滑動組合式水樣保溫運輸箱的設(shè)計及應(yīng)用研究

孫大明

(遼寧省大連水文局，遼寧 大連 116023)

近年來，隨著水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的不斷提高與完善，對于水質(zhì)監(jiān)測的要求也越來越嚴格[1-3]。在水質(zhì)監(jiān)測分析過程中，除了要求樣品檢測分析的準確性外，水樣前置處理過程中的保存與運輸也是水質(zhì)監(jiān)測的重要環(huán)節(jié)。為保障檢測數(shù)據(jù)的準確性及可靠性，《生活飲用水標準檢驗方法 水樣的采集與保存》(GB/T 5750.2—2006)和《水質(zhì) 樣品的保存和管理技術(shù)規(guī)定》(HJ 493—2009)均規(guī)定了樣品從采集后至運輸?shù)綄嶒炇移陂g，應(yīng)實施1～5℃冷藏并暗處保存[4-5]。水樣的保存運輸過程中，需要保證持續(xù)低溫、避光、安全等條件[6]。目前市面上普通的水樣運輸箱，無法對水樣進行持續(xù)的冷藏保溫，導致水體樣品受溫度影響較大。對于常規(guī)的地表水和地下水采樣，需要攜帶多個規(guī)格不一的采樣瓶，普通運輸箱對于玻璃瓶的保護欠佳，且不能滿足多個采樣瓶的固定放置。尤其是當采樣點較多，運輸箱攜帶數(shù)量較多時，不僅給采樣人員造成運輸上的困難，由于缺乏固定設(shè)備，還大大增加了運輸過程中的安全風險。

鑒于以上問題，本文設(shè)計了一種滑動組合式水樣保溫運輸箱，不僅能夠有效保障水樣冷藏保溫，還能夠保證采樣瓶和運輸箱在保存與運輸過程中的安全性和便捷性，并對本文設(shè)計的采樣箱與傳統(tǒng)采樣運輸箱對大連地區(qū)8月地表水國家重要水質(zhì)站揮發(fā)酚、氰化物、BOD5、氨氮和糞大腸菌群5項監(jiān)測指標進行采樣對比分析。

1 滑動組合式水樣保溫運輸箱的設(shè)計

a.滑動組合式水樣保溫運輸箱的外箱體與箱蓋內(nèi)外層均為聚丙烯(PP)材料，中間層為高密度保溫材料，具有很好的保溫性、抗沖擊性和抗破損性。

b.箱蓋頂部與外箱體底部裝有一對滑動連接裝置，包括底座結(jié)構(gòu)和滑動結(jié)構(gòu)。箱蓋頂部為底座結(jié)構(gòu)，外箱體底部為滑動結(jié)構(gòu)，外箱體通過側(cè)面滑動，使箱體與箱體之間上下連接；滑動連接裝置采用五金材質(zhì)，不易變形，且耐銹防腐。底座結(jié)構(gòu)與滑動結(jié)構(gòu)之間的接觸面采用螺紋面，增強了滑動貼合性，且具有適當?shù)哪Σ亮Γ瓜潴w的組合更加穩(wěn)定。底座結(jié)構(gòu)的前段設(shè)有緩沖阻尼，增強了滑動穩(wěn)定性，緩解了五金零件的損耗；末端設(shè)有卡扣，防止箱體連接出現(xiàn)滑落，實現(xiàn)多個運輸箱的組合固定，方便水樣運輸中的固定與移動。

c.內(nèi)膽箱為采用多個不同內(nèi)徑的定型孔的PE海綿材質(zhì)，用于放置多個50～1000mL不同規(guī)格、不同材質(zhì)的采樣瓶或采樣管。同時很好地固定和保護定型孔內(nèi)的采樣瓶和采樣管。此外內(nèi)膽箱和外箱體之間形成四面空腔，空腔四周用于放置可拆卸式冰排，可拆卸式冰排外殼材質(zhì)為PE材質(zhì)，內(nèi)部采用高分子蓄冷材料，保冷性能好，安全無毒，可反復使用。該可拆卸式冰排可直接拆卸放入冰箱冷凍。

d.箱蓋外側(cè)設(shè)有提手，內(nèi)側(cè)設(shè)有溫度檢測裝置；外箱體上設(shè)有內(nèi)嵌式溫度顯示器，實時顯示箱體內(nèi)溫度。

滑動組合式水樣保溫運輸箱見圖1。

圖1 滑動組合式水樣保溫運輸箱設(shè)計1—外箱體；2—箱蓋；3—鎖扣；4—合頁；5—可拆卸式冰排；6—把手；7a—溫度檢測探頭；7b—溫度顯示裝置；8—內(nèi)膽箱；9—定型孔；10—提手；11a—底座結(jié)構(gòu)；11b—滑動結(jié)構(gòu)；12—卡扣

2 實驗方法比對

采用滑動組合式水樣保溫運輸箱采集的樣品與傳統(tǒng)采樣方式進行采樣分析比對，結(jié)果見表1。為了驗證實驗，在現(xiàn)場采集樣品后對揮發(fā)酚項目加入3mL濃度為1.00mg/L的揮發(fā)酚標準溶液，對氰化物項目加入2mL濃度為1.00mg/L的氰化物標準溶液，并采集平行樣。

表1 國家重要水質(zhì)站L01滑動組合式水樣保溫運輸箱與傳統(tǒng)采樣箱采樣監(jiān)測結(jié)果比對

從表中1可以看出，傳統(tǒng)采樣箱與滑動組合式水樣保溫運輸箱采樣監(jiān)測結(jié)果相比，相差較大，揮發(fā)酚、氰化物、BOD5以及氨氮衰減率在32.7%～40.8%之間，糞大腸菌群數(shù)量增長了7倍多。

揮發(fā)酚是一類不穩(wěn)定的羥基芳烴化合物，很容易被水體中的氧和微生物氧化或分解。降低水體溫度，使其化學的尤其是生物的作用大為緩解[7]，低溫保存時獲得的監(jiān)測結(jié)果較為準確可靠。

溫度對氰化物水樣的穩(wěn)定性也有一定的影響。林仰鋒等[8]發(fā)現(xiàn)，當保存溫度為4℃時，水樣中的氰化物穩(wěn)定性良好，隨著溫度的升高，氰化物的濃度都有所降低，溫度數(shù)值與氰化物濃度成反比。王麗萍[9]發(fā)現(xiàn)，當溫度較低時，微生物繁殖緩慢，氰化物不容易分解，從而減少了保存過程中樣品組分的損失。本實驗也驗證了這一論據(jù)。

生化需氧量的測定過程，實際上是微生物對有機物的降解過程，也是微生物的生長過程[10]。不同的細菌有不同的適宜生長溫度，高溫菌為50～60℃，中溫菌為25～40℃，低溫菌為10～20℃。夏季采樣后突然改變保存溫度，由于溫差改變了中溫菌的生長條件，將抑制了其代謝功能，而低溫菌的生長又需有一個適應(yīng)階段，這就導致相對冷藏法對在一定時間內(nèi)保存BOD5樣品具有一定的實際意義。

《水質(zhì) 糞大腸菌群的測定 濾膜法》(HJ 347.1—2018)規(guī)定，采樣后應(yīng)在2h內(nèi)檢測，否則，應(yīng)在10℃以下冷藏但不得超過6h。實驗室接樣后，不能立即開展檢測的，將樣品在4℃以下冷藏并在2h內(nèi)檢測。因此，說明糞大腸菌群樣品需進行低溫保存，本實驗結(jié)果也表明，如果將樣品在常溫下保存，糞大腸菌群數(shù)量會成倍增加。

氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮是同一反應(yīng)鏈上不同階段的產(chǎn)物，氨氮在水中濃度變化受溫度影響明顯[11]，溫度較高會使微生物進入繁殖溫區(qū)，將地表水中的亞硝酸鹽在微生物作用下還原為氨，從而使水體中氨氮濃度升高。因此低溫可在不同程度上抑制水樣中微生物的活性，保證監(jiān)測結(jié)果的準確性。

3 結(jié) 語

水樣從采集到進入實驗室分析這段時間內(nèi)，由于物理、化學、生物的作用會發(fā)生不同程度的變化，為了將這種變化降低到最小，必須在采樣時對樣品加以保護。因此樣品采集后的保存與運輸過程是影響檢測結(jié)果能否客觀、真實反映水中污染物濃度的關(guān)鍵步驟。本文設(shè)計了一種便攜式水樣保溫運輸箱，通過箱體和箱蓋的保溫處理以及在內(nèi)外箱體之間的空腔和箱蓋內(nèi)側(cè)放置冰排，達到了很好的冷藏效果和保溫效果；此外箱體設(shè)置了滑動連接裝置，可進行多個運輸箱之間的固定，方便水樣運輸過程中擺放與移動，實現(xiàn)多個運輸箱的組合固定。運用對比實驗來檢驗設(shè)計的保溫運輸箱對水樣采集保存的有效性，獲得的結(jié)果令人滿意。本文設(shè)計的滑動組合式水樣保溫運輸箱結(jié)構(gòu)穩(wěn)定耐用、操作便捷，提高了水樣運輸?shù)陌踩院捅憬菪裕哂袕V泛的應(yīng)用前景。