CN215677717U - 一种土壤/沉积物中微塑料的提取装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种土壤/沉积物中微塑料的提取装置，该提取装置包括：分离柱，其从上到下被分为溢流部、进液与气浮部、以及混匀与沉降部，设有进液口和排泥口；曝气装置，其包括设置于混匀与沉降部的内部的曝气头、第一气泵、连接曝气头和第一气泵的第一气管、以及连接在第一气管上的第一流量计；气体细化器，其包括设置于进液与气浮部的内部的气体细化头、第二气泵、连接气体细化头和第二气泵的第二气管和连接在第二气管上的第二流量计；溢流池，其套合于溢流部，且溢流池的顶面高于分离柱的顶面，在溢流池的底部设有出液口；收集装置，其通过溢流口与溢流池连通。本实用新型的装置简单，易于操作，分离效率高且分离效果好。

Description

一种土壤/沉积物中微塑料的提取装置

技术领域

本实用新型涉及环境污染物的处理领域，特别是涉及一种土壤/沉积物中微塑料的提取装置。

背景技术

塑料是一种抗腐蚀能力强、不与酸碱反应、可塑性高、制造成本低的高分子聚合物，具有极大的生产生活应用价值，在全世界的各行各业都得到了极为广泛的应用。2019年全球塑料产量约4亿吨，人们的生产生活已离不开塑料的使用。然而塑料在给人们带来巨大便利的同时，也给人们带来了环境风险。由于塑料回收利用时的分类工作困难，且回收过程中的经济代价大，绝大多数企业选择了丢弃塑料。这些丢弃的塑料会进入环境并累积，影响生物的正常生长与繁殖、破坏生态***，最终影响到人类生命健康。有研究统计了2010年192个沿海国家排放的由陆入海的塑料垃圾总量约为480-1270万吨。河流、湖泊、海岸甚至南极冰川等人迹罕至的环境都有检测到塑料垃圾的存在。塑料制品在环境中容易被光照等环境因素老化，在环境中解体为细小的塑料，然而由于塑料的难降解性，这些细小的塑料仍会在环境中长期的存在，并不断在水体、海洋等环境介质中传播，并在传播过程中形成数以万计的微塑料。除了被直接吞噬影响伤害生物，微塑料还易吸附环境中的污染物，对环境产生复合污染，是一类环境中的新兴污染物。通常将5mm以下的塑料颗粒称为微塑料，微塑料的形态通常有颗粒、纤维、泡沫、薄膜、碎片等，常见种类有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、尼龙等。

海洋、河流等水环境中微塑料污染已引起了人们的重视，近几年国内外已有大量的科学研究被报道。由于多种因素限制，关于土壤/沉积物微塑料污染的相关研究进展却较为缓慢，目前在土壤/沉积物微塑料分离方面研究的发展仍有大量不足和提升空间，这严重制约着环境中微塑料污染有关研究的深入开展。目前，急需探寻一种简单高效、适用范围广的土壤/沉积物中微塑料的提取方法，为环境中微塑料污染的深入研究提供基础方法。

实用新型内容

为了弥补上述现有技术的不足，本实用新型提出一种土壤/沉积物中微塑料的提取装置。

本实用新型的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种土壤/沉积物中微塑料的提取装置，包括：分离柱，其从上到下被分为溢流部、进液与气浮部、以及混匀与沉降部，在所述进液与气浮部上设有进液口，在所述混匀与沉降部的底部设有排泥口；曝气装置，其包括曝气头、第一气泵、第一流量计和第一气管，所述第一气管的一端连接所述曝气头，另一端连接所述第一气泵，所述第一流量计连接在所述第一气管上，所述曝气头设置于所述混匀与沉降部的内部；气体细化器，其包括气体细化头、第二气泵、第二流量计和第二气管，所述第二气管的一端连接所述气体细化头，另一端连接所述第二气泵，所述第二流量计连接在所述第二气管上，所述气体细化头设置于所述进液与气浮部的内部，并低于所述进液口；溢流池，其套合于所述溢流部，且所述溢流池的顶面高于所述分离柱的顶面，在所述溢流池的底部设有出液口；收集装置，其通过所述溢流口与所述溢流池连通。

优选地，所述溢流池的底面为倾斜面，所述出液口位于所述倾斜面的最低点，所述倾斜面与水平面的夹角为15°～30°。

优选地，所述夹角为30°。

优选地，所述提取装置还包括储液罐、蠕动泵、进液管和进液阀门，所述进液管的一端***所述储液罐内液面以下，一端与所述进液口连接，所述蠕动泵连接在所述进液管上，所述进液阀门连接在所述进液管上靠近所述进液口的位置。

优选地，所述曝气头设置于所述混匀与沉降部的内部的靠近底部的位置；所述气体细化头位于所述进液与气浮部的内部的中部位置，所述进液口位于所述进液与气浮部的中部靠上位置。

优选地，所述收集装置还包括出液管、出液阀门、过滤部件、回收瓶和真空抽滤泵，所述出液管的一端与所述出液口连接，另一端伸入所述回收瓶，所述过滤部件位于所述回收瓶内并位于所述出液管下端，所述回收瓶与所述真空抽滤泵通过管道相连。

优选地，所述过滤部件为孔径20μm的不锈钢筛片。

优选地，所述分离柱是圆柱体，其高径比≥2:1；所述溢流部、所述进液与气浮部、以及所述混匀与沉降部的体积相等。

优选地，所述分离柱的直径为5cm，高度为15cm。

优选地，所述溢流池为上部开口的斜底圆柱，直径为9cm；所述溢流池的顶面高于所述分离柱的顶面2cm。

本实用新型的有益效果包括：

(1)本实用新型可以利用浮选液及气体浮选可以将土壤/沉积物中混杂的密度较轻的微塑料颗粒悬浮在溶液上层并经细小气泡带离分离柱，而较重的沉积物沉降在分离柱底层，通过不断加入的浮选液使分离柱中的溶液溢出，而流入收集装置，从而达到分离的目的。本实用新型的装置简单，易于操作，可缩短分离时间，且分离效果好。

(2)本实用新型可适用于不同体积密度的土壤、沉积物等，通过调整浮选液密度，可实现各种密度的微塑料分离，而分离柱的分段式的设计使得提取装置可以适应不同体积量样品的提取需求。

(3)本装置中分离柱的底部设有排泥口，并且底部配有曝气装置，清洗方便。

(4)在优选的技术方案中，分离柱中溢出的液体可以通过筛片使得微塑料颗粒被隔离在筛片上而被收集，流过筛片的液体通过滤膜等处理后可回收浮选液而循环使用，从而降低使用成本。

(5)在优选的技术方案中，溢流池的底面为倾斜面，与水平面的夹角为15°～30°，便于出液，无液体滞留死角。

附图说明

图1是本实用新型实施例中的土壤/沉积物中微塑料的提取装置的结构示意图。

具体实施方式

下面对照附图并结合优选的实施方式对本实用新型作进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，本实施例中的左、右、上、下、顶、底等方位用语，仅是互为相对概念，或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

本领域技术人员可以通过参考以下的详细描述并同时结合附图而理解本实用新型，须注意的是，为了使读者能容易了解及并使附图简洁，附图中的特定元件并非依照实际比例绘图。此外，图中各元件的数量及尺寸仅作为示意，并非用来限制本实用新型的范围。

虽然本实用新型使用第一、第二、第三等用词，以叙述各种元件等，但应了解这些元件不应被这样的用词所限制。这样的用词仅是用以区分某一元件与另一个元件，其本身并不意含及代表所述元件有任何之前的序数，也不代表某一元件与另一元件的排列顺序、或是制造方法上的顺序。因此，在不背离本实用新型的具体实施例的范畴下，下列所讨论的第一元件、部件也可以以第二元件等词表示。

本实用新型中的微塑料是指塑料制品在环境中被光照等环境因素影响而解体成的细小的塑料，其尺寸≤5mm，微塑料的形态通常有颗粒、纤维、泡沫、薄膜、碎片等，常见种类有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、尼龙等。

实施例1

如图1所示，一种土壤/沉积物中微塑料的提取装置，主要包括分离柱7、溢流池10、收集装置A、曝气装置、气体细化器、储液罐1、蠕动泵2、进液管16和进液阀门17，其中：分离柱7从上到下被分为溢流部71、进液与气浮部72、以及混匀与沉降部73，在进液与气浮部72上设有进液口3，在混匀与沉降部的底部设有带阀门的排泥口6。分离柱是圆柱体，在该示例中，分离柱可以由三段圆柱管通过螺纹接口8连接而成，其中，设置的螺纹接口8是为了便于及时调整分离柱的体积，满足具体样品量需求，例如若需要加大分离柱的体积时，则可以由多段圆柱管通过螺纹接口连接而成，但在进行微塑料提取时，分离柱仍分成三个部分(溢流部71、进液与气浮部72、以及混匀与沉降部73)，分离柱的高径比≥2:1，溢流部、进液与气浮部、以及混匀与沉降部的体积相等，本例中，分离柱的直径为5cm，高度为15cm，溢流部、进液与气浮部、以及混匀与沉降部三者的长度均为5cm。分离柱的顶面开口，底面密封，且底面固定在直径更大的底座4上，底座4的直径为10cm。

曝气装置包括曝气头5、第一气泵12、第一流量计11和第一气管18，第一气管18的一端连接曝气头5，另一端连接第一气泵12，第一流量计11连接在第一气管18上靠近第一气泵12，曝气头5设置于混匀与沉降部的内部的靠近底部的位置，曝气头5所在的高度稍高于排泥口6，在本例中，第一气泵12是空气泵。长时间存在于环境中的微塑料往往与土壤/沉积物颗粒结合很紧密，通过曝气的冲击，可以更快速地冲击剥落黏附在微塑料表面的土壤/沉积物成分，便于微塑料和土壤/沉积物的分离。

气体细化器包括气体细化头9、第二气泵19、第二流量计20和第二气管21，第二气管21的一端连接气体细化头9，另一端连接第二气泵19，第二流量计20连接在第二气管21上靠近第二气泵19的位置，气体细化头9设置于进液与气浮部的内部，其高度低于进液口的高度，且较佳地，气体细化头9高于沉降后泥面的1-2cm，在本例中，气体细化头9位于进液与气浮部72的内部的中部位置，进液口3位于进液与气浮部72的中部靠上位置。本例中，气体细化器为空气细化器。

溢流池10的直径大于分离柱，其套合于溢流部71，溢流池10与溢流部71的连接处紧密无缝、密封平滑，且溢流池的顶面高于分离柱的顶面，在溢流池的底部设有出液口13；在本例中，溢流池10为上部开口的斜底圆柱，底部倾斜面与水平面的夹角为15°～30°，本例中夹角为30°，出液口13位于倾斜面的最低点，溢流池的直径为9cm，溢流池的顶面高于分离柱的顶面2cm。溢流池内的液体依靠自身重力进入收集装置A。

收集装置A包括出液管23、出液阀门22、过滤部件14、回收瓶24和真空抽滤泵15，出液管23的一端与出液口13连接，另一端伸入回收瓶24，过滤部件14位于回收瓶24内并位于出液管23下端，回收瓶24的抽气嘴与真空抽滤泵15通过管道相连；在本例中，过滤部件14为孔径20μm的不锈钢筛片。储液罐1用于储存浮选液，以便在提取微塑料过程中，往分离柱内通入浮选液，其中，浮选液中的溶质是氯化锌、碘化锌、氯化钠和碘化钠中的至少一种，浮选液的密度≥1.5g/cm³。

实施例2

采用实施例1的土壤/沉积物中微塑料的提取装置进行微塑料的提取，包括以下步骤：

1、样品采集：采集污染地区的土壤和/或沉积物；

2、预处理：将步骤1中所采集的土壤/沉积物样品除去杂物后风干，过5mm筛，收集得含粒径5mm以下的微塑料的待处理样品；在其他示例中，也可以在经过了5mm筛后，再经过1mm筛，收集得到含粒径≤1mm的微塑料的待处理样品后进行后续步骤处理；

3、空气浮选：将步骤2中所得到的待处理样品100g加入分离柱7中的混匀与沉降部，并加入与待测样品同体积的浮选液，得到混合液，所述浮选液的溶质是碘化钠，溶剂为超纯水，浮选液的密度不小于1.5g/cm³。打开第一气泵12，通过气体将混合液搅拌均匀，然后关闭第一气泵12，静置30分钟，直至混合液分为上层的非沉淀层和下层的沉淀层，非沉淀层中包含微塑料颗粒。再打开第二气泵19，同时打开进液口3与蠕动泵2，从储液罐内连续通入浮选液，随着浮选液的加入，分离柱7内的液面不断上升至顶部，而处在分离柱7中部、沉淀层以上的气体细化头9不断产生细小气泡，将悬浮在非沉淀层中的微塑料带至分离柱7顶部并溢出，进入溢流池10内。其中，第一气泵12产生的气体的流量为0.4～2L/s，以保证提供的气体能够在短时间内使泥水充分混合，土壤胶团充分破碎，具体流量可视土壤或沉积物类型而定，本例中，曝气的流量为0.5L/s；第二气泵19产生的气体的流量为0.2～0.5L/s，提供的气体应当尽可能充满沉淀层以上的柱内液体，同时又不至于明显扰动已沉降的沉淀层的表面，本例中，第二气泵19产生的气体的流量为0.2L/s；进液口3通入的进液流量为0.5-2L/min，具体进液流量视装置截面面积而定，以保证气浮过程中有液体在持续不断流出，顺利带出微塑料，本例中，进液流量为0.5L/min。

4、过滤：溢流池10内含有微塑料颗粒的液体通过重力自流进入收集装置A，在真空抽滤的作用下，通过孔径20μm的不锈钢筛片14，微塑料因此得到截留收集，本例中收集得到的微塑料数量为95/kg干土。将过筛的浮选液收集后，加入超纯水洗涤后再经过0.45μm滤膜的真空抽滤，即可回收利用浮选液。

5、清洗：打开分离柱7底部的排泥口6，将泥层排净后关闭排泥口6。然后，取离心管置于排泥口6，再次打开排泥口6，排出未溢流出的悬浊液，置于离心机内4000rpm离心5min，离心的上清液过0.45μm滤膜的真空抽滤，即可回收利用浮选液。分离柱7内所有液体排出后，关闭排泥口6，往分离柱内倒满超纯水，将浮选液的储液罐1换成超纯水的储存罐，打开第一气泵12、第二气泵19、进液口3与蠕动泵2，以清洗分离柱7、溢流池10和收集装置A。

实施例3

采用实施例1的土壤/沉积物中微塑料的提取装置进行微塑料的提取，包括以下步骤：

1、在100g干净土样(即几乎不含微塑料的土样)中加入60粒微塑料(粒径大小0.1-5mm)混合后，作为待处理样品；

2、同实施例2的步骤3；

3、同实施例2的步骤4，收集得到59粒微塑料，回收率为98.3％。

在实际实验中，实用新型人通过不同的样品进行了多次实验，微塑料的回收率都在98.3％-100％之间。

实施例4

与实施例2基本相同，不同之处在于所述浮选液的溶质是碘化锌。

实施例5

与实施例2基本相同，不同之处在于所述浮选液的溶质是氯化锌。

实施例6

与实施例2基本相同，不同之处在于所述浮选液的溶质是氯化锌、碘化锌、碘化钠和氯化钠按照1：1：1：2的体积比例配置。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种土壤/沉积物中微塑料的提取装置，其特征在于，包括：

分离柱，其从上到下被分为溢流部、进液与气浮部、以及混匀与沉降部，在所述进液与气浮部上设有进液口，在所述混匀与沉降部的底部设有排泥口；

曝气装置，其包括曝气头、第一气泵、第一流量计和第一气管，所述第一气管的一端连接所述曝气头，另一端连接所述第一气泵，所述第一流量计连接在所述第一气管上，所述曝气头设置于所述混匀与沉降部的内部；

气体细化器，其包括气体细化头、第二气泵、第二流量计和第二气管，所述第二气管的一端连接所述气体细化头，另一端连接所述第二气泵，所述第二流量计连接在所述第二气管上，所述气体细化头设置于所述进液与气浮部的内部，并低于所述进液口；

溢流池，其套合于所述溢流部，且所述溢流池的顶面高于所述分离柱的顶面，在所述溢流池的底部设有出液口；

收集装置，其通过所述溢流口与所述溢流池连通。

2.如权利要求1所述的提取装置，其特征在于，所述溢流池的底面为倾斜面，所述出液口位于所述倾斜面的最低点，所述倾斜面与水平面的夹角为15°～30°。

3.如权利要求2所述的提取装置，其特征在于，所述夹角为30°。

4.如权利要求1所述的提取装置，其特征在于，所述提取装置还包括储液罐、蠕动泵、进液管和进液阀门，所述进液管的一端***所述储液罐内液面以下，一端与所述进液口连接，所述蠕动泵连接在所述进液管上，所述进液阀门连接在所述进液管上靠近所述进液口的位置。

5.如权利要求1所述的提取装置，其特征在于：所述曝气头设置于所述混匀与沉降部的内部的靠近底部的位置；所述气体细化头位于所述进液与气浮部的内部的中部位置，所述进液口位于所述进液与气浮部的中部靠上位置。

6.如权利要求4所述的提取装置，其特征在于：所述收集装置还包括出液管、出液阀门、过滤部件、回收瓶和真空抽滤泵，所述出液管的一端与所述出液口连接，另一端伸入所述回收瓶，所述过滤部件位于所述回收瓶内并位于所述出液管下端，所述回收瓶与所述真空抽滤泵通过管道相连。

7.如权利要求6所述的提取装置，其特征在于：所述过滤部件为孔径20μm的不锈钢筛片。

8.如权利要求1所述的提取装置，其特征在于：所述分离柱是圆柱体，其高径比≥2:1；所述溢流部、所述进液与气浮部、以及所述混匀与沉降部的体积相等。

9.如权利要求1所述的提取装置，其特征在于：所述分离柱的直径为5cm，高度为15cm。

10.如权利要求1所述的提取装置，其特征在于：所述溢流池为上部开口的斜底圆柱，直径为9cm；所述溢流池的顶面高于所述分离柱的顶面2cm。

Images