СПОСОБ ОТБОРА ПРОБ МИКРОПЛАСТИКА В ВОДОТОКАХ
METHOD FOR SAMPLING MICROPLASTICS IN WATER COURSES

Изобретение относится к области гидроэкологических исследований и экологического мониторинга водной среды, может быть использовано при отборе проб микропластика в водотоках для последующего лабораторного анализа.
Микропластик - это все твердые синтетические частицы или полимерные матрицы, имеющие правильную или неправильную форму и размеры от 1 мкм до 5 мм, первичного или вторичного производственного происхождения, не растворимые в воде.
Известна Система для синхронного отбора проб микропластика разного размера в водоемах разной глубины [1], включающая поплавок, грузило и трос, соединяющий вертикальную поверхность разрыва, при этом поплавок установлен на верхнем конце соединительного троса вертикальной поверхности разрыва, грузило установлено на нижнем конце троса, соединяющего вертикальную поверхность разрыва, множество коллекторов микропластика равномерно распределены по соединительному тросу с вертикальной поверхностью разрушения, коллекторы микропластиковых проб содержат активные и пассивные коллекторы и жестко закреплены на соединительном тросе на вертикальной поверхности разрушения через крепежные детали коллектора, верхний конец соединительного троса с вертикальной поверхностью разрушения снабжен тросом, другой конец тянущего троса устанавливается на тянущее судно, и тянущий трос можно использовать для гарантии того, что трос, соединяющий вертикальную поверхность разрыва, сохраняет вертикальное состояние во время отбора проб. При использовании для сбора образцов систему можно использовать для синхронного сбора образцов микропластика разной глубины и разного размера частиц, эффективность сбора повышается, а время сбора сокращается.
Недостатком является закрепление сети ко дну якорем, так как поверхность дна имеет неоднородную структуру и якорь может сорваться или зацепиться за мусор на дне, также небольшие реки с переменным водным режимом, а также ручьи и ручейки часто не могут быть полностью судоходными, поэтому применение предложенной системы с использованием тянущего судна довольно сложно, а в некоторых случаях невозможно.
Известен способ стационарного отбора микропластика в водотоках, описанный в практическом обзоре методологий отбора проб и анализа микропластика в речных средах [2], включающий установку плавающих сетей, закрепленных на береге водотока, в направлении, противоположном потоку речной воды, закрепленных якорем ко дну, которые фильтруют воду с использованием речного течения. Отбор микропластика происходит путем фильтрации воды через сети планктона (Plankton net), нейстона (Neuston net) или манта (Manta net), закрепленные на металлическом каркасе в виде конуса с коллекторной трубкой; некоторые сети снабжены крыльями с каждой стороны для обеспечения устойчивости и плавучести в воде. Продолжительность отбора проб зависит от течения реки и скорости засорения сетей, а также от времени, которое исследователь затрачивает на установку и изъятие сетей из водотока. Данный способ принят за прототип.
Недостатком способа стационарного отбора проб микропластика является сложность расставления сетей и их изъятия и замены, так как исследователю каждый раз при засорении сетей или для изъятия содержимого пробы необходимо входить в воду.
Технической задачей изобретения является оптимизация способа отбора проб микропластика в водотоках.
Технический результат сокращение трудоемкости и временных затрат на подготовительный этап, повышение скорости отбора проб микропластика в водотоках, повышение безопасности работы оператора в процессе отбора проб микропластика.
Поставленная задача решена следующим образом. Согласно способу отбора проб микропластика в водотоках трос фиксируют на берегу водотока трос-фиксатором, нефиксированный конец троса пропускают через кольцо телескопического штока и при помощи соединительного звена присоединяют и опускают на поверхности воды в направлении, противоположном течению водотока, пробоотборник микропластика, оборудованный расходомером воды, скользящий по поверхности воды и фильтрующий воду под действием течения водотока через сети с размером ячеек 100-500 мкм; телескопический шток удерживают и раздвигают перпендикулярно берегу водотока, двигаясь в направлении течения водотока, до момента, пока под действием течения водотока трос не окажется в натяжении, после чего опускают на воду и фиксируют телескопический шток шток-фиксатором на берегу водотока; по истечении времени отбора проб микропластика задвигают телескопический шток, подтягивая в сторону берега водотока трос и пробоотборник микропластика, изымают содержимое пробы микропластика.
На фиг. 1 представлен процесс отбора проб микропластика в водотоке (вид сверху), где: 1 - трос; 2 - трос-фиксатор; 3 - кольцо; 4 - телескопический шток; 5 - пробоотборник микропластика; 6 - соединительное звено; 7 -  шток-фиксатор, 8 - расходомер воды.
Способ отбора проб микропластика в водотоках осуществляется следующим образом. Оператор проводит рекогносцировочные исследования берега водотока и выбирает участок для отбора проб микропластика. На берегу водотока оператор фиксирует трос 1 трос-фиксатором 2. Оператор пропускает нефиксированный конец троса 1 через кольцо 3 телескопического штока 4 и присоединяет пробоотборник микропластика 5 при помощи соединительного звена 6. Оператор опускает пробоотборник микропластика 5 на поверхность воды, удерживает и раздвигает телескопический шток 4 перпендикулярно берегу водотока, при этом двигается по берегу водотока в направлении течения водотока до момента, пока под действием течения водотока трос 1 не окажется в натяжении, после чего оператор опускает телескопический шток 4 на воду и фиксирует телескопический шток 4 шток-фиксатором 7 на берегу. По истечении времени отбора каждой пробы микропластика оператор задвигает телескопический шток 4, подтягивая в сторону берега трос 1 и пробоотборник микропластика 5, после чего может изъять содержимое пробы микроплаcтика, в том числе путем полной замены пробоотборника микропластика 5.
В качестве троса 1 для удержания и управления пробоотборника микропластика 5 применим буксировочный стальной трос или стальной трос. Материалом для изготовления телескопического штока 4 могут служить стекловолокно или алюминий, ввиду их прочности и легкости. В качестве соединительного звена 6 предпочтительно использовать карабины различной формы. В качестве трос-фиксатора и шток-фиксатора применимы колышки различной формы в зависимости от типа грунта на берегу водотока. Для отбора проб микропластика допустимо применять пробоотборник микропластика 5, оборудованный расходомером воды 8, скользящий по поверхности воды и фильтрующий воду под действием течения водотока через сети с размером ячеек 100-500 мкм.
Примеры осуществления представлены ниже.
Пример 1
Способ отбора микропластика в водотоках апробирован при проведении гидроэкологических исследований р. Томь (Кемеровская обл., окрестности г. Юрга). В результате проведения рекогносцировочных исследований берега водотока выбрали участок для отбора проб микропластика. На берегу водотока зафиксировали буксировочный стальной трос 1 в качестве трос-фиксатора 2 применили колышко. Пропускали нефиксированный конец троса 1 через кольцо 3 телескопического штока 4, выполненного из стекловолокна, при помощи карабина 6 присоединили к нефиксированному концу троса 1 пробоотборник микропластика 5 с сетями с размером ячеек 330 мкм, оборудованный расходомером воды 8. Опускали пробоотборник микропластика 5 с сетями с размером ячеек 330 мкм, оборудованный расходомером воды 8, на поверхность воды, раздвигали стекловолоконный телескопический шток 4 перпендикулярно берегу водотока, удерживая телескопический шток 4 и двигаясь по берегу водотока в направлении течения водотока до момента, пока под действием течения водотока буксировочный стальной трос 1 не оказался в натяжении, после чего фиксировали стекловолоконный телескопический шток 4 шток-фиксатором 7 в виде колышка на берегу. По истечении времени отбора каждой пробы микропластика задвигали стекловолоконный телескопический шток 4, подтягивая в сторону берега буксировочный стальной трос 1 и пробоотборник микропластика 5 с сетями с размером ячеек 330 мкм, оборудованный расходомером воды 8, после чего изымали содержимое пробы микропластика с целью проведения дальнейшего лабораторного анализа.
После изъятия содержимого пробы микропластика пробоотборник микропластика 5 с сетями с размером ячеек 330 мкм, оборудованный расходомером воды 8, отсоединили от буксировочного стального троса 1 при помощи карабина 6, к которому следом присоединили пробоотборник микропластика 5, сетями с размером ячеек 500 мкм, оборудованный расходомером воды 8. Опускали пробоотборник микропластика 5 с сетями с размером ячеек 500 мкм, оборудованный расходомером воды 8, и стекловолоконный телескопический шток 4 на поверхность воды, раздвигали стекловолоконный телескопический шток 4 перпендикулярно берегу водотока, пока под действием течения водотока буксировочный стальной трос 1 не оказался в натяжении, после чего снова фиксировали стекловолоконный телескопический шток 4 шток-фиксатором 7 в виде колышка на берегу. По истечении времени отбора каждой пробы микропластика задвигали стекловолоконный телескопический шток 4, подтягивая в сторону берега буксировочный стальной трос 1 и пробоотборник микропластика 5 с размером ячеек 500 мкм, оборудованный расходомером воды 8, после чего изымали содержимое пробы микропластика с целью проведения дальнейшего лабораторного анализа.
3
Время, затраченное на реализацию отбора 1 пробы микропластика заявляемым способом, составило 15 минут. Результаты лабораторного анализа показали, что в отобранных предлагаемым способом пробах микропластика с использованием пробоотборников микропластика, с сетями с размером ячеек 330 мкм, 500 мкм 5, оборудованных расходомером воды 8, обнаружено от 2-х до 75 частиц на 1 м в каждой пробе.
Пример 2
Способ отбора микропластика в водотоках апробирован при проведении гидроэкологических исследований р. Обь (Томская обл., окрестности пос. Победа). В результате проведения рекогносцировочных исследований берега водотока выбрали участок для отбора проб микропластика. На берегу водотока зафиксировали стальной трос 1, в качестве трос-фиксатора 2 применили колышко. Пропустили нефиксированный конец стального троса 1 через кольцо 3 телескопического штока 4, изготовленного из алюминия, присоединили к нефиксированному концу стального троса 1 пробоотборник микропластика 5, с сетями с размером ячеек 100 мкм, оборудованный расходомером воды 8, при помощи карабина 6. Опускали пробоотборник микропластика 5, с сетями с размером ячеек 100 мкм, оборудованный расходомером воды 8, на поверхность воды, алюминиевый телескопический шток 4 удерживали и раздвигали перпендикулярно берегу водотока, двигаясь по берегу водотока в направлении течения водотока до момента, пока под действием течения водотока стальной трос 1 не оказался в натяжении, после чего фиксировали алюминиевый телескопический шток 4 шток-фиксатором 7 в виде колышка на берегу. По истечении времени отбора каждой пробы микропластика задвигали алюминиевый телескопический шток 4, подтягивая в сторону берега стальной трос 1 и пробоотборник микропластика 5, с сетями с размером ячеек 100 мкм, оборудованный расходомером воды 8, после чего изымали содержимое пробы микропластика с целью проведения дальнейшего лабораторного анализа.
3
Время, затраченное на реализацию отбора 1 пробы микропластика заявляемым способом, составило 15 минут. Результаты лабораторного анализа показали, что в отобранных предлагаемым способом пробах микропластика с использованием пробоотборника микропластика, оборудованного расходомером воды 8, с сетями с размером ячеек 100 мкм обнаружено от 2-х до 75 частиц на 1 м в каждой пробе.
Таким образом, как показано в примерах установку и замену пробоотборника микропластика, изъятие проб микропластика оператор проводит на берегу водотока, без необходимости входить в воду, закрепление и удержание пробоотборника микропластика оператор осуществляет без использования якоря или утяжеления в виде груза, что в совокупности приводит к повышению скорости отбора проб микропластика в водотоках, повышение безопасности работы оператора в процессе отбора проб микропластика и сокращение трудоемкости и временных затрат, необходимых для подготовительного этапа для отбора проб микропластика.
Список источников
1. CN108344600 A, G01N-001/14. System for synchronously collecting multi-particle size microplastic samples in water bodies of different depths / CHINESE RESEARCH ACADEMY OF ENVIRONMENTAL SCIENCES [CN] Application number: CN201810231251 Priority date: 2018-03-20 Publication date: 2018-07-31.
2. Campanale C., Savino I., Pojar Iu., Massarelli C., Uricchio V. F. A Practical Overview of Methodologies for Sampling and Analysis of Microplastics in Riverine Environments / Sustainability 2020, 12, 6755; doi:10.3390/su12176755.