一种新型地下水无扰动自动分层采样装置的制作方法

一种新型地下水无扰动自动分层采样装置
1.【技术领域】
[0002] 本实用新型涉及地下水环境监测技术领域，尤其涉及一种新型地下水无扰动自动分层采样装置。
[0003]


背景技术：

[0004]
我国地下水污染已成为普遍现象，地下水污染的总体特征表现为污染源点多污染面广，污染源难以发现，污染源和污染途径很难查明，防治难度大，并且污染源具有隐蔽性、滞后性和复杂性。目前， 我国地下水污染主要以酸化为主，重金属污染多，盐化、硬化等情况普遍。2017年，全国5100个水质监测点位中，地下水较差级和极差级占比近七成。污染源为多复合型，已经呈现出由城市向农村蔓延、由东部向西部扩散、由局部向区域扩展、由点向面发展的趋势。
[0005]
近些年来，地下水的开采和利用迅速增加。目前，近400个大中小城市的供水来源于地下水，地下水中45%左右是用于农业耕地进行灌溉的。地下水的污染会导致重金属以及放射性化学物质的富集，长期饮用或间接食用由被污染的地下水种植的蔬菜，会引起癌症、心脑血管硬化、神经炎等疾病，对人体健康造成严重影响。在开发过程中地下水资源被污染，地下水环境被破坏都会导致优质地下水的减少。地下水的污染问题越来越严重，对我国地下水的水质产生了不利的影响。为了解决这一问题，我国相关部门对经济建设发展项目进行了严格的地下水污染源排查及现状监测。因此，想实现地下水规范、有效地采集，必须保证做好地下水采样过程的质量控制，这样才能得到有代表性的地下水样品真实、准确的数据。
[0006]
发达国家高度重视地下水的采样技术，对采样技术进行了深入地研究，形成了规模化系列化的采样器具产品。国外地下水采样设备，无论是常规采样器、取样泵、定深取样器，还是地下水分层采样系统，均具有小巧、灵活、轻便、取样质量可靠等特点。目前国内地下水采样以人工采样为主，取样过程中易受外界因素的干扰。国内地下水采样设备也相对落后。
[0007]
根据设备设计结构和采样原理，目前地下水监测采样设备大致分为4类：取样筒式采样器、惯性式采样器、气体驱动式采样器和潜水电泵式采样器，具体如下：
[0008]
取样筒式采样器由一绳索与采样筒组成。根据取样筒取样原理、制作材料，采样筒分为多种类型：(1)在采样筒上安装阀体控制地下水样品的采取，如bailer取样器、solinst公司的不连续间隔取样器；(2)通过液压及取样筒下放速度控制进行地下水样品采取，如kabis采样器：(3)筒体可采用不锈钢、pvc等多种材料制作，也可直接采用聚乙烯袋替代，如hydrasleeve取样器等。采样时通过绳索将采样筒从井口下放至地下水采样层位，采样筒采取目标深度地下水试样，实现地下水采样。
[0009]
惯性式采样器由采样管与惯性泵泵头组成。惯性泵泵头内设计有单向进水装置，安装在采样管底部，放入到地下水监测井中指定采样深度，采样管上部露出井口，徒手或者采用机械快速下压提拉采样管，在惯性力作用下快速下压时地下水进入采样管中，提拉时单向阀关闭，使采样管中地下水样品液面逐渐上升至采样管上端口流出。
[0010]
气体驱动式采样器由气体驱动管、采样管及泵体组成，根据泵体结构设计可分为有气囊泵、u形管采样器等。高压气体经过气体驱动管进入泵体中，驱动地下水进入采样管，然后将高压气体释放，地下水在地层压力作用下进入泵体，如此循环，地下水样品从采样管中返出地面，实现地下水采样。
[0011]
潜水电泵式采样器是将潜水电泵下入至采样层位，通过潜水电泵将地下水样品输送至地面实现采样操作。
[0012]
但是，目前的采样设备在地下水采样过程中都存在一定不足，主要缺点类型可分为以下几类：
[0013]
①
扰动性大，致使所获得的地下水样品指标不能有效代表实际情况。取样筒采样器取样后需将取出的地下水样品重新装入样品瓶，增加了与空气的接触时间，扰动较大，严重影响后续指标检测的准确性。惯性泵采样过程外力会对地下水产生很大的搅动，直接影响采集到水样的代表性。气体驱动式采样器由于外加气压的缘故，含溶解性气体的地下水采样时易产生影响。
[0014]
②
不能实现分层取样。取样筒及惯性式采样器的进水时机均不好掌握，水样易受混合污染，不能实现分层取样。
[0015]
③
辅助设备较多，需额外电源，野外工作不便。气体驱动式采样器具有较好的采样效果，被广泛的使用，但是其操作程序较为繁琐和配套设备多。潜水电泵式采样器受电线及潜水电泵制作工艺限制，采样器要求井径较大、采样深度相对较浅。这两类采样器需要额外的动力源、高压气体源，携带使用均不方便，直接导致野外现场使用效率下降。
[0016]
④
成本较高，系统复杂。气体驱动式采样器及潜水电泵式采样器的操作程序较为繁琐，需要较高的学习成本，对人员自身学识及操作要求较高，工程普及推广难度较大。不仅如此，而且还灵活性差，非模块组件，不能与工程中现有工具协同运用。
[0017]


技术实现要素：

[0018]
本实用新型公开了一种新型地下水无扰动自动分层采样装置，其能够准确获取真实地下水水样，并具有较强的可操作性和低成本，解决了采样中对地下水的扰动大、无法精确分层取样、存在气体溢出、辅助设备较多等技术问题。
[0019]
为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：
[0020]
一种新型地下水无扰动自动分层采样装置，包括样品瓶、上端进水控制模块以及保护和配重模块，所述样品瓶一端封闭另一端开口且包括一上开口端，所述上端进水控制模块装配于样品瓶的上开口端，所述保护和配重模块套设于所述样品瓶上，其中，
[0021]
所述上端进水控制模块包括上套筒、下套筒以及设置于所述上套筒与所述下套筒之间的聚四氟乙烯薄膜，所述上套筒内装有遇水膨胀的膨胀橡胶，外壁及底壁均匀开孔，内壁及顶壁封闭；所述下套筒为封闭结构，内填有硅橡胶圈，内侧壁朝向所述上套筒的一端为尖端，另一端为平端；
[0022]
所述保护和配重模块为硅橡胶柔性保护套。
[0023]
作为本实用新型的一种优选改进，所述样品瓶的上开口端为螺纹开口。
[0024]
作为本实用新型的一种优选改进，所述上套筒和下套筒均由不锈钢材料制成。
[0025]
作为本实用新型的一种优选改进，所述膨胀橡胶为掺杂聚丙烯酸钠高吸水性树脂的橡胶。
[0026]
作为本实用新型的一种优选改进，还包括井绳，与所述上端进水控制模块连接，用于下放和提升样品瓶。
[0027]
作为本实用新型的一种优选改进，还包括瓶盖，用于与所述样品瓶盖接。
[0028]
本实用新型的有益效果如下：
[0029]
1、本采样装置可根据需要分层采样，设置进水时间，保证所采集的水样能够完全置换，获取准确的对应水层水样；
[0030]
2、本采样装置无需额外辅助设备，各模块可根据需要灵活配制，能直接利用现有标准样品瓶，成本相对较低，野外工作易于操作；
[0031]
3、本采样装置采集的水样无需二次转移至贮存瓶中，显著降低水样转存造成的扰动影响，便于储存运输。
[0032]
【附图说明】
[0033]
为了更清楚地说明本实用新型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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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它的附图，其中：
[0034]
图1为本实用新型实施例1的新型地下水无扰动自动分层采样装置的结构示意图；
[0035]
图2为本实用新型实施例1的新型地下水无扰动自动分层采样装置的瓶盖结构示意图；
[0036]
图3为本实用新型实施例1的新型地下水无扰动自动分层采样装置的上端进水控制模块的结构示意图。
[0037]
【具体实施方式】
[0038]
下面将结合本实用新型实施例对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0039]
需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后
……
）仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0040]
另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0041]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0042]
另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为
这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
[0043]
实施例1
[0044]
请参阅图1和2所示，本实用新型提供一种新型地下水无扰动自动分层采样装置，包括样品瓶1、上端进水控制模块2、保护和配重模块3、井绳4以及瓶盖5，所述样品瓶1包括上开口端11，所述上端进水控制模块2装配于样品瓶1的上开口端11，所述上开口端11为螺纹开口。所述保护和配重模块3套设于所述样品瓶1上。所述样品瓶1用于对重金属污染地下水进行采样。所述样品瓶1可采用符合国家标准的棕色样品瓶，尺寸与材质与国标要求一致，只是根据需求设有开口以便地下水能不断进入样品瓶1，更新瓶内的水样，从而保证采样装置中的水样能够代表地下水。
[0045]
再结合图3所示，所述上端进水控制模块2包括上套筒21、下套筒22以及设置于所述上套筒21与所述下套筒22之间的聚四氟乙烯薄膜23，所述上套筒21和所述下套筒22均由不锈钢材料制成，均通过螺纹连接。所述上套筒21内装有遇水膨胀的膨胀橡胶211，外壁及底壁均匀开孔，孔形状不定，内壁及顶壁封闭。所述下套筒22为封闭结构，内填有硅橡胶圈221，内侧壁222朝向所述上套筒21的一端为尖端，另一端为平端，膨胀橡胶211膨胀后，聚四氟乙烯薄膜23受压向下移动，由于尖端的存在，聚四氟乙烯薄膜23被部分切割，地下水进入样品瓶1中。
[0046]
需要进一步说明的是，所述膨胀橡胶211为掺杂聚丙烯酸钠高吸水性树脂的橡胶，该橡胶优选硅橡胶，硅橡胶柔软，有一定弹性，能防止聚四氟乙烯薄膜23意外脱落而被切割，避免地下水提前进入样品瓶1中，硅橡胶化学性质稳定，一般条件下不会与地下水中检测因子发生不利的物理化学作用。膨胀橡胶211采用含有聚丙烯酸钠高吸水性树脂，通过调整橡胶中的聚丙烯酸钠高吸水性树脂加入的组份比例，以控制膨胀橡胶遇水膨胀后对聚四氟乙烯薄膜23的挤压时间，根据国标规范要求，膨胀橡胶可调节时间区间为12小时至7天，橡胶中聚丙烯酸钠高吸水性树脂加入量与膨胀时间成反比。
[0047]
所述保护和配重模块3为硅橡胶柔性保护套。保护套可避免采样装置下放水井时意外碰撞、损坏。配重根据实际情况选用，对于重金属污染地下水采样，需添加额外配重以抵消空瓶的浮力。
[0048]
所述井绳4与所述上端进水控制模块2连接，用于下放和提升样品瓶1。所述瓶盖5用于与所述样品瓶1盖接。样品瓶1采集水样并提升到地面后，拧下上端进水控制模块2，再拧上瓶盖5即可完成取样。
[0049]
实施例2
[0050]
某农药化工厂，污染指标包含重金属、vocs、svocs、农药以及tph，采用直径75mm的pvc管建立监测井，井深12m，地下水埋深约5m，井管开筛范围为地下5~10m，洗井后，将本实用新型的采样装置下放至6m深处取样，设置聚四氟乙烯薄膜被切割时间为12h后，薄膜切割后，地下水进入采样瓶中，并不断更新，24h后取出采样装置。
[0051]
样品瓶上下开口，容量为250ml，瓶高138mm，瓶身直径60.5，瓶口内径17.5mm，瓶口外径27mm。采样装置整体长度为320mm，外径为60.5mm。
[0052]
实施例3
[0053]
某铬盐厂，污染指标主要为重金属铬、铅、砷等，采用直径为110mm的不锈钢管建立松散岩孔隙水监测井，井深20m，地下水水深11.2m，井管开筛深度为11-18m。洗井后，将本实
用新型的两采样装置同时下放至12m及17m深处取样，设置聚四氟乙烯薄膜被切割时间为1d后，薄膜切割后，地下水进入采样瓶中，并不断更新，2d后取出两个采样装置。
[0054]
标准样品瓶，容量为500ml，瓶高169mm，瓶身直径74.5mm，瓶口内径17mm，瓶口外径27mm。在本实用新型中，该标准样品瓶为波士顿瓶，其具体参见下表1所示。
[0055]
表1
[0056][0057]
本实用新型的有益效果如下：
[0058]
1、本采样装置可根据需要分层采样，设置进水时间，保证所采集的水样能够完全置换，获取准确的对应水层水样；
[0059]
2、本采样装置无需额外辅助设备，各模块可根据需要灵活配制，能直接利用现有标准样品瓶，成本相对较低，野外工作易于操作；
[0060]
3、本采样装置采集的水样无需二次转移至贮存瓶中，显著降低水样转存造成的扰动影响，便于储存运输。
[0061]
尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但并不仅仅限于说明书和实施方案中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里所示出与描述的图例。