本发明专利技术公开了一种改进型沉积物-水界面污染物最大扩散通量原位采样装置、检测装置和检测方法，该采样装置包括环状上壳体、固定膜、气体穿透膜和下壳体，所述下壳体的顶部设有用于容纳固定膜和气体穿透膜的凹槽以及用于上覆水与表层沉积物氧气交换的通孔，所述固定膜和气体穿透膜设在下壳体的凹槽内，所述环状上壳体的上端缘间隔的设有多个翅片，所述环状上壳体套在下壳体的上端并将固定膜和气体穿透膜固定，所述采样装置的平均密度大于水密度。本发明专利技术能实现对目标水体的原位采样，克服了上覆水及沉积物难以进行气体交换的缺陷，实现装置覆盖处区域与外部区域进行氧气交换，具有更精确的检测精度，操作便捷，实验强度相对较小，适用性广泛等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种改进型沉积物-水界面污染物最大扩散通量原位采样装置、检测装置和检测方法
本专利技术涉及一种改进型沉积物-水界面污染物最大扩散通量原位采样装置、原位检测装置以及最大扩散通量的检测方法，适用于沉积物-水界面污染物最大扩散通量的检测与分析，尤其是提供了一种沉积物-水界面污染物最大扩散通量的原位检测方法。
技术介绍
估算沉积物-水界面污染物扩散通量对于理解沉积物-水界面的物质迁移转化过程具有很重要的意义，它是评估界面处物质交换速率和生物地球化学作用强度的重要参数之一，同时也是预警污染物释放风险的重要依据。目前主要采取以下几种方法估算界面扩散通量：孔隙水浓度梯度法、实验室培养法、原位箱测定法和质量平衡法。孔隙水浓度梯度法是通过测定沉积物孔隙水与上覆水中溶解性污染物浓度的剖面分布，结合Fick第一定律建立扩散通量与浓度梯度的关系来估算通量的，但是通过分层离心测定孔隙水浓度的方法的垂向分辨率较低，因此该方法会存在较大的测定误差。实验室培养法是培养从现场采集的具有清晰的沉积物-水界面的沉积物柱样，通过观察上覆水中污染物的浓度变化来估算扩散通量的，该方法忽略了现实中水体颗粒沉降以及表层沉积物再悬浮对扩散通量的影响，而且具有一定的工作强度。原位箱测定法是将培养箱直接放置于沉积物表面，围起一定面积的沉积物与上覆水，封闭上方，通过特定的采样口采样，分析物质浓度变化来计算沉积物-水界面的扩散通量，该方法的测定结果最接近实际，但是由于培养箱是封闭的，长时间后箱内会形成缺氧甚至厌氧环境，影响测定结果；而且该方法费用较高、实验强度大，没有广泛的应用性。质量平衡法是通过测定上覆水中污染物的总输入和总输出，结合质量平衡原理来估算沉积物-水界面的扩散通量。该方法未涉及沉积物-水界面的反应机制，仅适用于大范围水域的通量估算。而且，上述几种方法所提到的扩散通量均为实际的扩散通量，即一段时间内目标物在沉积物-水界面的扩散通量。而一段时间内目标物的最大扩散通量，即一段时间内沉积物向上覆水体的扩散通量的最大值，它可以反应目标物从沉积物向上覆水体释放的潜力，即目标物的释放风险，是无法通过上述几种方法测得。现有技术中CN109781588A公开了一种沉积物－水界面污染物最大扩散通量原位检测装置和检测方法，但该装置由于采样装置底部的不通透，上覆水及沉积物很难进行气体交换，无法保证被装置覆盖区域的氧气水平与外界一致，对测定结果的误差影响始终无法消弭。
技术实现思路
专利技术目的：针对上述现有存在的问题和不足，本专利技术的目的是提供了一种改进型沉积物-水界面污染物最大扩散通量原位采样装置、检测装置和检测方法，与现有技术相比，本方法提出了一种改进型下壳体，在原有下壳体凹槽的底部增加供上覆水与表层沉积物氧气交换的镂空区域，并增加了一种气体可交换离子无法交换的气体穿透膜，所述气体穿透膜设在下壳体的凹槽与固定膜中间，能实现对目标水体更为精准的原位采样，具有更精确的检测精度，且具有操作便捷，实验强度相对较小；适用性较强，能够测定的目标物种类广泛；体积小，可在湖泊大范围的布设估算整个湖泊的释放通量等优点。技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种改进型沉积物-水界面污染物最大扩散通量原位采样装置，提出了一种改进型的下壳体与气体穿透膜，包括环状上壳体、固定膜、气体穿透膜和下壳体，所述下壳体的顶部设有用于容纳固定膜和气体穿透膜的凹槽，所述凹槽的底部设有供上覆水与表层沉积物氧气交换的镂空区域，所述气体穿透膜和固定膜依次设在下壳体的凹槽内，所述环状上壳体的上端缘间隔的设有多个翅片，所述环状上壳体套在下壳体的上端并将固定膜和气体穿透膜固定，所述采样装置的平均密度大于水密度。其中，所述气体穿透膜能够保证气体可以交换而离子无法交换。作为优选，所述气体穿透膜为两侧均涂覆有硅橡胶的PVDF滤膜。将硅橡胶涂覆在PVDF滤膜的一面，厚度为50μm，待一面自然风干后再将硅橡胶附在另外一面，使得两面均附有硅橡胶。在使用时用环形切刀将气体穿透膜裁剪为圆形作为优选，所述环状上壳体的直径为3~5cm，翅片间距为1~3mm作为优选，所述采样装置的密度是水密度的1.02～1.15倍。本专利技术还提供了一种改进型沉积物-水界面污染物最大扩散通量原位检测装置，包括两段贯通的沉降圆筒，所述沉降圆筒的底部垂直的设有环形围边，所述沉降圆筒的顶部还设有顶盖，所述环形围边和顶盖均设有多个通孔；所述顶盖上通过线绳还悬挂有上述的采样装置，所述线绳上还设有鱼浮。作为优选，所述沉降圆筒的直径为15-30cm，高度为20-40cm,所述环形围边和顶盖上通孔的面积占比为30-60%。本专利技术还提供了一种基于上述检测装置的沉积物-水界面污染物最大扩散通量原位检测方法，包括以下步骤：（1）首先，将用于减小采样装置在水中的下沉速度以及防止采样装置在水中侧翻的鱼浮拴在采样装置底座的通孔上，然后将栓有鱼浮的采样装置悬挂在沉降圆筒的顶部，并在待测水域的水面将沉降圆筒竖直的投入到目标水体中；（2）沉降圆筒向下沉降触及水底，此时采样装置继续向下缓慢沉降并倒置在水底的沉积物层上表面；（3）采样装置在水底沉积物层保持24-48h后，取出固定膜后，通过测量固定膜中心区域目标物含量，最后得到单位时间内沉积物－水界面的目标污染的最大扩散通量。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：（1）该方法能够原位测定沉积物-水界面的污染物的最大扩散通量且更贴近实际情况，预警污染物的释放风险，同时该装置所述环状上壳体的上端缘等间隔的设有多个翅片，相邻翅片之间留有缝隙，缝隙下方的固定膜能够吸附横向扩散的污染物，减少横向扩散带来的误差。下壳体上的通孔以及气体穿透膜能够使得上覆水与采样装置和水底的接触面之间进行溶氧交换同时能够防止上覆水体中离子进入装置内部的固定膜中，这一设计能够克服原位箱内会形成厌氧状态的缺点，使得测定结果与实际结果非常接近；（2）该方法操作便捷，实验强度相对较小；（3）该方法的适用性较强，能够测定的目标物种类广泛（不同目标物，选用合适的DGT固定膜）；（4）体积小，可以在湖泊大范围的布设，估算整个湖泊的释放通量。附图说明图1为本专利技术所述采样装置的结构示意图；图2为本专利技术所述环状上壳体的结构示意图；图3为本专利技术所述下壳体的结构示意图；图4为本专利技术所述原位检测装置的结构示意图；图5为孔隙水浓度梯度法估算的P的扩散通量与通过本专利技术测定结果对比曲线图；图6为孔隙水浓度梯度法估算的Fe的扩散通量与通过本专利技术测定结果对比曲线图；图7为质量平衡法估算的NO3--N的扩散通量与通过本专利技术测定结果对比曲线图；图8为质量平衡法估算的P的扩散通量与通过本专利技术测定结果对比曲线图；图9为气体穿透膜的气体穿透能力示意图；图10为气体穿透膜防止离子穿透的能力示意图；图11为装置放置后的离子扩散示意图。...
【技术保护点】
1.一种改进型沉积物-水界面污染物最大扩散通量原位采样装置，其特征在于：包括环状上壳体、固定膜、气体穿透膜和下壳体，所述下壳体的顶部设有用于容纳固定膜和气体穿透膜的凹槽，所述凹槽的底部设有供上覆水与表层沉积物氧气交换的镂空区域，所述气体穿透膜和固定膜依次设在下壳体的凹槽内，所述环状上壳体的上端缘间隔的设有多个翅片，所述环状上壳体套在下壳体的上端并将固定膜和气体穿透膜固定，所述采样装置的平均密度大于水密度。/n
【技术特征摘要】
1.一种改进型沉积物-水界面污染物最大扩散通量原位采样装置，其特征在于：包括环状上壳体、固定膜、气体穿透膜和下壳体，所述下壳体的顶部设有用于容纳固定膜和气体穿透膜的凹槽，所述凹槽的底部设有供上覆水与表层沉积物氧气交换的镂空区域，所述气体穿透膜和固定膜依次设在下壳体的凹槽内，所述环状上壳体的上端缘间隔的设有多个翅片，所述环状上壳体套在下壳体的上端并将固定膜和气体穿透膜固定，所述采样装置的平均密度大于水密度。
2.根据权利要求1所述改进型沉积物-水界面污染物最大扩散通量原位采样装置，其特征在于：所述气体穿透膜为两侧均涂覆有硅橡胶的PVDF滤膜。
3.根据权利要求1所述改进型沉积物-水界面污染物最大扩散通量原位采样装置，其特征在于：所述环状上壳体的直径为3~5cm，翅片间距为1~3mm。
4.根据权利要求1所述改进型沉积物-水界面污染物最大扩散通量原位采样装置，其特征在于：所述采样装置的密度是水密度的1.02～1.15倍。
5.一种改进型沉积物-水界面污染物最大扩散通量原位检测装置，其特征在于：包括两段贯通的沉降圆...
【专利技术属性】
技术研发人员：雷瑾，刘常清，史小丽，陈开宁，
申请(专利权)人：南京智感环境科技有限公司，南京国兴环保产业研究院有限公司，南京智牛检测科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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