一种用于海水污染物检测的船用检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及海洋污染物检测技术领域，具体为一种用于海水污染物检测的船用检测系统及检测方法。

背景技术

近年来海洋中塑料垃圾的监测越来越受到重视，微塑料是海洋塑料垃圾中的一种，并且人们逐渐发现海水中的微塑料可以附着于海洋微生物或其他漂浮物上，传播影响的范围大，且甚至可以通过食物链进入海洋生物体内，进而造成更大范围的危害。

微塑料的概念最早由英国普利茅斯大学的汤普森等人，在《科学》杂志上发表的关于海洋水体和沉积物中碎片的论文中首次提出，指的是直径小于5毫米的塑料碎片和颗粒，实际上，微塑料的粒径范围从几微米到几毫米，是形状多样的非均匀塑料颗粒混合体，肉眼往往难以分辨，被形象的称为“海中的PM2.5”。微塑料体积小，这就意味着更高的比表面积（比表面积指多孔固体物质单位质量所具有的表面积），比表面积越大吸附能力越强。常见的微塑料颗粒可由聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯、聚碳酸酯以及尼龙等各种材料组成。

微塑料能阻碍水体中光线的传播，而塑料中含有的有毒添加剂以微塑料的形式存在时，更容易释放到环境中，从而对环境中的生物造成危害，也威胁着生态系统的健康与安全。这些微塑料颗粒有些密度大于1，有些密度小于1。密度大于1的微塑料，在进入水体后将沉淀到沉积物中；密度小于1的微塑料其表面附着微生物后也可能沉入水底。这些微塑料污染物可能会被底栖动物误食，从而对底栖生物产生威胁。而误食了微塑料的水生生物又能通过食物链祸及人类健康。因此，微塑料成为当今科学家的研究热点。然而，对于沉积物中的微塑料颗粒，因其直径小，难于收集，现今并没有特别好的方法和装置来分离。

中国专利ZL201610959719.7公开了一种微塑料分离方法及装置，其中的微塑料分离方法包括：1）采集野外自然水体的沉积物；2）对野外自然水体的沉积物进行低温烘干或冻干，得到待处理样品；3）在待处理样品中加入密度溶液后进行充分搅拌，直至待处理样品完全悬浊于密度溶液中，静置后自上而下依次分为非沉淀层以及沉淀层；4）抽取非沉淀层并将非沉淀层通过滤膜；经过滤膜后的液体重复使用；被滤膜隔离的包括但不限于野外自然水体的沉积物中微塑料颗粒。

中国专利ZL201710738624.7公开了一种微塑料手动提取装置及微塑料手动提取方法，包括由上及下依次连接的分离筒、连接筒和混合筒，分离筒、连接筒和混合筒整体形成只具有顶部一个开口的壳体结构；连接筒内设置有用于控制流体是否流通的阀体组件；阀体组件的上方或下方设置有用于过滤微塑料的滤网；混合筒筒壁上设置有用于气体流入的通气孔。还涉及微塑料手动提取方法，在海岸带规定区域进行取样，取样后带回且烘干处理；向提取装置放入样品和分离液，进行通气、加液等操作，将析出的微塑料倒出并烘干。

然而，上述现有技术中的微塑料检测手段，由于微塑料的特性只能采用低温烘干，因此烘干的效率低、耗时长，而如果采用先分离提取再烘干的方式，不能够对原始的水体计量进行记录，分离微塑料的过程中由于水体流失等因素，会造成检测水体中微塑料含量的标定不准确。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于海水污染物检测的船用检测系统及检测方法，能够将海水、河水、湖水等水体中附着于沉积物、微生物或其它固体物上的微塑料进行振动分离，提高了单位水体中微塑料的占比，在后续低温烘干以获取微塑料的过程中，可以极大的缩短烘干的时间，此外还能够在振动分离微塑料的过程中，减少水体的损耗，使得后续进行微塑料在水体中占比的测算更加准确。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案,一种用于海水污染物检测的船用检测系统，包括收集容器和振动分离桶，所述振动分离桶通过第一管道与抽水泵连接，所述第一管道上设置有入口阀，抽水泵通过伸入水面以下的入水管将待检测的水体吸入所述振动分离桶，所述收集容器通过可拆卸连接结构设置在所述振动分离桶的上端；所述收集容器与所述振动分离桶的连接位置处，设置有能够使所述收集容器与所述振动分离桶之间的连接通道连通和断开的容器阀，所述收集容器上还设置有用于观察液面位置的液位刻度窗，以及在向振动分离桶抽入水体的过程中排出收集容器内部空气的通气阀；

所述振动分离桶中设置有振动分离机构和超声波发生器，通过所述振动分离机构和超声波发生器使振动分离桶内部的水体产生振动，使水体中被吸附的微塑料解除吸附，水体中的所述微塑料受浮力作用通过所述收集容器与所述振动分离桶之间的所述连接通道，进入收集容器并漂浮于水体的上表面；

所述振动分离桶底部通过出口阀与第二管道连接，所述水体经振动分离后经所述第二管道排入水箱。

进一步的，所述可拆卸连接结构包括设置在收集容器底端的容器外密封套和设置在振动分离桶顶端的分离桶内密封套，所述容器外密封套的内侧设置有内螺纹，所述分离桶内密封套的外侧设置有外螺纹；

所述收集容器包括容器本体，所述容器阀设置于所述容器外密封套和所述容器本体之间，所述通气阀设置于容器本体的顶端，所述液位刻度窗设置于所述容器本体的侧面；

所述容器阀能够使收集容器和振动分离桶之间的所述可拆卸连接结构断开时，保持收集容器的密闭。

进一步的，所述振动分离桶包括分离桶本体，所述分离桶本体的顶端设置有锥形收集盘，所述锥形收集盘内部可拆卸的连接所述分离桶内密封套，在收集容器和振动分离桶之间的所述可拆卸连接结构断开时，所述锥形收集盘能够接收收集容器与振动分离桶之间的所述连接通道内部的水体；

所述分离桶内密封套拆离所述锥形收集盘时，所述锥形收集盘内部的水体能够流入所述分离桶本体。

进一步的，所述振动分离机构包括振动发生器、振动传导体、支撑圆盘、振动棒，所述振动发生器位于所述分离桶本体的下方，所述振动发生器的振动端连接所述振动传导体，所述振动传导体穿过所述分离桶本体的底面后伸入所述分离桶本体内部，所述振动传导体的顶端设置有支撑圆盘，所述支撑圆盘上设置有多根振动棒，所述振动发生器产生的振动能够传递至多根所述的振动棒上，并使所述分离桶本体内部的水体产生振动；

超声波发生器设置于所述分离桶本体的侧壁，所述超声波发生器向所述分离桶本体的内部发射超声波，使所述分离桶本体内部的水体产生振动。

进一步的，所述振动分离桶、振动分离机构、抽水泵通过支撑底座安装在船体的内部，所述水箱放置于船体内并位于第二管道的下方，所述入水管通过管道挂架安装在所述船体的外侧面。

进一步的，所述管道挂架包括L形支撑杆、连接座、连接横杆、管道固定箍，所述L形支撑杆为两个且并排设置，两个所述L形支撑杆之间通过多个所述连接横杆连接，每根所述连接横杆上可拆卸的设置有管道固定箍，通过所述管道固定箍将所述入水管固定在连接横杆上，所述L形支撑杆通过连接座可拆卸的连接在所述船体的侧壁上。

一种用于海水污染物检测的船用检测系统及检测方法，使用上述的检测系统，包括以下步骤：

步骤a，使船体驶入待检测水域，在船体的侧壁安装管道挂架，并在所述管道挂架上安装固定入水管，使得入水管的入水口伸入水体的预定深度；

步骤b，将收集容器通过可拆卸连接结构安装在振动分离桶的顶端，打开容器阀，打开通气阀，将水箱放置于第二管道的下方，关闭出口阀；

步骤c，打开入口阀后启动抽水泵，将待检测的水体抽入振动分离桶内部，通过收集容器上的液位刻度窗观察液位高度，达到预设高度后关闭抽水泵，并关闭入口阀；

步骤d，启动振动发生器和超声波发生器，使振动分离桶和收集容器内部的水体持续振动预定时间后，关闭振动发生器和超声波发生器，关闭容器阀和通气阀，旋转收集容器使得容器外密封套和分离桶内密封套脱离，并将收集容器与振动分离桶之间的所述连接通道内部的水体倒入锥形收集盘，取下所述收集容器后进行采样标记，以备后续的微塑料检测使用；

步骤e，将分离桶内密封套从所述锥形收集盘上拆离，打开出口阀，将振动分离桶内部剩余的水体排入水箱，完成后将水箱进行采样标记，以备后续的微塑料检测使用。

进一步的，通过拆除管道固定箍并更换不同长度的入水管，能够实现对不同深度的水体的采集；

所述收集容器和所述水箱为多个，完成一次微塑料采集并在收集容器和水箱上进行采样标记后，使船体驶入水域的另一位置，重复所述步骤b至所述步骤e，完成对该水域的多次采样。

与现有技术相比，本发明提供了一种用于海水污染物检测的船用检测系统及检测方法，具备以下有益效果：

1.由于水体中的微塑料颗粒的塑料特性，只能采用低温烘干的方式提取水体中的微塑料颗粒，本发明通过在低温烘干提取微塑料颗粒前，通过机械振动的方式将微塑料颗粒与附着物分离，并利用微塑料自身的浮力将其聚集于水体的上表面，收集后再进行低温烘干，因此可以极大的减少后续低温烘干所需要去除的水分的量，因此可以极大的缩短低温烘干所需要的时间。

2.本发明的收集容器能够在保证密封性的同时，便于拆装收集容器以实现多样本的采集，在取下收集容器时通过容器阀实现收集容器的密封，同时通过螺纹连接的方式实现更好的密封性和更方便的操作性。

3.本发明通过在振动分离桶的上部设置锥形收集盘，能够在将收集容器拆离时将连接通道内的水体进行收集，保证了采集的水体样本的完整性，为后续的样本整体的测量、标定和计算提供完整的样本数据。

4.本发明通过管道挂架固定入水管，通过可拆卸的固定结构实现了入水管的固定，同时能够便于拆装不同长度的入水管，进而能够进行不同深度的水体样本的采集。

附图说明

图1为本发明的检测系统的整体结构示意图；

图2为本发明的微塑料收集容器的结构示意图；

图3为本发明的微塑料收集容器的另一方向的视图；

图4为本发明的微塑料振动分离桶的结构示意图；

图5为本发明的振动分离桶的内部结构示意图；

图6为本发明的检测系统安装于船体上的结构示意图；

图7为本发明的入水管和管道挂架的装配结构示意图；

图中：收集容器1、通气阀101、容器本体102、液位刻度窗103、容器阀104、容器外密封套105、内螺纹106、振动分离桶2、分离桶本体201、分离桶内密封套202、外螺纹203、锥形收集盘204、入口阀3、第一管道4、抽水泵5、出口阀6、第二管道7、振动分离机构8、振动发生器801、振动传导体802、支撑圆盘803、振动棒804、支撑底座9、水箱10、超声波发生器11、船体12、入水管13、管道挂架14、L形支撑杆141、连接座142、连接横杆143、管道固定箍144。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。

下面根据附图1-7对本发明进行详细的描述，本发明的一种用于海水污染物检测的船用检测系统，包括收集容器1和振动分离桶2，所述振动分离桶2通过第一管道4与抽水泵5连接，所述第一管道4上设置有入口阀3，抽水泵5通过伸入水面以下的入水管13将待检测的水体吸入所述振动分离桶2，所述收集容器1通过可拆卸连接结构设置在所述振动分离桶2的上端；所述收集容器1与所述振动分离桶2的连接位置处，设置有能够使所述收集容器1与所述振动分离桶2之间的连接通道连通和断开的容器阀104，所述收集容器1上还设置有用于观察液面位置的液位刻度窗103，以及在向振动分离桶2抽入水体的过程中排出收集容器1内部空气的通气阀101；

所述振动分离桶2中设置有振动分离机构8和超声波发生器11，通过所述振动分离机构8和超声波发生器11使振动分离桶2内部的水体产生振动，使水体中被吸附的微塑料解除吸附，水体中的所述微塑料受浮力作用通过所述收集容器1与所述振动分离桶2之间的所述连接通道，进入收集容器1并漂浮于水体的上表面。

由于海水中的微塑料密度小于水体的密度，在微塑料颗粒没有吸附在沉积物、浮游生物等物体上时，微塑料颗粒会受到浮力而漂浮在水体的上表面。

所述振动分离桶2底部通过出口阀6与第二管道7连接，所述水体经振动分离后经所述第二管道7排入水箱10。

进一步的，所述可拆卸连接结构包括设置在收集容器1底端的容器外密封套105和设置在振动分离桶2顶端的分离桶内密封套202，所述容器外密封套105的内侧设置有内螺纹106，所述分离桶内密封套202的外侧设置有外螺纹203，其中分离桶内密封套202的上端面还可以设置有容纳有密封圈的密封槽，在分离桶内密封套202和容器外密封套105通过螺纹紧固时，该密封圈能够抵接容器外密封套105内部的下端面，保证必要的密封效果；

所述收集容器1包括容器本体102，所述容器阀104设置于所述容器外密封套105和所述容器本体102之间，所述通气阀101设置于容器本体102的顶端，所述液位刻度窗103设置于所述容器本体102的侧面；

所述容器阀104能够使收集容器1和振动分离桶2之间的所述可拆卸连接结构断开时，保持收集容器1的密闭。

进一步的，所述振动分离桶2包括分离桶本体201，所述分离桶本体201的顶端设置有锥形收集盘204，所述锥形收集盘204内部可拆卸的连接所述分离桶内密封套202，在收集容器1和振动分离桶2之间的所述可拆卸连接结构断开时，所述锥形收集盘204能够接收收集容器1与振动分离桶2之间的所述连接通道内部的水体；

所述分离桶内密封套202拆离所述锥形收集盘204时，所述锥形收集盘204内部的水体能够流入所述分离桶本体201，分离桶内密封套202可以通过现有技术中的螺纹连接的方式与锥形收集盘204的底端连接，并同时保证必要的密封性。

进一步的，所述振动分离机构8包括振动发生器801、振动传导体802、支撑圆盘803、振动棒804，所述振动发生器801位于所述分离桶本体201的下方，所述振动发生器801的振动端连接所述振动传导体802，所述振动传导体802穿过所述分离桶本体201的底面后伸入所述分离桶本体201内部，所述振动传导体802的顶端设置有支撑圆盘803，所述支撑圆盘803上设置有多根振动棒804，所述振动发生器801产生的振动能够传递至多根所述的振动棒804上，并使所述分离桶本体201内部的水体产生振动；

超声波发生器11设置于所述分离桶本体201的侧壁，所述超声波发生器11向所述分离桶本体201的内部发射超声波，使所述分离桶本体201内部的水体产生振动。

进一步的，所述振动分离桶2、振动分离机构8、抽水泵5通过支撑底座9安装在船体12的内部，所述水箱10放置于船体12内并位于第二管道7的下方，所述入水管13通过管道挂架14安装在所述船体12的外侧面。

进一步的，所述管道挂架14包括L形支撑杆141、连接座142、连接横杆143、管道固定箍144，所述L形支撑杆141为两个且并排设置，两个所述L形支撑杆141之间通过多个所述连接横杆143连接，每根所述连接横杆143上可拆卸的设置有管道固定箍144，通过所述管道固定箍144将所述入水管13固定在连接横杆143上，所述L形支撑杆141通过连接座142可拆卸的连接在所述船体12的侧壁上。

一种用于海水污染物检测的船用检测检测方法，使用上述的检测系统，包括以下步骤：

步骤a，使船体12驶入待检测水域，在船体12的侧壁安装管道挂架14，并在所述管道挂架14上安装固定入水管13，使得入水管13的入水口伸入水体的预定深度；

步骤b，将收集容器1通过可拆卸连接结构安装在振动分离桶2的顶端，打开容器阀104，打开通气阀101，将水箱10放置于第二管道7的下方，关闭出口阀6；

步骤c，打开入口阀3后启动抽水泵5，将待检测的水体抽入振动分离桶2内部，通过收集容器1上的液位刻度窗103观察液位高度，达到预设高度后关闭抽水泵5，并关闭入口阀3；

步骤d，启动振动发生器801和超声波发生器11，使振动分离桶2和收集容器1内部的水体持续振动预定时间后，关闭振动发生器801和超声波发生器11，关闭容器阀104和通气阀101，旋转收集容器1使得容器外密封套105和分离桶内密封套202脱离，并将收集容器1与振动分离桶2之间的所述连接通道内部的水体倒入锥形收集盘204，取下所述收集容器1后进行采样标记，以备后续的微塑料检测使用；

收集容器1中的水体中所包含的微塑料颗粒的总量即为全部采集的水体中的微塑料颗粒的含量，因此由于去除了大部分不必要的水，在后续的低温烘干过程则只需烘干较少的水，因此可以缩短后续的检测中的烘干时间。

步骤e，将分离桶内密封套202从所述锥形收集盘204上拆离，打开出口阀6，将振动分离桶2内部剩余的水体排入水箱10，完成后将水箱10进行采样标记，以备后续的微塑料检测使用。

水箱10中的水体的体积和收集容器1中的水体的体积之和为总体的采集的样本的水体体积，作为样本的总体采样标本，可以为后续的检测提供总体的、完备的数据支持。

进一步的，通过拆除管道固定箍144并更换不同长度的入水管13，能够实现对不同深度的水体的采集；

所述收集容器1和所述水箱10为多个，完成一次微塑料采集并在收集容器1和水箱10上进行采样标记后，使船体12驶入水域的另一位置，重复所述步骤b至所述步骤e，完成对该水域的多次采样。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。