一种水生生物结皮表面气泡采集装置及采集方法

1.本发明涉及气泡采集领域，特别是涉及一种水生生物结皮表面气泡采集装置及采集方法。


背景技术：

2.根据《全国土壤污染状况调查公报》，我国土壤污染总超标率为16.1％，其中无机污染物超标点位占全部超标点位的82.8％，无机污染物主要包括镉(cd)、铅(pb)和砷(as)等剧毒重(类)金属，其中以工矿业为首的人为活动是造成土壤重(类)金属污染的主要原因。采矿作为工矿业的主要内容之一，会产生大量富含重金属潜在风险的尾矿，尾矿在水、氧气和微生物作用下会释放重(类)金属，重(类)金属进入周边土壤和水体环境后可通过食物链传播，从而对人类健康造成威胁。
3.目前，华南多金属尾矿排水水面发现有成片悬浮的多孔结构的水生生物结皮，水生生物结皮由生物组分和非生物组分组成，例如蓝藻、真菌、粘土矿物等。水生生物结皮具有极强的重(类)金属富集能力，可通过多孔特殊结构漂浮于水面拦截尾矿排水中的重(类)金属，以使水生生物结皮具有修复尾矿排水重(类)金属污染的能力。水生生物结皮多孔特殊结构的存在与气泡有紧密的联系，在水生生物结皮长势良好时表面会存在大量气泡。所以在保持结皮结构的基础上收集水生生物结皮表面气体，对进一步研究水生生物结皮具有重要意义。
4.水生生物结皮成片的悬浮于水面，结皮结构疏松、含水量高，且在结皮的表面附着有大量小气泡。故收集水生生物结皮表面气泡的装置应适用于浅水流域，并且要在对气泡进行快速采集且减少损失的同时，避免对水生生物结皮结构造成破坏。
5.现有的水下气泡采集装置，采集气体花费的周期较长，例如现有技术(cn206146887u)公开了一种用于采集河流气泡的装置用来收集河流底部的气泡，该采集河流的气泡装置在跨河绳索上设置扰流球，所述扰流球上有若干尖刺部，当扰流球在水流的作用下转动时尖刺部可使水底的气泡压力膨胀，聚集，以打破水底气泡的动态平衡，需要跨河绳索进行持续12－24小时的长时间收集。现有技术的采集河流气泡的装置不能用于水生生物结皮表面气泡的收集，扰流球表面的尖刺部会破坏结皮松软结构，且收集的时间过长不能满足快速采集水生生物结皮表面气泡的需要。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种水生生物结皮气泡采集装置及采集方法，以解决气泡采集时间久、气泡损失和破坏结皮结构的技术问题。
7.本发明公开了一种水生生物结皮表面气泡采集装置包括中心部件、贮气部件、收集气体部件；所述收集气体部件包括罩设在水面的气体收集罩，所述气体收集罩顶部连通贮气部件、下部开口设置有两个上下间隔布置的弹性的纱网；所述纱网上方的气体收集罩内壁固定设置有距离传感器，所述距离传感器可在距离结皮一定距离时发出警报；两个所
述纱网之间的间隔有震荡电机，所述震荡电机可带动两个所述纱网上下震动。
8.作为优选方案，两个所述纱网的边缘均粘贴于气体收集罩的内壁。
9.作为优选方案，所述距离报警器包括激光测距传感器和与所述激光测距传感器电信号连接的有源蜂鸣器模块组以及同时与所述激光测距传感器和所述有源蜂鸣器模块组电信号连接的开关，所述开关设在气体收集罩外部。
10.作为优选方案，所述气体收集罩上部设有第三上接口，所述气体收集罩的侧部设有第三下接口；所述贮气瓶侧部设有第二上接口，所述贮气瓶下部设有第二下接口，所述贮气瓶上部设有平衡气压口；所述中心部件竖直固定设有中空管，所述中空管的下部固定设有与中空管连通的第一下接口，所述中空管的上部固定设有与中空管连通的第一上接口，所述中空管内还设有电源、出水管、抽水泵电机、进水管，所述进水管插设在水面下部；所述第三上接口与第二下接口连接，所述第三下接口和第一下接口连接；所述出水管穿过第一上接口与第二上接口连接。
11.作为优选方案，所述第三下接口与第一下接口螺纹连接，所述第一下接口预留有连通中空管和气体收集罩的通道。
12.作为优选方案，所述中心部件还包括与所述中空管固定连接的伸缩杆。
13.作为优选方案，所述伸缩杆使用锁紧装置固定伸缩后的相对位置。
14.作为优选方案，所述伸缩杆上表面设置有电信号连接的控制开关；所述控制开关和电源以及抽水泵电机电信号连接。
15.作为优选方案，所述中空管外部设有稳定圆盘，所述稳定圆盘由直角固定器提供支撑，可转动90
°
与中空管贴近。
16.应用本发明所述的水生生物结皮表面气泡采集装置的采集方法，包括以下步骤：
17.s1：贮气部件的第二上接口与中心部件的第一上接口之间、贮气部件的第二下接口与气体收集部件的第三上接口之间均使用橡胶管连接，中心部件的第一下接口与气体收集部件的第三下接口之间使用螺纹连接，完成中心部件、贮气部件、气体收集部件的安装；
18.s2：采集装置安装完成后，将进水管和气体收集罩没入水中，点击控制开关启动抽水泵电机，保持进水管和气体收集罩始终位于水面以下，持续抽水直至贮气瓶和气体收集罩均充满水且平衡气压口匀速涌水，使用橡胶塞堵住平衡气压口，再次点击控制开关以停止抽水；
19.s3：打开距离报警器，移动气体收集罩至大量气泡上方，缓慢靠近结皮，当听到距离报警器发出“嘀”声时，点击控制开关开始收集气体，收集时震荡电机会带动纱网震动以扰动气泡，震荡电机设有依次增强的两个档位，气体收集完毕后再次点击控制开关停止集气；
20.s4：在贮气部件完成集气过程后，使用铁夹夹住连接贮气瓶第二上接口和第二下接口的两个橡胶管，再对贮气部件、中心部件和气体收集部件进行拆卸；
21.s5：将贮气瓶移至水面以下，取下第二下接口处橡胶管，塞上橡胶塞；再将贮气瓶倒置，使气体在第二下接口处，取下第二上接口的橡胶管，塞上橡胶塞，完成气体收集。
22.本发明实施例一种水生生物结皮表面气泡采集装置，与现有技术相比，其有益效果在于：本发明包括中心部件、贮气部件、收集气体部件，设置三个部件可拆连接组装方便、便于携带。收集气体部件包括罩设在水面的气体收集罩，气体收集罩顶部连通贮气部件、下
部开口设置有两个上下间隔布置的弹性的纱网，纱网具有一定弹性，采集气泡时可保护结皮结构。纱网上方的气体收集罩内壁固定设置有距离传感器，距离传感器可在距离结皮一定距离时发出警报，主动提示本发明装置与结皮结构的距离，所以在采集气体的同时，能通过距离报警器提示调整本发明装置与结皮结构的距离，距离报警器可与弹性纱网的被动保护结合实现对结皮结构的双重保护，有效减少采集气泡时对结皮结构的破坏。两个纱网之间的间隔有震荡电机，所述震荡电机可带动两个纱网上下震动，从而主动扰动打破气泡平衡使气体溢出实现快速收集，所以手持电动采集表面气泡装置采集气泡效率高，可用于野外快速采样。
23.本发明中中心部件的伸缩杆可调节采样装置高度，为采样提供便利，适用于不同深度的采样，不需采集人员长时间弯腰、人工拨动气泡，减轻采集人员的工作量。
24.本发明提供了一种可以收集水流表层区域气体，并且采集快速、气泡损失少、对结皮结构损害低的气泡采集装置，由中心部件、贮气部件和收集气体部件三个部分组成，组装方便、携带轻便、使用简单、使用年限长、适用性广。
附图说明
25.图1为本发明实施例装置主视图；
26.图2为本发明实施例中心部件正视图；
27.图3为本发明实施例中心部件侧视图；
28.图4为本发明实施例中心部件俯视图；
29.图5为本发明实施例贮气部件正视图；
30.图6为本发明实施例收集气体部件正视图；
31.图7为本发明实施例收集气体部件俯视图；
32.图中，1、中心部件；11、铝合金中空管；12、伸缩杆；13、稳定圆盘；111、电源；112、第一上接口；113、出水管；114、微型抽水泵电机；115、进水管；116、第一下接口；121、控制开关；122、防滑锁块；
33.2、贮气部件；21、贮气瓶；211、第二上接口；212、第二下接口；213、平衡气压口；
34.3、收集气体部件；31、气体收集罩；32、距离报警器；33、纱网；34、震荡电机；311、第三上接口；312、第三下接口。
具体实施方式
35.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
36.如图1所示，本发明实施例优选实施例的一种水生生物结皮表面气泡采集装置，包括中心部件1、贮气部件2、收集气体部件3。
37.其中，所述收集气体部件3包括罩设在水面的气体收集罩31，所述气体收集罩31最宽处直径25cm、高10cm，整体高为15cm，包括1cm高的接口，其材质为聚苯乙烯。所述气体收集罩31顶部的直径1cm的接口使用橡胶管连通贮气部件2、下部开口设置有两个上下间隔距离小于0.5cm布置的弹性的纱网33，纱网33为20目聚酯纤维，通过ab胶粘贴固定在气体收集罩31内，纱网33具有弹性可在采集气泡时保护结皮的脆弱结构；所述纱网33上方5cm处的气
体收集罩31内壁固定设置有激光距离传感器32，所述距离传感器32尺寸为4.5cm＊3.8cm＊1.5cm，测量精度0.1cm，最低测距5cm，所述距离传感器32可在距离结皮一定距离时发出警报以提示纱布33与结皮之间的距离，避免对结皮结构造成破坏；所述震荡电机34可带动两个所述纱网33上下震动，主动扰动打破气泡平衡从而达到采集气泡的目的。
38.现有技术中的采集河流气泡的装置使用扰流球在水流的作用下转动时尖刺部可使水底的气泡压力膨胀，聚集，以打破水底气泡的动态平衡，需要跨河绳索进行持续12－24小时的长时间收集，收集的时间过长不能满足快速采集水生生物结皮表面气泡的需要，且扰流球表面的尖刺部会破坏结皮松软结构。本发明提供的水生生物结皮表面气泡采集装置，可以使用震荡电机带动纱网震动达到主动扰动打破气泡平衡的效果，实现快速采集的目的，且距离报警器和纱网对气泡结构进行了双重保护。
39.其中，两个所述纱网33的边缘均粘贴于气体收集罩的内壁上，粘贴纱网33操作简单，方便后续的更换。
40.其中，所述距离报警器32包括激光测距传感器和与所述激光测距传感器电信号连接的有源蜂鸣器模块组以及同时与所述激光测距传感器和所述有源蜂鸣器模块组电信号连接的开关，所述距离报警器32自带电源，所述开关设在气体收集罩外部方便采集时进行控制。
41.其中，如图1所示，所述气体收集罩31上部设有直径1cm的第三上接口311，所述气体收集罩31的侧部设有直径1cm的第三下接口312；所述贮气瓶21侧部设有第二上接口211，所述贮气瓶21下部设有第二下接口212，所述贮气瓶21上部设有平衡气压口213；所述中心部件1包括竖直与伸缩杆12固定的4cm＊4cm的中空管11，所述中空管11的下部固定设有与中空管11连通的直径1cm的第一下接口116，所述中空管11的上部固定设有与中空管11连通的直径1cm的第一上接口112，所述中空管11内还设有电源111、出水管113、抽水泵电机114、进水管115，所述进水管115插设在水面下部；所述第三下接口312和第一下接口116连接；所述第二上接口211和第二下接口212使用橡胶管分别与穿过第一上接口112的出水管113和第三上接口311连接，橡皮管直径应略小于接口直径，以保证气密性。
42.其中，所述第三下接口312与第一下接口116螺纹连接，螺纹连接方便气体收集罩21的安装和拆卸，还可以使气体收集罩21和中空管11的连接更加稳固；所述第一下接口预留有连通中空管11和气体收集罩31的通道，使震荡电机34和电源111可以使用导线连接。
43.其中，所述中心部件1还包括与所述中空管11固定连接的直径4cm的伸缩杆12，所述伸缩杆12最短长度为60cm，最长可达100cm，所述伸缩杆12设有防滑锁块122固定伸缩后的相对位置，当伸缩杆12伸长或缩短时，防滑锁块在两杆相交处锁紧实现伸缩杆长度的固定，防滑锁块可以随时调节，适用于野外采集气泡。
44.其中，所述伸缩杆12上表面设置有电信号连接的控制开关121，控制开关121包括“抽水”按钮和“集气”按钮；所述控制开关121和电源111以及抽水泵电机114电信号连接，使控制开关121可以控制抽水泵电机114以及震荡电机34，达到排空贮气瓶空气并收集气体的目的。
45.其中，所述中空管11外部设有铝合金稳定圆盘13，所述铝合金稳定圆盘13由直角固定器提供支撑，可转动90
°
与中空管11贴近。
46.其中，所述贮气部件2包括贮气瓶21，所述贮气瓶2最宽处直径6cm，整体高10cm，所
述贮气瓶21放置在铝合金稳定圆盘13上，可实现对贮气部件2的固定。
47.本发明的工作过程为：
48.如图1所示，将所述水生生物结皮表面气泡采集装置浸入水中，使中心部件1的进水管115、气体收集罩31没入水中，点击“抽水”按钮，水流通过抽水泵114进入贮气瓶21，直到贮气瓶21和气体收集罩31都充满水(即平衡气压口213有水匀速涌出)后，使用橡胶塞堵住平衡气压口213，橡胶塞密封使贮气装置2保持无气状态，便可以开始收集气体。再次点击“抽水”按钮以停止抽水，打开距离报警器32，并且此时应保证气体收集罩31和进水管115始终在液面以下。
49.如图4、图6、图7所示，所述距离传感器32安装在气体收集罩31底部纱布33上方5cm处，当纱布距离结皮1.5cm时发出“嘀”，0.5－1.5cm无声，小于0.5cm时发出“嘀嘀嘀”报警声。将气体收集罩31和进水管115保持在液面以下，移动气体收集罩31至大量气泡上方，缓慢靠近结皮。当听到“嘀”时，点击“集气”按钮开始收集气体，震荡电机34会带动纱布33震动以扰动气泡，共有两档依次增强，从而实现高效快速收集气体并同时不损害水生生物结皮组织。收集完毕后再次按“集气”按钮停止集气。若中途任何时间发出“嘀嘀嘀”，则需将装置缓慢上移，恢复到距离报警器32不报警的状态，再次进行集气。若需要更换采样位置，仍然要保持气体收集罩31和进水管115在液面以下，再重复上述操作完成集气。
50.如图5所示，所述贮气部件2在集气过程完成后，使用铁夹夹住贮气瓶21连接的两个橡胶管防止漏气，随后将贮气部件2与中心部件1、气体收集部件3分开。将贮气瓶21移至水面以下，取下第二下接口212处橡胶管，塞上橡胶塞；将贮气瓶21倒置，使气体在第二下接口212处，取下第二上接口211的橡胶管，塞上橡胶塞，完成气体收集。
51.综上，本发明实施例提供一种水生生物生物结皮气泡采集装置及采集方法，可以通过震荡电机主动扰动打破气泡平衡使气体溢出实现快速收集，采集效率高，适用于野外采集；采集气体的同时通过报警器提示减少气泡的损失和结皮结构的破坏，保护样品原貌；且本发明采集气泡装置容易安装、便于携带、操作简单、使用年限长、适用范围广。
52.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。