水下水样原位采集装置及水样采集方法
【专利摘要】本发明提供了一种水下水样原位采集装置及水样采集方法，它可以解决现有技术存在的无法采集中底层原位水样和打开采样瓶盖等方面存在不足。技术方案是，一种水下水样原位采集装置，在底板上方安装有活动底座，采水容器设在活动底座上，在上板上固定有电控阀门，采集水样时，所述活动底座向上移动，使得电控阀门出口管端上的密封件与采水容器的顶部周面始终密封，所述电控阀门出口管与所述采水容器相通。本发明具有操作简单可靠、深度控制准确、电控球阀开闭动作可靠和采样保持原位状态不受上下水体的干扰等优点。适合油类污染分析用的原位水样采集，适合生物分析用的原位水样采集。
【专利说明】水下水样原位采集装置及水样采集方法
【技术领域】
[0001]本发明属于海洋环境调查【技术领域】，具体地说，涉及一种是电控球阀式中底层水下水样原位采集装置及水样采集方法。
【背景技术】
[0002]随着海洋的开发，环境污染也日益严重。其中海洋油类污染问题已经引起了广泛关注。石油污染海洋，给海洋生态环境带来巨大的危害。首当其冲的是，占大约整个海洋总生产力95%的海洋食物链最低层的浮游生物。溶解在海水中的石油对鱼类危害更大。它损害鱼类各种组织和器官。石油对鱼卵和仔鱼危害明显。一升海水中含0. I毫克的油,就会造成孵化出来的幼鱼全部是畸形的，且只能存活I?2天。生活在海底的底栖动物，如海参、各种贝类、海星、海胆等，对石油极其敏感，即使生活环境中只有极少量的石油，也会影响贝类的活动和繁殖。造成水产资源遭到破坏。石油污染一般都带有如苯并芘、苯并蒽类致癌物质。这些物质很容易在海洋生物体内积累和富集，很难分解。受到污染了的海洋食物中致癌物质的含量要比非海洋食物高上百至几千倍。食用污染的海产品就有可能将等致癌物质摄入体内，最终危害人体健康。生物链受到污染。以海鸟为例，会因石油进入到消化道从而对胃肠造成严重刺激，使肝内脂肪变化，肾上腺扩大，使得海鸟变得厌食，慢慢饿死。生活在油污染区的海兽，如鲸、海豚、海狮、海獭的嗅觉很迟钝，造成因此带来的种种伤害。据报道，近50年来因油类污染已有1000多种海生生物灭绝，海洋生物已减少了 40%。石油污染恶化水体。
[0003]进入海洋环境中的石油，其自然降解和微生物分解，会消耗掉海水中大量的溶解氧。为了氧化I克石油，大约需要3?4毫升的氧气。I升石油被完全氧化，将要消耗尽40万升海水中的氧气，相当于面积I平方米，深400米水柱中的全部溶解氧量。海水严重缺氧，殃及所有海洋生物，从浮游生物到庞大的海兽。同时油类可以形成大片黑褐色的固体块，破坏自然景观。受油类污染的盐碱滩中，毒性作用可持续多年，阻碍生物的重新集群。最近几十年来，我国沿海水产资源衰退，渔场外移，传统的经济鱼类捕捞量明显下降，与海洋受到的油污染不无关系。
[0004]2011年9月2日，中海油蓬莱19-3油田漏油事件，也称康菲漏油事件，对渤海生态环境造成了严重的污染，由于法律和监测检测手段的不到位，致使事件迟迟不能得到有效的处理，在联合调查过程中，使用的水样采集设备和方法受到国外专家的质疑。
[0005]不同深度水体中含油量的采样调查，对于分析研究根据油在水体中存在形式的多样性，分布不均匀性及油对水体的污染情况，采集漂浮油、分散油、乳化油和溶解油等多种形式的存在方式，了解油类在水体转移、分解、扩散和变化的规律，对于海洋调查和科学研究具有重要的意义和作用。
[0006]采集油类水样有它的特殊性，有机玻璃、橡胶等材料容易被油玷污，不能用于采集油类水样。
[0007]生物类研究用的原位水样采集也提出了同样的使用要求，即保持采样瓶消毒后的干净状态，到达设定深度时候开始采集水样，保证采集的水样代表采集点的原位状态。
[0008]目前没有用于采集原位水样的中底层采集器。现有普遍使用的是机械式原位采水器，利用的是机械原理，采水器放入水下，下降到设定深度，浮球的浮力拉开容器的盖子，容器灌满水后，提升到水面。其存在的缺点是：
1.深度不能达到要求：现有技术的方式，不适合10米以下的深度，因为在水下压力作用下，打开盖子需要较大的力，浮球和重力难以实现；
2.水下深度控制不准确：水下深度控制靠缆绳下降的长度进行计算，受海流等干扰在倾斜状态需要估算，采样深度位置不准确；
3.缆绳容易缠绕，影响采水成功率：深度较深的时候在水流的作用下浮球的缆绳和采水器缆绳容易缠绕，影响正常工作。
[0009]4.采水后瓶子上的盖密封不严：水下采样瓶灌满后，重力和浮力作用使盖不能完全密封合上，在上升过程中采样瓶内的水样容易受到其它水层的干扰，水样混合不能真实地反映设定深度水质状态，利用这样的水样得出的结果与实际结果会有一定差别，因而受到专家的质疑。
[0010]可见，现有机械式采水器技术在采水过程中，通过开关盖子实现采水，会造成关盖不严的漏水问题，由此使得水样不真实。由于以上不足，无法采集中底层水样，在表层水样采集时工作效率低，采集的水样影响正常使用和测试结果。
[0011]现有深层采水器，其原理是用管状容器放入水下，到达设定深度后，把管状容器的上下端密封，采集到设定深度的水样。但这种方式在管状容器下放过程中接触不同层次的水样，对设定深度的水样状态产生干扰，不能满足原位采集的要求，不适合油类以及生物类水样采集。
【发明内容】
[0012]本发明提供了一种水下水样原位采集装置及水样采集方法，它可以解决现有技术存在的上述问题，并满足中底层水样原位采集的需要，解决现有技术存在的在水下原位采集深度方面存在的不足，采集100米以内深度的原位水样。
[0013]为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是，一种水下水样原位采集装置，所述装置包括水上装置和水下装置，所述水上装置和所述水下装置之间连接有电缆线，所述水上装置包括控制器，所述水下装置包括框架、多根导柱、传感器、至少一个采水容器，所述框架包括上板、侧板和底板，所述上板和底板之间连接有所述导柱，在所述底板上方安装有活动底座，所述采水容器设在所述活动底座上，在所述上板上固定有电控阀门，采集水样时，所述活动底座向上移动，使得电控阀门出口管端上的密封件与所述采水容器的顶部周面始终密封，所述电控阀门出口管与所述采水容器相通。
[0014]在本发明的技术方案中，还具有以下附加技术特征：
所述底板上装有固定螺杆，所述活动底座通过螺纹与所述固定螺杆连接，在所述活动底座下方的所述固定螺杆上装有调节螺母，当所述采水容器的顶部周面上升至与所述电控阀门出口管端上的密封件接触时，用所述调节螺母固紧，使所述采水容器的顶部周面始终处于密封状态。
[0015]所述活动底座套装在至少两根所述导柱上，使所述活动底座在上下移动中由导柱导向。所述电控阀门出口管端上具有凹槽，所述密封件装在所述凹槽内，所述密封件为橡胶密
封件。
[0016]所述电控阀门为电控球阀。
[0017]所述采水容器为玻璃瓶体或不锈钢瓶体，所述瓶体的顶部周面为圆环形平面。
[0018]所述传感器为压力传感器，或水位传感器。
[0019]活动底座具有轴套部分和法兰部分，活动底座通过轴套部分与固定螺杆连接，活动底座的法兰部分套装在两根所述导柱上，使所述活动底座在上下移动中由导柱导向。
[0020]一种中底层水下水样原位采集装置的水样采集方法，所述方法按照下述步骤进行：
①、连接好水下装置吊放的缆绳；
②、松开水下装置中的调节螺母，把采样容器放到活动座上，通过导柱确定横向位置；
③、向上旋紧调节螺母，推动活动座上升，同时推动采样容器上升，直到采水容器的顶部周面上升至与所述电控阀门出口管端上的密封件接触时，用调节螺母固紧，压紧容器口处的密封圈，在水下过程中，所述采水容器的顶部周面始终处于密封状态；
④、把水下装置徐徐放入水中；
⑤、当水下装置下降到达设定的水下深度时，水下装置中的压力传感器检测水深，生成检测信号输出至控制器，所述控制器根据接收到的检测信号判断水位，并在水位到达设定值时输出控制信号至电控阀门，开启电动阀阀门，向采水容器内进水，经过设定的时间后，控制部分自动关闭电控阀门，停止采水容器进水；
⑥、将水下装置拉到水上，松开调节螺母，取出采水容器，封闭采水容器口，保存水样供分析研究使用。
[0021]本发明提供了电控球阀式中底层水下水样原位采集装置及水样采集方法，它可以采集不同深度的水下油类水样，在下放和提升过程中不受其他深度水样的混入干扰，从而保证所采集水样的原位特征。
[0022]本发明与现有技术相比具有以下优点和积极效果：
I、电控球阀安装在采水容器瓶口处，在采水过程中，通过电控球阀控制进水和停止进水，不设置瓶盖，也就无需开关瓶盖，使采水容器的顶部周面始终处于密封状态，因而不会出现采水完毕后，瓶盖关闭不严的问题，避免了不同深度的水混合的问题，因而保证了采集水样的准确性。
[0023]2、采用下置式活动底座，通过移动活动底座固定和压紧采水容器，省去了瓶盖，使电控阀门的出口管直接对装在采水容器的瓶口处，进水和停止进水是通过电控阀门的开关来实现，电控阀门关闭时，密封可靠，不会发生不同水位的水从电控阀门混入容器的问题。
[0024]3、采用下置式活动底座结构，当需要拆下容器时，只要松开调节螺母，使活动底座下移，就可取下容器，结构简单实用，拆装容器方便快捷，提高了效率。
[0025]4、采用瓶口周面与密封件的密封方式，整个瓶口的环行周面与密封件压紧贴合，形成环行面接触，密封可靠。
[0026]5、采用传感器控制深度，可以得到准确深度的水样。【专利附图】
【附图说明】
[0027]图I是本发明水下水样原位采集装置及水样采集方法主视图；
图2是图I的左视图；
I、电动阀门，1-1、电控阀门出口管；1_2、密封件；2、上板，3、水下电控仓，4、水下电控仓盖，5、瓶口密封圈，6、导柱，7、采样容器，8、活动底座，9、调节螺母，10、固定螺杆，11、安装螺母，12、底板，13、安装螺母，14、安装螺钉，15、侧板；s、传感器；
图3是本发明水下水样原位采集装置及水样采集方法示意图。
[0028]16、水下装置；17、水面；18、缆绳；19、电缆；20、甲板单元；21、调查船。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和实施例对本发明进行详细地描述。
实施例
[0030]参见图I和图2，一种水下水样原位采集装置，所述装置包括水上装置和水下装置，所述水上装置和所述水下装置之间连接有电缆线，所述水上装置包括控制器，所述水下装置主要包括框架、多根导柱6、压力传感器S、两个采水容器7，所述框架包括上板2、侧板15和底板12，所述上板2和底板12之间连接有所述导柱6，在所述底板12上方安装有活动底座8，两个所述采水容器7设在各自的所述活动底座8上，在所述上板2上固定有电控阀门1，采集水样时，所述活动底座8向上移动，使得电控阀门出口管端上的密封件与所述采水容器的顶部周面始终密封，而所述电控阀门出口管1-1与所述采水容器7相通。所述底板12上装有固定螺杆10，所述活动底座8通过螺纹与所述固定螺杆10连接，活动底座8具有轴套部分8-1和法兰部分8-2，活动底座8通过轴套部分8-1与固定螺杆10连接，活动底座8的法兰部分8-2套装在两根所述导柱6上，使所述活动底座8在上下移动中由导柱6导向。在所述活动底座8的轴套部分8-1下方的所述固定螺杆10上装有调节螺母9，当所述采水容器7的顶部周面上升至与所述电控阀门出口管端1-1上的密封件1-2接触时，用所述调节螺母9固紧，使所述采水容器7的顶部周面始终处于密封状态。
[0031 ] 所述电控阀门出口管1-1端上具有凹槽，所述密封件1-2装在所述凹槽内，所述密封件为橡胶密封件。在本实施例中，所述电控阀门I采用电控球阀。电控球阀具有开闭可靠，密封性好等特点。
[0032]所述采水容器为玻璃瓶体或不锈钢瓶体，所述瓶体的顶部周面为圆环形平面，瓶口形成一圈环形平面，有利于与密封件1-2有效的密封。在本实施例中，采水容器采用玻璃瓶体，所述传感器s采用压力传感器S。
[0033]参见图3，工作过程如下：
①、在甲板上连接好水下装置16吊放的缆绳18；
②、在甲板上连接水下装置16和甲板单元20之间的电缆19；
③、松开水下装置中的调节螺母10，把采样瓶放到活动座上，靠导柱6确定横向位置；
④、推动活动座8上升，同时推动采样瓶7上升，直到压紧瓶口处的密封件1-2，固紧 调节螺母10 ；
⑤、同样的步骤装第二个采样瓶I; ⑥、打开甲板单元20的开关；
⑦、人工把水下装置16徐徐放入水中；
⑧、当水下装置16下降到达设定的深度时，水下装置16中的传感器s反馈信息到甲板 单元20，甲板单元20显示并发出声光信号提醒已经到达设定深度，停止下放；
⑨、手动开启甲板单元20的采水控制开关，控制水下装置16打开电控球阀1，通过电 控球阀的出口管1-1孔向采样瓶7内进水；
⑩、经过设定的时间后，控制部分自动关闭电控球阀1，停止采样瓶7进水；
?、人工把水下装置16拉到甲板；
?、松开调节螺母10，取出采样瓶7，盖上瓶盖，保存水样供分析研究使用。
[0034]本发明获取的样品，可以分析油类含量等指标，排除了其他水层的扰动和影响。
[0035]本发明具有操作简单可靠、深度控制准确、电控球阀开闭动作可靠和采样保持原位状态不受上下水体的干扰等优点。适合油类污染分析用的原位水样采集，适合生物分析用的原位水样采集。
[0036]以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。凡未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
【权利要求】
1.一种水下水样原位采集装置，所述装置包括水上装置和水下装置，所述水上装置和所述水下装置之间连接有电缆线，所述水上装置包括控制器，所述水下装置包括框架、多根导柱、传感器、至少一个采水容器，所述框架包括上板、侧板和底板，所述上板和底板之间连接有所述导柱，其特征在于，在所述底板上方安装有活动底座，所述采水容器设在所述活动底座上，在所述上板上固定有电控阀门，采集水样时，所述活动底座向上移动，使得电控阀门出口管端上的密封件与所述采水容器的顶部周面始终密封，所述电控阀门出口管与所述采水容器相通。
2.根据权利要求I所述的一种水下水样原位采集装置，其特征在于：所述底板上装有固定螺杆，所述活动底座通过螺纹与所述固定螺杆连接，在所述活动底座下方的所述固定螺杆上装有调节螺母，当所述采水容器的顶部周面上升至与所述电控阀门出口管端上的密封件接触时，用所述调节螺母固紧，使所述采水容器的顶部周面始终处于密封状态。
3.根据权利要求2所述的一种水下水样原位采集装置，其特征在于：所述活动底座套装在至少两根所述导柱上，使所述活动底座在上下移动中由导柱导向。
4.根据权利要求3所述的一种水下水样原位采集装置，其特征在于：所述电控阀门出口管端上具有凹槽，所述密封件装在所述凹槽内，所述密封件为橡胶密封件。
5.根据权利要求I或2或3或4所述的一种水下水样原位采集装置，其特征在于：所述电控阀门为电控球阀。
6.根据权利要求I所述的一种水下水样原位采集装置，其特征在于：所述采水容器为玻璃瓶体或不锈钢瓶体，所述瓶体的顶部周面为圆环形平面。
7.根据权利要求I所述的一种水下水样原位采集装置，其特征在于：所述传感器为压力传感器，或水位传感器。
8.根据权利要求3所述的一种水下水样原位采集装置，其特征在于：活动底座具有轴套部分和法兰部分，活动底座通过轴套部分与固定螺杆连接，活动底座的法兰部分套装在两根所述导柱上，使所述活动底座在上下移动中由导柱导向。
9.一种权利要求I所述的一种水下水样原位采集装置的水样采集方法，其特征在于，所述方法按照下述步骤进行： ①、连接好水下装置吊放的缆绳； ②、松开水下装置中的调节螺母，把采样容器放到活动座上，通过导柱确定横向位置； ③、向上旋紧调节螺母，推动活动座上升，同时推动采样容器上升，直到采水容器的顶部周面上升至与所述电控阀门出口管端上的密封件接触时，用调节螺母固紧，压紧容器口处的密封圈，在水下过程中，所述采水容器的顶部周面始终处于密封状态； ④、把水下装置徐徐放入水中； ⑤、当水下装置下降到达设定的水下深度时，水下装置中的传感器检测水深，生成检测信号输出至控制器，所述控制器根据接收到的检测信号判断水位，并在水位到达设定值时输出控制信号至电控阀门，开启电动阀阀门，向采水容器内进水，经过设定的时间后，控制部分自动关闭电控阀门，停止采水容器进水； ⑥、将水下装置拉到水上，松开调节螺母，取出采水容器，封闭采水容器口，保存水样供分析研究使用。
【文档编号】G01N1/10GK103698154SQ201310189656
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年5月21日 优先权日:2013年5月21日
【发明者】侯广利, 贺江, 汤永佐, 刘岩, 姜人好, 褚东志, 张婷, 曹璐, 张述伟, 张颖颖, 张颖, 刘冬彦, 吕婧, 王茜, 石小梅 申请人:山东省科学院海洋仪器仪表研究所