CN114216742A - 一种深海序列海水保真取样及微生物过滤一体化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深海序列海水保真取样及微生物过滤一体化系统，其特征在于，包括：采样泵；及若干过滤取样结构，所述若干过滤取样结构的输入端分别与采样泵的输出端相连通，所述过滤取样结构包括依次相连的采样阀、过滤舱、采样筒和第一截止阀，所述采样阀用于控制海水进入所述过滤取样结构，所述过滤舱用于过滤海水中的微生物并输出滤液，所述采样筒内被活塞分隔为与用于存储所述滤液的采样腔和与用于存储与所述过滤取样结构的预定工作深度对应压力的气体以实现海水保真取样的蓄能腔，所述第一截止阀用于控制所述蓄能腔的开关。本发明实现了对不同深度海水的原位序列保真采样并实现微生物原位过滤，同时获得高保真深海微生物和滤液样品。
Description
技术领域
本申请涉及深海保真取样技术领域，尤其涉及一种深海序列海水保真取样及微生物过滤一体化系统。
背景技术
深海环境普遍具有高压、高盐、低温、无光等特点，其特殊的环境造就了特殊的物质循环模式和生物基因特性。深海微生物泛指来自(或分离自)深海海洋环境，其正常生长需要海水，并可在寡营养、高压、高盐、极端温度条件(高温或者低温)下长期存活并能持续繁殖子代的微生物。研究表明，深海微生物具有很高的活性和多样性，且往往具有一些特殊的功能。例如，有些微生物对石油有较强的分解能力，有望用于解决海洋中的石油泄漏和污染问题；有些微生物已被证明具有很高的抗癌活性、抗肿瘤活性，可用于化学产物的合成等等。对深海微生物研究不仅有助于我们了解海洋生命的起源过程，还能在许多不同的领域造福人类。对深海微生物研究不仅有助于我们了解海洋生命的起源过程，还能在许多不同的领域造福人类。然而，鉴于深海苛刻的环境，目前对深海微生物的研究很难在现场进行，绝大部分研究都是利用各式各样的海洋装备将深海微生物从深海中过滤取样并带回岸上实验室进行分析。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
目前的深海微生物取样设备，要么只具有微生物原位过滤功能，不能获取海水样品，进而缺乏微生物生理生态研究需要的化学环境信息；要么只能获取海水样品，但是不能进行微生物原位过滤，造成微生物样品量很少，不能满足微生物原位培养以及宏基因测试等需求。然而，当前，深海微生物研究中，对微生物样品的要求是：首先，样品是高保真的；其次，同时获得微生物样品及其滤液，形成微生物及其环境系统样本；最后，样品量需要达到一定程度，满足实验室培养或者宏基因组学测试的丰度需求。显然，现有的仪器设备无法满足此要求。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种深海序列海水保真取样及微生物过滤一体化系统，以解决相关技术中存在的无法同时实现海水保真取样和微生物原位过滤的技术问题。
根据本申请实施例的第一方面，提供一种深海序列海水保真取样及微生物过滤一体化系统，包括：
采样泵；及
若干过滤取样结构，所述若干过滤取样结构的输入端分别与所述采样泵的输出端相连通，所述过滤取样结构包括依次相连的采样阀、过滤舱、采样筒和第一截止阀，所述采样阀用于控制海水进入所述过滤取样结构，所述过滤舱用于过滤海水中的微生物并输出滤液，所述采样筒内被活塞分隔为采样腔和蓄能腔，所述采样腔用于存储所述滤液，所述蓄能腔用于存储与所述过滤取样结构的预定工作深度对应压力的气体以实现海水保真取样，所述第一截止阀用于控制所述蓄能腔的开关。
进一步地，所述采样阀上设置有用于控制所述采样阀开关的顶杆。
进一步地，所述过滤舱内设置有至少一层过滤膜。
进一步地，所述过滤膜安装于固定在所述过滤舱内部的膜架上，所述膜架为滤网结构。
进一步地，所述过滤膜从所述过滤舱的输入端到输出端按照过滤孔径依次减小的顺序设置。
进一步地，还包括分配阀，所述分配阀是输入端与所述采样泵相连通，所述分配阀的输出端与所述若干过滤取样结构分别连通。
进一步地，还包括用于过滤海水中的固体颗粒物的初级过滤器，所述初级过滤器的输出端与所述采样泵的输入端相连接。
进一步地，还包括节流器，所述节流器的输入端与所述过滤舱的输出端相连通，所述节流器的输出端与所述采样筒的输入端相连通。
进一步地，还包括溢流阀，所述溢流阀的输入端设置在所述过滤舱和所述采样筒之间。
进一步地，还包括设置在所述过滤舱和所述采样筒之间的第二截止阀，所述第二截止阀用于实现所述采样筒内的滤液的保压转移。
本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
由上述实施例可知，本申请通过采样泵和与所述采样泵分别连通的若干过滤取样结构，实现对不同深度海水的原位序列采样；通过所述过滤取样结构中依次连接的采样阀、采样筒和第一截止阀，实现了海水保真取样，通过设置在所述采样阀和采样筒之间的过滤舱实现微生物原位过滤，同时获得高保真深海微生物和滤液样品。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种深海序列海水保真取样及微生物过滤一体化系统的结构示意图。
图中的附图标记包括：
100、采样泵；200、过滤取样结构；210、采样阀；211、顶杆；220、过滤舱；221、过滤膜；222、膜架；230、采样筒；231、采样腔；232、活塞；233、蓄能腔；240、第一截止阀；250、节流器；260、溢流阀；270、第二截止阀；300、分配阀；400、初级过滤器。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
图1是根据一示例性实施例示出的一种深海序列海水保真取样及微生物过滤一体化系统的结构示意图，如图1所示，该系统可以包括采样泵100及若干过滤取样结构200，所述若干过滤取样结构200的输入端分别与所述采样泵100的输出端相连通，所述过滤取样结构200包括依次相连的采样阀210、过滤舱220、采样筒230和第一截止阀240，所述采样阀210用于控制海水进入所述过滤取样结构200，所述过滤舱220用于过滤海水中的微生物并输出滤液，所述采样筒230内被活塞232分隔为采样腔231和蓄能腔233，所述采样腔231用于存储所述滤液，所述蓄能腔233用于存储与所述过滤取样结构的预定工作深度对应压力的气体以实现海水保真取样，所述第一截止阀240用于控制所述蓄能腔233的开关。
由上述实施例可知，本申请通过采样泵100和与所述采样泵100分别连通的若干过滤取样结构200，实现对不同深度海水的原位序列采样；通过所述过滤取样结构200中依次连接的采样阀210、采样筒230和第一截止阀240，实现了海水保真取样，通过设置在所述采样阀210和采样筒230之间的过滤舱220实现微生物原位过滤，同时获得高保真深海微生物和滤液样品。
具体地，所述采样泵100可以为深水电机驱动的定量泵，海水在定量泵的抽吸下进入过滤取样机构，由于定量泵输出流量近似恒定，因而可以通过其工作时间精确地得知过滤的总流量，进而可以计算出过滤的浓缩比。
在具体实施中，由于过滤舱220和采样筒230要先后承受深层海水的外压和采集到水样的内压，因此采用高强度的合金材料制成，优选地，可采用钛合金，且壁厚均按照耐高压容器标准进行校核。
具体地，所述采样阀210上设置有用于控制所述采样阀210开关的顶杆211，通过控制顶开或释放顶杆211实现采样阀210的开闭，使得每一过滤取样结构200可以单独工作，从而实现了不同深度海水的原位序列采样。
具体地，所述过滤舱220内设置有至少一层过滤膜221，在具体实施中，所述过滤膜221从所述过滤舱220的输入端到输出端按照过滤孔径依次减小的顺序设置，使得海水中的颗粒及微生物由大到小依次被滤膜所拦截，从而实现不同大小微生物的分离，进而满足不同的科学研究需要。
具体地，所述过滤膜221安装于固定在所述过滤舱220内部的膜架222上，所述膜架222为滤网结构，滤网结构一方面可以增加对过滤膜221的支撑面积，防止其被海水冲击破坏，另一方面不对海水造成阻挡，保证海水顺利通过。
具体地，还包括分配阀300，所述分配阀300是输入端与所述采样泵100相连通，所述分配阀300的输出端与所述若干过滤取样结构200分别连通，从而可以将采样泵100抽吸的海水分配到不同的过滤取样结构200。
具体地，该系统还可以包括用于过滤海水中的固体颗粒物的初级过滤器400，所述初级过滤器400的输出端与所述采样泵100的输入端相连接，使得较大杂质提前被初级过滤器400过滤掉，避免造成过滤舱220堵塞，甚至破坏多层过滤膜221。
具体地，该系统还可以包括节流器250，所述节流器250的输入端与所述过滤舱220的输出端相连通，所述节流器250的输出端与所述采样筒230的输入端相连通，在具体实施中，为了控制相应过滤取样结构200的过滤和采样速度，防止高压射流破坏过滤膜221，在不同预定工作深度的过滤取样结构200中设置不同的节流器250，且将节流器250安装在过滤舱220之后可防止海水中的固体颗粒堵塞节流器250的节流小孔。
具体地，该系统还可以包括溢流阀260，所述溢流阀260的输入端设置在所述过滤舱220和所述采样筒230之间，且设置其溢流阈值P3略大于所在通道预定工作深度的压力P1，设置溢流阀260是为了保证采样腔231被充满后可以继续进行过滤工作从而在过滤膜221上滤得大量微生物。
具体地，该系统还可以包括设置在所述过滤舱220和所述采样筒230之间的第二截止阀270，所述第二截止阀270用于实现所述采样筒230内的滤液的保压转移，在具体实施中，当系统被提升至船上后，立即手动关闭第二截止阀270，并将其与前端的管线断开，然后将保压转样瓶与第二截止阀270连接，利用高压泵通过第一截止阀240推动活塞232，从而将海水样品无压力损失地转移到保压转样瓶中，以供后续分析研究。
本申请提供的一种深海序列海水保真取样及微生物过滤一体化系统的工作原理为：
首先，在岸上打开第一截止阀240，对所有过滤取样结构200的蓄能腔233预充氮气，预充压力P2为该过滤取样结构200的预定工作深度压力P1的10％，预充完成后将第一截止阀240旋紧，并确保第二截止阀270处于打开状态；当系统到达最大的预定工作深度后，海水在采样泵100的抽吸作用下，经初级过滤器400进入到分配阀300，然后控制顶开相应通道采样阀210的顶杆211，引导海水进入指定的过滤取样结构200；进入所述过滤取样结构200后的海水依次经过滤舱220内各级过滤膜221的过滤，其滤液起初会被后端的采样腔231所收集，当采样腔231被充满后，通道内压力升高至溢流阀260设定的压力阈值P3，溢流阀260开始工作，滤液经溢流阀260排出，从而保证了过滤任务可以继续进行，直至滤膜上富集了足够的微生物；当过滤任务完成后，控制采样泵100和采样阀210关闭，该过滤取样结构200的采样阀210、溢流阀260、第一截止阀240共同构成了一个密闭空间，在系统提升至海面的过程中，蓄能腔233可以为其所在通道因内压产生的形变所导致的压力损失提供补偿，从而实现了对微生物样品及其滤液的保真采样；当系统上提至另一过滤取样结构200的预定工作深度后，重复上述过程，从而实现了序列采样功能。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种深海序列海水保真取样及微生物过滤一体化系统，其特征在于，包括：
采样泵；及
若干过滤取样结构，所述若干过滤取样结构的输入端分别与所述采样泵的输出端相连通，所述过滤取样结构包括依次相连的采样阀、过滤舱、采样筒和第一截止阀，所述采样阀用于控制海水进入所述过滤取样结构，所述过滤舱用于过滤海水中的微生物并输出滤液，所述采样筒内被活塞分隔为采样腔和蓄能腔，所述采样腔用于存储所述滤液，所述蓄能腔用于存储与所述过滤取样结构的预定工作深度对应压力的气体以实现海水保真取样，所述第一截止阀用于控制所述蓄能腔的开关。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采样阀上设置有用于控制所述采样阀开关的顶杆。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述过滤舱内设置有至少一层过滤膜。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述过滤膜安装于固定在所述过滤舱内部的膜架上，所述膜架为滤网结构。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述过滤膜从所述过滤舱的输入端到输出端按照过滤孔径依次减小的顺序设置。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括分配阀，所述分配阀是输入端与所述采样泵相连通，所述分配阀的输出端与所述若干过滤取样结构分别连通。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括用于过滤海水中的固体颗粒物的初级过滤器，所述初级过滤器的输出端与所述采样泵的输入端相连接。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括节流器，所述节流器的输入端与所述过滤舱的输出端相连通，所述节流器的输出端与所述采样筒的输入端相连通。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括溢流阀，所述溢流阀的输入端设置在所述过滤舱和所述采样筒之间。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括设置在所述过滤舱和所述采样筒之间的第二截止阀，所述第二截止阀用于实现所述采样筒内的滤液的保压转移。
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2021
- 2021-12-07 CN CN202111512032.6A patent/CN114216742A/zh active Pending
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