Способ отбора проб снега для экологических исследований на объектах концентрированного размещения и устройство для его осуществления Российский патент 2024 года по МПК G01N1/04 

Область техники

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к отбору проб снега при мониторинге состояния окружающей среды городских территорий, автомобильных трасс, реализации работ по оценке влияния снежных свалок с целью анализа аккумулированных в них загрязняющих веществ при мощности слоя снежного покрова до 5 м.

Уровень техники

В практике экологических исследований методом оценки экологического состояния территорий является изучение снежного покрова. Известно, что снежный покров характеризуется высокой сорбционной способностью, благодаря которой во время снегопада в нём концентрируется значительная часть загрязняющих веществ из атмосферного воздуха. Кроме того, он активно аккумулирует вещества, оседающие на его поверхности между снегопадами. Химический состав снега определяется и процессами его взаимодействия с почвенно-растительным покровом. Именно поэтому снежный покров относится к важному индикатору загрязнения атмосферных осадков, воздуха и почв, также природных вод в период активного снеготаяния.

Отдельного внимания заслуживает состояния снежного покрова городских территорий. В зимний период содержание дорог, тротуаров и прилегающих территорий в целях обеспечения безопасности движения включает в себя уборку снега и применение различных противогололедных реагентов. Чрезмерное использование противогололедных реагентов на тротуарах и пешеходных дорожках, а также складирование загрязненного снега с проезжих частей и жилых парковок на газонах, получило широкое распространение, что приводит к загрязнению почвенного покрова придорожных газонов и скверов токсичными элементами (Ni, As, Zn, Cu, Co, Pb, W, Cr, Sb и др.). Отдельным объектом экологических исследований являются снеговые свалки, которые формируются за счет организованного вывоза снега с городских территорий и автомобильных дорог. Снег в таких объектах загрязнен составляющими противогололедных реагентов, компонентами автомобильного топлива и горюче-смазочных материалов, находящихся в контакте с движущимися частями автомобилей.

Существующие многочисленные пробоотборные устройства для снега, которые предполагают отбор проб в его естественном залегании. Так наиболее применяемым устройством при мониторинге снежного покрова является снегомер ВС-43 («Снегомер ВС-43. Инструкция по эксплуатации», ЗАО Роспроектинвест, СПб, 1997; Руководство по контролю загрязнения атмосферы. РД 52.04.186-89. Москва-Ленинград: Гидрометеоиздат, 1991).

Известны модели усовершенствующие снегомер ВС-43 в направлении предотвращения высыпания пробы снега через нижний конец цилиндра снегомера и применение более легких материалов (пластика), которые исключают и налипание снега на устройство (патент RU 80597 U1, патент RU 98585 U1).

Известны модели пробоотборников снега, представляющие цилиндры с поршневой конструкцией (патенты RU 94033538 G 01, РФ 1428984).

Недостатком всех указанных устройств является невозможность отбора проб лежалого льдистого снега в местах его концентрированного размещения.

Изобретением, решающим задачу пробоотбора для таких объектов, заявляется устройство для отбора проб снега (патент RU 94033538 G 01), которое также относится к конструкциям «цилиндр с поршнем». При этом устройство содержит режущие элементы, закрепленные на внутренней поверхности режущего кольца в основании пробоотборника для облегчения отбора плотного снега. Недостатком устройства является невозможность отбора проб из больших массивов, отбора пробы снега ненарушенной структуры за счет применения режущих элементов, закрепленных во внутренней части пробоотборника.

Близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ отбора донных осадков для экологических исследований и устройство для его осуществления (патент на изобретение 2762631 C1, 21.12.2021). Способ включает применение пробоотборника из немодифицированного полихлорвинила, включающий спуск пробоотборника с гидроизоляционным клапаном до донного осадка, задавливание пробоотборника с заполнением пробоприемника осадком, затем закрытие обратного клапана, подъем пробоприемника и извлечение проб. При этом на этапе извлечения проб разделяют или разрезают пробоприемник на выбранные интервалы с последующей герметичной упаковкой открытых отверстий частей пробоприемника заглушками с уплотнительными кольцами для транспортировки и хранения и проб.

Признаки известного способа и устройства, совпадающие с признаками заявляемого – применение труб из немодифицированного полихлорвинила, наличие обратного клапана, использование части конструкции в качестве упаковки для проб.

Недостатком устройства и способа является невозможность их применения для уплотненного и слежавшегося снега по причине хрупкости конструкции.

Для задач экологических исследований при мониторинге состояния окружающей среды городских территорий, автомобильных трасс, реализации работ по оценке влияния снежных свалок с целью анализа аккумулированных в них загрязняющих веществ необходимо устройство для отбора проб уплотненного снега с сохранением стратификации, с возможностью отбора проб при существенной мощности слоя снежного покрова.

Раскрытие сущности изобретения

Задачей создания изобретений является разработка способа отбора снега для экологических исследований на объектах его концентрированного размещения и устройства для его осуществления свободных от недостатков прототипа.

Поставленная задача решается предлагаемым техническим решением с помощью существенных признаков указанных в 1-м пункте формулы изобретения, таких как способ отбора снега для экологических исследований на объектах его концентрированного размещения с помощью пробоотборника включающий его задавливание в плотную снежную массу ударным устройством с заполнением пробоприемника снегом, последующим закрытием обратного клапана, осуществлением подъема пробоприемника с применением троса и экстракционного устройства и извлечением пробы в конструкции пластикового вкладыша, который затем разрезают на выбранные интервалы с последующей герметичной упаковкой открытых отверстий частей заглушками с уплотнительными кольцами для осуществления транспортировки проб, отличающийся тем, что для погружения в плотную снежную массу применяется ударное устройство, воздействие которого принимает металлическая часть пробоприемника.

Выше перечисленная совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат – получить представительную пробу снега вне зависимости от степени его слеживания, увеличить эксплуатационные возможности пробоотборника за счет более надежного извлечения проб из прибора, хранения и транспортировки проб.

Для достижения названного технического результата согласно п.2 формулы изобретения предлагается устройство для осуществления способа по п. 1 выполненное в виде пробоотборника для снега, содержащего соединенные между собой режущую коронку (1) с обратным клапаном (2), пробоприемник (3) из герметично соединенных между собой соединительной муфтой (6) металлических труб со вкладышем из пластика внутри (4), ударное устройство (5) для заглубления пробоприемника (3) в плотную снежную массу, металлический трос (7) и экстракционное (подъемное) устройство (8) для подъема пробоотборника на поверхность из снежной толщи.

Согласно п. 3 формулы изобретения устройство по п. 2 отличающееся тем, что для заглубления пробоотборника в плотную снежную массу применяются ударное устройство (5), воздействие которого принимает металлическая часть пробоприемника (3).

Согласно п.4. формулы изобретения устройство по п. 2 отличающееся тем, что применяются металлические трубы пробоприемника (3), которые имеют предпочтительно длину секций 1,0 м и диаметр 60 мм и соединяются муфтой (6).

Согласно п.4. формулы изобретения устройство по п. 2 отличающееся тем, что внутри пробоприемника (3) расположен вкладыш (4) из немодифицированного поливинилхлорида, который выступает частью контейнера для транспортировки проб снега.

Таким образом, выше описанные технические решения относятся к группе изобретений т.к. одно из них предназначено для осуществления другого.

Предлагаемые изобретения иллюстрируются чертежами, где:

на Фиг. 1 приведена схема пробоотборника; на Фиг. 2 этапы процесса отбора проб.

Предлагаемый способ осуществляется в следующей последовательности (Фиг.2):

1. Выполняют рекогносцировочные работы на объекте концентрированного размещения снега, намечают точки для опробования.

2. Осуществляют сборку конструкции Пробоотборника снега для экологических исследований (далее ПСЭ), помещают внутрь металлической трубы пробоприемника пластиковый вкладыш. Проверяются соединения на герметичность.

3. В намеченной точке опробования осуществляют задавливание пробоотборника с обратным клапаном на высоту секции с помощью ударного устройства (а, б). При существенной мощности слоя снега с применением муфты закрепляют следующую секцию конструкции ПСЭ.

4. Осуществляют подъем конструкции ПСЭ. Извлечение ПСЭ из толщи снега производится с помощью подъемного троса и экстракционного устройства (в).

5. Из металлической части пробоприемника извлекают пластиковый вкладыш со снегом внутри. На этапе извлечения проб разрезают пластиковый вкладыш на выбранные интервалы с последующей герметичной упаковкой открытых отверстий частей вкладыша заглушками с уплотнительными кольцами, т.е. осуществляют разбор конструкции на выбранные интервалы опробования (например, 1,0 м или нарезают острым инструментом слои другой мощности) с последующей изоляцией открытых отверстий с помощью заглушек; часть конструкции в этом случае представляет собой контейнеры для транспортировки или хранения проб.

После проведения всех этапов работы выполняют внешний осмотр ПСЭ на наличие механических повреждений, производят очистку поверхности пробоотборника для последующего использования. Помещают новый пластиковый вкладыш. Предполагается однократное использование вкладыша, учитывая существенное загрязнение извлеченных проб.

На Фиг.2 позициями обозначены: 10 – толща снега со слоями загрязнения; 11 – подготовленная для транспортировки и хранения проба.

Предлагаемое устройство (Фиг.1) выполнено в виде пробоотборника снега для экологических исследований, содержащего связанные между собой режущую коронку (1) с обратным клапаном (2), пробоприемник (3) из герметично соединенных между собой металлических труб с применением муфты (6), пластиковый вкладыш (4), подъемный трос (7) и экстракционное устройство (8), используемые для извлечения конструкции из толщи снега.

Трубы вкладыша (4) снабжены заглушками (9) с уплотнительными кольцами при использовании в качестве контейнеров для транспортировки и хранения проб. Трубы из набора пробоприемника (3) предпочтительно имеют длину секции 1,0 м и диаметр 60 мм. Пробоприемник (3) выполнен из металла, вкладыш (4) из модифицированного поливинилхлорида.

Коронка (1) выполняет функцию режущего элемента для лучшей проходки плотного снега. Обратный клапан (2) предназначен для удержания снега в пробоприемнике (3) и его последующего извлечения. Подъем всей конструкции производится с помощью подъемного троса (7) и экстракционного устройства (8). Изоляционные заглушки (9) с уплотнительным кольцом предназначены для закрытия отверстий пробоприемника при использовании его в качестве контейнера для транспортировки и хранения проб.

Пробоприемник состоит из набора цилиндрических металлических труб диаметром 60 мм, внутрь которых помещена труба-вкладыш диаметром 50 мм из немодифицированного поливинилхлорида (удельная теплоемкость 1,0 Дж/г, теплопроводность 0,15 Вт/м), которые применяются по большей части при монтаже наружной канализации, устойчивы к коррозии и воздействию химических элементов, просты в обработке, могут эксплуатироваться при температурах от -15 до +60 градусов, широко представлены на рынке розничной продажи, доступны по цене. В основании колонны длина, которой определяется мощностью снега, расположен обратный клапан.

Устройство работает следующим образом. Собирается конструкция пробоотборника длиной 1 м. Подготавливаются секции для опробования намеченной мощности снега (до 5 м). Корпус пробоприемника (3) выполнен из металла, диаметр 60 мм, толщина стенка составляет 3 мм. В нижнюю часть ПСЭ вмонтирован обратный клапан (2) и режущая коронка (1).

Принцип работы обратного клапана следующий: при достаточном давлении, создаваемым при задавливании пробоотборника, затвор поднимается вверх, открывая отверстие, давая возможность снегу пройти через себя и попасть в пробоприемник (3). Дойдя до глубины 1 м при необходимости на конструкцию с использованием муфты закрепляется следующая секция. При достижении основания снежной толщи с помощью подъемного троса (7) начинается подъем всей конструкции. В этот момент происходит закрытие затвора обратного клапана (2). Подъем производится равномерно и плавно с применением экстракционного устройства (8). Следующим шагом является извлечение вкладыша (4) из пробоприемника (3), которое производится после его разбора на секции. Легким постукиванием по пробоприемнику (3) достигается результат перемещения трубы-вкладыша по межтрубному зазору. Далее выполняется разделение трубы-вкладыша на выбранные интервалы и герметичная упаковка открытых отверстий изоляционными заглушками (9). Полученные пластиковые контейнеры маркируются и транспортируются в лабораторию.

Преимущества предлагаемого изобретения по сравнению с применяемыми на практике следующие:

1) осуществляется отбор проб лежалого льдистого снега при мощности толщи до 5 м;

2) отбор пробы снега осуществляется с сохранением стратификации, что важно для проведения исследований формирования загрязнения снежного покрова;

3) части конструкции пробоотборника, сочетаемые с заглушками открытых отверстий, используются в качестве контейнера для хранения и транспортировки проб;

4) конструкция вкладыша состоит из деталей, широко представленных на рынке розничной продажи и доступных по цене, отличается незначительной массой.

Несмотря на то, что были описаны предпочтительные варианты осуществления изобретений, совершенно ясно, что в него специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят, однако, за рамки приведенной далее формулы изобретения.

Группа изобретений относится к области охраны окружающей среды. Раскрыт способ отбора снега для экологических исследований на объектах его концентрированного размещения с помощью пробоотборника, включающий его задавливание в плотную снежную массу ударным устройством с заполнением пробоприемника снегом, последующим закрытием обратного клапана, осуществлением подъема пробоприемника с применением троса и экстракционного устройства и извлечением пробы в конструкции пластикового вкладыша, который затем разрезают на выбранные интервалы с последующей герметичной упаковкой открытых отверстий частей заглушками с уплотнительными кольцами для осуществления транспортировки проб, при этом для погружения в плотную снежную массу применяется ударное устройство, воздействие которого принимает металлическая часть пробоприемника. Также раскрыто устройство для осуществления указанного способа. Группа изобретений обеспечивает получение представительной пробы снега вне зависимости от степени его слеживания, а также увеличение эксплуатационных возможностей пробоотборника за счет более надежного извлечения проб из прибора, хранения и транспортировки проб. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ отбора снега для экологических исследований на объектах его концентрированного размещения с помощью пробоотборника, включающий его задавливание в плотную снежную массу ударным устройством с заполнением пробоприемника снегом, последующим закрытием обратного клапана, осуществлением подъема пробоприемника с применением троса и экстракционного устройства и извлечением пробы в конструкции пластикового вкладыша, который затем разрезают на выбранные интервалы с последующей герметичной упаковкой открытых отверстий частей заглушками с уплотнительными кольцами для осуществления транспортировки проб, отличающийся тем, что для погружения в плотную снежную массу применяется ударное устройство, воздействие которого принимает металлическая часть пробоприемника.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, выполненное в виде пробоотборника для снега, содержащего соединенные между собой режущую коронку (1) с обратным клапаном (2), пробоприемник (3) из герметично соединенных между собой муфтой (6) металлических труб со вкладышем из пластика внутри (4), ударным устройством (5) для заглубления пробоприемника (3) в плотную снежную массу, металлический трос (7) и экстракционное подъемное устройство (8) для подъема пробоотборника на поверхность из снежной толщи.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что для заглубления пробоотборника в плотную снежную массу применяется ударное устройство (5), воздействие которого принимает металлическая часть пробоприемника (3).

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что применяются металлические трубы пробоприемника (3), которые имеют предпочтительно длину секций 1,0 м и диаметр 60 мм и соединяются муфтой (6).

5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что внутри пробоприемника (3) расположен вкладыш (4) из немодифицированного поливинилхлорида, который выступает частью контейнера для транспортировки проб снега.