浮游植物高效沉降装置设计探讨

杨瑞丰

(大连水文局，辽宁 大连 116023)

浮游植物又称浮游藻类，是指在水中浮游生长的微小植物，同时也是水质监测的指示生物[1]。现行的SL 733—2016《内陆水域浮游植物监测技术规程》指出，现场样品(1～2L)用鲁哥氏液保存，进入实验室后，在沉降器中沉淀48h后，通过虹吸排除上清液留下20～25mL浓缩样品，再用上清液清洗容器后定量至30mL，最后放入计数框镜检[2]。

目前，市场上仍没有完善的浮游植物沉降装置，多数监测人员采用大型分液漏斗和塑料虹吸管移除上清液。此过程主要存在以下问题：①虹吸过程繁琐，不能同时浓缩多个样品，处理效率低；②鲁哥氏液污染问题较为突出，对实验者和虹吸管均有损害；③深入样品的虹吸管无法准确控制位置，导致浓缩样品体积难以控制，而二次沉降[3]方式则会大量增加沉降时间；④受分液漏斗沉降器结构限制，倾倒、定容和清洗过程带来不便。

国内关于浮游植物沉降装置的研究和设计较少，现有的专利在实际应用中均存在一定的弊端。专利CN201120276851.0[4]中进样口小，不便于倾倒水样和上清液清洗，同时难以控制沉降体积；专利CN201620529597.3[5]中在分离管内设置球阀采用两段式进行分离，其核心组件易腐蚀，并会大量吸附浮游植物影响检测；专利CN201720059678.6[6]中采用多组同时沉降策略以提高效率，但内部漏斗状的出水口不仅增加了制作成本，实际操作中也难以避免浮游植物在上面的富集且不易清理，同时也存在进水口小的问题。基于此，有必要研发一种既高效又简便的浮游植物沉降装置。在此基础上控制成本，同时降低二次污染问题，以满足浮游植物监测的要求[7]。

1 装置设计

1.1 设计思路

沉降器中下部分水平开设排废口用于排出上清液，底端垂直开设收集口用于剩余的浓缩液的回收和后续镜检，以避免虹吸过程。沉降器整体呈圆柱形，进水口径与管径尺寸相同，以方便倾倒水样和清洗。沉降管上端增加盖子以减轻沉降过程中鲁哥氏液挥发产生的污染和对实验者的危害。沉降管内部结构简化，降低制作成本，同时避免鲁哥氏液的腐蚀作用，降低浮游植物和其他杂质成分的附着，以提高检测准确性。沉降管下端设计为圆锥体，交接处连接排废管，圆锥体内盛放浓缩后水样，体积须小于30mL。排废管连接硅胶软管，通过止水夹控制排废流速，降低扰动。采用带刻度的50mL玻璃瓶准确收集浓缩样品和测定体积。设置沉降器支架，上挡板带有豁口，方便排废管通过；下挡板设有直径略小于沉降管的空心圆，用于固定；左右挡板为上窄下宽，放置稳定。一个支架可放置多个沉降管，同时沉降，以提高效率并减少占地面积(可根据实际样品量和实验室空间，按需调整)。

材质选择：沉降瓶和收集瓶因长期存放含鲁哥氏液样品需要而选为玻璃材料，具有抗腐蚀性好，易清洗的特点；下端收集管上的旋塞为聚四氟乙烯材质，具有较高化学稳定性。沉降管盖，选择抗腐蚀、易清洗的亚克力材质。支架的材质同样选用亚克力，机械强度高，易于拼接组装，耐腐蚀易清理。

1.2 结构组成

浮游植物高效沉降装置如图1所示，包括沉降管支架、收集瓶、沉降管、聚四氟旋塞、排废口、止水夹、沉降管盖。

图1 浮游植物高效沉降装置设计

2 装置搭建

将硅胶管套在沉降管下端侧面的排废口，中段安装止水夹。将安装好的沉降管依次从上至下放入支架，上端放置沉降管盖，出水硅胶管统一插入废液桶(排水槽)。同时取出浓缩液收集瓶，放置于对应沉降管下部。如图2所示。

图2 浮游植物高效沉降装置效果

3 实际操作

(1)止水夹夹紧硅胶管，聚四氟旋塞旋至关闭状态，保证整个沉降管密闭。将采集回来的样品摇匀，缓慢倒入沉降管，盖上管盖。观察沉降管上的刻度，记录样品体积。静置沉降48h。

(2)沉降结束后，打开沉降管盖和止水夹，排出沉降管中的上清液，收集部分上清液于洗瓶内。

(3)待上清液排尽后，打开聚四氟塞，使浓缩液流至收集瓶中。用洗瓶冲洗沉降管侧壁和底部，同样流入收集瓶内。通过收集瓶上的刻度，记录浓缩水样的体积，贴上标签，用于镜检。

(4)清洗：保持排废管和收集管畅通，下端放置废液杯，从顶端倒入1L左右的清水进行冲洗，反复2～3次。装置闲置时，保持旋塞4和止水夹6打开状态；长期使用后，视腐蚀情况更换硅胶管。

4 结果比对

实验分别使用该沉降装置和常规虹吸方式监测大连地区某水库平行样品[8]。水样分别浓缩定容至40mL，相同条件下镜检分析。藻类种属的鉴别采用标准方法[9]，藻类数量采用长条计数法，结果见表1。本装置所监测的藻类密度结果为8.46×106个/L，常规标准方法为8.77×106个/L，占比达到96.49%。本装置在沉降过程中虽有部分损耗，但结果仍在误差范围之内。同时，实验所检出的浮游植物的种类及优势种相同，准确度高，具备真实可行性。

表1 高效沉降装置与常规装置监测结果对照

5 结语

浮游植物作为水生态监测的重要指标受到越来越高的重视，各部门也加大力度进行浮游植物的监测。监测任务的增加，使得提高实验效率势在必行。相比于目前的虹吸沉降技术，本文所设计的高效沉降装置避免了繁琐的虹吸过程。在保障结果准确性的基础上，实验操作简单，流程干扰较小，定容准确，极大地提高了检测效率。本装置对实验条件的要求较低，易于推广，适用于浮游植物的高效准确监测，具备良好的市场前景。