智能制造網(wǎng)
技術(shù)文章
水德提供全套海洋微塑料研究解決方案
閱讀：2575 發(fā)布時(shí)間：2020-3-10 1.微塑料的起源
自1907年科學(xué)家貝克蘭注冊(cè)酚醛塑料以來，塑料憑借其強(qiáng)大的抗腐蝕性、高塑性、輕便等優(yōu)勢(shì)在*范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，但由于其無法自然降解等性質(zhì)對(duì)人類自然環(huán)境造成了嚴(yán)重的危害。
2004年，英國(guó)科學(xué)家在《SCIENCE》雜志上發(fā)表了關(guān)于海洋水體和沉積物中塑料碎片的論文，*提出微塑料的概念。此后，許多科研人員都投入到微塑料的研究中，并發(fā)表了許多重要的成果，使得微塑料污染引起的重視。
2.微塑料的危害
微塑料部分來源于塑料制品，本身可能會(huì)釋放有毒有害物質(zhì)，對(duì)海洋環(huán)境造成直接危害。更令人擔(dān)憂的是，微塑料會(huì)通過海洋食物鏈傳遞，終進(jìn)入人類食物鏈對(duì)人體健康安全造成威脅。
3.微塑料的調(diào)查與研究方法
針對(duì)國(guó)內(nèi)日益增長(zhǎng)的微塑料危害問題，水德儀器聯(lián)合德國(guó)HYDRO-BIOS、丹麥KC-Denmark、法國(guó)HYDROPITC、德國(guó)SubCtech等國(guó)外高水平水環(huán)境設(shè)備制造商推出了多種關(guān)于微塑料的調(diào)查與研究設(shè)備。以下將分開闡述各種調(diào)查與研究方法。
3.1微塑料采樣方法
3.1.1海水表面微塑料采樣器
從水中采集出微塑料進(jìn)行量化和檢驗(yàn)是微塑料研究中重要的一步。
德國(guó)HYDRO-BIOS公司設(shè)計(jì)了三種不同的采樣網(wǎng)，這三種采樣網(wǎng)可以在水平面10-20cm處(大部分低密度微小顆粒聚集的地方)進(jìn)行取樣。
（1）Manta網(wǎng)
Manta網(wǎng)適用的環(huán)境條件是開放但是平靜的水域，河流、湖泊等。
技術(shù)參數(shù)：
材質(zhì)：鋁制
尺寸：30 x 15 x 25 cm
重量：4kg
網(wǎng)袋開口：40x70cm
長(zhǎng)度：260cm
網(wǎng)目：300 μm(可定制)
（2）Neuston網(wǎng)
帶katamaran的Neuston網(wǎng)可以在大洋環(huán)境中推薦使用。
技術(shù)參數(shù)：
材質(zhì)：鋁制
Katamaran浮體尺寸：220 x 60 x 300 cm (w x h x l)
網(wǎng)衣尺寸：70 x 40 x 260 cm (w x h x l)
重量：100kg
網(wǎng)袋開口：70x40cm
網(wǎng)目：300 μm(可定制)
（3）Microplastics 網(wǎng)
帶兩個(gè)起升體的Microplastics 網(wǎng)可以在平靜的內(nèi)陸水域，沿海地區(qū)和大洋環(huán)境使用。
技術(shù)參數(shù)：
材質(zhì)：316不銹鋼
尺寸：115 x 45 x 20 cm
重量：12kg
網(wǎng)袋開口：70x40cm
網(wǎng)目：300 μm(可定制)
（4）生物網(wǎng)口流量計(jì)
以上三款海洋微塑料采樣網(wǎng)在網(wǎng)口處均有一個(gè)數(shù)字網(wǎng)口流量計(jì)，用來測(cè)量通過網(wǎng)口的水的體積。根據(jù)使用環(huán)境的不同分為垂直流量計(jì)與水平流量計(jì)。
水平流量計(jì)
垂直流量計(jì)
用來測(cè)量通過采樣網(wǎng)的水的體積
用來測(cè)量通過采樣網(wǎng)的水的體積
5位機(jī)械式計(jì)數(shù)器
5位機(jī)械式計(jì)數(shù)器
葉輪直徑：75mm
葉輪直徑：75mm
便捷的雙點(diǎn)連接
便捷的三點(diǎn)連接
水平拖網(wǎng)使用
垂直拖網(wǎng)使用
/
帶放到轉(zhuǎn)功能
（5）走航式表層海水微塑料采樣系統(tǒng)
德國(guó)SubCtech公司研制出了走航式表層海水微塑料采樣系統(tǒng)，可以在船體航行中完成微塑料的采樣工作。該系統(tǒng)的采樣可以通過時(shí)間和流量控制，即在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)采樣或者在固定流速下采樣。水體經(jīng)過抽水裝置流經(jīng)3個(gè)不同目徑的不銹鋼濾網(wǎng)，微塑料固定在了濾網(wǎng)上，同時(shí)設(shè)備配有壓力報(bào)警系統(tǒng)，用來監(jiān)測(cè)流量。
技術(shù)參數(shù)：
流量：5L/min
濾網(wǎng)：30μm、100μm、500μm，其他尺寸可定制
顯示：7”彩色觸摸屏 、數(shù)據(jù)查看和系統(tǒng)配置菜單觸屏式操作
電源：12/24Vdc、25W
尺寸：345×224×230mm
重量：5kg
使用溫度：0-45℃
存儲(chǔ)溫度：-20-50℃
3.1.2表層海水微塑料采樣器
（1）Bongo網(wǎng)
Bongo網(wǎng)適用于采集淺水中的浮游生物、微塑料，兩個(gè)網(wǎng)口可同時(shí)采集不同目徑的浮游生物、微塑料。
技術(shù)參數(shù)：
尺寸：250×135×60cm
開口：2×0.2827cm2
材質(zhì)：316不銹鋼
重量：20kg
目徑：500μm(可定制)
深度抑制器重量：22kg
航速：4節(jié)
（2）微塑料顆粒泵
微塑料顆粒泵是丹麥KC-Denmark公司參與歐盟項(xiàng)目——“潔凈海洋”的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的。在一次下水采樣中，丹麥KC微塑料采樣泵能夠使用三個(gè)不同網(wǎng)目尺寸的過濾板來進(jìn)行采樣(多可放置四個(gè))，過濾板網(wǎng)目規(guī)格范圍(網(wǎng)目規(guī)格從20μm到1000μm)，并同時(shí)能夠精確測(cè)量出泵水量。
技術(shù)參數(shù)：
流量：18000升/小時(shí)，大約300升/分鐘
泵材質(zhì)：AISI304不銹鋼
框架：AISI316不銹鋼
鋅陽極防腐
電源：230伏交流電
功率：0.75千瓦
操縱箱由塑料制成，觸摸屏用于編程和緊急制停
過濾板目徑： 20μm-100μm
底架尺寸：60×60cm
大操作深度：40米
長(zhǎng)度：137cm
總計(jì)重量：46Kg
（3）浮游生物泵
浮游生物泵是由丹麥KC-Denmark公司生產(chǎn)的原位采集水體中浮游動(dòng)物與微塑料的設(shè)備。
泵速度：26000L/h
網(wǎng)衣目徑：60μm
高度：147cm
重量：34kg
電源：230V交流電
大操作深度：150m
采樣面積：3000cm2
3.1.3中層、深層海水微塑料采樣器
（1）浮游生物泵
浮游生物泵是由丹麥KC-Denmark公司生產(chǎn)的原位采集水體中浮游動(dòng)物與微塑料的設(shè)備。
泵速度：30000L/h
網(wǎng)衣目徑：60μm
高度：151cm
重量：48kg
電源：24VDC
大操作深度：6000m
采樣面積：3000cm2
3.1.4海洋微塑料分層采樣網(wǎng)
MultiNet®是浮游生物、微塑料自動(dòng)采樣器，它可以在連續(xù)的水層中進(jìn)行水平采樣和垂直采樣。每個(gè)MultiNet®安裝5只(9只)網(wǎng)袋。開口面積：Mini型，0.125m2；Midi型，0.25m2，Maxi型，0.5m2；Mammoth型，1m2。整個(gè)系統(tǒng)由甲板控制單元、水下控制單元、不銹鋼框架、網(wǎng)衣、網(wǎng)底管等組成，5(9)只網(wǎng)袋通過拉鏈連接器連接在不銹鋼框架的帆布部分上。
3.1.5底泥采樣
微塑料主要集中在海水表層與底泥當(dāng)中，因此采集河流、海洋中泥樣也成為分析微塑料的重要手段。
德國(guó)HYDRO-BIOS公司與丹麥KC-Denmark公司設(shè)計(jì)了多種抓斗、箱式，可以滿足不同的采樣環(huán)境。
（1）抓斗采泥器
序號(hào)
開口面積
重量
適用環(huán)境
制造商
1
250cm2
5kg
淺水
德國(guó)HYDRO-BIOS
2
1000cm2
22kg
淺水
德國(guó)HYDRO-BIOS
3
1250cm2
35kg/60kg
深水
德國(guó)HYDRO-BIOS
4
250cm2
10kg
淺水
丹麥KC-Denmark
5
1000cm2
45kg
淺水
丹麥KC-Denmark
6
2000cm2
135kg
深水
丹麥KC-Denmark
7
2500cm2
175kg
深水
丹麥KC-Denmark
8
5000cm2
350kg
深水
丹麥KC-Denmark
（2）箱式采泥器
序號(hào)
開口面積
重量
適用環(huán)境
制造商
1
225cm2
4kg/8kg
淺水
德國(guó)HYDRO-BIOS
2
400cm2
6kg/11.5kg
淺水
德國(guó)HYDRO-BIOS
3
225cm2
5.8kg
淺水
丹麥KC-Denmark
4
400cm2
18.5kg/32kg
淺水
丹麥KC-Denmark
（3）重型箱式采泥器
序號(hào)
開口面積
重量
適用環(huán)境
制造商
1
600cm2
320kg/560kg
深水
丹麥KC-Denmark
2
1000cm2
325kg/565kg
深水
丹麥KC-Denmark
3
2500cm2
1050kg/1450kg
深水
丹麥KC-Denmark
4
7500cm2
2250kg/3350kg
深水
丹麥KC-Denmark
（4）柱狀采泥器
柱狀采泥器有四種型號(hào)，其中Kajak柱狀采泥器只用于湖泊、河流的淺水環(huán)境中；小型重力柱狀采泥器適用于淺海200-300m環(huán)境中；重力柱狀采泥器適用于深海環(huán)境中；柱狀采泥器適用于采集硬泥底質(zhì)的泥樣。
（5）多通道柱狀采泥器
序號(hào)
取樣管數(shù)量
使用環(huán)境
采樣管尺寸
1
4
淺水
φ80/72mm、500mm；
φ100/95mm、500mm；
φ60/52mm、500mm；
2
6
深水
Φ110/105mm、800mm；
3
8
深水
Φ110/105mm、800mm；
4
12
深水
Φ110/105mm、800mm；
3.2微塑料沉積物分離設(shè)備
德國(guó)HYDRO-BIOS公司MPSS微塑料沉積物分離器主要用于分離沉積物樣品中的微塑料組份。HYDRO-BIOS顯著的改善了經(jīng)典的密度分離方，設(shè)計(jì)出了MPSS微塑料分離器。它能夠從沉積物樣品中可靠的分離出不同生態(tài)相關(guān)的各種尺寸的塑料粒子。
對(duì)MPSS微塑料沉積物分離器開始的研究，證實(shí)了對(duì)于大的微型顆粒(L-MPP，1-5毫米)有*的回收率，對(duì)于小的微型顆粒(S-MPP)有95.5%的回收率，顯著的高于泡沫浮選法得到的數(shù)值(L-MPP 55%)，或經(jīng)典的密度分離法(S-MPP 39.8%)。
技術(shù)參數(shù)：
大沉積物容量
6升
濃縮樣品容量
95毫升
容器完整容量
31升
尺寸
36x46x140厘米，含底座
空重
22千克
容器材質(zhì)
AISI 316不銹鋼，玻璃，PTFE聚四氟乙烯(特氟龍)，EPD
三元乙丙橡膠
底座材質(zhì)
鋁
轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速
0-20rpm
電源
85-260V AC，500W
3.3微塑料研究方法
通常我們使用顯微鏡來觀察微塑料，進(jìn)行計(jì)數(shù)以及形態(tài)學(xué)的研究。但是使用顯微鏡研究非常耗時(shí)費(fèi)力，并且計(jì)數(shù)等結(jié)果的人工誤差大。
針對(duì)這些不便之處，水德聯(lián)合法國(guó)HYDROPTIC公司為推出ZooSCAN浮游動(dòng)物圖像掃描系統(tǒng)。
針對(duì)微塑料，ZooSCN可以自動(dòng)計(jì)數(shù)，記錄高分辨率的數(shù)字化圖像，并統(tǒng)計(jì)其二維表面積、直徑、磨圓度等形態(tài)參數(shù)，同時(shí)依托Ecotaxa包含的數(shù)據(jù)庫可以快速比對(duì)，進(jìn)行建庫。
微塑料用ZooSCAN掃描結(jié)束后，由ZooProcess和Ecotaxa分別以標(biāo)準(zhǔn)化的程序處理原始圖像、對(duì)不同個(gè)體的形態(tài)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量和對(duì)圖像中的微塑料進(jìn)行自動(dòng)分類和計(jì)數(shù)，并且會(huì)將統(tǒng)計(jì)出的信息以Excel表格形式供使用者使用。