浮游植物高效沉降裝置設(shè)計探討

楊瑞豐

(大連水文局，遼寧 大連 116023)

浮游植物又稱浮游藻類，是指在水中浮游生長的微小植物，同時也是水質(zhì)監(jiān)測的指示生物[1]。現(xiàn)行的SL 733—2016《內(nèi)陸水域浮游植物監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》指出，現(xiàn)場樣品(1～2L)用魯哥氏液保存，進(jìn)入實驗室后，在沉降器中沉淀48h后，通過虹吸排除上清液留下20～25mL濃縮樣品，再用上清液清洗容器后定量至30mL，最后放入計數(shù)框鏡檢[2]。

目前，市場上仍沒有完善的浮游植物沉降裝置，多數(shù)監(jiān)測人員采用大型分液漏斗和塑料虹吸管移除上清液。此過程主要存在以下問題：①虹吸過程繁瑣，不能同時濃縮多個樣品，處理效率低；②魯哥氏液污染問題較為突出，對實驗者和虹吸管均有損害；③深入樣品的虹吸管無法準(zhǔn)確控制位置，導(dǎo)致濃縮樣品體積難以控制，而二次沉降[3]方式則會大量增加沉降時間；④受分液漏斗沉降器結(jié)構(gòu)限制，傾倒、定容和清洗過程帶來不便。

國內(nèi)關(guān)于浮游植物沉降裝置的研究和設(shè)計較少，現(xiàn)有的專利在實際應(yīng)用中均存在一定的弊端。專利CN201120276851.0[4]中進(jìn)樣口小，不便于傾倒水樣和上清液清洗，同時難以控制沉降體積；專利CN201620529597.3[5]中在分離管內(nèi)設(shè)置球閥采用兩段式進(jìn)行分離，其核心組件易腐蝕，并會大量吸附浮游植物影響檢測；專利CN201720059678.6[6]中采用多組同時沉降策略以提高效率，但內(nèi)部漏斗狀的出水口不僅增加了制作成本，實際操作中也難以避免浮游植物在上面的富集且不易清理，同時也存在進(jìn)水口小的問題。基于此，有必要研發(fā)一種既高效又簡便的浮游植物沉降裝置。在此基礎(chǔ)上控制成本，同時降低二次污染問題，以滿足浮游植物監(jiān)測的要求[7]。

1 裝置設(shè)計

1.1 設(shè)計思路

沉降器中下部分水平開設(shè)排廢口用于排出上清液，底端垂直開設(shè)收集口用于剩余的濃縮液的回收和后續(xù)鏡檢，以避免虹吸過程。沉降器整體呈圓柱形，進(jìn)水口徑與管徑尺寸相同，以方便傾倒水樣和清洗。沉降管上端增加蓋子以減輕沉降過程中魯哥氏液揮發(fā)產(chǎn)生的污染和對實驗者的危害。沉降管內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡化，降低制作成本，同時避免魯哥氏液的腐蝕作用，降低浮游植物和其他雜質(zhì)成分的附著，以提高檢測準(zhǔn)確性。沉降管下端設(shè)計為圓錐體，交接處連接排廢管，圓錐體內(nèi)盛放濃縮后水樣，體積須小于30mL。排廢管連接硅膠軟管，通過止水夾控制排廢流速，降低擾動。采用帶刻度的50mL玻璃瓶準(zhǔn)確收集濃縮樣品和測定體積。設(shè)置沉降器支架，上擋板帶有豁口，方便排廢管通過；下?lián)醢逶O(shè)有直徑略小于沉降管的空心圓，用于固定；左右擋板為上窄下寬，放置穩(wěn)定。一個支架可放置多個沉降管，同時沉降，以提高效率并減少占地面積(可根據(jù)實際樣品量和實驗室空間，按需調(diào)整)。

材質(zhì)選擇：沉降瓶和收集瓶因長期存放含魯哥氏液樣品需要而選為玻璃材料，具有抗腐蝕性好，易清洗的特點；下端收集管上的旋塞為聚四氟乙烯材質(zhì)，具有較高化學(xué)穩(wěn)定性。沉降管蓋，選擇抗腐蝕、易清洗的亞克力材質(zhì)。支架的材質(zhì)同樣選用亞克力，機(jī)械強(qiáng)度高，易于拼接組裝，耐腐蝕易清理。

1.2 結(jié)構(gòu)組成

浮游植物高效沉降裝置如圖1所示，包括沉降管支架、收集瓶、沉降管、聚四氟旋塞、排廢口、止水夾、沉降管蓋。

圖1 浮游植物高效沉降裝置設(shè)計

2 裝置搭建

將硅膠管套在沉降管下端側(cè)面的排廢口，中段安裝止水夾。將安裝好的沉降管依次從上至下放入支架，上端放置沉降管蓋，出水硅膠管統(tǒng)一插入廢液桶(排水槽)。同時取出濃縮液收集瓶，放置于對應(yīng)沉降管下部。如圖2所示。

圖2 浮游植物高效沉降裝置效果

3 實際操作

(1)止水夾夾緊硅膠管，聚四氟旋塞旋至關(guān)閉狀態(tài)，保證整個沉降管密閉。將采集回來的樣品搖勻，緩慢倒入沉降管，蓋上管蓋。觀察沉降管上的刻度，記錄樣品體積。靜置沉降48h。

(2)沉降結(jié)束后，打開沉降管蓋和止水夾，排出沉降管中的上清液，收集部分上清液于洗瓶內(nèi)。

(3)待上清液排盡后，打開聚四氟塞，使?jié)饪s液流至收集瓶中。用洗瓶沖洗沉降管側(cè)壁和底部，同樣流入收集瓶內(nèi)。通過收集瓶上的刻度，記錄濃縮水樣的體積，貼上標(biāo)簽，用于鏡檢。

(4)清洗：保持排廢管和收集管暢通，下端放置廢液杯，從頂端倒入1L左右的清水進(jìn)行沖洗，反復(fù)2～3次。裝置閑置時，保持旋塞4和止水夾6打開狀態(tài)；長期使用后，視腐蝕情況更換硅膠管。

4 結(jié)果比對

實驗分別使用該沉降裝置和常規(guī)虹吸方式監(jiān)測大連地區(qū)某水庫平行樣品[8]。水樣分別濃縮定容至40mL，相同條件下鏡檢分析。藻類種屬的鑒別采用標(biāo)準(zhǔn)方法[9]，藻類數(shù)量采用長條計數(shù)法，結(jié)果見表1。本裝置所監(jiān)測的藻類密度結(jié)果為8.46×106個/L，常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)方法為8.77×106個/L，占比達(dá)到96.49%。本裝置在沉降過程中雖有部分損耗，但結(jié)果仍在誤差范圍之內(nèi)。同時，實驗所檢出的浮游植物的種類及優(yōu)勢種相同，準(zhǔn)確度高，具備真實可行性。

表1 高效沉降裝置與常規(guī)裝置監(jiān)測結(jié)果對照

5 結(jié)語

浮游植物作為水生態(tài)監(jiān)測的重要指標(biāo)受到越來越高的重視，各部門也加大力度進(jìn)行浮游植物的監(jiān)測。監(jiān)測任務(wù)的增加，使得提高實驗效率勢在必行。相比于目前的虹吸沉降技術(shù)，本文所設(shè)計的高效沉降裝置避免了繁瑣的虹吸過程。在保障結(jié)果準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上，實驗操作簡單，流程干擾較小，定容準(zhǔn)確，極大地提高了檢測效率。本裝置對實驗條件的要求較低，易于推廣，適用于浮游植物的高效準(zhǔn)確監(jiān)測，具備良好的市場前景。