一种收集水体颗粒有机物的便携式人工抽滤器的制作方法

本发明涉及污水处理装置领域，具体涉及一种收集水体颗粒有机物的便携式人工抽滤器，适用于河流、湖泊、水库、池塘等水体的初级生产力评价以及受污染水体的生物学监测和水质评价。

背景技术：

颗粒有机物(Particulate organic matter，POM)是水生态系统的重要组成部分之一，作为浮游动物、底栖动物、鱼类等水体消费者的重要食物来源，能反映水体的浊度及营养水平。POM主要由藻类，浮游动物以及植物和动物残渣形成的碎屑组成，其组成与理化性质受水体类型、营养化水平、温度、光照、水流速度及水力滞留时间等因素的影响。

颗粒有机物(POM)是由不同的生物成分组成，因而其组成存在季节和空间差异。不同的生物成分元素组成不同，颗粒有机物的元素组成(C/N/P)因水体类型、季节和空间位置不同而存在变化。因此，通过监测颗粒有机物的组成比例、理化性质等特征，可为评价水体营养水平、水质和食物网结构功能提供有价值的研究材料和途径。

目前采集颗粒有机物的方法比较单一，主要是依赖于玻璃材质的真空泵，这种途径需要在室内进行(用电)，所需的配套工具占用空间较大，耗时较长，携带和操作不方便。本专利推出的便携式过滤器，体积小，携带方便，同时满足于野外调查和室内操作，将为野外水环境与渔业资源调查提供有效的分析工具。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种收集水体颗粒有机物的便携式人工抽滤器，通过放置不同孔径大小的玻璃纤维滤膜(GF/C或GF/F)可收集水体中不同粒径的颗粒有机物，并且便于携带，易于操作。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种收集水体颗粒有机物的便携式人工抽滤器，包括进样器，还包括出样器和连接筒，所述的进样器包括第一过滤盘，第一过滤盘的顶面设置有进样口，第一过滤盘的底面设置有进样滤网，第一过滤盘的侧部设置有第一外螺纹，出样器包括第二过滤盘，第二过滤盘的底面设置有出样口，第二过滤盘的顶面设置有出样滤网，第二过滤盘的侧部设置有第二外螺纹，连接筒包括筒体和设置在筒体一端的挡环，筒体内设置有筒内螺纹，第一过滤盘的底面设置在第二过滤盘的顶面上，进样滤网与出样滤网之间设置有玻璃纤维滤膜，筒内螺纹分别与第一外螺纹和第二外螺纹适配，第一过滤盘通过第一外螺纹和筒内螺纹旋入到筒体内并压紧在挡环上，第二过滤盘通过第二外螺纹和筒内螺纹旋入到筒体内。

如上所述的出样滤网的四周嵌设有第一橡皮圈。

如上所述的第二过滤盘的底面设置有平衡柱。

如上所述的第一过滤盘的底面设置有卡件，第二过滤盘的顶面设置有与卡件适配的卡槽。

如上所述的挡环与第一过滤盘之间设置有第二橡皮圈。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

本发明中的抽滤器可用于河流、湖泊、水库以及池塘等水体，可通过放置不同孔径大小的玻璃纤维滤膜(GF/C或GF/F)收集不同粒径的水体颗粒有机物，并且便于携带，易于操作。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为进样器的结构示意图。

图3为出样器的结构示意图。

图4为连接筒的结构示意图。

图中：1、连接筒；2、进样器；3、出样器；1-1、筒体；1-2、挡环；1-3、筒内螺纹；1-4、第二橡皮圈；2-1、进样口；2-2、进样滤网；2-3、第一外螺纹；2-4、第一过滤盘；2-5、卡件；3-1、出样口；3-2、出样滤网；3-3、第一橡皮圈；3-4、平衡柱；3-5、第二外螺纹；3-6、卡槽；3-7、第二过滤盘。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案进一步详细说明：

实施例1：

如图1～4所示，一种收集水体颗粒有机物的便携式人工抽滤器，包括进样器2，还包括出样器3和连接筒1，所述的进样器2包括第一过滤盘2-4，第一过滤盘2-4的顶面设置有进样口2-1，第一过滤盘2-4的底面设置有进样滤网2-2，第一过滤盘2-4的侧部设置有第一外螺纹2-3，出样器3包括第二过滤盘3-7，第二过滤盘3-7的底面设置有出样口3-1，第二过滤盘3-7的顶面设置有出样滤网3-2，第二过滤盘3-7的侧部设置有第二外螺纹3-5，连接筒1包括筒体1-1和设置在筒体1-1一端的挡环1-2，筒体1-1内设置有筒内螺纹1-3，第一过滤盘2-4的底面设置在第二过滤盘3-7的顶面上，进样滤网2-2与出样滤网3-2之间设置有玻璃纤维滤膜，筒内螺纹1-3分别与第一外螺纹2-3和第二外螺纹3-5适配，第一过滤盘2-4通过第一外螺纹2-3和筒内螺纹1-3旋入到筒体1-1内并压紧在挡环1-2上，第二过滤盘3-7通过第二外螺纹3-5和筒内螺纹1-3旋入到筒体1-1内。

优选的，出样滤网3-2的四周嵌设有第一橡皮圈3-3。

优选的，第二过滤盘3-7的底面设置有平衡柱3-4。

优选的，第一过滤盘2-4的底面设置有卡件2-5，第二过滤盘3-7的顶面设置有与卡件2-5适配的卡槽3-6。

优选的，挡环1-2与第一过滤盘2-4之间设置有第二橡皮圈1-4。

本发明中，平衡柱3-4可用于放置水平平面，出样滤网3-2四周的第一橡皮圈3-3使得出样滤网3-2和进样滤网2-2紧密对接，通过卡件2-5和卡槽3-6的配合，使得第一过滤盘2-4和第二过滤盘3-7的相对固定并且嵌合，通过第一外螺纹2-3和第二外螺纹3-5将第一过滤盘2-4和第二过滤盘3-7旋入到筒体1-1内，并将第一过滤盘2-4压紧在挡环1-2上，同时挡环1-2和第一过滤盘2-4之间设置有第二橡皮圈1-4，可以使得筒内螺纹1-3、第一外螺纹2-3、第二外螺纹3-5之间锁紧。玻璃纤维滤膜为GF/C或GF/F。水样通过进样滤网2-2初步过滤，然后经过玻璃纤维滤膜和出样滤网3-2进一步过滤，可用于收集不同粒径的颗粒有机物。

除第一橡皮圈3-3和第二橡皮圈1-4由橡胶制成，本发明的其他部件均采用有机玻璃材质制成。

使用抽滤器前，先用蒸馏水润洗进样器2、出样器3与连接筒1等部件，然后用镊子夹取所需玻璃纤维滤膜放于出样滤网3-2上，并盖上进样器2，拧紧连接筒1。用5L有机玻璃采水器分别采集新疆额尔齐斯河11个采样点的表层水，充分摇匀后分别通过注射器吸取水样若干，将注射器(去金属针头)插入进样口2-1，缓慢将水样注入第一过滤盘2-4，反复吸取水样直至玻璃纤维滤膜打满(注射器推不动为止)，取下注射器，拧开连接筒1，打开进样器2和出样器3，用镊子折叠玻璃纤维滤膜后取出保存，作为悬浮颗粒有机物样品。

本发明的人工抽滤器可用于监测水体碳/氮营养来源及污染水平。

颗粒有机物的生物、物理、化学特征主要与人类活动产生的外源物质(粪肥、化肥、生活污水与工业废水)密切相关。因不同外源物质存在不同形态的碳源(CO₃^2-、HCO₃^-、CO₂)与氮源来源(NH₄⁺、NO₃^-、NO₂^-)，其稳定同位素组成存在差异。以氮素为例，化肥的¹⁵N较低(约为0)，而动物粪肥来源和生活污水中的¹⁵N相对较高(新鲜样品提取物中约为5)，但由于微生物活动，含氮的化工肥料和动物粪肥由于挥发或脱氮作用，以N₂形式损失一部分氮素后，剩余物的¹⁵N就较高。外源碳素与氮素进入水生生态系统后，一方面被藻类吸收利用，通过食物网传递到更高营养级的生物；另一方面，直接被杂食性消费者利用。人类活动产生的外源输入直接或间接的影响生态系统不同营养级生物(初级生产者、底栖生物或浮游生物)。因此，利用人工抽滤器收集颗粒有机物，可用于监测水体的碳/氮来源及其营养水平，其稳定性氮同位素值可用于指示外源输入对水生态系统的影响。

如表1所示，投喂苏丹草的池塘颗粒有机物δ¹³C值显著高于投喂人工饲料池塘，这主要是由于苏丹草为C4植物，具有较高的¹³C所致。而在湖泊中，贫营养类型的抚仙湖颗粒有机物δ¹⁵N值(4.65‰)要比其他富营养湖泊低得多，这主要是由于富营养湖泊中输入了大量的高¹⁵N的外源氮素。由于三峡水库接纳来自长江上游的多重污染物，其外来碳/氮均比其他水库要多，因此其同位素比值(δ¹³C与δ¹⁵N)相对较高。怒江与无定河为生态相对原始的河流，C4植物提供了更加重要的碳源，而氮素相对于其他河流受人类活动影响较小。

表1 各水质颗粒有机物δ¹³C和颗粒有机物δ¹⁵N值的对比表

本发明的人工抽滤器用于评价水体初级生产力的来源及其贡献。

颗粒有机物主要由水体中藻类、浮游动物、饲料颗粒(养殖水体)以及动植物残渣组成，每一种组成成分的稳定同位素比值(δ¹³C与δ¹⁵N)因来源不同而差异较大。因此，通过人工抽滤器收集颗粒有机物，并采集藻类、饲料、陆生植物等主要组成成分的样品，进行稳定同位素分析，运用稳定同位素模型定量评价各种来源对颗粒有机物的贡献，籍此评价水体初级生产力的主要来源与贡献。

假定构成水体颗粒有机物的成分有：藻类、浮游动物、饲料、陆生植物，那么各组成成分对颗粒有机物的贡献百分比可通过稳定同位素混合模型进行评价：

δ¹³C_POM＝F_algaeδ¹³C_algae+F_ZPδ¹³C_ZP+F_plantδ¹³C_plant (1)

δ¹⁵N_POM＝F_algaeδ¹⁵N_algae+F_ZPδ¹⁵N_ZP+F_plantδ¹⁵N_plant (2)

1＝F_algae+F_ZP+F_plant (3)

式(1)～(3)中：下标POM与algae、ZP、plant分别代表颗粒有机物与藻类、浮游动物、陆生植物；F_algae、F_ZP、F_plant为藻类、浮游动物、陆生植物在颗粒有机物中所占的贡献百分比；δ¹³C、δ¹⁵N代表池塘中各种物质的稳定性碳、氮同位素比值。

通过人工抽滤器所获得的颗粒有机物δ¹³C与δ¹⁵N值分别是-25.52‰和3.87‰(表2)，并且分别获知各组成成分的稳定同位素值，即可评价各成分对颗粒有机物的贡献百分比。因此，人工抽滤器可评价该水体的初级生产力主要来源为藻类。

表2 通过人工抽滤器所获得的颗粒有机物δ¹³C与δ¹⁵N值及其各组成成分的比例贡献

本发明具有以下有益效果：

1、结构简单，组装方便，操作易行：本便携式抽滤器发明由注射器和过滤装置组合而成，其中注射器为常见医用注射器，购买方便。过滤装置包括进样器(直径5cm，高3cm)，出样器(直径5cm，高3.5cm)和连接带(直径6cm，高2.2cm)三个部分，重64克。这两部分可放于手掌上组装，结构简单，组装方便又快捷。由于本过滤器内部放置滤膜(如：GF/C或GF/F)，其大小可根据需求(滤膜的直径大小)进行调整，抽滤器的结构和功能不受影响。完全借助于手工操作和控制滤膜压强，不需要电源，操作简单易行，更有利于在条件较差的野外环境下操作。而传统真空泵需要配备真空抽气泵、耐压玻璃瓶和漏斗等工具设备，考虑到连接管与玻璃瓶、抽气机的适配性其组装需要一定时间，并且要求在室内通电的条件下进行。因此，本人工抽滤器发明克服了真空泵设备复杂、前期准备耗时长、需接通电源等缺陷和不足。可在野外现场完成抽滤，避免过多样品携带不方便。

2、抽滤过程耗时少，效率高：本便携式抽滤器发明由于结构简单，2分钟内可完成清洗、放置滤膜、组装过程，即可投入使用；全凭手工控制压力，对于浊度不同的水样选择性施加推力，在确保GF/C或GF/F滤膜不破的情况下5分钟即可安全抽滤500ml水样。传统的真空抽滤泵出于安全考虑，需要较长时间抽走空气，以达到为耐磨玻璃瓶增压的效果，因而控制压强往往耗时较长。一般情况下，传统抽滤泵半小时可抽滤500ml水样。

3、抽滤水样体积可控，精度高：连接有精确刻度的塑料注射器，抽滤水样体积可精确到10毫升。本发明在确保GF/F滤膜不被压力冲破的情况下，抽滤器过滤水样的体积可精确达到10毫升，而传统的真空抽滤泵过滤水样的体积无法精确到10毫升，由于压强太高而不能完成抽滤的水样只能收回，这可能造成已抽滤滤膜上的颗粒物部分被带走，同时还要重新计算实际过滤水样体积。与传统的真空抽滤泵相比，抽滤水样的准确性较大程度得到提高。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。