一种分离模拟水体不同粒径微塑料水平迁移的装置和方法

本发明涉及一种分离模拟水体不同粒径微塑料水平迁移的装置和方法，属于微塑料分离收集。

背景技术：

1、塑料制品化学稳定性好、可塑性强、成本低廉，已被广泛应用于生活和生产中。环境中累积的塑料垃圾在物理、化学和生物作用下，可分解成微小的塑料颗粒，微塑料是指粒径小于5mm的塑料颗粒。目前，环境中微塑料的丰度已经达到了不可忽视的程度，由于微塑料具有来源广、尺寸小、易迁移等特性，其在各类水环境中广泛存在，因此微塑料可能引起的潜在生态风险需要被人们所重视。

2、为了研究水体中微塑料的丰度及赋存，需要进行实地系统调研，通过采集水样对水体中的微塑料进行检测。但是目前微塑料的检测预处理较为复杂，需要进行过滤、消解和浮选，这些预处理均要采用不同的装置与设备，操作较为繁琐，微塑料容易在不同操作的液体转移过程中发生损失或受到污染。同时微塑料在水体中的水平迁移涉及在自然水体中的赋存情况，目前研究涉及较少，水平迁移过程的模拟值得深入研究。

3、综上，现有技术中的装置无法同时进行不同粒径微塑料的分离并完成不同粒径微塑料的水平迁移模拟，存在微塑料的损失与收集误差等问题，并且操作繁琐，无法实现一体化收集与模拟过程。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种分离模拟水体不同粒径微塑料水平迁移的装置和方法，本发明将水体中微塑料检测的预处理集中于一个装置中，可以同时进行不同粒径微塑料的分离并完成不同粒径微塑料的水平迁移模拟；并且可以简化预处理的各种操作，减少微塑料的损失与收集误差，实现一体化收集与模拟过程。

2、本发明的第一个目的在于提供一种分离模拟水体不同粒径微塑料水平迁移的装置，包括自上而下依次设置的进水口、初过滤层、消解柱与浮选层，所述初过滤层与进水口之间设置有杂质滤网，所述初过滤层内设置有可翻转滤网，所述初过滤层的侧上部设置有预处理旋转喷头，所述预处理旋转喷头位于可翻转滤网的上方，所述初过滤层底部的一侧设置有第一废液缸以及与其连接的第一废液缸控制阀，废液流经所述第一废液缸控制阀进入第一废液缸内；所述初过滤层与消解柱之间设置有第一阀门。

3、在本发明的一种实施方式中，所述消解柱连接于所述初过滤层的下方，用于接收从初过滤层中包含微塑料的冲刷液，所述消解柱与初过滤层、浮选层之间可拆卸连接，所述消解柱内加入有消解液。

4、在本发明的一种实施方式中，所述浮选层顶部的一侧设置有加液口，底部的一侧设置有第二废液缸以及与其连接的第二废液缸控制阀，废液流经所述第二废液缸控制阀进入第二废液缸内，所述浮选层的内部设置有第二阀门；从加液口加入浮选液对消解液进行浮选，液体分离后将下层液体通入第二废液缸，获得含有微塑料的上清液。

5、在本发明的一种实施方式中，所述浮选层为l形结构，l形结构的上端竖直布置且与所述消解柱连接，l形结构的下端水平布置且为所述微塑料收集分离机构的微塑料收集区；所述浮选层下端的微塑料收集区依次设置有网孔孔径递减的第一滤网、第二滤网、第三滤网，所述第一滤网、第二滤网、第三滤网分别用于收集大粒径微塑料、中粒径微塑料与小粒径微塑料；与所述第一滤网下方连接的管道设置第一滤网控制阀，所述第一滤网背离第二滤网的一侧设置有第一进水控制阀；与所述第二滤网下方连接的管道设置第二滤网控制阀，所述第二滤网朝向第一滤网的一侧设置有第二进水控制阀；与所述第三滤网下方连接的管道设置第三滤网控制阀，所述第三滤网朝向第二滤网的一侧设置有第三进水控制阀。

6、在本发明的一种实施方式中，所述第一滤网朝向第二滤网的一侧、所述第二滤网朝向第三滤网的一侧、以及所述第三滤网背离第二滤网的一侧均设置有收集区旋转喷头，所述收集区旋转喷头连接有第二高压补液冲洗器；所述浮选层的下端通过管道连接有第三废液缸。

7、在本发明的一种实施方式中，与所述第一滤网下方连接的管道和与第三废液缸连接的管道之间设置有第三出水控制阀；与所述第二滤网下方连接的管道和与第三废液缸连接的管道之间设置有第二出水控制阀；与所述第三滤网下方连接的管道和与第三废液缸连接的管道之间设置有第一出水控制阀；与所述第三废液缸连接的管道和所述第三滤网的右端之间设置有分离区控制阀。

8、在本发明的一种实施方式中，与所述第一滤网下方连接的管道、与所述第二滤网下方连接的管道、以及与所述第三滤网下方连接的管道均为l形结构，其上端竖直布置且与浮选层连通，其下端水平布置且为水平迁移模拟区，水平迁移模拟区设置有若干个出样取水口以及位于所述取水口一侧的取水口控制阀；所述出样取水口连接抽滤装置，所述抽滤装置设置混合纤维滤膜。

9、在本发明的一种实施方式中，所述预处理旋转喷头外接有第一高压补液冲洗器，所述第一高压补液冲洗器设置有联动开关。

10、本发明的第二个目的在于提供一种分离模拟水体不同粒径微塑料水平迁移的方法，使用了所述的分离模拟水体不同粒径微塑料水平迁移的装置，包括以下步骤：

11、步骤一、加样并初过滤；采集水样自进水口加入，大型杂质等被截留在杂质滤网上得到去除，水样经过可翻转滤网过滤后，微塑料被滤网截留，关闭第一阀门，打开第一废液缸控制阀，剩余液体进入第一废液缸；关闭第一废液缸控制阀，使用预处理旋转喷头对可翻转筛网进行上下冲刷，打开第一阀门，将微塑料冲刷后进入消解柱；

12、步骤二、微塑料的消解与浮选；在含微塑料的冲刷液进入后将消解柱拆离装置，在消解柱中加入消解液，放入振荡培养箱中进行消解，消解完成后进行一体式装置组装；关闭第二阀门，使消解液进入浮选层中，在加液口加入饱和氯化钠溶液，浮选静置后打开第二废液缸控制阀，使下层液体进入第二废液缸，保留微塑料所聚集的上清液；关闭第二废液缸控制阀，打开第二阀门，使上清液进入到微塑料收集区；

13、步骤三、微塑料的分离与收集；打开第一进水控制阀、第二进水控制阀、第三进水控制阀，大粒径微塑料、中粒径微塑料与小粒径微塑料被分别截留在第一滤网、第二滤网与第三滤网上，剩余液体沿管道进入第三废液缸；

14、步骤四、微塑料水平模拟迁移；

15、当模拟大粒径微塑料的水平方向迁移时，关闭第一进水控制阀、第二进水控制阀与第一滤网控制阀，使用收集区旋转喷头对第一滤网进行上下冲刷，打开第一滤网控制阀，使携带大粒径微塑料的液体进入水平迁移模拟区进行水平方向迁移，选择相同时间在不同位置的水平方向出样取水口取样进行微塑料表征定性及数量统计；

16、当模拟中粒径微塑料的水平方向迁移时，关闭第二进水控制阀、第三进水控制阀与第二滤网控制阀，使用收集区旋转喷头对第二滤网进行上下冲刷，打开第二滤网控制阀，使携带中粒径微塑料的液体进入水平迁移模拟区进行水平方向迁移，选择相同时间在不同位置的水平方向出样取水口取样进行微塑料表征定性及数量统计；

17、当模拟小粒径微塑料的水平方向迁移时，关闭第三进水控制阀、分离区控制阀与第三滤网控制阀，使用收集区旋转喷头对第三滤网进行上下冲刷，打开第三滤网控制阀，使携带小粒径微塑料的液体进入水平迁移模拟区进行水平方向迁移，选择相同时间在不同位置的水平方向出样取水口通过取水口控制阀取样进行微塑料表征定性及数量统计；

18、步骤五、记录并统计分析；出样取水口取得水样连接抽滤装置，抽滤装置设置混合纤维滤膜，将水样使用混合纤维滤膜进行抽滤，滤膜干燥后，置于玻璃培养皿中，将玻璃培养皿置于显微镜下观察；记录不同位置取样中滤膜上微塑料的数量；同时将微塑料粒径分为大粒径微塑料、中粒径微塑料与小粒径微塑料；对不同位置滤膜上的微塑料进行统计分析，得出微塑料在水平方向上的迁移规律。

19、在本发明的一种实施方式中，所述步骤二中的消解液为200ml的30％过氧化氢溶液作为消解液，放入振荡培养箱中在80rpm，60℃的条件下消解48h；所述饱和氯化钠溶液比例为每20ml溶液加入6g氯化钠，浮选静置24h后打开第二废液缸控制阀；所述步骤五中的混合纤维滤膜为2μm，滤膜干燥时间为12h，利用软件image j对不同位置滤膜上的微塑料进行统计分析；大粒径微塑料的粒径>2mm，中粒径微塑料的粒径为0.5～2mm，小粒径微塑料的粒径<0.5mm。

20、本发明具有以下有益效果：

21、(1)本发明能够在获取水样后直接在装置中进行一体化预处理过程，将消解、浮选与分离集中于一个装置中进行处理，简化微塑料的预处理操作，减少微塑料的损失与收集误差，实现一体化收集与模拟过程，可以同时进行不同粒径微塑料的分离并完成不同粒径微塑料的水平迁移模拟，适用于微塑料在水体中水平迁移规律的研究。具体地，水样进入后在装置内可完成系列预处理过程，完成预处理的含有微塑料的水体被分离收集成为不同粒径大小的微塑料，并进入对应的并联水平迁移模拟管道进行微塑料的水平迁移模拟。经过本发明可以明显减少分离提取水体中微塑料的工作量，并获得不同粒径微塑料在水体中模拟水平迁移的实验数据，具有分离率高、操作便捷、能重复使用等优势。

22、(2)本发明便于实验人员分离水体并获得不同粒径微塑料的实验数据，提取率高，操作便捷，能重复使用。

23、(3)本发明在水样进行预处理后将微塑料富集于不同孔径的滤网上，完成了对于微塑料的分离与收集，操作便利并且可重复使用。同时完成分离收集后可在此基础之上对不同粒径微塑料进行水平方向的迁移模拟，进一步为微塑料在水体中迁移与富集研究提供研究，操作便利，效率高。