CN205948461U

CN205948461U - 防止生物附着的海水营养盐在线预过滤装置

Info

Publication number: CN205948461U
Application number: CN201620759423.6U
Authority: CN
Inventors: 王奎; 李德望; 陈建芳; 邱文弦; 曾定勇; 倪晓波; 黄大吉
Original assignee: Second Institute of Oceanography SOA
Current assignee: Second Institute of Oceanography SOA
Priority date: 2016-07-18
Filing date: 2016-07-18
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2026-07-18

Abstract

本实用新型提供防止生物附着的海水营养盐在线预过滤装置，包括用于对海水依次进行过滤处理的一级滤芯、二级滤芯和三级滤芯，其中：一级滤芯为聚氨酯筛网，二级滤芯为树脂滤芯层，三级滤芯为木质纤维滤芯层；所述一级滤芯、二级滤芯和三级滤芯依次并排封装在筒体内，在将一级滤芯设置在筒体的进水端内，三级滤芯设置在筒体的出水端内；在筒体的出水端外连接有一个多级通用接口，所述筒体的进水端呈敞口状结构；本实用新型由于采用了以上的技术方案，可以防止附着生物生长；三级滤芯可有效防止大颗粒泥沙进入在线测量仪器，提高过滤容量；木质纤维和树脂材料无营养盐污染或吸附影响。

Description

防止生物附着的海水营养盐在线预过滤装置

技术领域

本实用新型属于海水化学原位在线监测领域，为海洋中长时间原位测量硝酸盐、磷酸盐、硅酸盐等营养盐而进行的预先无污染过滤处理，具体涉及一种防止生物附着的海水营养盐在线预过滤装置。

背景技术

海水中氮磷硅等营养盐是浮游植物的基础营养要素，传统方法是将海水经过0.45μm或0.7μm的滤膜，去除颗粒物质后，添加试剂进行反应显色。为获得海洋中高时间分辨率的营养盐变化，多利用湿化学反应仪器在海洋进行原位在线监测，其原理是在原位测量仪器内部蠕动泵或活塞运动时，可将海水被动地吸入仪器，从而自动进行试剂显色反应。而海水中高浓度泥沙等悬浮颗粒物和生物附着是海洋中尤其是近海营养盐在线监测面临的两个关键问题，大大影响数据精密度、准确度和仪器使用寿命，因此对海水样品进行在线预处理是近海营养盐在线监测的所必须攻克的难题之一。

目前国内外营养盐监测的预处理装置多为实验室使用的醋酸纤维滤膜或玻璃纤维滤膜，无法用于在线监测。

而商品化的在线过滤装置多用于地下水采样，造价昂贵、易生物附着(如Pall^TM、Millipore^TM、Whatman^TM等品牌)，结构简单如仅有单级过滤，且多使用玻璃纤维材质，易于溶出硅酸盐，并不适用于海水尤其是近岸高浑浊度海水中的长期营养盐监测使用。

实用新型内容

为了解决上述的技术问题，本实用新型目的是为克服现有在线过滤海水测营养盐的技术不足，提供一种至少能够耐压300psi(约200m水深)的防生物附着的海水真光层营养盐在线预过滤装置。海水可被动多次经过该过滤装置，去除颗粒物和悬浮物的干扰，达到长期测量目的。它可以在0～200m防止海洋生物附着，内部三级滤芯可进行粗颗粒一级滤芯，细颗粒二级滤芯和三级滤芯，长期使用无额外营养盐污染。且一级滤芯、二级滤芯和三级滤芯可随时更换，方便操作。

为了达到上述的目的，本实用新型采用了以下的技术方案：

本实用新型提供一种防止生物附着的海水营养盐在线预过滤装置，包括用于对海水依次进行过滤处理的一级滤芯、二级滤芯和三级滤芯，其中：一级滤芯为聚氨酯筛网，二级滤芯为树脂滤芯层，三级滤芯为木质纤维滤芯层；所述一级滤芯、二级滤芯和三级滤芯依次并排封装在筒体内，在将一级滤芯设置在筒体的进水端内，三级滤芯设置在筒体的出水端内；在筒体的出水端外连接有一个多级通用接口，所述筒体的进水端呈敞口状结构；在筒体外部包裹有用于防止附着生物的生长的20目铜网罩。由于铜的生物毒性，可防止附着生物的生长，延长装置使用寿命。

作为优选，所述筒体为高密度PVC筒体。

作为优选，所述一级滤芯为200μm孔径聚氨酯筛网，二级滤芯为60μm孔径树脂滤芯层，三级滤芯为0.45～1μm孔径木质纤维滤芯层；

所述60μm孔径树脂滤芯层设置于200μm孔径聚氨酯筛网与0.45～1μm孔径木质纤维滤芯层之间，并将200μm孔径聚氨酯筛网、60μm孔径树脂滤芯层与0.45～1μm孔径木质纤维滤芯层依次封装成一体；

在0.45～1μm孔径木质纤维滤芯层与60μm孔径树脂滤芯层之间夹设有一层用于防止二级滤芯与三级滤芯之间产生碰撞、相互影响的支撑隔板；

所述60μm孔径树脂滤芯层呈中空柱体状、且带有贯穿通过支撑隔板并连接到0.45～1μm孔径木质纤维滤芯层的连通头；在经过二级滤芯的过滤处理后的海水进入到三级滤芯内再次进行过滤处理；

所述200μm孔径聚氨酯筛网用于去除浮游动物以及粒径大于200μm大颗粒悬浮物；

所述60μm孔径树脂滤芯层用于预过滤海水中粒径60～200μm中颗粒悬浮物；

所述0.45～1μm孔径木质纤维滤芯层用于去除浮游植物以及粒径a～60μm小悬浮颗粒物，同时不会产生营养盐吸附或者析出影响；其中：a的取值范围为0.45～1μm。

作为优选，所述支撑隔板为高密度PVC支撑隔板。

作为优选，所述一级滤芯夹设在多孔盖板内，该多孔盖板的厚度为4mm，其截面有24个孔径为4.0mm的通孔。并允许最大流量为2ml/s，流经每个孔的最大流速为0.0016mm/s。

作为优选，所述多孔盖板为高密度PVC双层多孔盖板。

作为优选，高密度PVC筒体上的多级通用接头通过惰性软管与在线营养盐测量仪连接，通过运行在线营养盐测量仪，使得高密度PVC筒体和惰性软管内形成负压，海水从高密度PVC筒体的进水端被动吸入，通过高密度PVC双层多孔盖板和200μm孔径聚氨酯筛网，去除粒径大于200μm大颗粒悬浮物和粒径大于200μm浮游动物，然后通过60μm孔径树脂滤芯层过滤其中粒径60～200μm中颗粒悬浮物，然后通过连通头和高密度PVC支撑隔板，进入0.45～1μm孔径木质纤维滤芯层过滤除掉小悬浮颗粒物；最后通过多级通用接头流出，进入到在线营养盐测量仪内进行显色反应。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型由于采用了以上的技术方案，可以防止附着生物生长；三级滤芯可有效防止大颗粒泥沙进入在线测量仪器，提高过滤容量；木质纤维和树脂材料无营养盐污染或吸附影响；所使用装置结构和材料(为高密度PVC材料)均可耐压200m水深，满足近海或深远海营养盐测量；过滤效果明显，且可长期原位在线使用。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的俯视图；

图3是本实用新型的仰视图，即多孔盖板；

图4是二级滤芯结构示意图；

图5是二级滤芯的俯视图；

图6-1～图6-4为过滤介质对硝酸盐+亚硝酸盐测定的影响示意图；

图7-1～图7-4过滤介质对磷酸盐测定的干扰示意图；

图8-1～图8-4过滤介质对硅酸盐测定的干扰示意图；

图9-1～图9-2过滤介质对铵盐测定的干扰示意图。

附图标注：1、多级通用接口；2、20目铜网罩；3、0.45～1μm孔径木质纤维滤芯层；4、高密度PVC筒体；5、高密度PVC支撑隔板；6、60μm孔径树脂滤芯层；7、200μm孔径聚氨酯筛网；8、高密度PVC双层多孔盖板；9、连通头。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做一个详细的说明。

如图1～图5所示，本实用新型提供一种防止生物附着的海水营养盐在线预过滤装置的具体实施例，包括用于对海水依次进行过滤处理的一级滤芯、二级滤芯和三级滤芯，其中：一级滤芯为200μm孔径聚氨酯筛网7，二级滤芯为60μm孔径树脂滤芯层6，三级滤芯为0.45～1μm孔径木质纤维滤芯层3；所述60μm孔径树脂滤芯层6设置于200μm孔径聚氨酯筛网7与0.45～1μm孔径木质纤维滤芯层3之间，并将200μm孔径聚氨酯筛网7、60μm孔径树脂滤芯层6与0.45～1μm孔径木质纤维滤芯层3依次封装成一体；在0.45～1μm孔径木质纤维滤芯层3与60μm孔径树脂滤芯层6之间夹设有一层用于防止二级滤芯与三级滤芯之间产生碰撞、相互影响的高密度PVC支撑隔板5。

所述60μm孔径树脂滤芯层6呈中空柱体状、且带有贯穿通过高密度PVC支撑隔板5并连接到0.45～1μm孔径木质纤维滤芯层3的连通头9，能够大幅提高过滤容量。在经过二级滤芯的过滤处理后的海水进入到三级滤芯内再次进行过滤处理；所述200μm孔径聚氨酯筛网7用于去除绝大部分浮游动物以及粒径大于200μm大颗粒悬浮物；所述60μm孔径树脂滤芯层6用于预过滤海水中粒径60～200μm中颗粒悬浮物；所述0.45～1μm孔径木质纤维滤芯层3用于去除浮游植物以及粒径a～60μm小悬浮颗粒物，同时不会产生营养盐吸附或者析出影响；其中：a的取值范围为0.45～1μm。

其中：所述一级滤芯夹设在高密度PVC双层多孔盖板8内，该高密度PVC双层多孔盖板8的厚度为4mm，其截面有24个孔径为4.0mm的通孔，并允许最大流量为2ml/s，流经每个孔的最大流速为0.0016mm/s。

所述一级滤芯、二级滤芯和三级滤芯依次封装在高密度PVC筒体4内，其中：将一级滤芯设置在高密度PVC筒体4的进水端内，三级滤芯设置在高密度PVC筒体4的出水端内；在高密度PVC筒体4的出水端外连接有一个能够适用大小不同管径的多级通用接口1，所述高密度PVC筒体4的进水端呈敞口状结构。

其中：所述高密度PVC筒体4外部是由20目铜网罩2包裹，由于铜的生物毒性，可防止附着生物的生长，延长装置使用寿命。

本实用新型装置整体可通过化学惰性软管连接多级通用接头1和在线营养盐测量仪，仪器运行时，形成负压，海水从本实用新型装置的进水端被动吸入，通过双层多孔盖板8和200μm孔径聚氨酯筛网7，去除粒径大于200μm大颗粒悬浮物和粒径大于200μm浮游动物，然后通过60μm孔径树脂滤芯层6过滤其中粒径60～200μm中颗粒悬浮物，然后通过连通头9和高密度PVC支撑隔板5，进入0.45～1μm孔径木质纤维滤芯层3过滤除掉小悬浮颗粒物；最后通过多级通用接头1流出，进入到在线营养盐测量仪内进行显色反应。

长期原位测量时，铜网罩2可防止生物附着，且无额外营养盐污染，从而延长整个装置的使用寿命。铜网罩2，0.45～1μm孔径木质纤维滤芯层3，60μm孔径树脂滤芯层6，200μm孔径聚氨酯筛网7均可定期更换，实际测试结果如下：

过滤试验表明，对于浊度15NTU的河水，25ml 7.4g的0.45～1μm孔径木质纤维滤芯层3可过滤7.2L，效果与0.7μm Whatman^TMGF/F玻璃纤维滤膜相当。以仪器每次抽取30ml计，每天采样8次计，以25ml玻璃纤维或者木质纤维为过滤介质进行预处理，则装置至少可以使用30天。

过滤介质对营养盐测定影响：在线营养盐测量仪采用美国Green生产的EcoLAB2^TM型。滤芯材料经初步选型，分为未处理玻璃纤维，蒸馏水清洗后玻璃纤维，750℃灼烧后玻璃纤维，木质纤维四种材料。加装过滤装置后，用EcoLAB2^TM多次测定同一样品的营养盐浓度。标准真值为通过0.45μm醋酸纤维滤膜过滤后同一样品的使用Ecolab2^TM测定结果。比较四种材料介质对营养盐测定的影响。

对硝酸盐+亚硝酸盐参数，未经任何处理玻璃纤维结果相对误差在15％～30％之间(图6-1)；经6L蒸馏水清洗处理后的玻璃纤维，多次测量同一样品相对误差逐渐增大至10％左右(图6-2)；750℃灼烧后玻璃纤维相对误差在-15％～10％之间(图6-3)；木质纤维结果与使用0.45μm醋酸纤维滤膜过滤后所测真值最为接近，相对误差在-10％～5％之间(图6-4)。故木质纤维可相对满足过滤后硝酸盐+亚硝酸盐测定要求。

对磷酸盐参数，玻璃纤维对测定影响较大，未经处理玻璃纤维可溶出2～3倍于样品的磷酸盐浓度，掩盖样品真实值(图7-1)；蒸馏水清洗玻璃纤维后，过滤样品所得浓度数据和相对误差变动较大，可能有磷酸盐溶出影响(图7-2)；750℃灼烧后玻璃纤维磷酸盐溶出明显减少，但相对误差仍然在0～15％之间(图7-3)；以木质纤维作为过滤介质基本无影响，相对标准偏差在2.2％，相对误差在0～5％之间(图7-4)。故木质纤维可相对满足过滤后测定磷酸盐要求。

对硅酸盐参数，玻璃纤维对测定影响较大，未经处理玻璃纤维可溶出3～4倍于样品的硅酸盐浓度(图8-1)；蒸馏水清洗处理玻璃纤维后，浓度数据和相对误差同样较大(图8-2)；750℃灼烧后玻璃纤维硅酸盐溶出明显减少,测定相对误差在0～15％之间，相对标准偏差在10％以内(图8-3)。使用木质纤维过滤后样品所测相对标准偏差在9.5％，与使用0.45μm醋酸纤维滤膜过滤后效果相当(图8-4)。故木质纤维可相对满足过滤后测定硅酸盐要求。

对铵盐参数，由于空气中存在NH₃故检测较为不稳定，无论是灼烧处理的玻璃纤维还是0.45μm滤膜，过滤后测试相对标准偏差都在10％左右，甚至大于10％(图9-1；9-2)。750℃灼烧后玻璃纤维相对误差在-30％～0％之间(图9-1)，木质纤维相对误差在-10％～10％之间(图9-2)，仍好于玻璃纤维。

总之，以0.5-1.0μm木质纤维作为过滤介质对营养盐测定影响很小，与使用0.45μm醋酸纤维滤膜过滤后测定效果相当，可用于长期原位在线测量。

表1初选材料过滤后海水样品浊度比较

图6-1～图6-4为过滤介质对硝酸盐+亚硝酸盐测定的影响示意图，其中：左侧坐标轴为硝酸盐+亚硝酸盐浓度；右侧坐标轴为相对误差,相对误差中标准真值用直线表示。

具体地：

图6-1中所用的水样为南通渔政码头水样，所用过滤介质为：未经过处理的玻璃纤维；

图6-2中所用的水样为洋山沈家湾码头水样，所用过滤介质为：用6L蒸馏水抽洗后的玻璃纤维；

图6-3中所用的水样均为上海三甲港码头水样，所用过滤介质为：750℃下灼烧4小时处理玻璃纤维；

图6-4中所用的水样均为上海三甲港码头水样，所用过滤介质为：木质纤维。

根据上图6-1～图6-4，可以得出：木质纤维结果与使用0.45μm醋酸纤维滤膜过滤后所测真值最为接近，相对误差在-10％～5％之间，故相比较之下，木质纤维可满足过滤后硝酸盐+亚硝酸盐测定要求。

图7-1～图7-4过滤介质对磷酸盐测定的干扰示意图，具体地：

图7-1～图7-2中所用的为洋山沈家湾码头水样；

图7-3～图7-4中所用的为上海三甲港码头水样。

根据上图7-1～图7-4，可以得出：木质纤维结果与使用0.45μm醋酸纤维滤膜过滤后所测真值最为稳定和接近，相对误差在-3％～5％之间，多次测量相对标准偏差为2.2％左右，故以木质纤维作为过滤介质基本无影响，相比之下木质纤维可满足过滤后测定磷酸盐要求。

图8-1～图8-4过滤介质对硅酸盐测定的干扰示意图，具体地：

图8-1～图8-2中所用的为洋山沈家湾码头水样；

图8-3～图8-4中所用的为上海三甲港码头水样。

根据上图8-1～图8-4，可以得出：使用木质纤维过滤后样品所测相对标准偏差在9.5％，相对使用0.45μm醋酸纤维滤膜过滤后测定真值标准偏差为3.1％，效果相当。故相比之下木质纤维可满足过滤后测定硅酸盐要求。

图9-1～图9-2过滤介质对铵盐测定的干扰示意图，具体地：

图9-1中所用的为洋山沈家湾码头水样；

图9-2中所用的为上海三甲港码水样。

根据上图9-1～图9-2，可以得出：木质纤维相对误差在-10％～10％之间，数据稳定性好于玻璃纤维，故相比之下木质纤维过滤样品测铵盐效果优于750℃下灼烧处理的玻璃纤维。

需要强调的是：以上仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims

1.防止生物附着的海水营养盐在线预过滤装置，其特征在于，包括用于对海水依次进行过滤处理的一级滤芯、二级滤芯和三级滤芯，其中：一级滤芯为聚氨酯筛网，二级滤芯为树脂滤芯层，三级滤芯为木质纤维滤芯层；所述一级滤芯、二级滤芯和三级滤芯依次并排封装在筒体内，在将一级滤芯设置在筒体的进水端内，三级滤芯设置在筒体的出水端内；在筒体的出水端外连接有一个多级通用接口(1)，所述筒体的进水端呈敞口状结构；在筒体外部包裹有用于防止附着生物的生长的20目铜网罩(2)。

2.根据权利要求1中所述的防止生物附着的海水营养盐在线预过滤装置，其特征在于，所述筒体为高密度PVC筒体(4)。

3.根据权利要求1或2中所述的防止生物附着的海水营养盐在线预过滤装置，其特征在于，所述一级滤芯为200μm孔径聚氨酯筛网(7)，二级滤芯为60μm孔径树脂滤芯层(6)，三级滤芯为0.45～1μm孔径木质纤维滤芯层(3)；

所述60μm孔径树脂滤芯层(6)设置于200μm孔径聚氨酯筛网(7)与0.45～1μm孔径木质纤维滤芯层(3)之间，并将200μm孔径聚氨酯筛网(7)、60μm孔径树脂滤芯层(6)与0.45～1μm孔径木质纤维滤芯层(3)依次封装成一体；

在0.45～1μm孔径木质纤维滤芯层(3)与60μm孔径树脂滤芯层(6)之间夹设有一层用于防止二级滤芯与三级滤芯之间产生碰撞、相互影响的支撑隔板；

所述60μm孔径树脂滤芯层(6)呈中空柱体状、且带有贯穿通过支撑隔板并连接到0.45～1μm孔径木质纤维滤芯层(3)的连通头(9)；在经过二级滤芯的过滤处理后的海水进入到三级滤芯内再次进行过滤处理；

所述200μm孔径聚氨酯筛网(7)用于去除浮游动物以及粒径大于200μm大颗粒悬浮物；

所述60μm孔径树脂滤芯层(6)用于预过滤海水中粒径60～200μm中颗粒悬浮物；

所述0.45～1μm孔径木质纤维滤芯层(3)用于去除浮游植物以及粒径a～60μm小悬浮颗粒物，同时不会产生营养盐吸附或者析出影响；其中：a的取值范围为0.45～1μm。

4.根据权利要求3中所述的防止生物附着的海水营养盐在线预过滤装置，其特征在于，所述支撑隔板为高密度PVC支撑隔板(5)。

5.根据权利要求3中所述的防止生物附着的海水营养盐在线预过滤装置，其特征在于，所述一级滤芯夹设在多孔盖板内，该多孔盖板的厚度为4mm，其截面有24个孔径为4.0mm的通孔。

6.根据权利要求5中所述的防止生物附着的海水营养盐在线预过滤装置，其特征在于，所述多孔盖板为高密度PVC双层多孔盖板(8)。