本發(fā)明屬于海水化學(xué)原位在線監(jiān)測領(lǐng)域，為海洋中長時間原位測量硝酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽等營養(yǎng)鹽而進(jìn)行的預(yù)先無污染過濾處理，具體涉及一種防生物附著的海水營養(yǎng)鹽在線預(yù)過濾裝置。

背景技術(shù)：

海水中氮磷硅等營養(yǎng)鹽是浮游植物的基礎(chǔ)營養(yǎng)要素，傳統(tǒng)方法是將海水經(jīng)過0.45μm或0.7μm的濾膜，去除顆粒物質(zhì)后，添加試劑進(jìn)行反應(yīng)顯色。為獲得海洋中高時間分辨率的營養(yǎng)鹽變化，多利用濕化學(xué)反應(yīng)儀器在海洋進(jìn)行原位在線監(jiān)測，其原理是在原位測量儀器內(nèi)部蠕動泵或活塞運(yùn)動時，可將海水被動地吸入儀器，從而自動進(jìn)行試劑顯色反應(yīng)。而海水中高濃度泥沙等懸浮顆粒物和生物附著是海洋中尤其是近海營養(yǎng)鹽在線監(jiān)測面臨的兩個關(guān)鍵問題，大大影響數(shù)據(jù)精密度、準(zhǔn)確度和儀器使用壽命，因此對海水樣品進(jìn)行在線預(yù)處理是近海營養(yǎng)鹽在線監(jiān)測的所必須攻克的難題之一。

目前國內(nèi)外營養(yǎng)鹽監(jiān)測的預(yù)處理裝置多為實(shí)驗(yàn)室使用的醋酸纖維濾膜或玻璃纖維濾膜，無法用于在線監(jiān)測。

而商品化的在線過濾裝置多用于地下水采樣，造價(jià)昂貴、易生物附著(如Pall^TM、Millipore^TM、Whatman^TM等品牌)，結(jié)構(gòu)簡單如僅有單級過濾，且多使用玻璃纖維材質(zhì)，易于溶出硅酸鹽，并不適用于海水尤其是近岸高渾濁度海水中的長期營養(yǎng)鹽監(jiān)測使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明目的是為克服現(xiàn)有在線過濾海水測營養(yǎng)鹽的技術(shù)不足，提供一種至少能夠耐壓300psi(約200m水深)的防生物附著的海水真光層營養(yǎng)鹽在線預(yù)過濾裝置。海水可被動多次經(jīng)過該過濾裝置，去除顆粒物和懸浮物的干擾，達(dá)到長期測量目的。它可以在0～200m防止海洋生物附著，內(nèi)部三級濾芯可進(jìn)行粗顆粒一級濾芯，細(xì)顆粒二級濾芯和三級濾芯，長期使用無額外營養(yǎng)鹽污染。且一級濾芯、二級濾芯和三級濾芯可隨時更換，方便操作。

為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種防生物附著的海水營養(yǎng)鹽在線預(yù)過濾裝置，包括用于對海水依次進(jìn)行過濾處理的一級濾芯、二級濾芯和三級濾芯，其中：一級濾芯為200μm孔徑聚氨酯篩網(wǎng)，二級濾芯為60μm孔徑樹脂濾芯層，三級濾芯為0.45～1μm孔徑木質(zhì)纖維濾芯層；

所述60μm孔徑樹脂濾芯層設(shè)置于200μm孔徑聚氨酯篩網(wǎng)與0.45～1μm孔徑木質(zhì)纖維濾芯層之間，并將200μm孔徑聚氨酯篩網(wǎng)、60μm孔徑樹脂濾芯層與0.45～1μm孔徑木質(zhì)纖維濾芯層依次封裝成一體；

在0.45～1μm孔徑木質(zhì)纖維濾芯層與60μm孔徑樹脂濾芯層之間夾設(shè)有一層用于防止二級濾芯與三級濾芯之間產(chǎn)生碰撞、相互影響的高密度PVC支撐隔板；

所述60μm孔徑樹脂濾芯層呈中空柱體狀、且?guī)в胸灤┩ㄟ^高密度PVC支撐隔板并連接到0.45～1μm孔徑木質(zhì)纖維濾芯層的連通頭；使得經(jīng)過二級濾芯過濾處理后的海水進(jìn)入到三級濾芯內(nèi)進(jìn)行再次過濾處理；

所述200μm孔徑聚氨酯篩網(wǎng)用于去除絕大部分浮游動物以及粒徑大于200μm大顆粒懸浮物；

所述60μm孔徑樹脂濾芯層用于預(yù)過濾海水中粒徑60～200μm中顆粒懸浮物，所述0.45～1μm孔徑木質(zhì)纖維濾芯層用于去除浮游植物以及粒徑a～60μm小懸浮顆粒物，同時不會產(chǎn)生營養(yǎng)鹽吸附或者析出影響；其中：a的取值范圍為0.45～1μm。

作為優(yōu)選，所述一級濾芯夾設(shè)在高密度PVC雙層多孔蓋板內(nèi)，該高密度PVC雙層多孔蓋板的厚度為4mm，其截面有24個孔徑為4.0mm的通孔，并允許最大流量為2ml/s，流經(jīng)每個孔的最大流速為0.0016mm/s。

作為優(yōu)選，所述一級濾芯、二級濾芯和三級濾芯依次封裝在高密度PVC筒體內(nèi)，其中：將一級濾芯設(shè)置在高密度PVC筒體的進(jìn)水端內(nèi)，三級濾芯設(shè)置在高密度PVC筒體的出水端內(nèi)；在高密度PVC筒體的出水端外連接有一個能夠適用大小不同管徑的多級通用接口，所述高密度PVC筒體的進(jìn)水端呈敞口狀結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選，高密度PVC筒體上的多級通用接頭通過惰性軟管與在線營養(yǎng)鹽測量儀連接，通過運(yùn)行在線營養(yǎng)鹽測量儀，使得高密度PVC筒體和惰性軟管內(nèi)形成負(fù)壓，海水從高密度PVC筒體的進(jìn)水端被動吸入，通過高密度PVC雙層多孔蓋板和200μm孔徑聚氨酯篩網(wǎng)，去除粒徑大于200μm大顆粒懸浮物和粒徑大于200μm浮游動物，然后通過60μm孔徑樹脂濾芯層過濾其中粒徑60～200μm中顆粒懸浮物，然后通過連通頭和高密度PVC支撐隔板，進(jìn)入0.45～1μm孔徑木質(zhì)纖維濾芯層過濾除掉小懸浮顆粒物；最后通過多級通用接頭流出，進(jìn)入到在線營養(yǎng)鹽測量儀內(nèi)進(jìn)行顯色反應(yīng)。

作為優(yōu)選，在高密度PVC筒體外部包裹有用于防止附著生物的生長的20目銅網(wǎng)罩。由于銅的生物毒性，可防止附著生物的生長，延長裝置使用壽命。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明由于采用了以上的技術(shù)方案，可以防止附著生物生長；三級濾芯可有效防止大顆粒泥沙進(jìn)入在線測量儀器，提高過濾容量；木質(zhì)纖維和樹脂材料無營養(yǎng)鹽污染或吸附影響；所使用裝置結(jié)構(gòu)和材料(為高密度PVC材料)均可耐壓200m水深，滿足近?；蛏钸h(yuǎn)海營養(yǎng)鹽測量；過濾效果明顯，且可長期原位在線使用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的俯視圖；

圖3是本發(fā)明的仰視圖，即多孔蓋板；

圖4是二級濾芯結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是二級濾芯的俯視圖；

圖6-1～圖6-4為過濾介質(zhì)對硝酸鹽+亞硝酸鹽測定的影響示意圖；

圖7-1～圖7-4過濾介質(zhì)對磷酸鹽測定的干擾示意圖；

圖8-1～圖8-4過濾介質(zhì)對硅酸鹽測定的干擾示意圖；

圖9-1～圖9-2過濾介質(zhì)對銨鹽測定的干擾示意圖。

附圖標(biāo)注：1、多級通用接口；2、20目銅網(wǎng)罩；3、0.45～1μm孔徑木質(zhì)纖維濾芯層；4、高密度PVC筒體；5、高密度PVC支撐隔板；6、60μm孔徑樹脂濾芯層；7、200μm孔徑聚氨酯篩網(wǎng)；8、高密度PVC雙層多孔蓋板；9、連通頭。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式做一個詳細(xì)的說明。

如圖1～圖5所示，本發(fā)明提供一種防生物附著的海水營養(yǎng)鹽在線預(yù)過濾裝置的具體實(shí)施例，包括用于對海水依次進(jìn)行過濾處理的一級濾芯、二級濾芯和三級濾芯，其中：一級濾芯為200μm孔徑聚氨酯篩網(wǎng)7，二級濾芯為60μm孔徑樹脂濾芯層6，三級濾芯為0.45～1μm孔徑木質(zhì)纖維濾芯層3；所述60μm孔徑樹脂濾芯層6設(shè)置于200μm孔徑聚氨酯篩網(wǎng)7與0.45～1μm孔徑木質(zhì)纖維濾芯層3之間，并將200μm孔徑聚氨酯篩網(wǎng)7、60μm孔徑樹脂濾芯層6與0.45～1μm孔徑木質(zhì)纖維濾芯層3依次封裝成一體；在0.45～1μm孔徑木質(zhì)纖維濾芯層3與60μm孔徑樹脂濾芯層6之間夾設(shè)有一層用于防止二級濾芯與三級濾芯之間產(chǎn)生碰撞、相互影響的高密度PVC支撐隔板5。

所述60μm孔徑樹脂濾芯層6呈中空柱體狀、且?guī)в胸灤┩ㄟ^高密度PVC支撐隔板5并連接到0.45～1μm孔徑木質(zhì)纖維濾芯層3的連通頭9，能夠大幅提高過濾容量。在經(jīng)過二級濾芯的過濾處理后的海水進(jìn)入到三級濾芯內(nèi)再次進(jìn)行過濾處理；所述200μm孔徑聚氨酯篩網(wǎng)7用于去除絕大部分浮游動物以及粒徑大于200μm大顆粒懸浮物；所述60μm孔徑樹脂濾芯層6用于預(yù)過濾海水中粒徑60～200μm中顆粒懸浮物；所述0.45～1μm孔徑木質(zhì)纖維濾芯層3用于去除浮游植物以及粒徑a～60μm小懸浮顆粒物，同時不會產(chǎn)生營養(yǎng)鹽吸附或者析出影響；其中：a的取值范圍為0.45～1μm。

其中：所述一級濾芯夾設(shè)在高密度PVC雙層多孔蓋板8內(nèi)，該高密度PVC雙層多孔蓋板8的厚度為4mm，其截面有24個孔徑為4.0mm的通孔，并允許最大流量為2ml/s，流經(jīng)每個孔的最大流速為0.0016mm/s。

所述一級濾芯、二級濾芯和三級濾芯依次封裝在高密度PVC筒體4內(nèi)，其中：將一級濾芯設(shè)置在高密度PVC筒體4的進(jìn)水端內(nèi)，三級濾芯設(shè)置在高密度PVC筒體4的出水端內(nèi)；在高密度PVC筒體4的出水端外連接有一個能夠適用大小不同管徑的多級通用接口1，所述高密度PVC筒體4的進(jìn)水端呈敞口狀結(jié)構(gòu)。

其中：所述高密度PVC筒體4外部是由20目銅網(wǎng)罩2包裹，由于銅的生物毒性，可防止附著生物的生長，延長裝置使用壽命。

本發(fā)明裝置整體可通過化學(xué)惰性軟管連接多級通用接頭1和在線營養(yǎng)鹽測量儀，儀器運(yùn)行時，形成負(fù)壓，海水從本發(fā)明裝置的進(jìn)水端被動吸入，通過雙層多孔蓋板8和200μm孔徑聚氨酯篩網(wǎng)7，去除粒徑大于200μm大顆粒懸浮物和粒徑大于200μm浮游動物，然后通過60μm孔徑樹脂濾芯層6過濾其中粒徑60～200μm中顆粒懸浮物，然后通過連通頭9和高密度PVC支撐隔板5，進(jìn)入0.45～1μm孔徑木質(zhì)纖維濾芯層3過濾除掉小懸浮顆粒物；最后通過多級通用接頭1流出，進(jìn)入到在線營養(yǎng)鹽測量儀內(nèi)進(jìn)行顯色反應(yīng)。

長期原位測量時，銅網(wǎng)罩2可防止生物附著，且無額外營養(yǎng)鹽污染，從而延長整個裝置的使用壽命。銅網(wǎng)罩2，0.45～1μm孔徑木質(zhì)纖維濾芯層3，60μm孔徑樹脂濾芯層6，200μm孔徑聚氨酯篩網(wǎng)7均可定期更換，實(shí)際測試結(jié)果如下：

過濾試驗(yàn)表明，對于濁度15NTU的河水，25ml 7.4g的0.45～1μm孔徑木質(zhì)纖維濾芯層3可過濾7.2L，效果與0.7μm Whatman^TMGF/F玻璃纖維濾膜相當(dāng)。以儀器每次抽取30ml計(jì)，每天采樣8次計(jì)，以25ml玻璃纖維或者木質(zhì)纖維為過濾介質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理，則裝置至少可以使用30天。

過濾介質(zhì)對營養(yǎng)鹽測定影響：在線營養(yǎng)鹽測量儀采用美國Green生產(chǎn)的EcoLAB2^TM型。濾芯材料經(jīng)初步選型，分為未處理玻璃纖維，蒸餾水清洗后玻璃纖維，750℃灼燒后玻璃纖維，木質(zhì)纖維四種材料。加裝過濾裝置后，用EcoLAB2^TM多次測定同一樣品的營養(yǎng)鹽濃度。標(biāo)準(zhǔn)真值為通過0.45μm醋酸纖維濾膜過濾后同一樣品的使用Ecolab2^TM測定結(jié)果。比較四種材料介質(zhì)對營養(yǎng)鹽測定的影響。

對硝酸鹽+亞硝酸鹽參數(shù)，未經(jīng)任何處理玻璃纖維結(jié)果相對誤差在15％～30％之間(圖6-1)；經(jīng)6L蒸餾水清洗處理后的玻璃纖維，多次測量同一樣品相對誤差逐漸增大至10％左右(圖6-2)；750℃灼燒后玻璃纖維相對誤差在-15％～10％之間(圖6-3)；木質(zhì)纖維結(jié)果與使用0.45μm醋酸纖維濾膜過濾后所測真值最為接近，相對誤差在-10％～5％之間(圖6-4)。故木質(zhì)纖維可相對滿足過濾后硝酸鹽+亞硝酸鹽測定要求。

對磷酸鹽參數(shù)，玻璃纖維對測定影響較大，未經(jīng)處理玻璃纖維可溶出2～3倍于樣品的磷酸鹽濃度，掩蓋樣品真實(shí)值(圖7-1)；蒸餾水清洗玻璃纖維后，過濾樣品所得濃度數(shù)據(jù)和相對誤差變動較大，可能有磷酸鹽溶出影響(圖7-2)；750℃灼燒后玻璃纖維磷酸鹽溶出明顯減少，但相對誤差仍然在0～15％之間(圖7-3)；以木質(zhì)纖維作為過濾介質(zhì)基本無影響，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在2.2％，相對誤差在0～5％之間(圖7-4)。故木質(zhì)纖維可相對滿足過濾后測定磷酸鹽要求。

對硅酸鹽參數(shù)，玻璃纖維對測定影響較大，未經(jīng)處理玻璃纖維可溶出3～4倍于樣品的硅酸鹽濃度(圖8-1)；蒸餾水清洗處理玻璃纖維后，濃度數(shù)據(jù)和相對誤差同樣較大(圖8-2)；750℃灼燒后玻璃纖維硅酸鹽溶出明顯減少,測定相對誤差在0～15％之間，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在10％以內(nèi)(圖8-3)。使用木質(zhì)纖維過濾后樣品所測相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在9.5％，與使用0.45μm醋酸纖維濾膜過濾后效果相當(dāng)(圖8-4)。故木質(zhì)纖維可相對滿足過濾后測定硅酸鹽要求。

對銨鹽參數(shù)，由于空氣中存在NH₃故檢測較為不穩(wěn)定，無論是灼燒處理的玻璃纖維還是0.45μm濾膜，過濾后測試相對標(biāo)準(zhǔn)偏差都在10％左右，甚至大于10％(圖9-1；9-2)。750℃灼燒后玻璃纖維相對誤差在-30％～0％之間(圖9-1)，木質(zhì)纖維相對誤差在-10％～10％之間(圖9-2)，仍好于玻璃纖維。

總之，以0.5-1.0μm木質(zhì)纖維作為過濾介質(zhì)對營養(yǎng)鹽測定影響很小，與使用0.45μm醋酸纖維濾膜過濾后測定效果相當(dāng)，可用于長期原位在線測量。

表1初選材料過濾后海水樣品濁度比較

圖6-1～圖6-4為過濾介質(zhì)對硝酸鹽+亞硝酸鹽測定的影響示意圖，其中：左側(cè)坐標(biāo)軸為硝酸鹽+亞硝酸鹽濃度；右側(cè)坐標(biāo)軸為相對誤差,相對誤差中標(biāo)準(zhǔn)真值用直線表示。

具體地：

圖6-1中所用的水樣為南通漁政碼頭水樣，所用過濾介質(zhì)為：未經(jīng)過處理的玻璃纖維；

圖6-2中所用的水樣為洋山沈家灣碼頭水樣，所用過濾介質(zhì)為：用6L蒸餾水抽洗后的玻璃纖維；

圖6-3中所用的水樣均為上海三甲港碼頭水樣，所用過濾介質(zhì)為：750℃下灼燒4小時處理玻璃纖維；

圖6-4中所用的水樣均為上海三甲港碼頭水樣，所用過濾介質(zhì)為：木質(zhì)纖維。

根據(jù)上圖6-1～圖6-4，可以得出：木質(zhì)纖維結(jié)果與使用0.45μm醋酸纖維濾膜過濾后所測真值最為接近，相對誤差在-10％～5％之間，故相比較之下，木質(zhì)纖維可滿足過濾后硝酸鹽+亞硝酸鹽測定要求。

圖7-1～圖7-4過濾介質(zhì)對磷酸鹽測定的干擾示意圖，具體地：

圖7-1～圖7-2中所用的為洋山沈家灣碼頭水樣；

圖7-3～圖7-4中所用的為上海三甲港碼頭水樣。

根據(jù)上圖7-1～圖7-4，可以得出：木質(zhì)纖維結(jié)果與使用0.45μm醋酸纖維濾膜過濾后所測真值最為穩(wěn)定和接近，相對誤差在-3％～5％之間，多次測量相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.2％左右，故以木質(zhì)纖維作為過濾介質(zhì)基本無影響，相比之下木質(zhì)纖維可滿足過濾后測定磷酸鹽要求。

圖8-1～圖8-4過濾介質(zhì)對硅酸鹽測定的干擾示意圖，具體地：

圖8-1～圖8-2中所用的為洋山沈家灣碼頭水樣；

圖8-3～圖8-4中所用的為上海三甲港碼頭水樣。

根據(jù)上圖8-1～圖8-4，可以得出：使用木質(zhì)纖維過濾后樣品所測相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在9.5％，相對使用0.45μm醋酸纖維濾膜過濾后測定真值標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.1％，效果相當(dāng)。故相比之下木質(zhì)纖維可滿足過濾后測定硅酸鹽要求。

圖9-1～圖9-2過濾介質(zhì)對銨鹽測定的干擾示意圖，具體地：

圖9-1中所用的為洋山沈家灣碼頭水樣；

圖9-2中所用的為上海三甲港碼水樣。

根據(jù)上圖9-1～圖9-2，可以得出：木質(zhì)纖維相對誤差在-10％～10％之間，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性好于玻璃纖維，故相比之下木質(zhì)纖維過濾樣品測銨鹽效果優(yōu)于750℃下灼燒處理的玻璃纖維。

需要強(qiáng)調(diào)的是：以上僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。