人工湿地基质中水质取样和溶解氧测量仪器及取样测量方法技术

本发明专利技术公开了一种人工湿地基质中水质取样和溶解氧测量仪器，它包括取样装置和测量装置，所述取样装置包括两端敞口的取样管和活塞式真空取样器，取样管的内腔中螺纹装配有支杆，取样管的外壁上套装有定位卡环；测量装置包括水样检测管，水样检测管的两端分别与进样管和进气管相连接，进样管的底部通过L型下三通阀分别与注样管和排样管相连通，注样管通过注样针与取样器相连接；水样检测管内腔中放置有与数据采集仪相连接的氧电极；进气管的顶端通过L型上三通阀分别与压缩氮气存储罐和油封装置相连接。本发明专利技术通过采样装置精准采集基质中的水样，并将水样注入检测装置进行检测，全程为无氧环境，样品不与大气接触，保证了检测数据的精确度。

【技术实现步骤摘要】
人工湿地基质中水质取样和溶解氧测量仪器及取样测量方法
本专利技术涉及环境监测
，具体的说是一种人工湿地基质中水质取样和溶解氧测量仪器及取样测量方法。
技术介绍
基质是污水人工湿地生态净化系统中微生物及其种群栖息、生存、繁衍、代谢的物质载体。研究表明：在人工湿地基质床环境中显著存在着缺氧区、厌氧区、好氧区。其中缺氧区、厌氧区、好氧区各分区大小和分区比例对人工湿地净化效果有一定的影响。因此优化人工湿地结构设计，合理设计缺氧区、厌氧区、好氧区分区大小并充分培育与之相适应的微生物种群（缺氧区以兼性微生物为优势种属，厌氧区以厌氧微生物为优势种属，好氧区以好氧微生物为优势种属）可以看做是人工湿地系统利用A2O（即缺氧—厌氧—好氧）污水处理技术原理对其净化功能的工程强化措施，改善了湿地系统对COD（化学需氧量）、TN（总氮）、TP（总磷）的去除效果。在人工湿地结构设计相关科学研究中，充分认识湿地系统中缺氧区、厌氧区、好氧区的主体功能及其与设计、运行参数之间的内在规律，并通过设计、运行优化对系统有益功能施加强化是目前研究探索的方向之一。因此测定人工湿地基质床环境中氧浓度分布特征与进水水质、渗透速率，目标污染物去除率、植物根系发育程度之间的协同关系是进行此类研究必不可少的一个重要环节。为了测绘人工湿地基质床环境中氧浓度分布图，需要在基质床中布设大量的测量点矩并检测各点矩处的氧浓度。研究实践中常采用两种方法来实现，一种为原位检测法，即在检测点矩处埋设氧传感器，氧传感器通过信息数据线与基质外部的数据采集器相连，实时动态地检测该点的氧浓度。原位检测法在实际操作中存在诸多困难。（1）由于测绘氧浓度分布图需要相当数量级的测量数据，因此测量点矩布设相对密集，这样造成需要埋设的氧传感器数量庞大，初期投入费用高昂；（2）氧传感器之间距离较近，相互不便容错；（3）成束的信息数据线在引出时穿透基质床，干扰湿地系统原生的渗流形态；（4）氧传感器没有自动清洗功能，粘附在传感器上的污物会导致检测数据不准；（5）氧传感器长期埋置在基质床中，传导膜容易损坏，不容易保养，维修，更换。如果采用取出传感器，维护后再植入的方法，则湿地系统的生态，动力学联系被破坏，使前后研究之间的关联性无法得到体现。另一种为异地检测法，即通过水质取样器提取测量点矩处的水样并移样到异地（相对于原位而言）一个相对独立的检测环境中进行氧浓度检测。异地检测法在目前实践中存在以下困难：（1）湿地系统渗流环境为基质所填充，并不能采取常用的河湖水质取样器取样，水样提取不方便；（2）水样在提取，移样，倒样、检测等操作过程中不易规避水样与周围大气环境的接触而造成氧传递。因为在人工湿地里除去进水端大部分都是厌氧环境，水样的溶解氧浓度都比较低，如果与大气接触，大气中的氧气就会通过复氧过程进入到水样中，这样水样的溶氧检测值就不能反应真实值。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种人工湿地基质中水质取样和溶解氧测量仪器及取样测量方法，在封闭、无触氧环境下完成基质水质取样和溶解氧的检测，水样全程不与大气接触，能够准确地反应基质中水样的溶氧检测指标。为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：一种人工湿地基质中水质取样和溶解氧测量仪器，它包括取样装置和测量装置，所述取样装置包括两端敞口的取样管和活塞式真空取样器，取样管内壁上下两端均开设有内螺纹，取样管下端内螺纹的上部侧壁上开设有进液孔，取样管上端内螺纹的下方侧壁上设置有导流管，导流管通过软管与取样器相连接，软管的两端分别通过管卡固定在导流管和取样器上；取样管的内腔中装配有支杆，支杆的顶部和底部均设置有与取样管端部内螺纹相适配的外螺纹，支杆的中部外径小于取样管的内径；取样管的外壁上套装有定位卡环；所述测量装置包括两端敞口的水样检测管，水样检测管的两端安装有橡胶塞，进样管贯穿下部的橡胶塞伸入水样检测管中，进样管的底部通过L型下三通阀分别与注样管和排样管相连通，注样管内填塞有软木塞，注样管通过注样针与取样器相连接；水样检测管内腔中放置有与数据采集仪相连接的氧电极；进气管贯穿上部的橡胶塞伸入水样检测管中，进气管的顶端通过L型上三通阀分别与压缩氮气存储罐和油封装置相连接。优选的，所述油封装置包括与上三通阀相连通的密闭膨胀罐，密闭膨胀罐的底部通过U型管与平衡罐的底部相连通，密闭膨胀罐与平衡罐的高度相同，密闭膨胀罐和平衡罐中盛装有油封，平衡罐的顶端敞口；注样前油封的液位必须低于进气管顶端高程，密闭膨胀罐和U型管中油封的总体积以及平衡罐油封上部罐体预留体积应大于取样器的体积，即应大于水样的最大注样体积。优选的，所述油封装置包括一端与上三通阀相连通的U型管，U型管的另一端与平衡罐的底部相连通，顶端敞口的平衡罐中盛装有油封；注样前油封的液位必须低于进气管顶端高程，U型管中油封的总体积以及平衡罐油封上部罐体预留体积应大于取样器的体积，即应大于水样的最大注样体积。优选的，所述油封装置包括左侧与上三通阀相连通的U型管，U型管的右侧支管高为左侧支管高的2-4倍；U型管中盛装有油封；注样前油封的液位必须低于进气管顶端高程，U型管右侧支管油封上部预留体积应大于取样器的体积，即应大于水样的最大注样体积。优选的，所述定位卡环包括环体，环体的侧壁上安装有卡紧螺栓，环体的底部焊接有圆环形底盘，底盘的外径为环体直径的2-3倍。优选的，所述进液孔距离取样管内壁下部的内螺纹顶端1-2mm。优选的，所述支杆顶部和底部的外螺纹长度分别与取样管内壁上端和下端的内螺纹的长度相等。优选的，所述支杆的顶端安装有螺帽，底端设置有锥形的刃脚。优选的，所述支杆和取样管均由硬质材料制备而成，软管的中部安装有锁止阀。一种人工湿地基质中水质取样和溶解氧测量方法，该方法利用上述的人工湿地基质中水质取样和溶解氧测量仪器来完成，它包括以下步骤：步骤一、组装取样装置：将定位卡环套在取样管的外壁上，调整至定位卡环底部的圆盘的下表面至进液孔的高度与待取样深度相同，调整卡紧螺栓将定位卡环固定牢固；在支杆外螺纹部位涂抹凡士林后，将支杆与取样管进行装配，支杆下部的外螺纹与取样管下部的内螺纹旋转装配至支杆下部的外螺纹封堵住进液孔后停止旋转；将取样器和导流管用软管连接好，软管的两端用管卡固定牢靠；步骤二、取样：将取样管垂直插入人工湿地基质床中，直至定位卡环底部圆盘的下表面与基质床表面相贴敷，此时取样管下部的进液孔对正取样位置，拉动取样器的活塞，将取样管腔体内的空气排出并锁紧软管上的锁止阀；再次旋转支杆继续下转，直至进液孔暴露于基质床水环境中，形成了从基质床水环境→进液孔→取样管腔体→导流管→软管→取样器的封闭水流通道，避免了取样过程中水样与大气氧环境的接触；打开锁止阀并匀速拉动取样器的活塞，将水样吸入取样器中；取样结束后，关闭锁止阀，将软管与导流管连接处的管卡打开，软管从导流管上取下，同时将软管安装至注样针的尾端；步骤三、水样注入测量装置：将注样针的前端插入至注样管中，调整下三通阀使注样管与进样管相连通，调整上三通阀使进气管与油封装置相连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种人工湿地基质中水质取样和溶解氧测量仪器，它包括取样装置和测量装置，其特征在于：所述取样装置包括两端敞口的取样管（1）和活塞式真空取样器（7），取样管（1）内壁的上下两端均开设有内螺纹，取样管（1）下端内螺纹的上部侧壁上开设有进液孔（4），取样管（1）上端内螺纹的下方侧壁上设置有导流管（3），导流管（3）通过软管（8）与取样器（7）相连接，软管（8）的两端分别通过管卡固定在导流管（3）和取样器（7）上；取样管（1）的内腔中装配有支杆（5），支杆（5）的顶部和底部均设置有与取样管（1）的端部内螺纹相适配的外螺纹，支杆（5）的中部外径小于取样管（1）的内径；取样管（1）的外壁上套装有定位卡环（2）；/n所述测量装置包括两端敞口的水样检测管（11），水样检测管（11）的两端安装有橡胶塞，进样管（23）贯穿下部的橡胶塞伸入水样检测管（11）中，进样管（23）的底端通过L型下三通阀（12）分别与注样管（18）和排样管（19）相连通，注样管（18）内填塞有软木塞，注样管（18）通过注样针（10）与取样器（7）相连接；水样检测管（11）内腔中放置有与数据采集仪（15）相连接的氧电极（14）；进气管（22）贯穿上部的橡胶塞伸入水样检测管（11）中，进气管（22）的顶端通过L型上三通阀（13）分别与压缩氮气存储罐（16）和油封装置相连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种人工湿地基质中水质取样和溶解氧测量仪器，它包括取样装置和测量装置，其特征在于：所述取样装置包括两端敞口的取样管（1）和活塞式真空取样器（7），取样管（1）内壁的上下两端均开设有内螺纹，取样管（1）下端内螺纹的上部侧壁上开设有进液孔（4），取样管（1）上端内螺纹的下方侧壁上设置有导流管（3），导流管（3）通过软管（8）与取样器（7）相连接，软管（8）的两端分别通过管卡固定在导流管（3）和取样器（7）上；取样管（1）的内腔中装配有支杆（5），支杆（5）的顶部和底部均设置有与取样管（1）的端部内螺纹相适配的外螺纹，支杆（5）的中部外径小于取样管（1）的内径；取样管（1）的外壁上套装有定位卡环（2）；
所述测量装置包括两端敞口的水样检测管（11），水样检测管（11）的两端安装有橡胶塞，进样管（23）贯穿下部的橡胶塞伸入水样检测管（11）中，进样管（23）的底端通过L型下三通阀（12）分别与注样管（18）和排样管（19）相连通，注样管（18）内填塞有软木塞，注样管（18）通过注样针（10）与取样器（7）相连接；水样检测管（11）内腔中放置有与数据采集仪（15）相连接的氧电极（14）；进气管（22）贯穿上部的橡胶塞伸入水样检测管（11）中，进气管（22）的顶端通过L型上三通阀（13）分别与压缩氮气存储罐（16）和油封装置相连接。


2.根据权利要求1所述的人工湿地基质中水质取样和溶解氧测量仪器，其特征在于：所述油封装置包括与上三通阀（13）相连通的密闭膨胀罐（17），密闭膨胀罐（17）的底部通过U型管（20）与平衡罐（21）的底部相连通，密闭膨胀罐（17）与平衡罐（21）的高度相同，密闭膨胀罐（17）和平衡罐（21）中盛装有油封，平衡罐（21）的顶端敞口；注样前油封的液位必须低于进气管（22）顶端高程，密闭膨胀罐（17）和U型管（20）中油封的总体积以及平衡罐（21）油封上部罐体预留体积应大于取样器（7）的体积。


3.根据权利要求1所述的人工湿地基质中水质取样和溶解氧测量仪器，其特征在于：所述油封装置包括一端与上三通阀（13）相连通的U型管（20），U型管（20）的另一端与平衡罐（21）的底部相连通，顶端敞口的平衡罐（21）中盛装有油封；注样前油封的液位必须低于进气管（22）顶端高程，U型管（20）中油封的总体积以及平衡罐（21）油封上部罐体预留体积应大于取样器（7）的体积。


4.根据权利要求1所述的人工湿地基质中水质取样和溶解氧测量仪器，其特征在于：所述油封装置包括左侧与上三通阀（13）相连通的U型管（20），U型管（20）的右侧支管高为左侧支管高的2-4倍；U型管（20）中盛装有油封；注样前油封的液位必须低于进气管（22）顶端高程，U型管（20）右侧支管油封上部预留体积应大于取样器（7）的体积。


5.根据权利要求1或2或3或4任一项所述的人工湿地基质中水质取样和溶解氧测量仪器，其特征在于：所述定位卡环（2）包括环体（201），环体（201）的侧壁上安装有卡紧螺栓（203），环体（201）的底部焊接有圆环形底盘（202），底盘（202）的外径为环体（201）直径的2-3倍。


6.根据权利要求5所述的人工湿地基质中水质取样和溶解氧测量仪器，其特征在于：所述进液孔（4）距离取样管（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王少峰，刘彦汐，张惠宁，张玉蓉，王惠敏，赵红花，胡家玮，
申请(专利权)人：兰州理工大学，四川水利职业技术学院，
类型：发明
国别省市：甘肃;62