专利名称：河流断面有机污染物等比例在线富集采样器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种环境工程中所用到的仪器，特别是给实验室输送河流断面水体样品的采集器。
背景技术：
持久性有机污染物(Persistent Organic Pollutants，POPs)由于具有高毒、持久、易生物累积以及能发生长距离迁移的特性，所以控制和削弱这一类化合物已经成为国际社会共识。环境中POPs —般都处于痕量水平，广泛存在于大气、土壤、沉积物以及水体等各种环境介质中。除大气外，河流水体具有最大的流动性，因此河流是POPs迁移的一个重要载体。河流断面PCffs通量的监测，是研究河流中PCffs输入、输出的一个必需内容。以往的研究大多瞬时采集几个时间点的样品作为代表，带回实验室分析，通过样品的含量和流量来粗算断面的通量，不够精确，且耗时耗力。所以，对河流进行等比例采样并富集处理，最后输送到实验室，才是更优、更精确的做法。所谓等比例采样，是指采样速度与河流流速呈等比例关系。发明内容
本发明的目的，在于提供一种可对河流断面精确采样并得出断面污染物通量的富集采样器。
本发明解决其技术问题的解决方案是河流断面有机污染物等比例在线富集采样器，包括河水等比例采集系统与污染物在线富集系统，所述河水等比例采集系统包括第一电控系统以及由其控制的、具有潜藏于河水当中、能够按照河水流速等比例抽取水体样品的功能的抽取机构，所述抽取机构与污染物在线富集系统管道连接，污染物在线富集系统具有可对经过该管道输送过来的水体样品中的污染物进行富集处理的功能。
作为上述技术方案的进一步改进，所述抽取机构包括蠕动泵与采水管，所述第一电控系统包括流速仪和流速信号转换器，所述流速仪与流速信号转换器之间、蠕动泵与流速信号转换器之间均通过信号线电连接，蠕动泵的输出口与污染物在线富集系统之间通过所述采水管连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述污染物在线富集系统包括多级沉降系统以及颗粒物富集系统，所述多级沉降系统与抽取机构连接，使得经抽取机构抽取上来的水体样品，先经过多级沉降系统沉降，再送至颗粒物富集系统进行过滤。
作为上述技术方案的进一步改进，所述多级沉降系统为并排串联的三个初沉罐， 每个罐体底部进水，上部出水，底部顺次连通，并且罐底设有沉积物排出孔和排水装置，用于采样结束时大颗粒物的收集，所述三个初沉罐与排水装置构成三级初沉罐，并与颗粒物富集系统管道连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述颗粒物富集系统包括第二电控系统、前蓄水罐、后蓄水罐以及位于两者之间的过滤系统，它们之间通过管道顺次连接，所述前蓄水罐与三级初沉罐连通，所述后蓄水罐具有出水端，作为整个颗粒物富集系统的排水口，第二电控系统控制前蓄水罐与过滤系统的动作。
作为上述技术方案的进一步改进，所述前蓄水罐中装有液位传感器，前蓄水罐与过滤系统的连接管道上，设有增压泵，增压泵与液位传感器电连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述过滤系统为并联设置的两条管道，任一条管道上，均顺次设有电磁阀、压力传感器与颗粒物采集套件，这两条管道在靠近电磁阀的一端汇合，作为过滤系统的入口 ；而靠近颗粒物采集套件的一端亦汇合，作为过滤系统的出口 ；所述入口与前蓄水罐管道连接，出口与后蓄水罐管道连接，所述电磁阀、压力传感器均受控于第二电控系统。
作为上述技术方案的进一步改进，所述后蓄水罐的出水端联接有XAD树脂套件， 所述XAD树脂套件为聚四氟乙烯材料的管状体，内装净化过的XAD树脂。
作为上述技术方案的进一步改进，所述污染物在线富集系统位于冰箱中。
本发明的有益效果是本发明设置了河水等比例采集系统与污染物在线富集系统，让河水等比例采集系统对河流断面等比例采样，采样得来的水体样品输送到污染物在线富集系统中进行富集处理，这样就能在线将颗粒物与溶解态的有机污染物分离并富集， 富集后的污染物即可带回实验室分析检测，结合采集流量与实际河流流量的比例计算出断面污染物的通量。整个采集、计算过程简单快捷，连续精确。
另外，本发明利用颗粒物采集套件和XAD树脂套件分别将水体持久性有机污染物的颗粒相和溶解相分别富集，实现河流断面有机污染物通量的监测分析，使得通量结果更为精确。同时三级初沉罐及两套颗粒物富集套件的采用，均有效延长了设备的采样时间，使得监测结果更具有长时间范围的代表性。
本发明可用于检测河流断面有机污染物的通量。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
图1是本发明的纵剖面构造示意图；图2是本发明中的三级初沉罐纵剖面构造示意图； 图3是本发明中颗粒物采集套件的纵剖面构造示意图； 图4是本发明中的XAD树脂套件纵剖面构造示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。
参照图1 图4，河流断面有机污染物等比例在线富集采样器，包括河水等比例采集系统与污染物在线富集系统，所述河水等比例采集系统包括第一电控系统以及由其控制的、具有潜藏于河水当中、能够按照河水流速等比例抽取水体样品的功能的抽取机构，所述抽取机构与污染物在线富集系统管道连接，污染物在线富集系统具有可对经过该管道输送过来的水体样品中的污染物进行富集处理的功能。
进一步作为优选的实施方式，所述抽取机构包括蠕动泵6与采水管3，所述第一电控系统包括流速仪和流速信号转换器7，所述流速仪与流速信号转换器7之间、蠕动泵6与流速信号转换器7之间均通过信号线4电连接，蠕动泵6的输出口与污染物在线富集系统之间通过所述采水管3连接。更进一步，设置前电柜5，将蠕动泵6与流速信号转换器7设置在其内。
具体地，所述采水管3采用硅胶管，所述流速仪是现有的一种用来测量水流流速的仪器，它由旋桨2、信号线和测杆等构成，可以实现河流流速的测定，获取流速的脉冲信号；流速信号转换器7能实现脉冲信号向Γ20 mA信号的转换；蠕动泵6是现有的一种用于连续定量抽水的泵，可以将河水通过硅胶管采集上来，同时可以通过Γ20 mA电流信号的输入来自动控制其转速。工作时，流速仪安置在河流断面相应位置，流水冲击旋桨2转动获取流速脉冲信号传输给流速信号转换器7，转换器将其转换为Γ20 mA的电流信号，电流信号与脉冲信号成正相关线性关系，即电流信号随流速增减而增减。上述电流信号传输给蠕动泵6来控制泵的转速即采样速度。采样速度与电流大小呈正相关线性关系，即采样速度随电流大小增减而增减。这样一来便可以使得蠕动泵6的采样速度与河流流速呈正相关线性关系，即实现与河流流速的等比例采样。
进一步作为优选的实施方式，所述污染物在线富集系统包括多级沉降系统以及颗粒物富集系统，所述多级沉降系统与抽取机构连接，使得经抽取机构抽取上来的水体样品， 先经过多级沉降系统沉降，再送至颗粒物富集系统进行过滤。
进一步作为优选的实施方式，所述多级沉降系统为并排串联的三个初沉罐，每个罐体底部进水，上部出水，底部顺次连通，并且罐底设有沉积物排出孔和排水装置，用于采样结束时大颗粒物的收集，所述三个初沉罐与排水装置构成三级初沉罐8，并与颗粒物富集系统管道连接。具体地，参照图2，所述初沉罐为不锈钢圆柱罐，而内装高度逐渐递进的铜质的出水套件21。并排串联设置的三个初沉罐，可以让水体样品在每个罐体有一定滞留时间，实现大颗粒物的初沉；在初沉罐的罐底设有的沉积物排出孔和阀门(包括排水阀22和排沙阀23)，可用于采样结束时大颗粒物的收集；而排水装置是采用铜质材料制作，用于排水，铜质材料的运用可以减少微生物的滋生。
进一步作为优选的实施方式，所述颗粒物富集系统包括第二电控系统、前蓄水罐 12、后蓄水罐17以及位于两者之间的过滤系统，它们之间通过管道顺次连接，所述前蓄水罐12与三级初沉罐8连通，所述后蓄水罐17具有出水端，作为整个颗粒物富集系统的排水口，第二电控系统控制前蓄水罐12与过滤系统的动作。
进一步作为优选的实施方式，所述前蓄水罐12中装有液位传感器11，前蓄水罐12 与过滤系统的连接管道上，设有增压泵13，增压泵13与液位传感器11电连接。当前蓄水罐12水位达到液位传感器11设定范围时，可以自动启动增压泵13将罐内水样排出而进入过滤系统。
进一步作为优选的实施方式，所述过滤系统为并联设置的两条管道，任一条管道上，均顺次设有电磁阀、压力传感器与颗粒物采集套件，这两条管道在靠近电磁阀的一端汇合，作为过滤系统的入口 ；而靠近颗粒物采集套件的一端亦汇合，作为过滤系统的出口 ；所述入口与前蓄水罐12管道连接，出口与后蓄水罐17管道连接，所述电磁阀、压力传感器均受控于第二电控系统。具体地，所述电磁阀分别为电磁阀15A与电磁阀15B，为了进一步控制增压泵13，在增压泵13的输出口处再设置电磁阀15C。并联设置的管道过滤，可以有效地保障系统的连续正常运行，因为正常工作时，是其中一支路运作，另一支路待机；如果运作支路收集颗粒物达到一定量而产生堵塞，致使压力达到设定值时，另一支路启动，维持系统运作。更进一步，设置后电柜9，将第二电控系统设在后电柜9中。
进一步作为优选的实施方式，所述后蓄水罐17的出水端联接有XAD树脂套件18， 所述XAD树脂套件18为聚四氟乙烯材料的管状体，内装净化过的XAD树脂。XAD树脂套件 18与颗粒物采集套件一起，构成目标污染物的富集套件。
其中，颗粒物采集套件是这样的结构参照图3，它包括互相扣合的上密封盖25A 和下密封盖25B，扣合后的装配体中间具有空腔，上密封盖25A具有进水接口 24A，下密封盖 25B具有出水接口 MB，两个接口与所述空腔连通，在空腔中，自上而下按顺序设有两圈特氟龙密封圈沈和铜网28，而两圈特氟龙密封圈沈之间，夹有滤膜27，上密封盖25A和下密封盖25B扣合后通过螺栓29A和螺母29B锁紧，将空腔中的特氟龙密封圈沈、滤膜27和铜网观边缘压实固定。为了便于区分，将常用的一个颗粒物采集套件命名为过滤器16A，另外一个不常用的命名为过滤器16B，过滤器16A与电磁阀15A位于同一支路上。对应地，该条支路上的压力传感器亦记为压力传感器14A，另一个为压力传感器14B。
而XAD树脂套件18是业内用的一种树脂吸附器，参照图4，它大体包括一个长管 34，管内填满净化好的XAD树脂35等吸附材料，然后长管34的两头是密封好的，使用时将两头的密封拆去，将长管34接到后蓄水罐17的出水端即可。该套件用于溶解态污染物的 _集。
进一步作为优选的实施方式，所述污染物在线富集系统位于冰箱1中。污染物在线富集系统安置在冰箱1中，可以减少有机污染物的挥发或分解损失。
本发明是这样工作的河流100中的河水冲击旋桨2，流速仪将流速信号传递至流速信号转换器7，经信号转换之后，蠕动泵6等比例采样，将水体样品抽取并输送至三级初沉罐8，当水位上升至出水套件21上方的排水孔时，河水即经由出水套件21进入下一级初沉罐。河水经三级初沉后进入前蓄水罐12。河水在前蓄水罐12中蓄积，当水位逐渐上升超出液位感应器11的设定范围时，增压泵13自动启动，前蓄水罐12中的河水在泵动力的带动下流过电磁阀15C、15A以及压力传感器14A后进入过滤器16A，此时电磁阀15B呈闭合状态。当前蓄水罐12的水位下降到低于液位感应器11的范围时，增压泵13关闭，电磁阀15C 自动闭合，防止水样倒流。当水位再次升高超出液位感应器11设定范围时，增压泵13再次自动启动，随之电磁阀15C亦再次开启。随着过滤器16A过滤水量的增多，颗粒物在滤膜27 上积累，管路压力逐渐增大，达到设定值时，电磁阀15A关闭，15B开启，启动过滤器16B。过滤后的水样经过后蓄水罐17流入XAD树脂套件18，溶解态疏水性有机物在套件中被富集，河水流出套件，通过排水管排出采样器。采样结束时，关闭进水的蠕动泵6。缓慢开启3个排水阀22使初沉罐中的残留的河水低速流入前蓄水罐12。之后，分别打开3个排沙阀23， 用少量蒸馏水将沉积的泥沙冲入一个玻璃容器中。手动开启增压泵13使前蓄水罐12中残留的河水通过过滤器和XAD树脂套件18。取下过滤器中的滤膜27和XAD树脂套件18。将装泥沙的玻璃容器、滤膜27以及XAD树脂套件18带回实验室进行化学分析。实验室分析的污染物含量数据结合采集水量以及河流流量数据可以较为精确的获取采样期间河流断面污染物的通量数据。如果在同一断面距离岸边不同距离以及不同深度安置多套设备，获取的通量数据将更为精确，亦可研究多套设备数据间的关系模型。
该采样设备中设计的两套过滤装置基本可以满足采样要求，如果河水颗粒物含量较高，在既定的采样结束前，两套过滤装置均达到关闭状态，则根据需要，可以提前结束采样或者更换滤膜继续采样。
以上是对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
权利要求
1.河流断面有机污染物等比例在线富集采样器，其特征在于包括河水等比例采集系统与污染物在线富集系统，所述河水等比例采集系统包括第一电控系统以及由其控制的、 具有潜藏于河水当中、能够按照河水流速等比例抽取水体样品的功能的抽取机构，所述抽取机构与污染物在线富集系统管道连接，污染物在线富集系统具有可对经过该管道输送过来的水体样品中的污染物进行富集处理的功能。
2.根据权利要求1所述的河流断面有机污染物等比例在线富集采样器，其特征在于 所述抽取机构包括蠕动泵(6)与采水管，所述第一电控系统包括流速仪和流速信号转换器 (7)，所述流速仪与流速信号转换器(7)之间、蠕动泵(6)与流速信号转换器(7)之间均通过信号线(4)电连接，蠕动泵(6)的输出口与污染物在线富集系统之间通过所述采水管连接。
3.根据权利要求1所述的河流断面有机污染物等比例在线富集采样器，其特征在于 所述污染物在线富集系统包括多级沉降系统以及颗粒物富集系统，所述多级沉降系统与抽取机构连接，使得经抽取机构抽取上来的水体样品，先经过多级沉降系统沉降，再送至颗粒物富集系统进行过滤。
4.根据权利要求3所述的河流断面有机污染物等比例在线富集采样器，其特征在于 所述多级沉降系统为并排串联的三个初沉罐，每个罐体底部进水，上部出水，底部顺次连通，并且罐底设有沉积物排出孔和排水装置，用于采样结束时大颗粒物的收集，所述三个初沉罐与排水装置构成三级初沉罐(8)，并与颗粒物富集系统管道连接。
5.根据权利要求4所述的河流断面有机污染物等比例在线富集采样器，其特征在于 所述颗粒物富集系统包括第二电控系统、前蓄水罐(12)、后蓄水罐(17)以及位于两者之间的过滤系统，它们之间通过管道顺次连接，所述前蓄水罐(12)与三级初沉罐(8)连通，所述后蓄水罐(17)具有出水端，作为整个颗粒物富集系统的排水口，第二电控系统控制前蓄水罐(12)与过滤系统的动作。
6.根据权利要求5所述的河流断面有机污染物等比例在线富集采样器，其特征在于 所述前蓄水罐(12)中装有液位传感器(11)，前蓄水罐(12)与过滤系统的连接管道上，设有增压泵(13 )，增压泵(13 )与液位传感器(11)电连接。
7.根据权利要求5所述的河流断面有机污染物等比例在线富集采样器，其特征在于 所述过滤系统为并联设置的两条管道，任一条管道上，均顺次设有电磁阀、压力传感器与颗粒物采集套件，这两条管道在靠近电磁阀的一端汇合，作为过滤系统的入口 ；而靠近颗粒物采集套件的一端亦汇合，作为过滤系统的出口 ；所述入口与前蓄水罐(12)管道连接，出口与后蓄水罐(17)管道连接，所述电磁阀、压力传感器均受控于第二电控系统。
8.根据权利要求5所述的河流断面有机污染物等比例在线富集采样器，其特征在于 所述后蓄水罐(17)的出水端联接有XAD树脂套件(18)，所述XAD树脂套件(18)为聚四氟乙烯材料的管状体，内装净化过的XAD树脂。
9.根据权利要求1所述的河流断面有机污染物等比例在线富集采样器，其特征在于 所述污染物在线富集系统位于冰箱(1)中。
全文摘要
本发明公开了河流断面有机污染物等比例在线富集采样器，包括河水等比例采集系统与污染物在线富集系统，河水等比例采集系统包括第一电控系统以及由其控制的、具有潜藏于河水当中、能够按照河水流速等比例抽取水体样品的功能的抽取机构，所述抽取机构与污染物在线富集系统管道连接，污染物在线富集系统具有可对经过该管道输送过来的水体样品中的污染物进行富集处理的功能。本发明能在线将颗粒物与溶解态的有机污染物分离并富集，富集后的污染物即可带回实验室分析检测，结合采集流量与实际河流流量的比例计算出断面污染物的通量。整个采集、计算过程简单快捷，连续精确。本发明可用于检测河流断面有机污染物的通量。
文档编号G01N1/34GK102539198SQ20121001734
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月19日 优先权日2012年1月19日
发明者张干, 张瑞杰, 李允清, 李军 申请人:中国科学院广州地球化学研究所