一种污水中微塑料污染物的分级采样装置的制作方法

本发明涉及微塑料采样技术领域，具体涉及一种污水中微塑料污染物的分级采样装置。

背景技术：

近来，塑料制品在生活所占的比重越来越高，其在国内外被广泛使用。尽管塑料制品给社会生活带来了便利，但是，“塑料时代”的消极面也逐渐显现出来。事实上，塑料在水环境(海洋和江河湖泊)中的累积不仅产生景观问题和一系列的生态影响，当它们随着时间增长，在物理、化学、生物等的作用下降解、裂变成更小尺寸的污染物——“微塑料”(直径<5mm)后，其被生物摄入的可能性将显著增加，该现象已引起科学界的广泛关注。作为一种人工合成产品，微塑料多来源于工业、生活上的污水排放和垃圾降解，其常见的聚合物类型为：聚丙烯(pp)、聚乙烯(pe)、聚苯乙烯(ps)、聚氯乙烯(pvc)、聚乳酸(pla)及聚对苯二甲酸乙二酯(pet)等聚合物。微塑料具有粒径小、比表面积大、疏水性强的特性，不仅自身会释放有害物(邻苯二甲酸酯、双酚a、甲醛等)，而且极易吸附水体中的污染物，包括多环芳烃(pah)、多氯联苯(pcbs)等。当微塑料被水生生物摄食后，会释放携带的污染物并对生物体产生毒性。此外，塑料本身含有多种添加剂(例如增塑剂、稳定剂、填料等)，且大多不具有生物降解性，大污染物塑料在环境中形成微塑料的过程中可释放这些添加剂，对水体造成有害影响。因此，作为一种新型的环境污染物，微塑料已然成为了近年来及未来的研究热点。

目前水样中微塑料采集的装置及办法并未标准化，且随着研究的深入，关注微塑料的尺寸也越来越小，那么，分离的难度就越来越大，现有技术中的微塑料采集的装置不能对微塑料进行有效地分级采集。对于尺寸＜5mm肉眼可见(或非可见)的微塑料，过筛时并不能拦截周围环境中的微塑料纤维的污染。同时，样品在转移过程中不仅操作重复且繁琐耗时，还会增加外部环境的污染几率。因此研发出一种污水处理厂中微塑料污染物分级采集装置，能够减少空气及周边环境物体的污染，并且快速、高效地采集出微塑料(不同粒径范围)，方便后续的粒径测量及鉴定。

技术实现要素：

针对上述存在的问题，本发明提供了一种污水中微塑料污染物的分级采样装置。

本发明的设计方案为：一种污水中微塑料污染物的分级采样装置，主要包括过滤分级装置、取样装置、水箱、废水收集箱、控制装置和电源装置；所述过滤分级装置包括分级箱、连接器和过滤盘，所述分级箱上设置有污水进口、缓冲腔和漏水盘，连接器上设置有漏水槽；所述取样装置包括第一取样器、第二取样器、第三取样器、第四取样器；

所述污水进口与分级箱连接，污水进口用于向分级箱内加入待收集污水源，所述缓冲腔设置在污水进口与分级箱连接处；

所述连接器有4个，4个连接器从上至下依次均匀设置在所述分级箱的内壁上，所述过滤盘包括第一滤盘、第二滤盘、第三滤盘、第四滤盘，所述第一滤盘、第二滤盘、第三滤盘、第四滤盘分别为孔径从大到小的不锈钢滤片，第一滤盘、第二滤盘、第三滤盘、第四滤盘分别活动放置在4个连接器上，第一滤盘、第二滤盘、第三滤盘、第四滤盘将过滤分级装置内部从上至下分为原水区、一级水区、二级水区、三级水区和四级水区；

所述过滤分级装置下端设置有安装箱，所述水箱设置在所述安装箱内部上端，所述废水收集箱设置在安装箱内部，位于水箱下端；所述第一取样器、第二取样器、第三取样器、第四取样器分别设置在安装箱的4个侧壁上；

所述第一取样器包括筛选瓶、收集瓶和取样试管，所述收集瓶包括一级收集瓶、二级收集瓶；所述筛选瓶底部设置有污水出入口，筛选瓶下端设置有一级滤网，所述一级收集瓶设置在筛选瓶内部，位于一级滤网上方，所述二级收集瓶设置在一级收集瓶内部，所述取样试管贯穿筛选瓶、一级收集瓶活动设置在二级收集瓶内部，且取样试管靠上端位置设置有样品进口；所述污水出入口与一级水区连接；所述一级滤网的孔径大小介于第一滤盘和第二滤盘的孔径之间；

所述第二取样器与第一取样器不同之处在于第二取样器的污水出入口与二级水区连接，第二取样器的二级滤网的孔径介于第二滤盘和第三滤盘的孔径之间；

所述第三取样器与第一取样器不同之处在于第三取样器的污水出入口与三级水区连接，第三取样器的三级滤网的孔径介于第三滤盘和第四滤盘的孔径之间；

所述所述第四取样器与第一取样器不同之处在于第四取样器的污水出入口与四级水区连接，第四取样器的四级滤网的孔径小于第四滤盘的孔径；

所述水箱分别与第一取样器、第二取样器、第三取样器、第四取样器的收集瓶连接，连接处设置有抽水泵和电磁阀；所述废水收集箱分别与第一取样器、第二取样器、第三取样器、第四取样器的污水出入口和漏水槽连接，连接处设置有电磁阀；

所述控制装置包括控制器和触摸屏，所述控制器与抽水泵、电磁阀连接；所述触摸屏和控制器连接；所述电源装置为抽水泵、电磁阀提供电源。

进一步地，分级箱采用圆台形不锈钢过滤容器，上宽下窄，过滤容器的上底宽30cm，下底宽20cm，高25cm；在对第一滤盘、第二滤盘、第三滤盘、第四滤盘设置时更加便捷。

进一步地，分级箱上端活动设置箱盖，所述污水进口和缓冲腔设置在箱盖上；方便取出各层滤网，便于定期进行清洗。

进一步地，漏水盘上设置有4种孔径大小的漏水孔，且4种孔径大小的漏水孔按照孔径从小到大在漏水盘上由内到外呈圆周状均匀分布；污水源在进入分级箱时，能够均匀的流入，有效地防止发生堵塞，避免水流击打在第一滤盘的一处，造成筛选效果不佳。

进一步地，第一滤盘、第二滤盘、第三滤盘、第四滤盘都为圆锥形，且在边缘处设置有两个拉环；圆锥形结构更有助于水流随重力作用均匀的透过滤盘，拉环的设置使得取出滤网更加便捷。

进一步地，第一滤盘、第二滤盘、第三滤盘、第四滤盘的孔径分别为333μm、150μm、74μm和30μm；根据待分离的微塑料污染物的直径确定，能够更有效地的对微塑料污染物进行筛分。

进一步地，一级收集瓶、二级收集瓶上设置有漂浮球逆止阀，所述漂浮球逆止阀包括底座和漂浮球，所述底座设置在一级收集瓶、二级收集瓶的内壁上，所述漂浮球活动放置在底座上，且当水淹没漂浮球时，漂浮球能够随水位上升；防止在进行采样时水源进行回流，能够加快采样的速率。

本发明工作原理：使用时，从污水进口向分级箱内加入待收集污水源，污水先经过过滤盘进行筛分，按照需要使得不同孔径的微塑料污染物分别进入第一取样器、第二取样器、第三取样器、第四取样器中的筛选瓶中，然后向筛选瓶中加入清水，使得微塑料污染物随着清水漂浮至取样试管中；取样完毕后，利用清水对第一取样器、第二取样器、第三取样器、第四取样器内部进行反冲洗。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明通过设计连续不间断地分级过滤的方法，为水体中的微塑料污染物的采集提供了一种操作简单、稳定、经济的筛分装置。该装置针对污水处理厂样品中的微塑料的过滤和采集具有较高的工作效率，解决了一定容积的水体样品在提取过程中耗时、精确度等问题；本发明装置采用连续稳定的半自动化过程，减少了样品前处理的人工干预，并提高了采集效率。同时，所有设备均为日常可获得设备，操作流程快速且简单；本发明采用上宽下窄型的圆台形过滤器，小底在下，两边侧面向上托举水样，且在这个装置底部安装了底座支架，减小了对整个装置底部的压力，并提高了整个圆台形过滤器的稳固性；本发明选用的过滤容器、滤网均为不锈钢材质，均无毒无害，可进行循环再使用，减少了滤膜的使用，经济实惠。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明的分级箱的箱盖的结构示意图；

图3是本发明的漏水盘的仰视图；

图4是本发明的分级箱、连接器、过滤盘的连接结构示意图；

图5是本发明的安装箱的结构示意图；

图6是本发明的第一取样器的结构示意图；

图7是本发明的取样试管的结构示意图；

图8是本发明的漂浮球逆止阀的结构示意图；

其中，1-过滤分级装置、11-分级箱、111-污水进口、112-缓冲腔、113-漏水盘、12-连接器、13-过滤盘、131-第一滤盘、132-第二滤盘、133-第三滤盘、134-第四滤盘、2-取样装置、21-第一取样器、211-筛选瓶、2110-污水出入口、2111-一级滤网、212-一级收集瓶、213-二级收集瓶、214-取样试管、2140-样品进口、22-第二取样器、23-第三取样器、24-第四取样器、3-水箱、4-废水收集箱、5-漂浮球逆止阀。

具体实施方式

实施例：如图1所示的一种污水中微塑料污染物的分级采样装置，主要包括过滤分级装置1、取样装置2、水箱3、废水收集箱4、控制装置和电源装置；过滤分级装置1包括分级箱11、连接器12和过滤盘13，分级箱11上设置有污水进口111、缓冲腔112和漏水盘113，连接器12上设置有漏水槽；取样装置2包括第一取样器21、第二取样器22、第三取样器23、第四取样器24；

污水进口111与分级箱11连接，污水进口111用于向分级箱11内加入待收集污水源，缓冲腔112设置在污水进口111与分级箱11连接处；

如图1、4所示，连接器12有4个，4个连接器12从上至下依次均匀设置在分级箱11的内壁上，过滤盘13包括第一滤盘131、第二滤盘132、第三滤盘133、第四滤盘134，第一滤盘131、第二滤盘132、第三滤盘133、第四滤盘134分别为孔径从大到小的不锈钢滤片，第一滤盘131、第二滤盘132、第三滤盘133、第四滤盘134分别活动放置在4个连接器12上，第一滤盘131、第二滤盘132、第三滤盘133、第四滤盘134将过滤分级装置1内部从上至下分为原水区、一级水区、二级水区、三级水区和四级水区；其中，分级箱11采用圆台形不锈钢过滤容器，上宽下窄，过滤容器的上底宽30cm，下底宽20cm，高25cm；如图1、2所示，分级箱11上端活动设置箱盖，污水进口111和缓冲腔112设置在箱盖上；如图3所示，漏水盘113上设置有4种孔径大小的漏水孔，且4种孔径大小的漏水孔按照孔径从小到大在漏水盘113上由内到外呈圆周状均匀分布；第一滤盘131、第二滤盘132、第三滤盘133、第四滤盘134都为圆锥形，且在边缘处设置有两个拉环131；第一滤盘131、第二滤盘132、第三滤盘133、第四滤盘134的孔径分别为333μm、150μm、74μm和30μm；

如图1、5所示，过滤分级装置1下端设置有安装箱，水箱3设置在安装箱内部上端，废水收集箱4设置在安装箱内部，位于水箱3下端；第一取样器21、第二取样器22、第三取样器23、第四取样器24分别设置在安装箱的4个侧壁上；

如图6、7所示，第一取样器21包括筛选瓶211、收集瓶和取样试管214，收集瓶包括一级收集瓶212、二级收集瓶213；筛选瓶211底部设置有污水出入口2110，筛选瓶211下端设置有一级滤网2111，一级收集瓶212设置在筛选瓶211内部，位于一级滤网2111上方，二级收集瓶213设置在一级收集瓶212内部，取样试管214贯穿筛选瓶211、一级收集瓶212活动设置在二级收集瓶213内部，且取样试管214靠上端位置设置有样品进口2140；污水出入口2110与一级水区连接；一级滤网2111的孔径大小介于第一滤盘131和第二滤盘132的孔径之间；

第二取样器22与第一取样器21不同之处在于第二取样器22的污水出入口与二级水区连接，第二取样器22的二级滤网的孔径介于第二滤盘132和第三滤盘133的孔径之间；

第三取样器23与第一取样器21不同之处在于第三取样器23的污水出入口与三级水区连接，第三取样器23的三级滤网的孔径介于第三滤盘133和第四滤盘134的孔径之间；

第四取样器24与第一取样器21不同之处在于第四取样器24的污水出入口与四级水区连接，第四取样器24的四级滤网的孔径小于第四滤盘134的孔径；

水箱3分别与第一取样器21、第二取样器22、第三取样器23、第四取样器24的收集瓶连接，连接处设置有抽水泵和电磁阀；废水收集箱4分别与第一取样器21、第二取样器22、第三取样器23、第四取样器24的污水出入口和漏水槽连接，连接处设置有电磁阀；

控制装置包括控制器和触摸屏，控制器与抽水泵、电磁阀连接；触摸屏和控制器连接；电源装置为抽水泵、电磁阀提供电源。

其中，如图6、8所示一级收集瓶212、二级收集瓶213上设置有漂浮球逆止阀5，漂浮球逆止阀5包括底座和漂浮球，底座设置在一级收集瓶212、二级收集瓶213的内壁上，漂浮球活动放置在底座上，且当水淹没漂浮球时，漂浮球能够随水位上升。

本发明的工作原理：使用时，从污水进口111向分级箱11内加入待收集污水源，污水先经过过滤盘13进行筛分，按照需要使得不同孔径的微塑料污染物分别进入第一取样器21、第二取样器22、第三取样器23、第四取样器24中的筛选瓶211中，然后向筛选瓶211中加入清水，使得微塑料污染物随着清水漂浮至取样试管214中；取样完毕后，利用清水对第一取样器21、第二取样器22、第三取样器23、第四取样器24内部进行反冲洗。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。