用于城市排水管网水样采集的便携式装置 |
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| 申请号 | CN201710742523.7 | 申请日 | 2017-08-25 | 公开(公告)号 | CN107389379A | 公开(公告)日 | 2017-11-24 |
| 申请人 | 未名环境分子诊断(常熟)有限公司; | 发明人 | 陈自恩; 张巍; 李喜青; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种用于城市排 水 管网水样采集的便携式装置，包括动 力 模 块 、收集模块、 采样 头模块，其中动力模块与收集模块通过管路相连，采样头模块与收集模块通过管路相连，采样头模块的采样头为圆柱形不锈 钢 滤头，采样头上设置过滤部件。本发明采样头模块的采样头为圆柱形 不锈钢 滤头，其孔径小于井盖的孔径，可直接探入用开启井盖即可快速采样的效果。本发明的过滤部件为外部纵向刮除部件和内部横向剔除部件，由于其内部横向剔除部件为不锈钢材质，同时结合圆柱形不锈钢滤头，一方面增大的采样头模块的 质量 ，有助于克服管道弯曲造成的下落路径偏离，另一方面实现了无需拆卸滤头进行清理即可快速进行下一采样点采样的效果。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于城市排水管网水样采集的便携式装置，其特征在于：包括动力模块、收集模块、采样头模块，其中动力模块与收集模块通过管路相连，采样头模块与收集模块通过管路相连，采样头模块的采样头为圆柱形不锈钢滤头，采样头上设置过滤部件。 |
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| 说明书全文 | 用于城市排水管网水样采集的便携式装置技术领域背景技术[0002] 城市排水管网是城市污水的收集、输送系统，是现代化城市不可缺少的重要基础设施，对城市的经济发展具有全局性、先导性影响。一个城市的排水设施包括：接纳、输送城市排水的管网、泵站、沟渠，起调蓄功能的池塘、河道等。其中排水管网是最重要的组成部分，分为雨水和污水管网两部分。雨水管网主要收集城市雨水径流，初期径流得到一定处理后，与后期的雨水径流一起排入地表水体。污水管网将收集的工业、生活污水送入污水处理厂，经过处理后再排入地表水体，实现水资源的循环利用。“十二五”期间，我国城镇生活污水处理实现了跨越式发展，新增污水管网10.94万公里。“十三五”时期，我国将进一步推进城市排水管网建设，力争实现建制镇排水管网全覆盖，进一步提高城镇污水处理能力，实现城市污水集中处理率达到95％。 [0003] 污水在管网内的输送过程中水质会发生变化，污水处理和城市水资源循环利用的前提条件就是确保水质的安全，因此，污水管网的水质监测日益受到重视。市政、环保、水务部门都需要定期对污水管网中的不同结点进行采样，分析污水中污染物的组分变化和含量特征，及时了解城市污水水质变化，做出相应的应对。同时，对雨水管网也需要定期监测，掌握城市雨水径流的污染特征，判断是否对地表水体水质造成冲击。 [0004] 因此，排水管网的水样采集和监测对城市排水管理具有很重要的意义。传统的管网水样采集，是在管网的节点上，采用人工开启井盖，用简易采样器皿(如吊桶、水舀等)探入井中，或者采样人员进入井内的办法采集。这种做法费时、费力，同时人员进入井内，会产生较大的安全风险。在居民小区、单位大院内的管网节点，很多采用水泥板井盖，十分笨重，采样需要多人耗费很大的体力，对高频率的人工采样带来了非常大的负担。交通道路上的铸铁井盖，虽然相对容易开启，但采样时会影响交通，同时由于需要多点采样，由于井下的水质问题，水藻等物质容易对采样器产生干扰，如何快速的进行多点采样，是目前面临的最大问题。 发明内容[0005] 1、发明目的。 [0006] 本发明提供一种排水管网中采集水样的便携式装置，该装置可全天候放置于野外进行样品采集，符合实际工作中对雨水和污水管网中水样的采集需求。 [0007] 2、本发明所采用的技术方案。 [0008] 本发明提出的用于城市排水管网水样采集的便携式装置，包括动力模块、收集模块、采样头模块，其中动力模块与收集模块通过管路相连，采样头模块与收集模块通过管路相连，采样头模块的采样头为圆柱形不锈钢滤头，采样头上设置过滤部件。 [0009] 更进一步具体实施方式中，所述的过滤部件为外部纵向刮除部件和内部横向剔除部件。 [0010] 更进一步具体实施方式中，所述的采样头模块包括筛孔滤头、浮标、刮套、钢筛、采样头本体构成；筛孔滤头为不锈钢滤头位于采样头本体末端，筛孔滤头为圆柱形不锈钢材料，直径小于下水道盖的孔径：外部纵向刮除部件为圆柱形刮套可上下移动，位于采样头本体与筛孔滤头的衔接处；内部横向剔除部件为钢筛，钢筛为中间可分裂开的圆柱体，从采样头本体延伸至筛孔滤头，其上布满小于筛孔滤头筛孔的尖刺，可分裂开横向平移去除筛孔滤头堵塞杂质。 [0011] 更进一步具体实施方式中，钢筛为中间可分裂开的圆柱体，从采样头本体延伸至筛孔滤头，其位于采样头本体段中，圆柱体内部设置弹簧，外部设置横向支杆，横向支杆末端穿过采样头本体，通过按压横向支杆压缩圆柱体内部弹簧，并通过采样头本体外部的卡扣卡住横向支杆使弹簧保持压缩状态，其中圆柱体内部设置弹簧的部分留有压缩弹簧的长度的凹槽，使弹簧处于压缩状态时可紧密闭合圆柱体。 [0013] 更进一步具体实施方式中，还包括尼龙网，其孔径小于不锈钢滤头的孔径。 [0014] 更进一步具体实施方式中，所述的动力模块包括两个阀门、气筒、活塞、弹簧；两个阀门位于动力模块底部的左右两侧分别设置，活塞的上部为弹簧驱动活塞在气筒内部上下运动进而控制位于底部两端的两个阀门配合动作。 [0015] 更进一步具体实施方式中，所述的收集模块包括胶管、导管、橡胶塞、水位探测信号终端、采样瓶；采样瓶的顶端通过橡胶塞密封，橡胶塞设置两个孔径，分别探入胶管、导管；其中导管与动力模块中的一个阀门连接，胶管上端安装水位探测信号终端。 [0016] 3、本发明所产生的技术效果。 [0017] (1)本发明采样头模块的采样头为圆柱形不锈钢滤头，其孔径小于井盖的孔径，可直接探入用开启井盖即可快速采样的效果。 [0018] (2)本发明的过滤部件为外部纵向刮除部件和内部横向剔除部件，由于其内部横向剔除部件为不锈钢材质，同时结合圆柱形不锈钢滤头，一方面增大的采样头模块的质量，有助于克服管道弯曲造成的下落路径偏离，另一方面实现了无需拆卸滤头进行清理即可快速进行下一采样点采样的效果。附图说明 [0019] 图1为本发明的结构示意图。 [0020] 图2为本发明过滤装置结构示意图。 [0021] 图3为本发明设有尼龙网结构示意图。 [0022] 附图标记说明： [0023] 两个阀门1、2、气筒3、活塞4、弹簧5、采样头模块6、胶管7、导管8、橡胶塞9、水位探测信号终端10、采样瓶11、筛孔滤头12、传感电极13、浮标14、刮套15、钢筛16。 具体实施方式[0024] 实施例1 [0025] 水泥板井盖和铸铁井盖一般都有两个矩形孔或菱形孔，边长或对角线长度在2-4cm，本采样装置的采样管可经由矩形或菱形孔直接进入污水井中，通过收集模块进行水样采集，从而实现在不开启井盖的前提下采集水样。 [0026] 本发明提供的水样采样装置，由动力模块、收集模块和专用采样头三大部分组成，如图1-3所示。具体介绍如下： [0027] 1、动力模块 [0028] 动力模块包括两个阀门1、2、气筒3、活塞4、弹簧5，动力模块为水样采集提供提升力。该装置为手动操作，相对于电动装置如真空泵和蠕动泵，该装置的优点是无需蓄电池，可满足长时间工作需求，同时可以灵活控制采样流量。其主体为工程塑料材质，阀门1、阀门2为硅胶材质，活塞4为橡胶材质，弹簧5为不锈钢材质；两个阀门1、2位于动力模块底部的左右两侧分别设置，活塞4的上部为弹簧5驱动活塞4在气筒3内部上下运动进而控制位于底部两端的两个阀门1、2配合动作。 [0029] 其工作原理为：向下按压手柄，阀门1关闭，阀门2开启，气筒3内的空气经阀门2排出，同时弹簧5被压缩产生弹力；松开手柄，在弹簧推动下，手柄上升，阀门2关闭，阀门1开启，系统内产生负压，将管网中的水样，经胶管7压入进入采样瓶中。 [0030] 一般地下排水管网距离地面深度不超过2m，为防特殊情况，本采样器的采水扬程设计为3m，因此，动力模块需要能够提供至少3m的提升力。根据液体压强公式，动力模块能够产生的负压需要不小于ρgh≈1000×10×3Pa＝30000Pa。因此，气筒3的内径设计为80mm，内部高度100mm。要求弹簧弹力能够把活塞4推至气筒顶端，因此，初始状态即活塞位于气筒顶端时弹簧弹力至少需达到30000×3.14×0.08/22≈150N。若初始状态弹簧已压缩10cm，则全压缩状态，弹簧共压缩20cm，此时弹簧弹力为300N，与成年女性的平均握力相当。因此，采取按压方式将手柄推至底端是比较容易的，一般具有正常劳动能力的人均可轻松操作。 [0031] 2、收集模块 [0032] 收集模块由胶管7、导管8、橡胶塞9、水位探测信号终端10和采样瓶11构成。 [0033] 胶管7：用于将水样输送到采样瓶中。本次实施案例中，根据检测目标污染物的需要，采用乳胶材质，长3m，外径10mm，内径6mm。 [0034] 导管8：用于固定胶管7与采样瓶11的连接，防止出现粘连阻断水样输送。本次实施案例中，采用不锈钢材质，外径10mm，内径6mm。 [0035] 橡胶塞9：用于采样瓶11的密封，防止水样中的挥发性有机物损失。本次实施案例中，采用倒圆台形设计，上表面直径40mm，下表面直径26mm，高40mm。 [0036] 水位探测信号终端10：在不开启井盖的情况下，用于判断采样头6下端是否已经浸入污水中。本次实施案例中，探测器由一段长约3m的铜质电线、一节5号干电池和一只5mm二极管指示灯组成。电池及指示灯固定于胶管7上端。电线并排固定于胶管7上，用于传到采样头6产生的电信号至二极管指示灯，产生可见的发光信号。 [0037] 采样瓶11：用于接收采集到的水样，根据采样监测的要求选择合适的材质和容积。本次实施案例中，采用1L棕色玻璃样品瓶，防止采样过程中有机污染物的光解。 [0038] 3、专用采样头： [0039] 本发明装置的采样头为适应排水管网的特殊环境和采样需求而专门设计，同时具有隔离大颗粒物、避免管路堵塞、自动探测水位、稳定采样的功能。为保证有足够重量以使采样管顺利没入水中，本次实施案例中，采样头设计为圆柱形，由不锈钢制作，外径设计为10mm，以便能够穿过排水管网节点井盖上的小孔。主要包括以下部分： [0040] 筛孔滤头12、传感电极13、浮标14、刮套15、钢筛16、采样头本体17构成；筛孔滤头12为不锈钢滤头位于采样头本体17末端，筛孔滤头12为圆柱形不锈钢材料，直径小于下水道盖的孔径：外部纵向刮除部件为圆柱形刮套15可上下移动，位于采样头本体17与筛孔滤头12的衔接处；内部横向剔除部件为钢筛16，钢筛16为中间可分裂开的圆柱体，从采样头本体17延伸至筛孔滤头12，其上布满小于筛孔滤头12筛孔的尖刺，可分裂开横向平移去除筛孔滤头12堵塞杂质，传感电极13的两端分别固定于采样头本体17侧面，上下相距距离为预设距离，传感电极13与外部显示控制端电路连接。 [0041] 钢筛16为中间可分裂开的圆柱体，从采样头本体17延伸至筛孔滤头12，其位于采样头本体17段中，圆柱体内部设置弹簧，外部设置横向支杆，横向支杆末端穿过采样头本体17，通过按压横向支杆压缩圆柱体内部弹簧，并通过采样头本体17外部的卡扣卡住横向支杆使弹簧保持压缩状态，其中圆柱体内部设置弹簧的部分留有压缩弹簧的长度的凹槽，使弹簧处于压缩状态时可紧密闭合圆柱体。 [0042] 进一步还可包括尼龙网，其孔径小于不锈钢滤头的孔径。 [0043] 筛孔滤头12：用于过滤掉排水管网中的大颗粒物，确保采样管路不被堵塞。本次实施案例中，结合排水管网中常见颗粒物的粒径，选择20目的筛孔直径0.83mm，长度6cm。滤头外包裹40目尼龙筛网直径0.38mm，用于隔除颗粒物，并且每个采样点采样结束后可以更换。 [0044] 传感电极13：传感电极的两端分别固定于采样头侧面，上下相距5cm。当上端电极浸入水中时，借助水的导电性实现电路连通，产生的电信号通过导线，在水位探测信号终端10产生指示灯发光信号，表明筛孔滤头12已经探入到水面5cm以下，可以避开管网污水中可能出现的漂浮物层，顺利采集水样。 [0045] 浮标14：轻质塑料材质，可漂浮在水面。当采样头探入合适的水位深度之后，水位探测信号终端10产生指示信号，浮标14可机械张开，漂浮在管网内的水面上，使采样头能稳定采集水样，在长时间采样过程中不受排水管网中水位变化的影响。 [0046] 刮板15：用于刮除附着在采样筛孔滤头外的杂物，可以通过机械杆在采样过程中刮除，确保采样顺利进行。 [0047] 以上各个部分的材质、性状和尺寸，均可根据实际情况进行调整。 [0048] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。 |
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