了采样效率。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (6)

1.一种便捷式沉积物剖面间隙水原位快速取样装置，其特征在于，包括顺次通过管路连接的真空抽采组件、取样组件、储样组件，所述真空抽采组件的动力来源为移动电源，所述取样组件通过所述真空抽采组件相对于所述储样组件形成负压，从而将取样组件中的间隙水抽取至储样组件中，所述取样组件包括若干设置在不同高度位置的取样管；

所述取样管的进水侧设有间隙水渗透装置；

所述间隙水渗透装置为聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜，所述中空纤维超滤膜内部设有高强度三叉型碳纤维棒，所述碳纤维棒开凿有3个沟槽，所述碳纤维棒用于支撑中空纤维滤膜和沉积物间隙水的导流。

2.根据权利要求1所述的便捷式沉积物剖面间隙水原位快速取样装置，其特征在于，所述储样组件包括储水管、设置在所述储水管顶部的丁基胶密封塞，所述丁基胶密封塞上穿设一根抽气管和一根进水管进入所述储水管内，所述抽气管和所述进水管与所述丁基胶密封塞的连接处密封；所述取样组件包括在竖直方向上间隔层叠设置的若干取样管；所述真空采样组件包括真空泵，所述进水管的端部靠近所述储水管底部，所述抽气管的端部靠近所述储水管顶部，所述真空泵与所述抽气管连接，单个所述储水管与单个所述取样管通过单个进水管相连通。

3.根据权利要求1所述的便捷式沉积物剖面间隙水原位快速取样装置，其特征在于，所述进水管为蠕动管。

4.根据权利要求1所述的便捷式沉积物剖面间隙水原位快速取样装置，其特征在于，所述真空泵的动力来源为移动电源。

5.根据权利要求1所述的便捷式沉积物剖面间隙水原位快速取样装置，其特征在于，若干所述取样管内嵌于有机玻璃材料制成的取样固定室内，所述取样管固定室为有机玻璃板，所述有机玻璃板两侧均开设有供取样管插入的固定孔，所述取样管与所述固定孔的接触面密封。

6.根据权利要求2所述的便捷式沉积物剖面间隙水原位快速取样装置，其特征在于，若干个所述储水管呈圆周阵列形式排布，每个储水管上的抽气管各连接一个真空泵。

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