ПРОБООТБОРНИК ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ИЛОВОЙ ВОДЫ ИЗ ДОННЫХ ОСАДКОВ IN SITU
IN-SITU SLUDGE EXTRACTOR FROM BOTTOM SEDIMENTS

Настоящее, предлагаемое изобретение относится к исследованию океана, к исследованию и анализу донных отложений. Принятые в современной науке методы и аппаратура для выделения и исследования иловых вод в донных отложениях подробно описаны в книге [1] Т. 1, гл. 2.
2
2
Известны методы выделения иловых вод путем отпрессовывания, которые нашли широкое применение при отжатии почвенных, иловых, горных растворов и в разных модификациях используются в России и за рубежом [5, 6, 7]. Эта техника позволяет получать давление в пресс-форме до 10000 кг/см. Однако в практике морских работ редко применяется давление более 200-400 кг/см. Существенно были усовершенствованы и приборы для отжатия иловой воды в виде модернизированных прессов и домкратов [1, 2, 3].
Известен пробоотборник для отбора донных проб, включая илистые отложения, который выполнен в виде трубы, верх которой связан с судовой лебедкой, и закрепленным набором грузов, а низ снабжен копьевидными зубцами (4). Данный пробоотборник не позволяет выделить иловую воду непосредственно в месте отбора пробы, и взят нами за прототип по совокупности существенных признаков.
Все известные устройства для получения донных проб не позволяют получить иловую воду в точке исследования. Целью предполагаемого изобретения является достижение этой возможности.
Поставленная цель достигается тем, что труба представляет собой набор цилиндрических секций с отверстиями для поступления воды, каждая секция снабжена нижними и верхними кольцами, между которыми находятся подвижные муфты со спицами, секции связанны резьбовыми муфтами, в местах соединений которых расположены внутренние муфты с перегородками, разделяющими секции, внутри каждой секции находится стакан, опирающийся на перегородку внутренней муфты, и закрытый обратным клапаном, на дне стакана расположено опорное кольцо с пластиной, на которой находится сосуд для иловой воды, накрытый фильтром, поверхность трубы в местах работы подвижной муфты покрыта тонкой пленкой, фильтрующей воду.
Возможность реализации
Пробоотборник изображен на фиг. 1. Он содержит:
1. Цилиндрический корпус пробоотборника в виде трубы.
2. Оголовье с горизонтальной крышкой верхнего клапана на резьбе.
3. Подвижная дуга оголовья с тросом, идущим к судовой лебедке.
4. Набор грузов, размещенных на опоре трубы.
5. Нижняя секция - копьевидный утяжеленный наконечник.
6. Набор грузов в нижней секции.
7. Ребра жесткости на копьевидном наконечнике.
8. Внутренняя муфта с крышкой, разделяющей секции и ячейки.
9. Внешняя соединительная муфта на резьбе.
10. Пробоотборная цилиндрическая ячейка.
11. Перегородка внутренней муфты.
12. Вмещающий большой стакан ячейки.
13. Опорное внутреннее кольцо.
14. Верхняя опорная пластинка.
15. Приемный сосуд - стакан для пробы иловой воды.
17. Распорная пружина.
18. Обратный клапан.
19. Подвижная муфта в исходном нижнем и верхнем (пунктир) положении.
20. Нижнее и верхнее кольца на трубе, ограничивающие движение муфты по вертикали.
21. Боковые опорные спицы, крестообразно закрепленные на подвижной муфте.
Пробоотборник представляет трубу, состоящую из нескольких секций, соединенных специальными муфтами на резьбе. Верхняя секция подобно прямоточной трубке имеет оголовье и набор грузов, помогающих пробоотборнику врезаться в осадок. Оголовье включает верхний клапан с горизонтальной крышкой на резьбе и подвижную дугу для крепления троса, идущего к судовой лебедке (3). Набор грузов содержит 3 круглых пластины (4) с отверстиями под диаметр трубы и опору на трубе под грузами. Нижняя секция также содержит набор грузов (6), помещенных внутри ее и в копьевидном наконечнике. Желательно, чтобы нижняя часть пробоотборника была тяжелее верхней, для того, чтобы он не ложился, а вертикально входил в осадок. Секции соединяют муфты с резьбой.
Внутренняя часть пробоотборника предназначена для отбора проб иловой воды с различных по возрасту и глубине горизонтов. Секции включают ячейки, разделенные внутренними муфтами с перегородками, или круглыми пластинками, опирающейся на четыре крестообразных выступа в трубе. В ячейках размещен высокий пластиковый стакан, по внутреннему диаметру трубы, в котором на дне помещено опорное кольцо, состоящее из упругого мягкого материала, предназначенное для смягчения удара при вхождении пробоотборника в осадок. На опорном кольце размещена нижняя круглая опорная пластинка, на которой ставится приемный сосуд - стакан, объемом 200-300 мл, предназначенный для сбора пробы иловой воды. Внутренний стакан закрыт набором фильтров для очистки воды, помещенных между двумя круглыми пластинками с тонкими сетчатыми отверстиями, не доходящими примерно 5 мм до стенок стакана.
Непосредственно над высоким стаканом, вмещающим сосуд для иловой воды и приспособления для ее фильтрации, в трубу вставлен обратный клапан для воды. Это устройство прямого действия, обеспечивающее движение воды только в одну сторону и не позволяющее ей двигаться в обратном направлении. Оно состоит из корпуса, рабочего органа и прижимного элемента. Разные варианты обратных клапанов описаны в Яндексе. Обратный клапан служит для сохранения отобранной пробы иловой воды. Между ним и пластинкой над фильтрами может быть размещена прижимная пружина.
Выше обратного клапана, примерно на 9-12 мм, в стенках трубы сделаны небольшие отверстия, диаметром 2-3 мм, в три ряда, в шахматном порядке, шириной не более 5-7 см, в зависимости от диаметра трубы. Мы рекомендуем диаметр 100 мм. Отверстия располагаются на горизонтальном уровне ячеек на трех участках так, чтобы не ослабить ее прочность. Трубу на уровне отверстий охватывает двухслойная подвижная эластичная муфта. Внутренний слой должен быть упругим, пластичным и гладким, наружный слой - более жестким, но гибким. Это запорная муфта, надежно закрывающая отверстия в трубе, крепится вокруг трубы на стяжках, позволяющих отрегулировать прочность крепления и возможность вертикального движения муфты вверх при вхождении трубки в осадок и опускания вниз при выходе из осадка. Поверхность трубы под муфтой на всю высоту ее перемещения, ограниченную закрепленными кольцами, при подготовке к работе обтягивается фильтрующей воду тонкой пленкой [17]. Она выполняет дополнительную функцию фильтрации наружной иловой воды, а гладкая и скользкая ее поверхность облегчает вертикальное движение запорной муфты. При необходимости фильтрующая воду тонкая пленка может быть размещена и во внутренней части ячейки на распорных кольцах, для лучшей фильтрации.
На поверхности муфты закреплены упругие, крестообразно расположенные спицы, металлические, или пластиковые. При спуске пробоотборника они легко преодолевают водную толщу, но при вхождении в осадок поднимают муфту, открывая отверстия в трубе для доступа наружной иловой воды из осадка внутрь для фильтрации и отбора. При подъеме пробоотборника из осадка они опускают муфту вниз, закрывая отверстия в трубе.
Этот процесс совершается на всех уровнях, где будут ячейки с устройством для отбора иловой воды, и есть отверстия в трубе, прикрытые скользящей муфтой со спицами.
В верхней части трубы пробоотборника под грузами и выше внутренней муфты (8) может быть помещена дополнительная секция (10) для отбора придонной воды (на фиг. 1 она не показана). В этой секции можно удалить части (13-17). Придонная вода будет собираться в большой пластиковый стакан (12).
Давление, отделяющее иловую воду от осадка, в данном случае создает сама окружающая среда под дном водоема, зависящая от глубины станции: на 100 м - 10 атм, на 1000 м - 100 атм, на 4000 м - 400 атм и т.д. При спуске пробоотборника, вероятно, как и при спуске прямоточной трубки, потребуется остановка в 30-40 м над дном, а потом свободный ход. При вхождении в осадок потребуется выдержка не менее 20-30 минут для фильтрации иловой воды и наполнения приемных сосудов, затем подъем пробоотборника.
Источники информации
1. Гурский Ю.Н. Геохимия литогидросферы внутренних морей. Т. 1. Методы изучения и процессы формирования химического состава иловых вод в отложениях Черного, Азовского, Каспийского, Белого, Балтийского морей. М.: ГЕОС, 2003. 332 с.
2. Гурский Ю.Н. Геохимия литогидросферы внутренних морей. Т. 2. Иловые воды Красного и Средиземного морей. Зоны эстуариев. Закономерности формирования и классификация вод литогидросферы. М.: ГЕОС, 2007. 450 с.
3. Гурский Ю.Н. Выявление и оценка уровня антропогенных загрязнений на основе геохимического изучения иловых вод морских и пресноводных отложений. Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2017. №5. С. 49-58.
4. Ковачев С.А., Мелузов А.А. Морская геологическая труба-пробоотборник. Патент на изобретение №2668441. 2018. С. 1-7.
5. Тагеева Н.В., Тихомирова М.М. Геохимия поровых вод при диагенезе морских осадков. М.: Изд-во АН СССР, 1962а. 245 с.
6. Шишкина О.В. Геохимия морских и океанических иловых вод. М. Наука,1972. 228 с.
7. Sasseville D.R., Takacs А.Р., Norton S.A., Davis R.B. A large-volume interstitial water sediment squeeser for lake sediments // Limnol. and Oceanogr. 1974. 19. N6. P. 1001-1004.