CN218121561U - 一种适用于小型河流水体全断面多尺寸微塑料同步富集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种适用于小型河流水体全断面多尺寸微塑料同步富集装置，包括过滤与收集单元、样点定位单元和采样启闭单元，过滤与收集单元内设不锈网状钢圈、多组漏斗式微塑料过滤器、样品收集瓶等用于多尺寸微塑料样品的快速同步富集；样点定位单元由四支定位杆组成，通过牵引绳上设置的挂钩固定过滤与收集单元，结合定滑轮、升降控制按钮实现断面不同水平位置、垂向深度的精准定位；采样启闭单元用于控制水样微塑料过滤与收集的时间节点，实现采样数据的可靠性和准确性。本实用新型可实现小型河流断面不同位置多粒径微塑料同步富集，操作便捷，有效提高微塑料的采样效率，为准确评价河流水体微塑料丰度提供支撑。

Description

一种适用于小型河流水体全断面多尺寸微塑料同步富集装置

技术领域

本实用新型涉及水环境保护领域，具体是一种小型河流水体全断面多尺寸微塑料同步富集装置。

背景技术

微塑料一般指直径小于5毫米的塑料碎片，包括纤维、碎片和薄膜等。作为一种新污染物，微塑料近年来受到广泛关注。河流作为城镇的主要饮用水源和工、农业用水，其水质安全威胁城市水资源的高效利用。河流往往会成为城镇周边污染物的汇集区域，大量微塑料通过污水处理厂的废污水排放、生活垃圾、地表径流和大气干湿沉降等积聚。微塑料通过食物链对生物群受体乃至河流生态环境造成危害。开发河流微塑料收集装置，系统准确计算河流水体微塑料丰度，可为评估河流微塑料生态风险提供技术支撑，具有重要的现实意义和应用前景。

目前关于微塑料富集的专利已有相关报道。在实用新型专利为“一种清除河流漂浮垃圾及收集微塑料颗粒的组合装置(申请号： CN201811112391.0)”中，公开了一种清除河流漂浮垃圾及收集微塑料颗粒的组合装置，包括大型漂浮垃圾收集拦网和若干微塑料单元收集器，其中收集拦网设于微塑料单元收集器的上游河道，微塑料单元收集器采用漏斗网式设计，并设有有单向自动翻转活门装置，在水流的冲击作用下开启，在水体静止或潮汐反流时关闭。该装置采用多级滤除设计，可高效的去除进水中微塑料颗粒，但其是针对于河流漂浮微塑料颗粒进行收集，不能实现断面不同水平位置、垂向深度的精准采集，也无法通过该设备来定量收集水体微塑料。在实用新型专利为“一种水体微塑料收集装置(申请号：CN202111220623.6)”中，公开了一种水体微塑料收集装置，包括过滤箱，所述过滤箱一端为进水口，另一端为出水口，所述过滤箱上方为过滤板，过滤箱的后上方设置有传送带，传动带通过动力装置进行驱动，所述传送带正下方设置有刮板，用于将传动带上附着的微塑料刮下，刮下的微塑料落入刮板正下方的收集箱中。该专利主要针对水体微塑料收集难度大，设计出一种微塑料收集船，便于有效收集大范围水体微塑料，运行成本相对较高，其并不适合于断面水体微塑料的定量收集。在实用新型专利为“手持便携式水域微塑料收集装置及其方法(申请号： CN201910798930.9)”中，公布了一种手持便携式水域微塑料收集装置及其方法，装置主要包括不锈钢圈、尼龙网、螺纹口固定器、一次性收集瓶等，并通过不锈钢过滤网中心设置有水流流速测定器。该装置采样快捷、携带方便，可提高了微塑料收集效率，但针对全断面不同水平位置、垂向深度的精准采集，以及采集过程中准确控制过滤与收集的时间节点，还存在完善的地方。基于现有技术检索，目前针对小型河流全断面(不同水平位置、垂向深度)采样需求，以及样品收集过程中过滤水样体积的精准计算，设计适用于小型河流水体全断面多尺寸微塑料同步富集装置的或设备还未见报道。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种适用于小型河流水体多尺寸微塑料同步富集装置，具有结构简单、运行成本低、操作便捷，收集数据具有可靠性和准确性，满足全断面(不同水平位置、垂向深度)监测采样。

一种适用于小型河流水体全断面多尺寸微塑料同步富集装置，包括过滤与收集单元、样点定位单元和采样启闭单元，所述样点定位单元包括四个可上下升降的定位杆，所述定位杆包括外杆和滑动伸缩于外杆的内杆，内杆的上端设有定滑轮，牵引绳的一端绕过定滑轮，牵引绳的另一端通过挂钩与所述过滤与收集单元连接，外杆的下端设置三脚支撑架；所述采样启闭单元安装于过滤与收集单元前端，用于控制采样水体进入所述过滤与收集单元，所述过滤与收集单元用于对通过采样启闭单元进入的采样水体中的微塑料进行采集，所述过滤与收集单元的两端与牵引绳的一端连接，牵引绳的另一端绕设在定滑轮上，通过定位杆的上下升降实现不同水层水体微塑料的富集，通过拉动牵引绳带动所述过滤与收集单元在断面水平方向的移动，实现不同水平位置水体微塑料的富集。

进一步的，所述内杆的上端设有升降控制按钮，内杆两侧间隔设有多个卡点，外杆对应多个卡点设有多个卡槽，升降控制按钮内部连接长条杆，长条杆两侧固定多组伸缩弹簧，伸缩弹簧与卡点连接，当按压升降控制按钮时，长条杆下移带动伸缩弹簧垂向移动，实现卡点收缩_；长条杆底部设有伸缩弹簧，不按压升降控制按钮时，依靠长条杆下端伸缩弹簧弹力实现卡点复位，最后结合定位杆下端的卡槽进行高度调节。

进一步的，所述过滤与收集单元主体为两个半圆柱状中空外壳，两个半圆柱状中空外壳通过插栓连接，半圆柱状中空外壳上设有与牵引绳外端的挂钩连接的固定环；过滤与收集单元前端通过第一法兰连接采样启闭单元，实现采样过程的开启与关闭，后端连接第二法兰，多个过滤与收集单元之间通过第一法兰和第二法兰可实现串联。

进一步的，两个半圆柱状中空外壳内壁按一定距离排列至少三组半圆形插槽，相对的2个半圆形插槽对接形成一个完整圆形插槽，第一组半圆形插槽竖直放置不锈网状钢圈，其他组半圆形插槽放置不同目数漏斗式微塑料过滤器，漏斗式微塑料过滤器的后端出口设置样品收集瓶，前端不锈网状钢圈用于水体大塑料、漂浮物的拦截。

进一步的，所述漏斗式微塑料过滤器外侧为金属制闭合圆形框架，材质为304不锈钢或铝合金，漏斗式微塑料过滤器后端有开口，为捆扎封口设计，漏斗式微塑料过滤器材质为筛绢，规格为5-3000 目可调；样品收集瓶为钢化玻璃材质，通过抱箍与漏斗式微塑料过滤器后端连接，用于微塑料样品的富集。

进一步的，所述采样启闭单元前端为长方体结构，中间为中空圆柱结构，后端为圆筒结构，长方体结构、中空圆柱结构和圆筒结构依次连接，长方体结构中设有远程控制的启闭单元，圆筒结构通过法兰与过滤与收集单元连接。

进一步的，所述启闭单元包括设于开口处的两扇半圆形启闭门、槽道，半圆形启闭门可沿着槽道往复移动，半圆形启闭门与伸缩弹簧连接，不采样情况下通过弹簧的推力使得半圆形启闭门靠紧处于关闭状态，水体无法进入；半圆形启闭门的外端设有电磁铁及与电磁铁连接的供电模块，供电模块通过无线通信模块与岸边的控制器无线连接，半圆形启闭门采用可被磁铁吸引住的金属材质，需要采样时供电模块被远程启动时给电磁铁供电，电磁铁产生的磁力将处于密闭状态的两扇半圆形启闭门拉开，从而使得水体穿过进入中空圆柱结构。

本实用新型通过过滤与收集单元、样点定位单元和采样启闭单元的协同优化组合，实现实现断面不同水平位置、垂向深度的精准定位，保障采样数据的可靠性和准确性。本实用新型具有运行成本低、操作便捷，测试准确度高的特点，可更真实地反映小型河流水体微塑料丰度，为目前河流水环境微塑料监测和取样策略提供一种全新的思路。

附图说明

图1是本实用新型一种适用于小型河流水体全断面多尺寸微塑料同步富集装置其中一个实施例的立体图；

图2是本实用新型一种适用于小型河流水体全断面多尺寸微塑料同步富集装置其中一个实施例中样点定位单元中四支定位杆的整体结构图；

图3是本实用新型一种适用于小型河流水体全断面多尺寸微塑料同步富集装置其中一个实施例中过滤与收集单元的外部结构图；

图4是本实用新型一种适用于小型河流水体全断面多尺寸微塑料同步富集装置其中一个实施例中过滤与收集单元的内部结构图；

图5是本实用新型一种适用于小型河流水体全断面多尺寸微塑料同步富集装置其中一个实施例中采样启闭单元的整体结构图。

图中：1—牵引绳，2—三脚支撑架，3—升降控制按钮，4—定滑轮，5—挂钩，6—卡点，7—卡槽，8—插栓，9—固定环，10—法兰， 11—螺纹，12—半圆形插槽，13—不锈网状钢圈，14—漏斗式微塑料过滤器，15—样品收集瓶，16—抱箍，17—中孔开槽结构，18—电子流量传感器，19—半圆形启闭门，20—伸缩弹簧，21—电磁铁，22—供电模块，23-槽道。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参照图1，本实用新型实施例提供一种适用于小型河流水体全断面多尺寸微塑料同步富集装置，包括过滤与收集单元、样点定位单元和采样启闭单元。

所述过滤与收集单元主体为两个半圆柱状中空外壳；样点定位单元通过牵引绳1与过滤与收集单元相连，样点定位单元包括四个定位杆，定位杆下端设置三脚支撑架2，用于插入河流泥层，稳定过滤与收集单元，保障良好的抗风浪性；所述采样启闭单元安装于过滤与收集单元前端，用于控制微塑料过滤与收集的时间节点，保障采集水样的精确性，避免在移动过滤与收集单元中过程中微塑料样品损失，实现采样数据可靠性和准确性。

参照图2，所述样点定位单元包括四个定位杆，定位杆可采用不锈钢材质，每个定位杆包括外杆和滑动伸缩于外杆的内杆，内杆的上端设有升降控制按钮3、定滑轮4，牵引绳1的一端绕过定滑轮4，牵引绳1的另一端与挂钩5连接，内杆两侧间隔设有多个卡点6，外杆对应多个卡点6设有多个卡槽7，外杆的下端设有三脚支撑架2。定位杆上端自带刻度，可以标记水深，定位杆下端设置三脚支撑架2，插入河流泥土中，内杆上端的升降控制按钮3内部连接长条杆，长条杆两侧固定多组伸缩弹簧，伸缩弹簧与卡点6连接，当按压升降控制按钮3时，长条杆下移，带动伸缩弹簧垂向移动，实现卡点6收缩_，长条杆底部同样设有伸缩弹簧，不按压升降控制按钮3时，依靠长条杆下端伸缩弹簧弹力，实现卡点6复位，最后结合定位杆下端的卡槽 7进行高度调节。牵引绳1绕设在定滑轮4上，牵引绳的外端设置有挂钩5，用于固定过滤与收集单元，通过定滑轮4牵引实现过滤与收集单元在断面水平方向的移动，通过升降控制按钮3实现在断面不同深度的样品采集，进而实现全断面(不同水平位置、不同水层)水体微塑料富集。

参照图3和图4，所述过滤与收集单元外部结构为一定厚度个个半圆柱状中空外壳，两个半圆柱状中空外壳通过插栓8连接，依据试验需要，可以打开或关闭，前后左右设置有四组固定环9，用于连接样点定位单元牵引绳1上的挂钩5；过滤与收集单元前端通过法兰10 连接采样启闭单元，实现采样过程的开启与关闭，后端同样连接法兰 10，通过前后2组法兰10固定过滤与收集单元前端和后端，保障采样过程中半圆柱状中空外壳的密封性，通过法兰10上的螺纹11，依据工作需要，可实现多组过滤与收集单元串联，提高采样效率，所述过滤与收集单元的管道长度为1200mm，内径为200mm，外径210 mm。

参照图4，所述过滤与收集单元内部结构为按一定距离排列的多组半圆形插槽12(本实施例设置为3组)，两个半圆柱状中空外壳闭合时，相对的2个半圆形插槽12对接形成一个完整圆形插槽，3 组半圆形插槽12间距依次为100mm、500mm，两个半圆柱状中空外壳通过插栓8连接，打开时，从前至后，3组半圆形插槽12内依次竖直放置1组不锈网状钢圈13、2组不同目数漏斗式微塑料过滤器14，用于微塑料样品的快速同步收集与富集，漏斗式微塑料过滤器 14的后端出口设置样品收集瓶15。

所述漏斗式微塑料过滤器14外侧为金属制闭合圆形框架，材质为304不锈钢或铝合金，漏斗式微塑料过滤器14后端有开口，为捆扎封口设计，漏斗式微塑料过滤器14材质为筛绢，规格为5-3000目可调；样品收集瓶15为钢化玻璃材质，通过抱箍16与漏斗式微塑料过滤器14后端连接，用于过滤后微塑料样品的收集；前端不锈网状钢圈13用于水体大塑料、漂浮物等杂物的拦截。

参照图5，所述采样启闭单元前端为长方体结构(长500mm×宽 50mm×高220mm)，中间为中空圆柱结构，后端为圆筒结构(内径为200mm，外径210mm)，圆筒结构通过法兰10与过滤与收集单元连接；中空圆柱结构上端为中孔开槽状结构17，电子流量传感器 18通过穿过中孔开槽状结构17深入中空圆柱结构上内部，用于测定进入采样启闭单元的水体流量；电子流量传感器18类型可为活塞式、梭式、涡轮式、转子式等，采样启闭单元主体结构为铝合金材质。

参照图5，所述采样启闭单元内部设置有5mm厚度两扇半圆形启闭门19，半圆形启闭门通过长方体结构内的槽道23可以往复移动，半圆形启闭门19与伸缩弹簧20连接，不采样情况下通过弹簧20的推力，半圆形启闭门19处于关闭状态，水体无法进入；长方体结构两端内部设置有电磁铁21和供电模块22，采样时，通过手机4G或 5G信号，可岸边远程启动，电磁铁21为圆弧状结构，通电后具有强磁性，通过磁吸力将半圆形启闭门19打开，开始采样，半圆形启闭门19选用能被磁铁吸引住的金属材质，如铁、钴和镍等。

采用本实用新型可进行适用于小型河流的全断面多尺寸微塑料收集富集，具体包括如下步骤：

①选取小型河流待测断面；

②打开过滤与收集单元，在半圆形插槽12内，依次放置不锈钢过滤网13、不同目数的漏斗式微塑料过滤器14，将样品收集瓶15与漏斗式微塑料过滤器14后端出口连接，关闭过滤与收集单元，通过后端法兰10固定，保障圆柱状中空结构的密封性；5目不锈钢过滤网13过滤掉所测水样中的大塑料、漂浮物等杂物，再经过不同目数的漏斗式微塑料过滤器14时，过滤掉其中的水样，不同尺寸的微塑料将在水流的作用下进入收集瓶15；

③样点定位单元四个定位杆通过牵引绳1上的挂钩5，与过滤与收集单元固定环9连接，迎水流调整好方向，将整套采样设备置于水域采样点中；

④整套采样设备通过定位杆上的滑轮4、升降控制按钮3来实现采样断面不同位置(左岸、中泓、右岸等)，不同水层(表、中、底) 微塑料样品的采集，实现全断面微塑料采集与富集；

⑤通过手机4G或5G信号，工作人员岸边远程启动，电磁铁21 通电后具有强磁性，通过磁吸力将半圆形启闭门19打开，开始采样，电子流量传感器18测定微塑料收集过程中水体流量；

⑥采样结束时，关闭半圆形启闭门19停止过滤，可精确控制过滤时间节点，避免在收放设备过程中过滤器内样品损失以及水样的进入，保证数据可靠性和准确性；

⑦根据流量、时间确定过滤水样体积之后，打开抱箍16，将收集瓶15取下，换上新的收集瓶15就可进行下个断面样品的富集。

⑧微塑料分析

流量分析采用实时计数电子流量传感器测定装置，该装置能够实时记录微塑料收集时水流的流量，待微塑料收集完成后电子流量传感器计算出所测水体在测定时间的平均流量，然后根据“经过滤网水的体积＝流量×时间”来计算所测水体中微塑料的含量。

本实施例提供的富集方法，可实现小型河流水体全断面(不同水平位置、垂向深度)多尺寸微塑料的同步快速富集，高效满足不同情景下采样需求，为系统评价小型河流水体微塑料丰度提供技术支撑。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种适用于小型河流水体全断面多尺寸微塑料同步富集装置，其特征在于：包括过滤与收集单元、样点定位单元和采样启闭单元，所述样点定位单元包括四个可上下升降的定位杆，所述定位杆包括外杆和滑动伸缩于外杆的内杆，内杆的上端设有定滑轮，牵引绳的一端绕过定滑轮，牵引绳的另一端通过挂钩与所述过滤与收集单元连接，外杆的下端设置三脚支撑架；所述采样启闭单元安装于过滤与收集单元前端，用于控制采样水体进入所述过滤与收集单元，所述过滤与收集单元用于对通过采样启闭单元进入的采样水体中的微塑料进行采集，所述过滤与收集单元的两端与牵引绳的一端连接，牵引绳的另一端绕设在定滑轮上，通过定位杆的上下升降实现不同水层水体微塑料的富集，通过拉动牵引绳带动所述过滤与收集单元在断面水平方向的移动，实现不同水平位置水体微塑料的富集。

2.根据权利要求1所述一种适用于小型河流水体全断面多尺寸微塑料同步富集装置，其特征在于：所述内杆的上端设有升降控制按钮，内杆两侧间隔设有多个卡点，外杆对应多个卡点设有多个卡槽，升降控制按钮内部连接长条杆，长条杆两侧固定多组伸缩弹簧，伸缩弹簧与卡点连接，当按压升降控制按钮时，长条杆下移带动伸缩弹簧垂向移动，实现卡点收缩；长条杆底部设有伸缩弹簧，不按压升降控制按钮时，依靠长条杆下端伸缩弹簧弹力实现卡点复位，最后结合定位杆下端的卡槽进行高度调节。

3.根据权利要求1所述一种适用于小型河流水体全断面多尺寸微塑料同步富集装置，其特征在于：所述过滤与收集单元主体为两个半圆柱状中空外壳，两个半圆柱状中空外壳通过插栓连接，半圆柱状中空外壳上设有与牵引绳外端的挂钩连接的固定环；过滤与收集单元前端通过第一法兰连接采样启闭单元，实现采样过程的开启与关闭，后端连接第二法兰，多个过滤与收集单元之间通过第一法兰和第二法兰可实现串联。

4.根据权利要求3所述一种适用于小型河流水体全断面多尺寸微塑料同步富集装置，其特征在于：两个半圆柱状中空外壳内壁按一定距离排列至少三组半圆形插槽，相对的2个半圆形插槽对接形成一个完整圆形插槽，第一组半圆形插槽竖直放置不锈网状钢圈，其他组半圆形插槽放置不同目数漏斗式微塑料过滤器，漏斗式微塑料过滤器的后端出口设置样品收集瓶，前端不锈网状钢圈用于水体大塑料、漂浮物的拦截。

5.根据权利要求4所述一种适用于小型河流水体全断面多尺寸微塑料同步富集装置，其特征在于：所述漏斗式微塑料过滤器外侧为金属制闭合圆形框架，材质为304不锈钢或铝合金，漏斗式微塑料过滤器后端有开口，为捆扎封口设计，漏斗式微塑料过滤器材质为筛绢，规格为5-3000目可调；样品收集瓶为钢化玻璃材质，通过抱箍与漏斗式微塑料过滤器后端连接，用于微塑料样品的富集。

6.根据权利要求1所述一种适用于小型河流水体全断面多尺寸微塑料同步富集装置，其特征在于：所述采样启闭单元前端为长方体结构，中间为中空圆柱结构，后端为圆筒结构，长方体结构、中空圆柱结构和圆筒结构依次连接，长方体结构中设有远程控制的启闭单元，圆筒结构通过法兰与过滤与收集单元连接。

7.根据权利要求6所述一种适用于小型河流水体全断面多尺寸微塑料同步富集装置，其特征在于：所述启闭单元包括设于开口处的两扇半圆形启闭门、槽道，半圆形启闭门可沿着槽道往复移动，半圆形启闭门与伸缩弹簧连接，不采样情况下通过弹簧的推力使得半圆形启闭门靠紧处于关闭状态，水体无法进入；半圆形启闭门的外端设有电磁铁及与电磁铁连接的供电模块，供电模块通过无线通信模块与岸边的控制器无线连接，半圆形启闭门采用可被磁铁吸引住的金属材质，需要采样时供电模块被远程启动时给电磁铁供电，电磁铁产生的磁力将处于密闭状态的两扇半圆形启闭门拉开，从而使得水体穿过进入中空圆柱结构。

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