本发明涉及环境污染监测设备技术领域，具体为一种不同深度水体中多粒径微塑料样品同步采集系统。
背景技术：
微塑料(microplastics)是指直径不大于5mm的塑料微粒，已成为国际广泛关注的热点问题之一。2014年，首届联合国环境大会(unep1)首次将微塑料污染列入全球亟待解决的十大环境问题之一。2015年，unep2将海洋微塑料列入环境与生态科学研究领域第二大科学问题，并与全球气候变化、臭氧耗竭和海洋酸化并列成为全球科学家共同关注的重大全球环境问题。
水体中的微塑料主要来源于人类使用含有微塑料颗粒产品导致微塑料进入环境和大块塑料垃圾分解或破碎成微小颗粒进入环境。其中，个人护理品中添加的塑料微珠(microbeads)就是水体微塑料的环境直接来源之一。在一些个人洗漱品如沐浴乳、洗面奶、牙膏以及一些化妆品如眼影、睫毛膏、保湿霜等个人护理品中，生产过程中人为添加以聚乙烯和聚丙烯材质为主的塑料微珠。个人洗漱后，废水中塑料微珠通过下水道进入污水厂。由于塑料微珠体积小、密度轻、数量多，以当前污水厂常规处理工艺很难有效去除这些塑料微珠，而绝大部分塑料微珠会进入自然水体，最终汇入海洋而长久存在，进而通过食物链对淡水和海洋生态系统甚至人体健康造成潜在危害。大块塑料垃圾在降解过程中也会产生大量的塑料微粒，这些塑料微粒通过垃圾、土壤及地表水循环途径进入江河湖海水域中，造成微塑料污染。
由于上述情形，需要对水体中的微塑料形态、浓度等进行研究，就需要我们根据需要，采集水体中的微塑料样品，并检测微塑料的含量，为水体的生态环境保护和微塑料污染治理提供检测数据。由于微塑料颗粒污染的检测起步较晚，采集设备和采集方法上还缺乏准确性和科学性。采集设备也是比较原始和落后，比如水体中的微塑料颗粒采集便是一个值得改进的问题。
目前水体中微塑料样品采集一般是使用一种简易网袋来实现，这种网袋需要一定的孔径，网口对准在水流方向上，利用水流将微塑料截留到网袋上，或者使用拖船通过拖动网袋搜集样品，用于采集富集水中的微塑料颗粒，根据采集的微塑料颗粒和水的流速来计算水体中微塑料的含量。但是这种网袋都是固定孔径的单一网袋，如同浮游生物扑集装置，只能采集粒径大于网袋孔径的全部微粒物质，不能将微粒物质进行分级筛选，因而也就不能及时的检测出水中不同粒径的微塑料颗粒的含量。也不利于对水体微塑料污染程度进行科学评价。同时，在采集样品时不能显现多级分层同步采集，导致水体采样不均，从而导致结果误差。
技术实现要素：
本发明所解决的技术问题在于提供一种不同深度水体中多粒径微塑料样品同步采集系统，以解决上述背景技术中的问题。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种不同深度水体中多粒径微塑料样品同步采集系统，包括：浮子、沉子、垂向断面连接绳，所述浮子安装在垂向断面连接绳上端、沉子安装在垂向断面连接绳的下端，垂向断面连接绳上均匀分布有若干微塑料样品采集器，微塑料样品采集器包括主动采集器、被动采集器微塑料样品采集器通过采集器固定件安装在垂向断面连接绳上，所述垂向断面连接绳上端设有拖拽绳，拖拽绳另一端安装在拖拽船上，拖拽绳保证垂向断面连接绳在采样时保持垂直状态。
所述主动采集器包括采样管式采集器、采样瓶式采集器，所述被动采集器包括续接型采集器、嵌套型采集器、滤网固定组合型采集器。
所述采样管式采集器包括一端插入水中的采样管、与采样管连通的“倒u型”管、与“倒u型”管连通的多级滤网装置、与多级滤网装置连通的流量计和与流量计连通的水泵；所述多级滤网装置竖直设置，上端连接“倒u型”管；所述多级滤网装置包括至少两级滤网，每一级滤网包括竖直桶壁，竖直桶壁的下端设置有滤网桶底；所述上一级竖直桶壁下端与下一级竖直桶壁上端可拆卸密封连接；所述上一级滤网桶底的滤网孔径大于下一级的滤网桶底的滤网孔径，采样管通过采集器固定件安装在垂向断面连接绳上，然后通过延长水管安装在拖拽船上，延长水管保证垂向断面连接绳在采样时保持垂直状态，排空阀和水泵安装在拖拽船上。
所述采样瓶式采集器包括由上向下设置的入料杯、多级过滤分离装置、接收瓶和抽吸泵，所述入料杯下端处与多级过滤分离装置上端可拆卸密封连接；多级过滤分离装置下端与接收瓶口可拆卸密封连接；所述接收瓶设置抽吸管，抽吸泵与抽吸管连接；所述多级滤网分离装置包括至少两级滤网装置，每一级滤网装置包括竖直桶壁，竖直桶壁的下端设置有滤网桶底；所述上一级竖直桶壁下端与下一级竖直桶壁上端可拆卸密封连接；所述上一级滤网桶底的滤网孔径大于下一级的滤网桶底的滤网孔径，接收瓶通过采集器固定件安装在垂向断面连接绳上，然后通过抽吸管安装在拖拽船上，抽吸管保证垂向断面连接绳在采样时保持垂直状态。
所述续接型采集器包括至少第一级微塑料采集装置和第二级微塑料采集装置；所述第一级微塑料采集装置和第二级微塑料采集装置均为网袋型结构，包括网袋本体，网袋本体一端设置网口，另一端设置网底；网口为开口状态，网底为过滤网，设置对应微塑料粒径大小孔径的过滤孔隙；第二级微塑料采集装置的网口与第一级微塑料采集装置的网底之间可拆卸密闭连接；所述第二级微塑料采集装置的网底的过滤孔隙孔径小于第一级微塑料采集装置的网底的过滤孔隙孔径，所述网底设置微粒富集释放装置，所述续接型采集器还包括第三级至第n级微塑料采集装置，第三级微塑料采集装置的网口可拆卸密闭续接到第二级微塑料采集装置的网底；其后的第四级至第n级微塑料采集装置网口依次续接到上一级微塑料采集装置的网底，所述第一级至第n级微塑料采集装置的网底过滤孔隙的孔径依次减小，所述相邻两级微塑料采集装置之间的续接结构为螺纹连接、卡合连接、插拔锁紧或者尼龙粘扣连接其中之一及组合。
所述嵌套型采集器包括第一级网袋本体i，第一级网袋本体i外侧设有第二级网袋本体i，第二级网袋本体i外侧设有第三级网袋本体i，第一级网袋本体i前端设有第一级网口支撑环i，第二级网袋本体i前端设有第二级网口支撑环i，第三级网袋本体i前端设有第三级网口支撑环i，第一级网口支撑环i、第二级网口支撑环i、第三级网口支撑环i前端设有格栅i，第一级网袋本体i、第二级网袋本体i、第三级网袋本体i尾端设有微塑料富集释放装置。
所述滤网固定组合型采集器包括网身ii，所述网身ii前端设有网口支撑环ii，网口支撑环ii上设有格栅ii，所述网身ii后端设有多级滤网装置，所述多级滤网装置通过网身后接口装置安装在网身ii上，多级滤网装置每层滤网尾端设有富集释放装置。
所述多级滤网装置包括三级滤网，其中第一级滤网由第一级竖直桶壁和第一级滤网桶底构成；第二级滤网由第二级竖直桶壁和第二级滤网桶底构成；第三级滤网由竖直桶壁和第三级滤网桶底构成，其中第一级竖直桶壁的下端与第二级竖直桶壁的上端螺纹连接的形式密封连接；第二级竖直桶壁的下端与第三级竖直桶壁的上端以螺纹连接的形式密封连接。
所述微塑料富集释放装置包括管体，管体后端设有螺纹丝堵，管体前端连接于滤网连接端开口，滤网连接端开口与管体之间形成富集区。
与已公开技术相比，本发明存在以下优点：本发明在采样时，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。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的采样管式采集器结构示意图。
图3为本发明的多级滤网装置剖面结构示意图。
图4为本发明的采样管式采集器四通阀的剖面结构示意图。
图5为本发明的采样瓶式采集器剖面结构示意图。
图6为本发明的续接型采集器剖面结构示意图。
图7为图6中局部放大结构示意图.
图8为本发明的微塑料富集释放装置结构示意图。
图9为本发明的嵌套型采集器结构示意图。
图10为本发明的滤网固定组合型采集器结构示意图。
图中：1、浮子；2、沉子；3、垂向断面连接绳；4、微塑料样品采集器；5、采集器固定件；6、水面；7、拖拽绳；8、拖拽船；
411、“倒u型”管；412、旁路水管；413、多级滤网装置；414、三通；415、流量计；416、采样管；417、粗滤格栅；418、配重物；419、四通阀；4110、排空阀；4111、水泵；
301、滤网装置上端；302、第一级竖直桶壁；303、第一级滤网桶底；304、第二级竖直桶壁；305、第二级滤网桶底；306、第三级竖直桶壁；307、第三级滤网桶底；308、多级滤网装置下端；
901、四通阀第一端；902、四通阀第二端；903、四通阀第三端；904、四通阀第四端；905、阀体；
421、防尘盖；422、入料杯；423、多级滤网分离装置；424、竖直桶壁；425、连接装置；426、滤网桶底；427、抽吸管；428、接收瓶；
431、格栅；432、第一级网袋本体；433、第一级网底；434、第一级连接头；435、第二级网袋本体；436、第二级网底；437、第二级连接头；438、第三级网袋本体；439、第三级网底；4310、第三级连接头；4311、第四级网袋本体；4312、第四级网底；4313、外螺纹结构；4314、密封圈；4315、螺纹连接；4316、内螺纹结构；4317、富集释放装置；
171、滤网连接端开口；172、管体；173、螺纹丝堵；174、富集区；
441、格栅i；442、第一级网口支撑环i；443、第二级网口支撑环i；444、第三级网口支撑环i；445、第一级网袋本体i；446、第二级网袋本体i；447、第三级网袋本体i；
451、格栅ii；452、网口支撑环ii；453、网身ii；454、网身后接口装置。
具体实施方式
为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种不同深度水体中多粒径微塑料样品同步采集系统，包括：浮子1、沉子2、垂向断面连接绳3，所述浮子1安装在垂向断面连接绳3上端、沉子2安装在垂向断面连接绳3的下端，垂向断面连接绳3上均匀分布有若干微塑料样品采集器4，微塑料样品采集器4包括主动采集器、被动采集器微塑料样品采集器4通过采集器固定件5安装在垂向断面连接绳3上，所述垂向断面连接绳3上端设有拖拽绳7，拖拽绳7另一端安装在拖拽船8上，拖拽绳7保证垂向断面连接绳3在采样时保持垂直状态。
所述主动采集器包括采样管式采集器、采样瓶式采集器，所述被动采集器包括续接型采集器、嵌套型采集器、滤网固定组合型采集器。
如图2-4所示，所述采样管式采集器包括采样管416，采样管416垂直设置，并延伸到水面以下，以便于从水下一定部位抽水。采样管416的上端连接一“倒u型”管411，“倒u型”管411的下端连接一具有放空阀4110的四通阀419，四通阀9的第一端901与“倒u型”管411连接，第二端902与多级滤网装置413连通，第三端903与排空阀4110连接，排空阀4110与大气连通，第四端904与旁路水管412连接，上述的连接方式可以根据需要组合选择连通的端口。多级滤网装置413的下端是一个没有阀门的三通414，该三通414一端连通多级滤网装置413，一端连通流量计415，第三端连接旁路水管412，进一步连通到四通阀419。
使用时采样管416通过采集器固定件5安装在垂向断面连接绳3上，然后通过延长水管安装在拖拽船8上，延长水管保证垂向断面连接绳3在采样时保持垂直状态，排空阀4110和水泵4111安装在拖拽船8上，这样不仅节省了拖拽绳7，而且能够保证垂向断面连接绳3在采样时保持垂直状态，同时可以在拖拽船8上增加分析装置同分分析采样水体。
具体选择连通端口时可以仅设置转弯直角通道阀体905，就可实现连通相邻两个端口的方式。第一个选择是连通倒u型管411和旁路水管412，即第一端901和第四端904，此时处于排废水状态；第二个选择是连通倒u型管411和多级滤网装置413，即第一端901和第二端902，此时处于采样状态；第三个选择是连接多级滤网装置413和排空阀4110，即连通第二端902和第三端口903，此时处于排空多级过滤装置状态。上述转换通过旋转阀体905即可实现。多级滤网分离装置413的上端301通过管路与四通阀419连接，多级滤网装置413包括三级滤网，其中第一级滤网由第一级竖直桶壁302和第一级滤网桶底303构成；第二级滤网由第二级竖直桶壁304和第二级滤网桶底305构成；第三级滤网由竖直桶壁306和第三级滤网桶底307构成，其中第一级竖直桶壁302的下端与第二级竖直桶壁304的上端螺纹连接的形式密封连接；第二级竖直桶壁304的下端与第三级竖直桶壁306的上端以螺纹连接的形式密封连接，多级滤网装置413的上下两端分别通过管路与四通阀419和三通414密封连接。多级滤网装置413上端301也就是第一级竖直桶壁302的上端也设置内螺纹，该内螺纹可以与等径水管连接，等径水管再与四通阀419通过螺纹连接。同时多级滤网装置413的下端308也通过螺纹与等径水管连接，等径水管再连接三通4，三通414连接流量计415。
如图5所示，所述采样瓶式采集器主要设置有由上向下依次设置的入料杯422、多级滤网分离装置423和接收瓶428。其中设置一喇叭形的入料杯422，该入料杯422的上端大开口状态，用于向杯内加入要分离的含有混合粒径的微塑料颗粒的水样。为了防止灰尘的干扰，还在该入料杯422开口设置一防尘盖421，防尘盖421上设有进水管，用于引入清水。多级滤网分离装置423的上端与入料杯422下端通过卡口和卡块结构进行连接，在连接面处设置密封圈，以实现密封连接。
使用时接收瓶428通过采集器固定件5安装在垂向断面连接绳3上，然后通过抽吸管427安装在拖拽船8上，抽吸管427保证垂向断面连接绳3在采样时保持垂直状态，这样不仅节省了拖拽绳7，而且能够保证垂向断面连接绳3在采样时保持垂直状态，同时可以在拖拽船8上增加分析装置同分分析采样水体。
如图6-8所示，所述续接型采集器包括第一级微塑料采集装置，第一级微塑料采集装置包括第一级网袋本体432，该第一级网袋本体432的尾端设置第一级网底433，其中的第一级网底433为具有孔隙的过滤网，第一级网袋本体432的孔隙尺寸至少不大于最后一级也就是本实施例的第四网底4312的过滤网的孔径尺寸。
在第一级微塑料采集装置的第一级网底433的后端设置第一级连接头434，该第一连接头434连接第一级微塑料采集装置的尾端和第二级微塑料采集装置的网口端。相邻两级微塑料采集装置之间通过连接头实现连接，本实施例中采用的是螺纹连接方式。即在第一级微塑料采集装置尾端设置硬质材料的外螺纹结构4313，在第二级微塑料采集装置的网口处设置硬质材料的内螺纹结构4316，外螺纹结构4313和内螺纹结构4316通过螺纹连接4315进行稳固的可拆卸连接，为避免微塑料的泄露损失，保证连接的密闭性，在螺纹连接处设置密封圈4314。第二级微塑料采集装置与第一微塑料采集装置结构基本相同，所不同的是第二级微塑料采集装置的网底436的过滤网孔径小于第一级微塑料采集装置的网底433的孔径，比如是1毫米，目的是截留从上一级第一级网底433中未截留的更小微塑料，同时第二级网袋本体435的孔隙尺寸也必须不大于第四级网底4312的孔径尺寸，避免第二级微塑料采集装置中微塑料损失。
同理，设置第三极微塑料采集装置和第四级微塑料采集装置，分别设置有第三级网袋本体438、第三级网底439，和第四级网袋本体4311和第四级网底4312。其中第三级微塑料采集装置的网口端通过第二级连接头437与第二级微塑料采集装置密闭连接；第四级微塑料采集装置网口通过第三级连接头4310与第三级微塑料采集装置连接。第三级微塑料采集装置的第三级网底439孔径小于第二级微塑料采集装置的第二级网底436的孔径，比如为0.5毫米，第四级微塑料采集装置的第四级网底4312的孔径小于第三级微塑料采集装置的第三级网底439的孔径，比如说0.1毫米。总之要使过滤孔隙的孔径尺寸依次递减。在第四级微塑料采集装置的尾端还可以连接第五至第n级微塑料采集装置。每一级的网底孔径都要小于上一级的网底孔径。同时每一级微塑料采集装置的网袋本体的孔隙尺寸都不能大于最后一级网底的孔径尺寸。上述的各级之间的连接头处均为硬质材料，才能形成外螺纹结构4313和内螺纹结构4316，也只有使用硬质材料作为连接头材质，才能实现网口与网底之间的开口连接状态。同时第一级网口处也需要设置一硬质材料圈才能保持在水流中保持开口状态。
在网底过滤网的中央部位设置一富集释放装置4317，该富集释放装置4317比如可以是一与网底滤网连接的管体172，在该滤网连接端开口171，另一端为一螺纹丝堵173，管口部位形成富集区174。在收集时由于网底滤网可以设置成软体材料，在水流中自然网底中央会向后倾斜，起到富集的作用，微塑料容易聚集在该富集在富集区174内，旋开丝堵173便可以方便释放收集。当然，富集释放装置还可以是其它结构，比如阀门结构。
如图9所示，所述嵌套型采集器包括第一级网袋本体i445，第一级网袋本体i445外侧设有第二级网袋本体i446，第二级网袋本体i446外侧设有第三级网袋本体i447，第一级网袋本体i445前端设有第一级网口支撑环i442，第二级网袋本体i446前端设有第二级网口支撑环i443，第三级网袋本体i447前端设有第三级网口支撑环i444，第一级网口支撑环i442、第二级网口支撑环i443、第三级网口支撑环i444前端设有格栅i441，第一级网袋本体i445、第二级网袋本体i446、第三级网袋本体i447尾端设有富集释放装置。
如图10所示，所述滤网固定组合型采集器包括网身ii453，所述网身ii453前端设有网口支撑环ii452，网口支撑环ii452上设有格栅ii451，所述网身ii453后端设有多级滤网装置，所述多级滤网装置通过网身后接口装置454安装在网身ii453上，多级滤网装置每层滤网尾端设有富集释放装置。
采样时根据不同采样深度和采样粒径需求，将不同的微塑料样品采集器固定在垂向采样断面绳的不同位置，采集不同深度和不同粒径水体中的微塑料样品。根据需要，可在浮子、沉子和采样绳的中间等不同位置安装拖拽绳，调整拖拽角度和拖拽绳的长度，使垂向采样断面基本保持垂直。本采样方案中的各种拖拽绳和垂向断面连接绳可根据需要选用但不限于中性浮力绳，减少水体浮力对采样的影响。本方案中的浮子和沉子构成的垂向采样断面需要根据采样需要配置浮子和沉子的大小，确保垂向采样断面的稳定。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。