CN201110812Y - 一种用于水土界面地球化学过程模拟的间隙水采集装置 - Google Patents

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刘恩峰
沈吉
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Abstract

一种用于水土界面地球化学过程模拟的间隙水采集装置，含设有顶盖、底塞的沉积物柱状样采集管，管壁上沿高度设有多个孔嘴及相应个数的活动密封堵头，采集管内有采集的柱状沉积物样品，包括沉积物及其上覆水，其特征是设置一根连通上、下层上覆水孔嘴的管道，管道中设有循环泵；设置一根穿过顶盖伸入上覆水中的电机驱动转子；设置间隙水针式采集器，它包括在沉积物管段的管壁上取一孔嘴，向管内连通一根末端封闭、管壁为微孔材料制成的渗水管，向管外连通一针管注射器；顶盖上还设有活动通气孔。

Description

一种用于水土界面地球化学过程模拟的间隙水采集装置
技术领域
本实用新型涉及湖泊、河流及浅海等浅水水体柱状沉积物间隙水的无扰动、连续采集设备，特别是一种用于水土界面地球化学过程模拟的间隙水采集装置，适用于水土微界面的小尺度地球化学过程室内控制条件下的模拟研究。
背景技术
河流、湖泊及浅海沉积物承载着流域来源的大量污染物质，这些污染物质在水土界面发生强烈的生物地球化学循环；水土界面的上覆水与沉积物间隙水中蕴含着重要的地球化学参数，表征了水土界面的地球化学过程。微电极技术为测定水土微界面的地球化学过程提供了技术支持，但目前较常用的只有溶解氧、pH、硫化物微电极等，而对金属元素、磷等营养元素的变化还需要抽取原位间隙水进行分析。因而，如何精确、连续的采集间隙水，确保其地球化学参数的原位真实性是非常关键的。
水土界面的地球化学参数变化是一个多因素影响下的复杂的连续过程。通常所采用的柱状沉积物间隙水获取方法，如离心法、压榨法对操作环境的要求较高(厌氧)，均首先分层切割沉积岩芯，对同一沉积岩芯只能进行一次间隙水采集，往往采用大量的平行岩芯来获取不同时间段的间隙水，这不仅增加了工作量，而且平行岩芯越多，其理化性质的异质性就会越大，所获得的参数进行对比的难度就越大。虽然间隙水原位采集装置Peeper能够较准确的采集原位间隙水，但采用Peeper工作量大；由于Peeper主要适用于野外原位条件下的间隙水采集，所获得的数据是多环境条件条件下的变化结果，在数据变化的机理解释上存在很大难度。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种用于水土界面地球化学过程室内模拟的间隙水采集装置。其特点是操作简单，精度较高，能够把采集的柱状沉积岩芯直接用于水土界面地球化学过程室内模拟，在室内孵化系统中无扰动连续获取沉积物间隙水，垂直方向采样精度可达5mm，可解决不同环境控制条件下水土界面地球化学过程参数变化获取的难题。
为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种用于水土界面地球化学过程模拟的间隙水采集装置，含设有顶盖、底塞的沉积物柱状样采集管，管壁上沿高度设有多个孔嘴及相应个数的活动密封堵头，采集管内有采集的柱状沉积物样品，包括沉积物及其上覆水，其特征是设置一根连通上、下层上覆水孔嘴的管道，管道中设有循环泵；设置一根穿过顶盖伸入上覆水中的电机驱动转子；设置间隙水针式采集器，它包括在沉积物管段的管壁上取一孔嘴，向管内连通一根末端封闭、管壁为微孔材料制成的渗水管，向管外连通一针管注射器；顶盖上还设有可活动密封的通气孔。所说沉积物柱状样采集管管壁上沿高度设有的多个孔嘴可沿壁面螺旋式分布。所说渗水管采用微孔聚四氟乙烯管并附着有聚醚砜微孔滤膜，聚四氟乙烯管内还设有一根不锈钢钢丝。
本实用新型的优点及效果：沉积物柱状样采集管能够与现有接杆式采样器匹配使用，无扰动采集水深小于5m的柱状沉积物，把采集的柱状沉积物直接用于室内模拟，无需二次转移，保证了水土界面的原始特性；可采用韧性较高的有机玻璃管，能够在侧壁采用螺旋式布设取样孔(可保证螺旋孔的垂向间距为5mm的要求，大大提高了采样的垂向分辨率)；通过改变调频电机驱动转子的旋转速率，模拟各种强度下的水土界面扰动；采集管侧壁连接的循环泵主要用于增加上覆水体中上下层位的物质交换，解决了室内模拟过程中水土界面扰动强度的问题；采用0.1μm的聚醚砜微孔滤膜固定于微孔聚四氟乙烯管上，聚醚砜(PES)微孔滤膜可防止颗粒物以及细菌等进入聚四氟乙烯管，保证了间隙水地球化学性质采集后的原位性。聚四氟乙烯管内附有一不锈钢钢丝，以增加其韧性与强度。
附图说明
图1是本实用新型结构示意图；
图2是本实用新型中间隙水针式采集示意图；
图3是本实用新型中固定于管壁的密封式带孔螺丝与螺帽示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例详细说明本实用新型的结构和工作过程。
附图标号说明1、沉积物柱状样采集管，2、密封式带孔螺丝与螺帽(堵头)组合(含，31、带孔螺丝，32、螺帽)3、上覆水，4、顶盖，5、顶盖活动通气孔，6、循环泵，7、硅胶管，8、电机驱动转子，9、沉积物，10、底塞，11、间隙水针式采集器，21、聚醚砜微孔滤膜，22、聚四氟乙烯管，23、不锈钢钢丝，24、连接器，25、与注射器相连的尾端，26、27、连接器上的固定丝，
参看图1、2、3，一种用于水土界面地球化学过程模拟的间隙水采集装置，包括沉积物柱状样采集管、上覆水循环、间隙水针式采集器。沉积物柱状样采集管1，该采样管1能够与现有接杆式采样器匹配使用，把采集的柱状沉积物直接用于室内模拟，无需二次转移，保证了水土界面的原始特性。管壁上的带孔螺丝31采用螺旋式固定，一是减小钻孔对采样管强度的影响，二是便于间隙水针式采集器11的布设。采样前，把螺帽32旋于带孔螺丝31上，防止上覆水或沉积物通过带孔螺丝31流出。样品采集后，根据水土界面的实际位置与间隙水采集上下间隔，把相应的螺帽32旋开，把间隙水针式采集器11插入带孔螺丝31并且固定即可。操作前，把间隙水针式采集器11充满氮气，防止插入沉积物9或上覆水3后对介质环境条件的改变。缓慢调节间隙水针式采集器11尾端连接的注射器的真空度，使其基本保持在相对较低的真空水平即可，沉积物间隙水或上覆水即可通过无菌注射器进行采集。可通过顶盖活动通气孔5向上覆水体中充氮气或氧气，使上覆水体保持富氧、缺氧状态。沉积物柱状样采集管采用外径90mm的有机玻璃管，其特点是能够与接杆式采样器匹配使用，无扰动采集水深小于5m的柱状沉积物；有机玻璃管的韧性较高，能够在侧壁采用螺旋式布设取样孔(可保证螺旋孔的垂向间距为5mm的要求，大大提高了采样的垂向分辨率)。
采集管内连接一电机转子8，穿过采样管顶盖4，通过调节交流电调频电机的旋转速度，改转子的旋转速率，模拟各种强度下的水土界面扰动。采样管侧壁连接的循环泵6主要用于增加上覆水体中上下层位的物质交换。解决了室内模拟过程中水土界面扰动强度的问题。
间隙水针式采集器是本实用新型的一主要组成部分，采用0.1μm的聚醚砜微孔滤膜21固定于微孔聚四氟乙烯管22上，聚醚砜(PES)微孔滤膜可防止颗粒物以及细菌等进入聚四氟乙烯管，保证了间隙水地球化学性质采集后的原位性。聚四氟乙烯管内附有一不锈钢钢丝23，以增加其韧性与强度。聚四氟乙烯管一端封闭，另一段固定于连接器24上，连接器上的固定丝和固定于管壁的带孔螺丝31为子目丝，可固定于管壁；连接器的另一端通过硅胶管与无菌注射器相连，通过改变注射器的真空度，抽取沉积物间隙水与上覆水。
水土界面地球化学过程模拟的间隙水采集装置的环境条件(温度、光照、水土界面扰动强度等)主要是通过室内孵化系统中的相关设备进行调整(另案申请)。

Claims (3)

1、一种用于水土界面地球化学过程模拟的间隙水采集装置，含设有顶盖、底塞的沉积物柱状样采集管，管壁上沿高度设有多个孔嘴及相应个数的活动密封堵头，采集管内有采集的柱状沉积物样品，包括沉积物及其上覆水，其特征是设置一根连通上、下层上覆水孔嘴的管道，管道中设有循环泵；设置一根穿过顶盖伸入上覆水中的电机驱动转子；设置间隙水针式采集器，它包括在沉积物管段的管壁上取一孔嘴，向管内连通一根末端封闭、管壁为微孔材料制成的渗水管，向管外连通一针管注射器；顶盖上还设有活动通气孔。
2、根据权利要求1中所述的用于水土界面地球化学过程模拟的间隙水采集装置，其特征是沉积物柱状样采集管管壁上沿高度设有的多个孔嘴沿壁面螺旋式分布。
3、根据权利要求1或2所述用于水土界面地球化学过程模拟的间隙水采集装置，其特征是渗水管采用微孔聚四氟乙烯管并附着有聚醚砜微孔滤膜，聚四氟乙烯管内还设有一根不锈钢钢丝。
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