CN219870406U - 一种区域水环境中的微塑料样品采集装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种区域水环境中微塑料样品采集装置，属于环境污染监测设备技术领域。所述装置主要包括微塑料样品多级采集装置和巡航器；微塑料样品多级采集装置由两个以上的采集单元组成，每个采集单元包括网袋本体和过滤容器；巡航器包括舱体及位于舱体中的中央控制系统；微塑料样品多级采集装置和巡航器的舱体之间用支撑架连接。所述装置适合多水域采样，灵活设置采样位置，采样量及采集方式，不受时间和环境条件限制；一次采样，可同步采集不同深度的多粒径的微塑料样品，提高了采集效率，缩短了采集时间。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种区域水环境中微塑料样品采集装置，属于环境污染监测设备技术领域。
背景技术
塑料废弃物经物理、化学和生物等作用，分解为大量的尺度小于5mm的塑料颗粒，即微塑料(Microplastics,MPs)存在于水、土壤及空气中。水环境中的MPs具有比表面积较大、密度小、表面疏水性强以及易于随水流迁移等特性，可吸附疏水性有机物，形成MPs与有机物的复合体，随水流迁移增加水体污染的复杂性；小尺度的MPs易于被水生生物摄食而影响其生理特性；此外，MPs自身老化过程中还会向水体持续释放有毒有害添加剂。
因此需要加强水环境中微塑料污染研究，了解其在水体中的形态、浓度及赋存现状。样品采集是开展研究的第一步，是开展MPs环境监测的重要环节，所采集样品的代表性直接影响最终分析结果的可靠性。影响MPs样品采集的因素有很多，其中的采样装置、采样位置和采样量尤为重要。对已发表文献的调研发现，目前用于水环境中MPs采集样品的装置主要有Neuston拖网、Manta拖网、表面拖网(surfacetrawling)和浮游生物网(Planktonnet)等。这类采样装置和方式的优点是能够采集江、海以及湖泊等大区域水体样品；但是采样装置需要安装在大型船体上，利用船的动力拖动拖网采集微塑料样品，缺点也很明显，一是采样耗时，且需雇用拖船，费用较高；二是大型船采样操作不灵活，不适合小区域水域采样；三是拖网孔径通常大于300μm，会导致水样中粒径小的MPs丢失；如果采用孔径相对较小的拖网，采样时筛网易于堵塞。近年来在小面积水域也有使用采样泵采样，但采样泵能耗较大且不易携带，受采样地点和采样时间的限制，并有可能污染水样。
因此，目前水体微塑料采集装置不适合多种水域面积的采样作业，不利于水环境微塑料污染监测工作的开展。
发明内容
为克服现有技术存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种区域水环境中的微塑料样品采集装置。所述装置适合不同面积以及不同深度的水域中，较大范围粒径的微塑料样品的同步采集。
为实现本实用新型的目的，提供以下技术方案。
一种区域水环境中的微塑料样品采集装置，所述装置主要组成部分包括微塑料样品多级采集装置和巡航器。
微塑料样品多级采集装置由两个以上的采集单元组成。每个采集单元均为网袋型结构，包括网袋本体和过滤容器。网袋本体的网口端为开口，网身为网状结构，网底端为开口，开口处为非网状结构。过滤容器顶部为开口端，底部为滤网，优选为凹型滤网；过滤容器的顶部与底部之间为封闭结构，可以通过螺纹密封连接，便于取样。网袋本体的网底端与过滤容器顶部开口端连接，可以通过连接头连接，以便拆卸。网身的孔径与过滤容器底部滤网的孔径共同构成了一个采集单元的过滤孔径；过滤孔径根据所需要采集的微塑料样品粒径大小决定。
不同采集单元中，上一级采集单元的网袋本体和过滤容器整体体积小于下一级采集单元的网袋本体体积，上一级采集单元位于下一级采集单元内，相互之间采用嵌套连接，每个采集单元中网袋本体的网口端均通过卡套可拆卸密闭连接，具体地说，第二级采集单元中网袋本体的网口端可拆卸安装到第一级采集单元中网袋本体网口端的卡套上，第三级采集单元至第N级采集单元中网袋本体的网口端依次安装到上一级采集单元中网袋本体网口端的卡套上。
不同的采集单元中，同级采集单元的过滤孔径大小一致；上一级采集单元的过滤孔径大于下一级采集单元的过滤孔径，即第一级采集单元至第N级采集单元的过滤孔径依次减小。
过滤容器可以为过滤桶、过滤杯、过滤袋等本领域用于过滤的容器。
巡航器为无人遥控水下潜水器，主要包括舱体以及位于舱体中的中央控制系统；携带方便、使用方法简单。
中央控制系统中主要包括蓄电池、遥测单元、上位机设备、驱动单元、传感器控制单元和采集单元。
其中，蓄电池用于为巡航器提供动力。
遥测单元采用RF无线射频模块，用于指挥遥测测量船的动态。
上位机设备采用工控机或者微控制系统，用于观察测试数据以及水深和行驶记录仪。
驱动单元采用电机，用于驱动设备的移动以及位移角度变化。
传感器控制单元由一个以上的传感器构成，用于测试数据收集数据。
微塑料样品多级采集装置和巡航器的舱体之间，采用支撑架作为连接件进行连接。支撑架一侧与巡航器舱体的前端连接，另一侧设有网口支架，通过网口支架与微塑料样品多级采集装置中最上级的采集单元，即第一级采集单元中网袋本体的网口端连接。优选支撑架上还设有支撑结构与最后一级采集单元中的过滤容器连接，使采集单元和水体在采样时保持垂直状态。
网口支架能够开合，保证在采样时使网口端充分展开，在样品采集完毕能够使网口端及时闭合，保证准确的采水体积；优选网口支架采用规则结构设计，例如矩形、圆形、三角形等规则结构，便于计算进入网口端的水体积。
采集单元用于遥控控制支撑架的伸缩移动以及网口支架的张开与闭合，实现微塑料样品多级采集装置中的网口张开与闭合，用于采集水中的微塑料样品等。
本实用型所述的一种区域水环境中的微塑料样品采集装置中，巡航器舱体、微塑料样品多级采集装置及支撑架的材质均为非塑料材质。
本实用新型所述的一种区域水环境中的微塑料样品采集装置的工作方式具体如下：
根据不同采样深度和采样粒径需求，选取具有适合过滤孔径及采集单元数量的微塑料样品多级采集装置，将所述采集装置中的网口套装在支撑架一侧的网口支架上。
采样时，将巡航器置于水中，遥控驱动巡航器移动，带动支撑架将所述多级采集装置带到设定的采样位置水域，依据研究目的，通过遥控巡航器的上升或下潜，可进行表层水采样或不同深度水层样品的采样，不受水流、天气等环境条件的影响。
在采样位置，通过中央控制单元的采集单元使支撑架伸缩移动，并控制网口支架的开关闭合使多级采集装置开关闭合。根据水域环境及研究目的，可设置定点被动采样，也可驱动巡航器主动采样。通过中央控制单元的传感器记录船速、水速及监测水质理化指标等。
通过所述多级采集装置可实现多粒径微塑料同时采集；采集完毕，取下微塑料采集器，用不含微塑料的洁净水冲洗网袋后取下过滤容器，放置样品瓶中，密封带回实验室分析。
有益效果
(1)本实用新型提供了一种区域水环境中的微塑料样品采集装置，所述装置中，通过设计由两个以上的采集单元组成的微塑料样品多级采集装置，可以同步采集较大范围不同粒径的微塑料样品，提高了采集效率，缩短了采集时间。
(2)本实用新型提供了一种区域水环境中的微塑料样品采集装置，所述装置中，所采用的适合多水域采样，灵活设置采样位置，采样量及采集方式，不受时间和环境条件限制；一次采样，可同步采集不同深度的多粒径的微塑料样品，提高了采集效率，缩短了采集时间。
(3)本实用新型提供了一种区域水环境中的微塑料样品采集装置，所述装置中，巡航器小巧，携带方便。
(4)本实用新型提供了一种区域水环境中的微塑料样品采集装置，所述装置中，采集微塑料样品的同时，可同步获取水体水质其它理化指标。
(5)本实用新型提供了一种区域水环境中的微塑料样品采集装置，所述装置中，作为连接件的支撑架上还设有支撑结构与最后一级采集单元中的过滤容器连接，使采集单元和水体在采样时保持垂直状态。
(6)本实用新型提供了一种区域水环境中的微塑料样品采集装置，所述装置中，作为连接件的支撑架上的网口支架采用规则结构设计，例如矩形、圆形、三角形等规则结构，便于计算进入网口的水体积。
附图说明
图1为实施例1中的微塑料样品多级采集装置中的一个采集单元的结构示意图。
图2为图1中A处的局部放大图。
图3为实施例1中的过滤容器下段结构示意图。
图4为实施例1中的过滤容器底部滤网的结构示意图。
图5为实施例1中的微塑料样品多级采集装置的剖面结构示意图。
图6为实施例1中的一种区域水环境中的微塑料样品采集装置的结构示意图。
其中，1—网袋本体，2—过滤容器，3—滤网，4—螺纹，5—连接头，6—卡套，7—第一级采集单元，8—第二级采集单元，9—第三级采集单元，10—舱体，11—中央控制系统，12—支撑架，13—网口支架
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来详述本实用新型，但不作为对本实用新型的限定。
实施例1
一种区域水环境中的微塑料样品采集装置，所述装置主要组成部分包括微塑料样品多级采集装置和巡航器。
微塑料样品多级采集装置由三个采集单元组成，每个采集单元均为网袋型结构，包括网袋本体1和过滤容器2。网袋本体1的网口端为开口，网身为网状结构，网底端为开口，开口处为非网状结构。过滤容器2为过滤桶，顶部为开口端，底部为凹型滤网3；过滤容器2的顶部与底部之间的桶身分为两段，上段和下段之间通过螺纹4密封连接，便于取样。网袋本体1的网底端与过滤容器2顶部开口端连接，通过连接头5连接，以便拆卸。网身的孔径与过滤容器2底部的滤网3的孔径共同构成了一个采集单元的过滤孔径；过滤孔径根据所需要采集的微塑料样品粒径大小决定。
不同采集单元中，上一级采集单元的网袋本体1和过滤容器2整体体积小于下一级采集单元的网袋本体1的体积，上一级采集单元位于下一级采集单元内，相互之间采用嵌套连接，每个采集单元中网袋本体1的网口端均通过卡套6可拆卸密闭连接，具体地说，第二级采集单元8中网袋本体1的网口端可拆卸安装到第一级采集单元7中网袋本体1网口端的卡套6上，第三级采集单元9中网袋本体1的网口端可拆卸安装到第二级采集单元8中网袋本体1网口端的卡套6上。
三个采集单元中，同级采集单元的过滤孔径大小一致；上一级采集单元的过滤孔径大于下一级采集单元的过滤孔径，即第一级采集单元7至第三级采集单元9的过滤孔径依次减小，样品采集时需要根据水体的污染情况和研究目的确定过滤孔径。
巡航器为无人遥控水下潜水器，主要包括舱体10以及位于舱体10中的中央控制系统11。
中央控制系统11中主要包括蓄电池、遥测单元、上位机设备、驱动单元、传感器控制单元和采集单元。
其中，蓄电池用于为巡航器提供动力。
遥测单元采用RF无线射频模块，用于指挥遥测测量船的动态。
上位机设备采用工控机或者微控制系统，用于观察测试数据以及水深和行驶记录仪。
驱动单元采用电机，用于驱动设备的移动以及位移角度变化。
传感器控制单元由一个以上的传感器构成，用于测试数据收集数据。
微塑料样品多级采集装置和巡航器的舱体10之间，采用支撑架12作为连接件进行连接。支撑架12一侧与巡航器的舱体10前端连接，另一侧设有网口支架13，通过网口支架13与微塑料样品多级采集装置中最上级采集单元，即第一级采集单元7中网袋本体1的网口端连接。支撑架12上还设有支撑结构与最后一级采集单元中的过滤容器2连接，使采集单元和水体在采样时保持垂直状态。
网口支架13能够开合，保证在采样时使网口端充分展开，在样品采集完毕能够使网口端及时闭合，保证准确的采水体积；网口支架13采用矩形设计，便于计算进入网口端的水体积。
采集单元用于遥控控制支撑架12的伸缩移动以及网口支架13的张开与闭合，实现微塑料样品多级采集装置中的网口张开与闭合，用于采集水中的微塑料样品等。
本实施例所述的一种区域水环境中的微塑料样品采集装置中，巡航器的舱体10、微塑料样品多级采集装置及支撑架的材质均为非塑料材质。
采用本实施例所述的一种区域水环境中的微塑料样品采集装置进行采样，具体如下：
(1)将巡航器置于湖水中，遥控驱动巡航器移动，将微塑料样品多级采集装置带到设定的采样位置水域，所述微塑料样品多级采集装置由三个采集单元组成，三个采集单元中，过滤孔径分别依次为5000μm、300μm和100μm，同级采集单元的过滤孔径大小一致；
(2)通过遥控巡航器的上升或下潜，分别采集上层、中层及下层水中的微塑料样品；
(3)在设定的采样位置，通过中央控制单元的控制采集单元，控制网口支架13的开关闭合使多级采集装置打开，设定巡航器速度2m/s，采样时间5min；同时测定该湖水的pH、温度、浊度；
(4)采集结束后，通过中央控制单元的控制采集单元，控制网口支架13的开关闭合使多级采集装置闭合；遥控驱动巡航器移动至岸边，取下微塑料采集器，分别用纯净水冲洗各网袋后取下过滤容器2，并分别放置于样品瓶中，密封带回实验室分析。
对比例1
(1)将孔径为300μm的Neuston拖网安装在游船上，置于与实施例同一采样地点的湖水中，按照2m/s的速度在湖水行驶5min，采集上层水中的微塑料样品；
(2)采集结束后，取下Neuston拖网，用纯净水冲洗网袋，样品置于5000mL的玻璃烧杯中；
(3)将玻璃烧杯中的样品过滤，滤膜孔径50μm，用纯净水冲洗烧杯3次，冲洗液一并过膜；
(4)滤膜放置于样品瓶中，密封带回实验室分析。
实施例1和对比例1的实验结果具体见表1。
表1为水体不同采样方式效果比较表。
通过表1中实施例1和对比例1的实验结果，本领域技术人员可知，与现有水域微塑料采集装置相比，本新型具有如下特点：
(1)巡航器小巧精致，携带方便，适合多水域采样；
(2)基于不同水域和研究目的，灵活设置采样位置，采样量及采集方式；
(3)可以同步采集不同深度和不同粒径的微塑料样品，提高了采集效率，缩短了采集时间；
(4)在采集微塑料样品的同时，同步获取水体水质其它理化指标。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及优选的实施例。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，在不脱离本实用新型构思和范围的前提下，还会有各种合理范围变化，这些变化均落入要求保护的范围内。
Claims (8)
1.一种区域水环境中的微塑料样品采集装置，其特征在于：所述装置主要包括微塑料样品多级采集装置和巡航器；
微塑料样品多级采集装置由两个以上的采集单元组成；每个采集单元包括网袋本体和过滤容器；网袋本体的网口端为开口，网身为网状结构，网底端为非网状结构开口；过滤容器顶部为开口端，底部为滤网；过滤容器的顶部与底部之间为封闭结构；网袋本体的网底端与过滤容器顶部开口端连接；
不同采集单元中，上一级采集单元位于下一级采集单元的网袋本体内，相互之间嵌套连接，每个采集单元网袋本体的网口端均通过卡套可拆卸密闭连接；同级采集单元的过滤孔径相同；上一级采集单元的过滤孔径大于下一级采集单元的过滤孔径；
巡航器为无人遥控水下潜水器，包括舱体及位于舱体中的中央控制系统；
微塑料样品多级采集装置和巡航器的舱体之间用支撑架连接；可伸缩移动的支撑架一侧与巡航器舱体前端连接，另一侧设有可开合网口支架与微塑料样品多级采集装置中第一级采集单元网袋本体的网口端连接。
2.根据权利要求1所述的一种区域水环境中的微塑料样品采集装置，其特征在于：过滤容器的顶部与底部之间通过螺纹密封连接；过滤容器底部为凹型滤网；网袋本体的网底端与过滤容器顶部开口端通过连接头连接。
3.根据权利要求1所述的一种区域水环境中的微塑料样品采集装置，其特征在于：巡航器的中央控制系统中主要包括蓄电池、遥测单元、上位机设备、驱动单元、传感器控制单元和采集单元。
4.根据权利要求3所述的一种区域水环境中的微塑料样品采集装置，其特征在于：遥测单元采用RF无线射频模块；
上位机设备采用工控机或者微控制系统；
驱动单元采用电机；
传感器控制单元由一个以上的传感器构成；
采集单元遥控控制支撑架的伸缩移动以及网口支架的张开与闭合。
5.根据权利要求2所述的一种区域水环境中的微塑料样品采集装置，其特征在于：巡航器的中央控制系统中主要包括蓄电池、遥测单元、上位机设备、驱动单元、传感器控制单元和采集单元；
遥测单元采用RF无线射频模块；
上位机设备采用工控机或者微控制系统；
驱动单元采用电机；
传感器控制单元由一个以上的传感器构成；
采集单元遥控控制支撑架的伸缩移动以及网口支架的张开与闭合。
6.根据权利要求1所述的一种区域水环境中的微塑料样品采集装置，其特征在于：支撑架上还设有支撑结构与最后一级采集单元中的过滤容器连接，使采集单元和水体在采样时保持垂直状态。
7.根据权利要求1所述的一种区域水环境中的微塑料样品采集装置，其特征在于：网口支架采用规则结构。
8.根据权利要求1～5中任一项所述的一种区域水环境中的微塑料样品采集装置，其特征在于：网口支架采用规则结构；支撑架上还设有支撑结构与最后一级采集单元中的过滤容器连接，使采集单元和水体在采样时保持垂直状态。
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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