CN217424938U - 一种便携式自动化水体污染物现场富集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种便携式自动化水体污染物现场富集装置，属于水样前处理装置技术领域。它包括过滤机构，所述过滤机构进水端设有进水管，过滤机构的出水端设有出水管；所述过滤机构的出水管上并联设置有支管，所述支管上设有污染物富集室，支管通过三通阀与所述出水管相连。本实用新型能保证该装置的整体清洁性，提升水处理效率，另外还可及时排出过滤器及管道内的水样残留，解决富集装置水样残留和杂质堆积难排出的问题，提高装置的使用寿命。

Description

一种便携式自动化水体污染物现场富集装置

技术领域

本实用新型属于水样前处理装置技术领域，更具体地说，涉及一种便携式自动化水体污染物现场富集装置。

背景技术

近年来，新污染物因其对人类和环境具有潜在危害性而受到越来越多地关注。新污染物来源广泛、环境风险大，且环境浓度较低，对分析仪器灵敏度要求高。实现新污染物精准识别与检测，需要预先对水样进行复杂的前处理，固相萃取是一种常用的样品前处理技术，具有处理水量大、溶剂消耗低、内在成本低、萃取速度快、易实现全过程自动化等优点。然而，传统分析方法需要将大体积待富集的水样从采样点长途运回实验室进行富集作业，该过程不仅操作繁复、费时费力，且运送过程中水样易受污染，进而影响检测结果的准确性。在采样点开展富集作业，能够有效规避上述问题，大大提高检测效率和准确率，节约分析检测成本。

现有的现场富集装置的缺点有四：一是整体性、便携性不够高，采样人员在采样点之间转移时需要组装与拆卸，影响富集作业的效率；二是富集效果受流量、富集时间和操作人员习惯等条件影响大，富集结果的可比性、重现性较低；三是流量检测不准确、流量调节不灵敏，因而难以精准计算水样体积，影响检测结果的准确性；四是管道和过滤器有水样残留，不仅会干扰检测结果，还会缩短富集装置各组件及整体的使用寿命；五是过滤器截留水中的杂质，杂质的积累会增大过滤器的压损，缩短其使用寿命。

实用新型内容

1.要解决的问题

针对现有的现场富集装置流量检测不准确、流量调节不灵敏以及装置中有水样残留等问题，本实用新型提供了一种便携式自动化水体污染物现场富集装置；通过合理设计污染物富集室以及水路结构，从而有效解决上述技术问题。

2.技术方案

为了解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

本实用新型的一种便携式自动化水体污染物现场富集装置，其包括过滤机构，所述过滤机构进水端设有进水管，过滤机构的出水端设有出水管；所述过滤机构的出水管上并联设置有支管，所述支管上设有污染物富集室，支管通过三通阀与所述出水管相连。

优选地，所述过滤机构包括第二过滤器；所述第二过滤器内填充有过滤介质，过滤介质下方设有蓄水腔；所述第二过滤器的进水管穿过过滤介质并与所述蓄水腔连通，所述第二过滤器的出水管设于第二过滤器顶部。

优选地，所述第二过滤器的进水管包括第二水管，第二水管上设有进气机构；所述第二过滤器的出水管包括第三水管，第三水管连通至过滤介质上方；所述第二过滤器底部还设有排水管，排水管与蓄水腔连通。

优选地，所述过滤机构还包括第一过滤器，第一过滤器设于第一水管上；所述第一水管、进气机构和第二水管通过第一三通阀相连。

优选地，所述进气机构包括进气管，以及设于进气管上的进气电磁阀和进气单向阀。

优选地，所述第三水管的出水端连通有第四水管；所述支管并联设置于第四水管上。

优选地，还包括压力传感器；所述压力传感器、第三水管和第四水管通过第二三通阀相连。

优选地，所述支管的进水端与第四水管通过第三三通阀相连，支管的出水端与第四水管通过第四三通阀相连。

优选地，所述第四水管与所述排水管的出水端相连。

优选地，所述第三水管上设有流量计选择室和加压泵。

3.有益效果

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型的一种便携式自动化水体污染物现场富集装置，通过在在水流管路上并联设置污染物富集室，当进行正常水处理时，使水流流经污染物富集室，将污水中的污染物富集于染物富集室中；当需要清洗管路时，使水流流经过滤机构的出水管，避免污染物富集室阻碍管路清洗。因此，本实用新型能够有效保证该装置的整体清洁性，提升水处理效率。

(2)本实用新型的一种便携式自动化水体污染物现场富集装置，第二过滤器中过滤介质下方设有蓄水腔，其进水管穿过过滤介质连通至蓄水腔，能够实现第二过滤器内的水流为上升流，杂质被截留在各层过滤介质下面的蓄水腔中，当蓄水腔中富集一定的杂质后可将其排出，另外还可及时排出过滤器及管道内的水样残留，解决富集装置水样残留和杂质堆积难排出的问题，提高装置的使用寿命。

(3)本实用新型的一种便携式自动化水体污染物现场富集装置，能够将整套富集系统镶嵌在可移动箱体内，大幅提高整体性、便携性。

(4)本实用新型的一种便携式自动化水体污染物现场富集装置，通过电子器件控制流量调节阀，配合实时流量监控，提高流量、富集时间的可控性、重复性。

(5)本实用新型的一种便携式自动化水体污染物现场富集装置，具有流量计选择室，多个不同规格的流量传感器并联，根据预定流速，灵活选择流量传感器，实现流量控制范围广的同时可以保证流量检测的准确性，提高流量控制的精确性。

附图说明

图1为本实用新型的一种便携式自动化水体污染物现场富集装置示意图；

图2为本实用新型实施例3的实验步骤示意图。

图中：

1、第一过滤器；101、第一水管；2、进水电磁阀；3、进气电磁阀；4、进气单向阀；5、第一三通阀；6、第二过滤器；601、第二水管；602、过滤介质；603、蓄水腔；604、排水管；605、第三水管；606、第四水管；607、支管；7、流量计选择室；8、加压泵；9、进水单向阀；10、压力传感器；11、第二三通阀；12、流量调节阀；13、第三三通阀；14、污染物富集室；15、第四三通阀；16、排水电磁阀；17、第五三通阀。

具体实施方式

下文对本实用新型的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本实用新型可实施的示例性实施例，其中本实用新型的元件和特征由附图标记标识。下文对本实用新型的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本实用新型的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本实用新型的特点和特征的描述，以提出执行本实用新型的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本实用新型。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本实用新型的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本实用新型的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本实用新型或本申请和本实用新型的应用领域。

需要说明的是，当元件被称为“设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件；本文所使用的术语“第一”、“第二”以及类似的表述只是为了说明的目的。

下面结合具体实施例对本实用新型进一步进行描述。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种便携式自动化水体污染物现场富集装置，其包括第一过滤器1、进水电磁阀2、进气电磁阀3、进气单向阀4、第一三通阀5、第二过滤器6、流量计选择室7、加压泵8、进水单向阀9、压力传感器10、第二三通阀11、流量调节阀12、第三三通阀13、污染物富集室14、第四三通阀15、排水电磁阀16和第五三通阀17。

在本实施例中，第一过滤器1的进水口与水样连通，第一过滤器1的出水口与进水电磁阀2连通，进水电磁阀2的出水口与第一三通阀5的A口连通，第一三通阀5的B口与进气单向阀4的出口连通，进气单向阀4的进口与进气电磁阀3的出口连通，进气电磁阀3的进口与气源连通，第一三通阀5的C口与第二过滤器6的进水口a连通，第二过滤器6的出水口b与流量计选择室7的进水口连通，第二过滤器6的排水口c与排水电磁阀16的进水口连通，排水电磁阀16的出水口与第五三通阀17的R口连通，流量计选择室7的出水口与加压泵8的进水口连通，加压泵8的出水口与进水单向阀9的进口连通，进水单向阀9的出口与第二三通阀11的D口连通，第二三通阀11的E口与压力传感器10连通，第二三通阀11的F口与流量调节阀12的进水口连通，流量调节阀12的出水口与第三三通阀13的L口连通，第三三通阀13的M口与污染物富集室14的进水口连通，污染物富集室14的出水口与第四三通阀15的P口连通，第三三通阀13的N口与第四三通阀15的O口连通，第四三通阀15的Q口与第五三通阀17的S口连通，第五三通阀17的T口与总出水口连通。

另外，本实施例的装置还包括蓄电单元、总电源开关、控制电路板、显示屏、GPS定位器和数据存储单元。蓄电单元通过总电源开关为进水电磁阀2、进气电磁阀3、流量计选择室7、加压泵8、压力传感器10、流量调节阀12、控制电路板、显示屏、GPS定位器和数据存储单元供电，进水电磁阀2、进气电磁阀3、流量计选择室7、加压泵8、压力传感器10、流量调节阀12、控制电路板、显示屏、GPS定位器和数据存储单元通信连接。

在一些实施例中，污染物富集室14内的填料选自亲水亲脂平衡反相吸附剂、混合型强阳离子交换反相吸附剂、混合型强阴离子交换反相吸附剂、混合型弱阳离子交换反相吸附剂、混合型弱阴离子交换反相吸附剂、C18吸附材料中的一种或多种，填料混合填充在配套的可拆卸固相萃取柱中，固相萃取柱可多级串联。

在一些实施例中，第一过滤器1内设置30-100目的不锈钢筛网。

在一些实施例中，第二过滤器6呈圆筒状，顶部中心设有进水口a，第二水管601延伸至过滤介质602之下，侧面上部设有出水口b，底部中心设有排水口c，第二过滤器6内填充过滤介质602，过滤介质602呈与第二过滤器6同心的多层筒状结构排列与第二过滤器6内，过滤介质602为石英棉、pp棉、玻璃纤维或不同孔径的滤膜中的一种或多种，过滤介质602可以按照孔径从小到大的顺序从上到下排列于第二过滤器6内。

在一些实施例中，流量计选择室7内装有多个并联的流量传感器，流量传感器具有不同的检测范围，本装置可以根据使用者设置的流速进行自动选择最合适的流量计进行系统控制。

在一些实施例中，本实施例的装置可以镶嵌在可移动箱体内，提高装置整体性和便携性。

在实际使用过程中，

1)开机准备与管路冲洗/排空

使用钥匙开关控制阀打开机器，屏幕将显示开机界面。将总进水口和出水口与管路相连，进水口管道接入水源，安装预先活化好的污染物富集室14，污染物富集室14下端排水电磁阀16保持关闭，手动调节第五三通阀17(R口关闭，S、T口相通)；手动调节第一三通阀5和第三三通阀13至冲洗状态(第一三通阀5的B口关闭，A、C口相通；第三三通阀13的M口关闭，L、N口相通)，关闭进气电磁阀3，选择管路冲洗模式，开启加压泵8和进水电磁阀2，系统开始冲洗管路，可通过流量调节阀12调节液体流速(逆时针调大，顺时针调小)；管路清洗时间可根据实际情况决定，理论上清洗液排出出水口10～20秒即可。

清洗结束后，进水电磁阀2关闭，进气电磁阀3开启，调节第一三通阀5至A、B、C三口相通后，系统进入排空阶段，时间约为2分钟；待管路排水结束后，进气电磁阀3自动关闭。

2)新污染物富集

手动调节第一三通阀5和第三三通阀13至富集状态(第一三通阀5的B口关闭，A、C口相通；第三三通阀13的N口关闭，L、M口相通)，选择富集模式，开启加压泵8和进水电磁阀2，系统开始富集新污染物，可通过控制屏上“Velocity”获得实时流速，并可通过调节流量调节阀12控制流速。富集结束后，设备将自动运行2分钟，排除残留在管路中的水样，当管路排空后，设备自动调停。重复1)2)操作步骤，富集新的样品。结束后，可取出设备左侧的SD卡，从中读取富集信息及采样点GPS信息。

3)管路清洁维护

当日采样工作结束或两次采样间隔时间较长，在设备使用完毕后，使用去离子水冲洗管路，手动调节第五三通阀17(S口关闭，R、T口相通)，将富集室中残留水样排出管路，以提高设备管路使用寿命。

实施例2

本实施例提供一种便携式自动化水体污染物现场富集装置，该装置与实施例1基本相同，本实施例该装置结合液相色谱-二级质谱技术对环境水样中的新污染物进行分析检测，以检验其新污染物识别与浓度检测应用中的可能性。

选择了江苏省某湖泊的4个环境水样作为研究对象，对水样进行了现场大体积富集分离，结合液相色谱-二级质谱技术，识别并分析水样中的新污染物种类和浓度。分别对水样进行浓度为0.1、1、10ng/L的加标实验，水样体积各10L，固相萃取剂用量1000mg，流速300mL/min，富集10000倍，识别检测结果如下表。

表1、4个环境水样中的污染物浓度

由以上数据可知，该方法检出限低于目前常规富集方法，样品加标回收率及重现性良好，满足痕量污染物的定量分析要求，因此本实用新型专利提供的一种便携式自动化水体污染物现场富集装置在环境水体新污染物识别检测中的应用是可行的。

实施例3

本实用新型的装置还可用于溶解性有机质的分级表征。溶解性有机质是一种水体常见污染物，有研究表明，溶解性有机质的亲疏水性是影响其迁移转化和与水体新污染物相互作用的重要因素，适当的亲疏水性分级和表征有助于研究者进一步探究影响机制的来源。使用实施例1的便携式自动化水体污染物现场富集装置，基于Amberlite XAD树脂分级法，对苏旺尼河天然有机质(SRNOM)溶液进行亲疏水性分级，通过DOC对分级组分进行表征，以检验其在环境水体溶解性有机质富集与分级中的应用可能性。

本实施例选择标准SRNOM配制的水溶液作为研究对象，分别选择DAX-8和XAD-4树脂作为污染物富集室A、B的填充材料，串联A、B污染物富集室，进行Amberlite树脂分级实验，分级实验步骤见附图2。SRNOM溶液样品DOC浓度50mg/L，体积1L，两种填充物湿体积各17mL，分级流速为12BV/h。分级结束后，用20mL去离子水冲洗管路，流尽柱内液体，收集所有流出液则为亲水性组分(HPI)。拆卸污染物富集室A和B，先后用NaOH溶液和甲醇流过富集室A，分别洗脱得到疏水酸性组分(HPOA)和疏水中性组分(HPON)；先后用NaOH溶液和甲醇流过富集室B，分别洗脱得到过渡亲水酸性组分(TPIA)和过渡亲水中性组分(TPIN)。使用总有机碳分析仪对各组分溶解性有机碳进行表征，DOC分布结果如下表2。

表2、分级操作后各组分DOC及占比

由以上数据可知，DAX-8树脂分离出的HPOA组分是NOM的主要成分占比41.9％，其次的是经串联分级后流出液中的HPI组分，占比27.52％。疏水性组分HPOA和HPON的总占比为48.49％，是NOM的重要组成。本实用新型的便携式自动化水体污染物现场富集装置可以配合XAD树脂分级方法实现对苏旺尼河天然有机质的亲疏水性分离，说明其在环境水体溶解性有机质分级表征方面的应用是可行的。

在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本实用新型。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本实用新型的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本实用新型的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本实用新型或本申请和本实用新型的应用领域。

更具体地，尽管在此已经描述了本实用新型的示例性实施例，但是本实用新型并不局限于这些实施例，而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可认识到的经过修改、省略、例如各个实施例之间的组合、适应性改变和/或替换的任何和全部实施例。权利要求中的限定可根据权利要求中使用的语言而进行广泛的解释，且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期间描述的示例，这些示例应被认为是非排他性的。在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不限于权利要求中提出的顺序。因此，本实用新型的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确定，而不是由上文给出的说明和示例来确定。

Claims (10)

1.一种便携式自动化水体污染物现场富集装置，其特征在于，包括过滤机构，所述过滤机构进水端设有进水管，过滤机构的出水端设有出水管；所述过滤机构的出水管上并联设置有支管(607)，所述支管(607)上设有污染物富集室(14)，支管(607)通过三通阀与所述出水管相连。

2.根据权利要求1所述的一种便携式自动化水体污染物现场富集装置，其特征在于，所述过滤机构包括第二过滤器(6)；所述第二过滤器(6)内填充有过滤介质(602)，过滤介质(602)下方设有蓄水腔(603)；所述第二过滤器(6)的进水管穿过过滤介质(602)并与所述蓄水腔(603)连通，所述第二过滤器(6)的出水管设于第二过滤器(6)顶部。

3.根据权利要求2所述的一种便携式自动化水体污染物现场富集装置，其特征在于，所述第二过滤器(6)的进水管包括第二水管(601)，第二水管(601)上设有进气机构；

所述第二过滤器(6)的出水管包括第三水管(605)，第三水管(605)连通至过滤介质(602)上方；

所述第二过滤器(6)底部还设有排水管(604)，排水管(604)与蓄水腔(603)连通。

4.根据权利要求3所述的一种便携式自动化水体污染物现场富集装置，其特征在于，所述过滤机构还包括第一过滤器(1)，第一过滤器(1)设于第一水管(101)上；所述第一水管(101)、进气机构和第二水管(601)通过第一三通阀(5)相连。

5.根据权利要求3所述的一种便携式自动化水体污染物现场富集装置，其特征在于，所述进气机构包括进气管，以及设于进气管上的进气电磁阀(3)和进气单向阀(4)。

6.根据权利要求3～5任一项所述的一种便携式自动化水体污染物现场富集装置，其特征在于，所述第三水管(605)的出水端连通有第四水管(606)；所述支管(607)并联设置于第四水管(606)上。

7.根据权利要求6所述的一种便携式自动化水体污染物现场富集装置，其特征在于，还包括压力传感器(10)；所述压力传感器(10)、第三水管(605)和第四水管(606)通过第二三通阀(11)相连。

8.根据权利要求6所述的一种便携式自动化水体污染物现场富集装置，其特征在于，所述支管(607)的进水端与第四水管(606)通过第三三通阀(13)相连，支管(607)的出水端与第四水管(606)通过第四三通阀(15)相连。

9.根据权利要求6所述的一种便携式自动化水体污染物现场富集装置，其特征在于，所述第四水管(606)与所述排水管(604)的出水端相连。

10.根据权利要求3～5或7～9任一项所述的一种便携式自动化水体污染物现场富集装置，其特征在于，所述第三水管(605)上设有流量计选择室(7)和加压泵(8)。

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