CN212459661U

CN212459661U - 人工湿地基质中水质溶解氧测量装置

Info

Publication number: CN212459661U
Application number: CN202021366663.2U
Authority: CN
Inventors: 王少峰; 刘彦汐; 张惠宁; 张玉蓉; 王惠敏; 赵红花; 胡家玮
Original assignee: Lanzhou University of Technology; Sichuan Water Conservancy Vocational College
Current assignee: Lanzhou University of Technology; Sichuan Water Conservancy Vocational College
Priority date: 2020-07-13
Filing date: 2020-07-13
Publication date: 2021-02-02
Anticipated expiration: 2030-07-13

Abstract

本实用新型公开了一种人工湿地基质中水质溶解氧测量装置，它包括两端敞口的水样检测管，水样检测管的两端安装有橡胶塞，进样管贯穿下部的橡胶塞伸入水样检测管中，进样管的底部通过L型下三通阀分别与注样管和排样管相连通，注样管内填塞有软木塞，注样管通过注样针与取样器相连接；水样检测管内腔中放置有与数据采集仪相连接的氧电极；进气管贯穿上部的橡胶塞伸入水样检测管中，进气管的顶端通过L型上三通阀分别与压缩氮气存储罐和油封装置相连接。本实用新型采样溶解氧测量装置精准完成基质中的水样的溶解氧检测，在油封装置和氮气的保护下，水样检测全程为无氧环境，样品不与大气接触，保证了检测数据的精确度。

Description

人工湿地基质中水质溶解氧测量装置

技术领域

本实用新型涉及环境监测技术领域，具体的说是一种人工湿地基质中水质溶解氧测量装置。

背景技术

基质是污水人工湿地生态净化系统中微生物及其种群栖息、生存、繁衍、代谢的物质载体。研究表明：在人工湿地基质床环境中显著存在着缺氧区、厌氧区、好氧区。其中缺氧区、厌氧区、好氧区各分区大小和分区比例对人工湿地净化效果有一定的影响。因此优化人工湿地结构设计，合理设计缺氧区、厌氧区、好氧区分区大小并充分培育与之相适应的微生物种群（缺氧区以兼性微生物为优势种属，厌氧区以厌氧微生物为优势种属，好氧区以好氧微生物为优势种属）可以看做是人工湿地系统利用A²O（即缺氧—厌氧—好氧）污水处理技术原理对其净化功能的工程强化措施，改善了湿地系统对COD（化学需氧量）、TN（总氮）、TP（总磷）的去除效果。

在人工湿地结构设计相关科学研究中，充分认识湿地系统中缺氧区、厌氧区、好氧区的主体功能及其与设计、运行参数之间的内在规律，并通过设计、运行优化对系统有益功能施加强化是目前研究探索的方向之一。因此测定人工湿地基质床环境中氧浓度分布特征与进水水质、渗透速率，目标污染物去除率、植物根系发育程度之间的协同关系是进行此类研究必不可少的一个重要环节。

为了测绘人工湿地基质床环境中氧浓度分布图，需要在基质床中布设大量的测量点矩并检测各点矩处的氧浓度。研究实践中常采用异地检测法，即通过水质取样器提取测量点矩处的水样并移样到异地（相对于原位而言）一个相对独立的检测环境中进行氧浓度检测。异地检测法在目前实践中存在以下困难：（1）湿地系统渗流环境为基质所填充，并不能采取常用的河湖水质取样器取样，水样提取不方便；（2）水样在提取，移样，倒样、检测等操作过程中不易规避水样与周围大气环境的接触而造成氧传递。因为在人工湿地里除去进水端大部分都是厌氧环境，水样的溶解氧浓度都比较低，如果与大气接触，大气中的氧气就会通过复氧过程进入到水样中，这样水样的溶氧检测值就不能反应真实值。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种人工湿地基质中水质溶解氧测量装置，在封闭、无触氧环境下完成基质水质中溶解氧的检测，水样全程不与大气接触，能够准确地反应基质中水样的溶氧检测指标。

为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案为：

一种人工湿地基质中水质溶解氧测量装置，它包括两端敞口的水样检测管，水样检测管的两端安装有橡胶塞，进样管贯穿下部的橡胶塞伸入水样检测管中，进样管的底部通过L型下三通阀分别与注样管和排样管相连通，注样管内填塞有软木塞，注样管通过注样针与取样器相连接；水样检测管内腔中放置有与数据采集仪相连接的氧电极；进气管贯穿上部的橡胶塞伸入水样检测管中，进气管的顶端通过L型上三通阀分别与压缩氮气存储罐和油封装置相连接。

优选的，所述油封装置包括与上三通阀相连通的密闭膨胀罐，密闭膨胀罐的底部通过U型管与平衡罐的底部相连通，密闭膨胀罐与平衡罐的高度相同，密闭膨胀罐和平衡罐中盛装有油封，平衡罐的顶端敞口。

优选的，注样前所述油封的液位低于进气管顶端高程，密闭膨胀罐和U型管中油封的总体积以及平衡罐油封上部罐体预留体积应大于取样器的体积，即应大于水样的最大注样体积。

优选的，所述油封装置包括一端与上三通阀相连通的U型管，U型管的另一端与平衡罐的底部相连通，顶端敞口的平衡罐中盛装有油封。

优选的，注样前所述油封的液位低于进气管顶端高程，U型管中油封的总体积以及平衡罐油封上部罐体预留体积应大于取样器的体积，即应大于水样的最大注样体积。

优选的，所述油封装置包括左侧与上三通阀相连通的U型管，U型管的右侧支管高为左侧支管高的2-4倍；U型管中盛装有油封。

优选的，注样前所述油封的液位低于进气管顶端高程，U型管右侧支管油封上部预留体积应大于取样器的体积，即应大于水样的最大注样体积。

优选的，所述取样器为活塞式真空取样器。

优选的，所述U型管、平衡罐和密闭膨胀罐均为玻璃材质制备而成。

本实用新型的工作过程为：

水样注入测量装置：在装有人工湿地基质水样的取样器前端安装注样针，将注样针的前端插入至注样管中，调整下三通阀使注样管与进样管相连通，调整上三通阀使进气管与油封装置相连通，打开锁止阀，匀速缓慢推动取样器的活塞，使取样器中的水样进入水样检测管内；注样结束后，拔出注样针；

溶解氧检测：开启氧电极，待检测数据跳跃显示稳定后，从数据采集仪读取溶氧量数值，并根据需要输出数据；

排水吹脱：水样检测完成后，调整下三通阀使进样管与排样管相连通，在油封复位压差的作用下水样排出；排水结束后，调整上三通阀，使压缩氮气罐与水样检测管相连通，并释放压缩氮气对连接管路进行吹洗，将管壁上附着的水以及排水时逸入的空气吹脱干净；吹脱完成后调整下三通阀使注样管与水样检测管保持连通，同时调整上三通阀，使水样检测管与油封装置相连通，装置待机，以备再次进行水样的检测。

本实用新型在样品的溶解氧测量过程中，全程为无氧环境，样品不与大气接触，样品保持了在基质中的原貌，保证了检测数据的精确度。

本实用新型中氧电极是检测水样溶解氧的重要元件，其传导膜充分暴露于检测水样中。

本实用新型中L型三通阀为L型两向导通元件，工作机制为或L型左导通，或L型右导通，通过切换三通阀的导通方向，控制不同的管路连通。

本实用新型中压缩氮气储存罐中储有压缩氮气，一方面用以在注样前吹脱水样检测管中留存的前一次检测水样或者在检测水样从排样管自流排除时可能从排水口逸入的空气，另一方面用以在水样检测管中待测水样和密闭膨胀罐油封之间形成微正压气塞，防止空气中的氧气从装置各接合部处逸入，提高检测的精准度；同时由于氮气化学性质无毒无害且极难溶于水，其存在不会对水样中溶解氧产生干扰，也不会造成不安全的测试环境。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是密闭膨胀罐、U型管和平衡罐组成的油封装置使用状态图；

图3是U型管和平衡罐组成的油封装置使用状态图；

图4是U型管组成的油封装置使用状态图；

图中：1、水样检测管，2、下三通阀，3、上三通阀，4、氧电极，5、数据采集仪，6、压缩氮气存储罐，7、取样器，8、注样管，9、排样管，10、U型管，11、平衡罐，12、进气管，13、进样管，14、密闭膨胀罐，15、注样针。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例1

如图1、图2所示的一种人工湿地基质中水质溶解氧测量装置，它包括两端敞口的水样检测管1，水样检测管1的两端安装有橡胶塞，进样管13贯穿下部的橡胶塞伸入水样检测管1中，进样管13的底部通过L型下三通阀2分别与注样管8和排样管9相连通，注样管8内填塞有软木塞，注样管8通过注样针15与活塞式真空取样器7相连接；水样检测管1内腔中放置有与数据采集仪5相连接的氧电极4；进气管12贯穿上部的橡胶塞伸入水样检测管1中，进气管12的顶端通过L型上三通阀3分别与压缩氮气存储罐6和油封装置相连接。

油封装置包括与上三通阀3相连通的密闭膨胀罐14，密闭膨胀罐14的底部通过U型管10与平衡罐11的底部相连通，密闭膨胀罐14与平衡罐11的高度相同，密闭膨胀罐14和平衡罐11中盛装有油封，平衡罐11的顶端敞口；注样前油封的液位低于进气管12顶端高程，密闭膨胀罐14和U型管10中油封的总体积以及平衡罐11油封上部罐体预留体积应大于取样器7的体积，即应大于水样的最大注样体积。

本实用新型的使用方法为：

水样注入测量装置：在装有人工湿地基质水样的取样器7前端安装注样针15，将注样针15的前端插入至注样管8中，调整下三通阀2使注样管8与进样管13相连通，调整上三通阀3使进气管12与油封装置相连通，打开锁止阀9，匀速缓慢推动取样器7的活塞，使取样器7中的水样进入水样检测管1内；注样结束后，拔出注样针15；

水样注入水样检测管1前，水样检测管1和油封之间连同部分全部为常压氮气（Pa=1atm）所填充。注样检测时，由于一定体积水样注入水样检测管1，油封之前的气体总体积发生膨胀，必然推动氮气气塞体向油封方向移动，进而推高平衡罐11内油封液面高度，平衡罐11内的液面与密闭膨胀罐14内的液面高度差为h₁。

溶解氧检测：开启氧电极4，待检测数据跳跃显示稳定后，从数据采集仪5读取溶氧量数值，并根据需要输出数据；

排水吹脱：水样检测完成后，调整下三通阀2使进样管13与排样管9相连通，在油封复位压差的作用下水样排出；排水结束后，调整上三通阀3，使压缩氮气罐6与水样检测管1相连通，并释放压缩氮气对连接管路进行吹洗，将管壁上附着的水以及排水时逸入的空气吹脱干净；吹脱完成后调整下三通阀2使注样管8与水样检测管1保持连通，同时调整上三通阀3，使水样检测管1与油封装置相连通，装置待机，以备再次进行水样的检测。

如果注样前油封的液位不低于进气管顶端高程，则在步骤五油封复位时，油封液会吸入水样检测管造成污染以及油封体积减量；如果密闭膨胀罐和U型管中设计油封的总体积小于最大注样体积，则气塞体会进入平衡罐造成逸气以及气塞体体积减量，不利于步骤五水样自流排出；如果设计平衡罐油封上部罐体预留体积小于最大注样体积，则造成步骤三水样注样时平衡罐油封液发生外溢。

实施例2

一种人工湿地基质中水质溶解氧测量装置，它包括两端敞口的水样检测管1，水样检测管1的两端安装有橡胶塞，进样管13贯穿下部的橡胶塞伸入水样检测管1中，进样管13的底部通过L型下三通阀2分别与注样管8和排样管9相连通，注样管8内填塞有软木塞，注样管8通过注样针15与活塞式真空取样器7相连接；水样检测管1内腔中放置有与数据采集仪5相连接的氧电极4；进气管12贯穿上部的橡胶塞伸入水样检测管1中，进气管12的顶端通过L型上三通阀3分别与压缩氮气存储罐6和油封装置相连接。

如图3所示的油封装置包括一端与上三通阀3相连通的U型管10，U型管10的另一端与平衡罐11的底部相连通，顶端敞口的平衡罐11中盛装有油封；注样前油封的液位低于进气管12顶端高程，U型管10中油封的总体积以及平衡罐11油封上部罐体预留体积应大于取样器7的体积，即应大于水样的最大注样体积。

本实用新型的工作过程为：

水样注入水样检测管1前，水样检测管1和油封之间连同部分全部为常压氮气（Pa=1atm）所填充。注样检测时，由于一定体积水样注入水样检测管1，油封之前的气体总体积发生膨胀，必然推动氮气气塞体向油封方向移动，进而推高平衡罐11中油封液面高度，平衡罐11内的液面与U型管内的液面高度差为h₂；

排水吹脱：水样检测完成后，调整下三通阀2使进样管13与排样管9相连通，在油封复位压差的作用下水样排出，水样排出；排水结束后，调整上三通阀3，使压缩氮气罐6与水样检测管1相连通，并排放压缩氮气对连接管路进行吹洗，将管壁上附着的水以及排水时逸入的空气吹脱干净；吹脱完成后调整下三通阀2使注样管8与水样检测管1保持连通，同时调整上三通阀3，使水样检测管1与油封装置相连通，以备再次进行水样的检测。

如果注样前油封的液位不低于进气管12顶端高程，则在步骤五油封复位时，油封液会吸入水样检测管1造成污染以及油封体积减量；如果设计U型管10中油封的总体积小于最大注样体积，则气塞体会进入平衡罐11造成逸气以及气塞体体积减量，不利于步骤五水样自流排出；如果设计平衡罐11油封上部罐体预留体积小于最大注样体积，则造成步骤三水样注样时平衡罐11油封液发生外溢。

实施例3

一种人工湿地基质中水质溶解氧测量装置，它包括包括两端敞口的水样检测管1，水样检测管1的两端安装有橡胶塞，进样管13贯穿下部的橡胶塞伸入水样检测管1中，进样管13的底部通过L型下三通阀2分别与注样管8和排样管9相连通，注样管8内填塞有软木塞，注样管8通过注样针15与活塞式真空取样器7相连接；水样检测管1内腔中放置有与数据采集仪5相连接的氧电极4；进气管12贯穿上部的橡胶塞伸入水样检测管1中，进气管12的顶端通过L型上三通阀3分别与压缩氮气存储罐6和油封装置相连接。

油封装置包括左侧与上三通阀3相连通的U型管10，U型管10的右侧支管高为左侧支管高的2-4倍；U型管10中盛装有油封，注样前设计油封的液位必须低于进气管（12）顶端高程，U型管（10）右侧支管油封上部预留体积应大于取样器（7）的体积。

本实用新型的工作过程为：

水样注入测量装置：在装有人工湿地基质水样的取样器7前端安装注样针15，将注样针15的前端插入至注样管8中，调整下三通阀2使注样管8与进样管13相连通，调整上三通阀3使进气管12与油封装置相连通，打开锁止阀9，匀速缓慢推动取样器7的活塞，使取样器7中的水样进入水样检测管1内；注样结束后，拔出注样针15。

水样注入水样检测管1前，水样检测管1和油封之间连同部分全部为常压氮气（Pa=1atm）所填充。注样检测时，由于一定体积水样注入水样检测管1，油封之前的气体总体积发生膨胀，必然推动氮气气塞体向油封方向移动，进而推高U型管10右侧支管中油封液面高度，U型管右侧支管内的液面与U型管内左侧支管内的液面高度差为h₃；

如果注样前油封的液位不低于进气管顶端高程，则在步骤五油封复位时，油封液会吸入水样检测管造成污染以及油封体积减量；如果U型管右支管油封上部预留体积小于最大注样体积，则造成步骤三水样注样时U型管油封液发生外溢。

上述三个实施例中，U型管、平衡罐、密闭膨胀罐均为玻璃材质制备而成。

假定上述三个实施例中U型管的截面积为s，密闭膨胀罐和平衡罐的截面积为ns，水样最大注样体积为V。

经测算可知：

显然h₁＜h₂＜h₃。

因此实例1中油封装置相对于实例2、实例3可以大幅度减小油封装置的所需要的保安高度，油封装置的保安高度就是满足装置不发生逸气溢油的最小几何高度，使测试装置整体总成趋于扁平化，便于设备集成。

同时在注样检测过程中，实例1中的油封装置通过气塞体作用在检测管中水样液面的压力P₁为：

实例2中油封装置通过气塞体作用在检测管中水样液面的压力P₂为：

实例3中油封装置通过气塞体作用在检测管中水样液面的压力P₃为：

显然P₁＜P₂＜P₃。因此实例1测试装置的水样检测的压力环境更加接近于常压P_a，水样注样过程较为容易，也与氧电极常用的压力环境相一致。

Claims

1.一种人工湿地基质中水质溶解氧测量装置，其特征在于：它包括两端敞口的水样检测管（1），水样检测管（1）的两端安装有橡胶塞，进样管（13）贯穿下部的橡胶塞伸入水样检测管（1）中，进样管（13）的底端通过L型下三通阀（2）分别与注样管（8）和排样管（9）相连通，注样管（8）内填塞有软木塞，注样管（8）通过注样针（15）与取样器（7）相连接；水样检测管（1）内腔中放置有与数据采集仪（5）相连接的氧电极（4）；进气管（12）贯穿上部的橡胶塞伸入水样检测管（1）中，进气管（12）的顶端通过L型上三通阀（3）分别与压缩氮气存储罐（6）和油封装置相连接。

2.根据权利要求1所述的人工湿地基质中水质溶解氧测量装置，其特征在于：所述油封装置包括与上三通阀（3）相连通的密闭膨胀罐（14），密闭膨胀罐（14）的底部通过U型管（10）与平衡罐（11）的底部相连通，密闭膨胀罐（14）与平衡罐（11）的高度相同，密闭膨胀罐（14）和平衡罐（11）中盛装有油封，平衡罐（11）的顶端敞口。

3.根据权利要求2所述的人工湿地基质中水质溶解氧测量装置，其特征在于：注样前所述油封的液位低于所述进气管（12）顶端高程，密闭膨胀罐（14）和U型管（10）中油封的总体积以及平衡罐（11）油封上部罐体预留体积应大于取样器（7）的体积。

4.根据权利要求1所述的人工湿地基质中水质溶解氧测量装置，其特征在于：所述油封装置包括一端与上三通阀（3）相连通的U型管（10），U型管（10）的另一端与平衡罐（11）的底部相连通，顶端敞口的平衡罐（11）中盛装有油封。

5.根据权利要求4所述的人工湿地基质中水质溶解氧测量装置，其特征在于：注样前所述油封的液位低于进气管（12）顶端高程，U型管（10）中油封的总体积以及平衡罐（11）油封上部罐体预留体积应大于取样器（7）的体积。

6.根据权利要求1所述的人工湿地基质中水质溶解氧测量装置，其特征在于：所述油封装置包括左侧与上三通阀（3）相连通的U型管（10），U型管（10）的右侧支管高为左侧支管高的2-4倍；U型管（10）中盛装有油封。

7.根据权利要求6所述的人工湿地基质中水质溶解氧测量装置，其特征在于：注样前所述油封的液位必须低于进气管（12）顶端高程，U型管（10）右侧支管油封上部预留体积应大于取样器（7）的体积。

8.根据权利要求1至7任一项所述的人工湿地基质中水质溶解氧测量装置，其特征在于：所述取样器（7）为活塞式真空取样器。

9.根据权利要求2或3所述的人工湿地基质中水质溶解氧测量装置，其特征在于：所述U型管（10）、平衡罐（11）和密闭膨胀罐（14）均为玻璃材质制备而成。