RU2775302C1 - Device for sampling and evaluating liquid samples - Google Patents
Device for sampling and evaluating liquid samples Download PDFInfo
- Publication number
- RU2775302C1 RU2775302C1 RU2021130069A RU2021130069A RU2775302C1 RU 2775302 C1 RU2775302 C1 RU 2775302C1 RU 2021130069 A RU2021130069 A RU 2021130069A RU 2021130069 A RU2021130069 A RU 2021130069A RU 2775302 C1 RU2775302 C1 RU 2775302C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sampling container
- sampling
- cylindrical shell
- water
- inlet
- Prior art date
Links
- 238000005070 sampling Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 34
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 8
- 238000000746 purification Methods 0.000 abstract description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 8
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 8
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 5
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 239000008239 natural water Substances 0.000 description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 3
- 239000004698 Polyethylene (PE) Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating Effects 0.000 description 2
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 230000037250 Clearance Effects 0.000 description 1
- 229920000426 Microplastic Polymers 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000035512 clearance Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 238000011005 laboratory method Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000035772 mutation Effects 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000003911 water pollution Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к экологии, а именно, к устройствам оценки и очистки воды в естественных водоемах, а также в системах очистки воды.The invention relates to ecology, namely, to devices for assessing and purifying water in natural reservoirs, as well as in water purification systems.
В последние годы существует проблема загрязнения естественных водоемов (рек, озер, морей, океанов) мелкими частицами, образующимися в результате разрушения изделий из пластмасс, в том числе из полиэтилена, различных органических загрязнителей. Следы этих загрязнений обнаруживаются даже в Арктике. Некоторые виды загрязнений активно влияют на морскую фауну и флору, проникая внутрь различных живых объектов, что приводит к гибели или мутации живого мира.In recent years, there has been a problem of pollution of natural water bodies (rivers, lakes, seas, oceans) with small particles resulting from the destruction of plastic products, including polyethylene, and various organic pollutants. Traces of these pollutions are found even in the Arctic. Some types of pollution actively affect the marine fauna and flora, penetrating into various living objects, which leads to the death or mutation of the living world.
Поэтому появилась задача обнаружения и оценки таких загрязнений, а в дальнейшем, очистки естественных водоемов.Therefore, the problem arose of detecting and evaluating such pollution, and in the future, cleaning natural water bodies.
Известны устройства для взятия проб воды (жидкости) с целью ее анализа.Known devices for sampling water (liquid) for the purpose of its analysis.
Устройство для отбора пробы воды из подледных водоемов [Патент РФ №2645539, G01N 1/10, 21.02.2018, бюл. №6] содержит наружный корпус, расположенный с зазором, внутри него внутренний сосуд для отбора пробы исследуемой воды, внутри сосуда для отбора пробы воды установлен поршень с электромагнитом. На боковой поверхности в верхней части внутреннего сосуда выполнено отверстие для поступления анализируемой пробы воды внутрь сосуда, в дне внутреннего сосуда выполнено другое отверстие, предназначенное для слива воды в наружный корпус. В зазоре между наружным корпусом и внутренним сосудом расположена трубка, которая является пробоотборной, один конец которой выведен с обеспечением герметичности наружу через отверстие в дне наружного корпусе. Верхняя часть крышки внутреннего сосуда имеет два сквозных отверстия с заглушками, внутри буртика крышки по всей его высоте выполнено сквозное вертикальное отверстие, в которое герметично входит второй конец пробоотборной трубки. Вбок от этого отверстия в буртике по направлению к внутреннему сосуду выполнено два отверстия, первое из которых совмещено с отверстием на стенке в верхней части внутреннего сосуда для поступления анализируемой пробы воды, а второе отверстие в буртике совмещено с верхним зазором между крышкой и краем внутреннего сосуда для обеспечения сообщения с зазором между внутренним сосудом и наружным корпусом. Устройство обеспечивает качественный отбор воды, поскольку в момент отбора пробы исключено попадание буровой жидкости с наружных стенок устройства в пробоотборный сосуд.Device for sampling water from under-ice reservoirs [RF Patent No. 2645539,
Известен также комплекс для отбора проб воды и способ его работы [Патент РФ №2548464, Е21В 49/08, G01N 1/10, 20.04.2015, бюл. №11], пробоотборник которого содержит цилиндрический корпус, на котором расположены две эластичные резиновые манжеты, с диаметром, равным диаметру скважины, в стенке цилиндрического корпуса выполнены боковые отверстия - среднее - для приема воды из рабочего горизонта и расположено между двумя манжетами, верхнее расположено над верхней манжетой, нижнее - под нижней манжетой, верхнее и нижнее отверстия - транзитные и соединены между собой трубкой, проходящей внутри цилиндрического корпуса пробоотборника, нижняя часть цилиндрического корпуса соединена с водоприемником через фланец, прикрепленный к цилиндрическому корпусу, верхняя часть цилиндрического корпуса соединена с кронштейном для подъема пробоотборника и соединенного с ним водоприемника. Устройство позволяет брать пробы воды непосредственно из каждого исследуемого горизонта водоносного слоя.There is also known a complex for sampling water and the method of its operation [RF Patent No. 2548464, E21B 49/08,
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство для отбора проб жидкости [авт. свид. СССР №983489, G01N 1/10, опубл. 23.12.1982], содержащее пробозаборную емкость с входным и выходным отверстиями, размещенные соосно с ними расположенную внутри цилиндрическую оболочку.Closest to the claimed technical solution is a device for fluid sampling [ed. certificate USSR No. 983489, G01N 1/10, publ. 12/23/1982], containing a sampling container with inlet and outlet holes, placed coaxially with them, located inside a cylindrical shell.
Общим недостатком указанных устройств является то, что они не позволяет проводить оценку загрязнений в виде мелких включений из пластмассы, в том числе полиэтилена, при прокачке жидкости из водной среды (естественного водоема). Кроме того, существующие методы контроля не позволяют производить достоверную оценку данного вида загрязнений. К ним относятся лабораторные методы анализа путем взятия проб, лидарные оценки с использованием аэро-, космических объектов. Однако малая плотность объектов и малая масса частиц не позволяют фиксировать их с лидаров, а взятие проб не дает достоверную оценку огромных территорий естественных водоемов.A common disadvantage of these devices is that they do not allow for the assessment of contamination in the form of small inclusions of plastic, including polyethylene, when pumping liquid from the aquatic environment (natural reservoir). In addition, the existing control methods do not allow a reliable assessment of this type of pollution. These include laboratory methods of analysis by sampling, lidar assessments using aero-, space objects. However, the low density of objects and the small mass of particles do not make it possible to detect them from lidars, and sampling does not provide a reliable assessment of vast areas of natural water bodies.
Для получения достоверной оценки степени загрязнения водной среды в виде мелких включений из пластмассы авторы предлагают использовать устройства для закручивания потоков жидкости [4-6]. К ним относится спиралевидная геликоидальная труба Шаубергера. В результате применения устройств закручивания потоков жидкости водный поток в трубе разделяется на легкие и тяжелые фракции. Тяжелые фракции концентрируются ближе к стенкам трубы. Легкие фракции, содержащие различные загрязнители, включая микрочастицы пластика, концентрируются в центре потока. Подобные устройства используются при перекачке смесей жидкости и руды, перекачки нефтепродуктов, а также для очистки жидкостей от мелкодисперсных загрязнителей в виде различных загрязняющих частиц, например, в виде песка.To obtain a reliable assessment of the degree of pollution of the aquatic environment in the form of small inclusions made of plastic, the authors suggest using devices for swirling fluid flows [4–6]. These include the spiral helicoidal Schauberger tube. As a result of the use of devices for swirling fluid flows, the water flow in the pipe is divided into light and heavy fractions. Heavy fractions are concentrated closer to the pipe walls. Light fractions containing various contaminants, including microplastic particles, are concentrated in the center of the stream. Such devices are used when pumping mixtures of liquid and ore, pumping oil products, as well as for cleaning liquids from fine pollutants in the form of various polluting particles, for example, in the form of sand.
Для реализации оценки загрязнений водоемов в виде мелких фракций пластика предлагается создавать передвижные надводные или подводные транспортные средства (станции), например, на базе малых судов, снабженных устройствами для пропускания потока воды через измерительный блок, которые могут производить обнаружение и оценку загрязнений в выделенной акватории водного объекта. При этом предполагается непрерывная оценка протекаемой через передвижную станцию струи воды в водоеме.To implement the assessment of water pollution in the form of small fractions of plastic, it is proposed to create mobile surface or underwater vehicles (stations), for example, based on small vessels equipped with devices for passing water flow through the measuring unit, which can detect and evaluate pollution in a selected area of water object. This assumes a continuous assessment of the water jet flowing through the mobile station in the reservoir.
Задачей изобретения является разработка устройства для обнаружения и оценки степени загрязнений в виде мелких частиц (легких фракций), содержащихся в естественных водоемах и системах очистки воды.The objective of the invention is to develop a device for detecting and assessing the degree of contamination in the form of fine particles (light fractions) contained in natural reservoirs and water purification systems.
Техническим результатом является повышение экологической безопасности естественных водоемов и систем очистки воды за счет оперативного обнаружения и достоверной оценки содержания в ней мелких частиц (легких фракций), и дальнейшей очистки водной среды от этого вида загрязнений за счет применения в его конструкции геликоидальной трубы, насоса, для подачи жидкости и цилиндрической оболочки, снабженной оптоэлектронным датчиком, подключенным к измерительному блоку, соединенному с бортовым компьютером.The technical result is to increase the environmental safety of natural reservoirs and water purification systems due to the rapid detection and reliable assessment of the content of small particles (light fractions) in it, and further purification of the aquatic environment from this type of pollution through the use of a helicoidal pipe, a pump in its design, for liquid supply and a cylindrical shell equipped with an optoelectronic sensor connected to a measuring unit connected to an on-board computer.
Поставленная задача достигается тем, что по сравнению с известным техническим решением, включающем пробозаборную емкость с входным и выходным отверстиями, внутри которой размещена цилиндрическая оболочка с меньшим диаметром, установленная соосно с пробозаборной емкостью, в предложенном техническом решении на входе пробозаборной емкости установлена спиралевидная геликоидальная труба, соединенная с насосом для подачи жидкости, при этом цилиндрическая оболочка, размещенная по центру пробозаборной емкости, прикреплена кронштейном к стенке пробозаборной емкости, а внутри цилиндрической оболочки размещен оптоэлектронный, например, инфракрасный лазерный датчик, выход которого через измерительный блок соединен с бортовым компьютером.The task is achieved by the fact that, in comparison with the known technical solution, which includes a sampling container with inlet and outlet openings, inside which a cylindrical shell with a smaller diameter is placed, installed coaxially with the sampling container, in the proposed technical solution, a spiral helicoidal pipe is installed at the inlet of the sampling container, connected to the pump for supplying liquid, while the cylindrical shell, located in the center of the sampling container, is attached by a bracket to the wall of the sampling container, and an optoelectronic, for example, an infrared laser sensor is placed inside the cylindrical shell, the output of which is connected to the on-board computer through the measuring unit.
Структурная схема устройства для отбора и оценки проб жидкости представлена на фигуре 1.A block diagram of a device for sampling and evaluating liquid samples is shown in figure 1.
Устройство содержит пробозаборную емкость 1 в виде трубы с входным и выходным отверстиями, внутри которой размещена цилиндрическая оболочка 2 с меньшим диаметром, установленная соосно с пробозаборной емкостью 1, на входе пробозаборной емкости 1 установлена спиралевидная геликоидальная труба 3, соединенная с насосом 4 для подачи жидкости из водоема, при этом цилиндрическая оболочка 2 размещена по центру пробозаборной емкости 1 и прикреплена кронштейном 4 к стенке пробозаборной емкости 1, внутри цилиндрической оболочки 2 размещен оптоэлектронный лазерный датчик 5, работающий, например, в инфракрасном диапазоне спектра, и предназначенный для фиксации загрязнений в виде мелких частиц, выход датчика 5 через измерительный блок 6, предназначенный для преобразования и предварительной обработки сигналов с оптоэлектронного лазерного датчика 5, соединен с бортовым компьютером 7, который производит подсчет количества порций загрязнений за определенное время, что позволяет производить оценку загрязнения водоемов.The device contains a
Измерительный блок 6 может быть выполнен на основе микроконтроллера, содержащего микропроцессорное ядро, соединенное системной шиной с FLASH-памятью программ, SRAM-памятью данных, многоканальным аналого-цифровым преобразователем, к одной из линий которого подключен выход датчика 5, и универсальным асинхронным приемопередатчиком UART, выход которого подключен к бортовому компьютеру.The
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
Предлагаемое устройство устанавливают на передвижное надводное или подводное транспортное средство (станцию), которое движется в акватории, выбранной для исследований, в естественном водоеме. При его движении вода с помощью насоса 4 закачивается в геликоидальную трубу Шаубергера 3. При движении жидкости по трубе Шаубергера 3 происходит ее раскручивание. При этом тяжелые фракции загрязнений прижимаются к стенкам пробозаборной емкости 1, а легкие фракции загрязнений концентрируются в центре пробозаборной емкости 1, проникая во внутреннюю оболочку 2. Оптоэлектронный лазерный датчик 5 фиксирует загрязнение (легкие фракции) и через измерительный блок 6 передает сигнал в бортовой компьютер 7, который производит подсчет порций загрязнений, например, в виде мелких частиц пластика по времени, что позволяет получить оценку загрязнения полученных проб протекающей жидкости. После выхода воды из внутренней оболочки 2 и пройдя через водозаборную емкость 1, вода возвращается в водоем.The proposed device is installed on a mobile surface or underwater vehicle (station), which moves in the water area selected for research, in a natural reservoir. When it moves, water is pumped into the helicoidal Schauberger
Степень загрязнения будет оцениваться количеством обнаруженных порций пластика к объему прошедшей через трубу жидкости. Чем большее количество жидкости пройдет через трубу, тем более достоверной будет оценка загрязнения водоема в выделенной для исследования акватории.The degree of contamination will be assessed by the number of detected portions of plastic to the volume of liquid that has passed through the pipe. The more liquid passes through the pipe, the more reliable will be the assessment of the pollution of the reservoir in the water area allocated for the study.
Таким образом, предложенное устройство позволяет более точно определить загрязнение акватории водоема мелкими фракциями пластика и органики, что повышает степень экологической безопасности естественных водоемов и систем очистки воды. Конструкция устройства позволяет изготавливать передвижные станции контроля загрязнений акваторий водоемов пластиком и органическими предметами с небольшими размерами (микрометры). Дополнительный результат, обеспечиваемый предложенным устройством, заключается в более высокой производительности определения процента (степени) загрязнения акватории водоема, за счет применения в его конструкции измерительного блока, выполненного на основе микроконтроллера.Thus, the proposed device allows you to more accurately determine the pollution of the water area of the reservoir with small fractions of plastic and organic matter, which increases the degree of environmental safety of natural reservoirs and water purification systems. The design of the device makes it possible to manufacture mobile stations for monitoring pollution of water areas with plastic and organic objects with small dimensions (micrometers). An additional result provided by the proposed device is a higher productivity of determining the percentage (degree) of pollution of the reservoir water area, due to the use of a measuring unit based on a microcontroller in its design.
1. Устройство для отбора пробы воды из подледных водоемов. Патент РФ №2645539, G01N 1/10, заявка: 2016137236, 16.09.2016. Опубл. 21.02.2018, бюл. №6.1. A device for sampling water from under-ice reservoirs. RF patent No. 2645539,
2. Комплекс для отбора проб воды и способ его работы. Патент РФ №2548464. Е21В 49/08, G01N 1/10, заявка: 2013132399/03, 15.07.2013. Опубл. 20.04.2015, бюл. №11.2. Complex for water sampling and method of its operation. RF patent No. 2548464. E21B 49/08,
3. Устройство для отбора проб жидкости. Авт. свид. СССР №983489, G01N 1/10, заявка: 2608370/25-26, 18.04.1978. Опубл. 23.12.1982, бюл. №47.3. Liquid sampling device. Auth. certificate USSR No. 983489, G01N 1/10, application: 2608370/25-26, 04/18/1978. Published 12/23/1982, bul. No. 47.
4. Шаубергер В. Энергия воды. - М.: «Яуза», «Эксмо», 2007. - 320 с.4. Schauberger V. Energy of water. - M.: "Yauza", "Eksmo", 2007. - 320 p.
5. Гельмгольц Г. Основы вихревой теории. М.: ИКИ, 2002. - 82 с.5. Helmholtz G. Fundamentals of the vortex theory. M.: IKI, 2002. - 82 p.
6. Гринспен X. Теория вращающихся жидкостей. Гидрометеоиздат, Л.: 1975. - 304 с.6. Greenspan X. Theory of rotating fluids. Gidrometeoizdat, L.: 1975. - 304 p.
Claims (4)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2775302C1 true RU2775302C1 (en) | 2022-06-29 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU983489A1 (en) * | 1978-04-18 | 1982-12-23 | Специальное Конструкторское Бюро Геофизического Приборостроения Ан Азсср | Device for sampling liquid |
RU2146811C1 (en) * | 1994-07-26 | 2000-03-20 | Си-Эр-Си Фор Уэйст Мэнеджмент энд Поллюшн Контрол Лимитед | Technique of ecological monitoring of organic compounds and device for its realization |
US20130145867A1 (en) * | 2010-07-30 | 2013-06-13 | Battelle Memorial Institute | Contamination free water sampler and system |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU983489A1 (en) * | 1978-04-18 | 1982-12-23 | Специальное Конструкторское Бюро Геофизического Приборостроения Ан Азсср | Device for sampling liquid |
RU2146811C1 (en) * | 1994-07-26 | 2000-03-20 | Си-Эр-Си Фор Уэйст Мэнеджмент энд Поллюшн Контрол Лимитед | Technique of ecological monitoring of organic compounds and device for its realization |
US20130145867A1 (en) * | 2010-07-30 | 2013-06-13 | Battelle Memorial Institute | Contamination free water sampler and system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102628826B (en) | Oil concentration rapid detection apparatus for oily sewage | |
CN109843408A (en) | The oil hydrosol Detection & Controling of demineralizer | |
CN105158126A (en) | Microbubble performance test and assessment experimental platform and test and assessment method thereof | |
CN209342426U (en) | Micro- plastics sampling column and micro- plastics acquisition device | |
RU2775302C1 (en) | Device for sampling and evaluating liquid samples | |
WO2013104954A1 (en) | Method and system for testing oil spill dispersant effectiveness | |
US7559236B1 (en) | Portable profiler for profiling a marine biosphere and method of assembling the profiler | |
CN2826395Y (en) | Water surface floating oil sampler | |
Van Campen | Bulk dynamics of droplets in liquid-liquid axial cyclones | |
RU2452933C1 (en) | Sampler to define oil layer thickness above water | |
CN209209577U (en) | A kind of fluid reservoir sentences sky device | |
CN103184861A (en) | Crude oil sand content analysis device | |
CN205015249U (en) | Microbubble capability test evaluation experiment platform | |
Decrop | Numerical and experimental modelling of near-field overflow dredging plumes | |
CN208188026U (en) | A kind of automatic water-stopping device of continuous sampling detection | |
JPS5826370Y2 (en) | Defoaming flow divider | |
CN111044327A (en) | Ship wastewater detection device | |
CN204989159U (en) | Environment monitoring equipment | |
US6810365B1 (en) | Monitoring waste liquid to determine membrane cleansing performance | |
CN214668583U (en) | Novel ship anti-pollution monitoring system | |
CN212134675U (en) | Water quality testing sampling box | |
KR102093424B1 (en) | Vortex type apparatus capable of monitoring pollution source | |
CN210005483U (en) | oil well water content measuring device | |
CN112014322B (en) | Bubble eliminating device for water sample optical measurement method | |
CN2630825Y (en) | Sampler for discriminating water floating oil |