监测水体甲烷消耗速率的装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种监测水体甲烷消耗速率的装置，包括温室气体分析仪和至少一套反应系统，温室气体分析仪与反应系统之间通过进气管和出气管连接成循环回路；反应系统包括密封的筒体，筒体内部上方设有曝气泵，曝气泵的排气口与气泡石通过管道连接气泡石位于筒体底部；筒体内还设有风扇，曝气泵及风扇的电源线连接到筒体外部电源。该装置能同时对多类水体进行监测其甲烷消耗的速率，具有操作简单、运行稳定且处理效果好、运行费用低廉等特点，可智能化管理，运行时间可控，保证了装置的稳定运行和稳定的监测效果。

【技术实现步骤摘要】
监测水体甲烷消耗速率的装置
本专利技术涉及水体监测领域，尤其是一种监测水体甲烷消耗速率的装置。
技术介绍
根据IPCC第五次评估报告显示，自工业革命以来，大气中的二氧化碳、甲烷、氧化亚氮等温室气体排放量显著增高，全球气温平均上升了0.85℃。气候变暖对地球环境和人类活动已经产生了显著的影响，如冰川体积缩小，海平面上升等。淡水生态系统是二氧化碳和甲烷的重要排放源。然而，由于等量甲烷的大气增温潜能比二氧化碳高出20余倍。因此，监测水体中的甲烷消耗速率对准确地评估水域生态系统对大气CH4释放通量的影响，及采取相应的措施减弱水域生态系统的温室气体释放等具有重要意义。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种监测水体甲烷消耗速率的装置，能够快速准确监测水体甲烷消耗速率；该装置结构简单，性能可靠，易于携带，还能实现智能化控制。本专利技术所采取的技术方案是，监测水体甲烷消耗速率的装置，包括温室气体分析仪和至少一套反应系统，温室气体分析仪与反应系统之间通过进气管和出气管连接成循环回路；反应系统包括密封的筒体，筒体内部上方设有曝气泵，曝气泵的排气口与气泡石通过管道连接，气泡石位于筒体底部；筒体内还设有风扇，曝气泵及风扇的电源线连接到筒体外部电源。进一步地，所述反应系统为2-6套，进气管包括进气总管和进气支管，出气管包括出气总管和出气支管；温室气体分析仪的进气口连接有进气总管，出气口连接有出气总管，每套反应系统都设有进气支管和出气支管，进气支管均连接至进气总管，出气支管均连接至出气总管，且每个进气支管与出气支管上均安装有电磁阀，每套反应系统的进气支管和出气支管上的电磁阀共同连接一个计时器。进一步地，所述进气总管与出气总管之间通过电磁阀连通。进一步地，所述筒体下部设有进出水管道，进出水管道上安装有精准恒流泵。进一步地，所述曝气泵及风扇均连接有计时器。进一步地，该装置还包括能够控制温度、光照的密封箱，除温室气体分析仪外的其他部件均位于密封箱内。采用所述装置监测水体甲烷消耗速率的方法，包括以下步骤：向反应系统的筒体内注入监测水体，然后开启曝气泵和风扇进行处理，10-20min停止曝气，利用温室气体分析仪监测筒体内气体中甲烷的浓度，再通过亨利定律分析得出水体甲烷消耗速率。进一步地，设置多套反应系统时，反应系统内的曝气处理和气体监测依次进行，使用同一温室气体分析仪，当温室气体分析仪内没有监测气体时，将其进气总管与出气总管连通，进行内部循环。本专利技术有如下有益效果：1)本装置利用曝气泵和气泡石对待测水样进行曝气，水体中的气泡石上布满微气孔，其能使水-气中气体快速交换，并通过风扇使得筒体内上部气体中的甲烷与水体分离出来的甲烷快速混匀从而达到水气平衡；可以在线监测不同时刻水体溶解甲烷浓度，通过曝气能够使水气中甲烷浓度迅速达平衡，避免了传统方法人为带来的误差，同时缩短实验时间。而且利用温室气体分析仪检测气体中甲烷的浓度，观测一段时间后可用计算机在线拟合温室气体分析仪中的数据，通过亨利定律即可分析得出监测水体甲烷消耗速率的装置，还能避免采用传统方法带回实验室监测离线监测产生的误差。2)本装置还可以设置自动化控制系统，如在进气管和出气管上均安装有电磁阀，并将电磁阀连接计时器，通过计时器设定测定时长，有效控制电磁阀的开与闭，电磁阀与计时器联合可以自动控制水体溶解甲烷浓度的测定时间。最后，曝气泵和风扇连接有计时器，可以实现自动控制水体的曝气时长。通过上述设置，减少人为操作过程。3)本装置能同时对多类水体进行监测其甲烷消耗的速率，具有操作简单、运行稳定且处理效果好、运行费用低廉等特点，可智能化管理，运行时间可控，保证了装置的稳定运行和稳定的监测效果。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为第一次连续监测时装置内甲烷总量变化图。图3为第二次连续监测时装置内甲烷总量变化图。具体实施方式下面结合实施例及附图来进一步说明本专利技术，但本专利技术要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。如图1所示，监测水体甲烷消耗速率的装置，包括温室气体分析仪1和至少一套反应系统，温室气体分析仪与反应系统之间通过进气管和出气管连接成循环回路；反应系统包括密封的筒体2，筒体内部上方设有曝气泵3，曝气泵的排气口与气泡石4通过管道连接，气泡石4位于筒体底部；筒体内还设有风扇5，曝气泵及风扇的电源线连接到筒体外部电源。曝气泵将筒体内上方气体，通过曝气泵与气泡石相连通的管道输送至底部水体中的气泡石进气孔，气泡石位于待测水体中，气泡石上布满微气孔，其能使水-气中气体快速交换，并达到平衡；最后通过风扇使得筒体内上部气体中的甲烷与水体分离出来的甲烷快速混匀从而达到水气平衡。优选地，所述反应系统为2-6套，进气管包括进气总管6和进气支管7，出气管包括出气总管8和出气支管9；温室气体分析仪的进气口连接有进气总管，出气口连接有出气总管，每套反应系统都设有进气支管和出气支管，进气支管均连接至进气总管，出气支管均连接至出气总管，且每个进气支管与出气支管上均安装有电磁阀，每套反应系统的进气支管和出气支管上的电磁阀10共同连接一个计时器11。更为优选地，反应系统为4套。电磁阀可以有效控制进气和出气，当通电时电磁阀的气路打开，断电时电磁阀的气路自动关闭，结合时间定时曝气泵与风扇与计时器结合后，也可以智能控制曝气时长。进一步优选地，所述筒体为有机玻璃材质。采用玻璃材质，能够起到很好的密封效果，不会对其中的气体或者水体产生干扰，而且便于观察内部情况。筒体顶部可设置橡胶塞进行密封，橡胶塞上设置进气口、出气口和管线连通口，其中进气口用于安装温室气体分析仪的出气管道，出气口用于安装温室气体分析仪的进气管道，而管线连通口用于放置曝气泵与风扇的电源线。进气管将反应系统筒体内的气体输到温室气体分析仪进行分析，分析完成后通过出气管进入筒体内。这样循环待测气体以确保反应系统内部环境的稳定。进气管在筒体内的位置与出气管在筒体内的位置预留一定的距离和高度差，以确保测试结果的准确性。另外，电磁阀的型号可以选择科罗那2W200-20；计时器的型号可以选KG316T。温室气体分析仪的可选型号为G2301温室气体分析仪Picarro，美国或DLT-100温室气体分析仪LGR，美国。对本领域技术人员来说，电磁阀、计时器等电子元件属于本领域技术人员公知技术，对它们型号的选用不局限于本说明书的记载，计时器与常规电子元器件的连接及控制关系属于本领域技术人员的公知常识，在本说明书中不再赘述，本领域技术人员可根据现场实际情况选择公知手段对各个元件进行安装。优选地，所述进气总管与出气总管之间通过电磁阀连通；在没有监测气体时，如仍需温室气体分析仪进行运行，将进气总管与出气总管之间连通，使得气体在仪器内部进行循环，防止堵死对仪器造成损害。优选地，所述筒体下部设有进出水管道，进出水管道上安装有精准恒流泵。也可以分别设置进水口和出水口，并将进水口和出水口分别通过管道连接精准恒流泵，更精准的控制筒体内的水位。优选地，所述曝气泵及风扇均连接有计时器，可以实现曝气时间的自动控制。优选地，该装置还包括能够控制温度、光照的密封箱，除温室气体分析仪外的其他部件均位于密封箱内。密封箱内可以设置恒温模式，也可以进行遮光处理或者补充光照，可以同时利用多个反应系统对相同温度下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.监测水体甲烷消耗速率的装置，其特征在于：包括温室气体分析仪和至少一套反应系统，温室气体分析仪与反应系统之间通过进气管和出气管连接成循环回路；反应系统包括密封的筒体，筒体内部上方设有曝气泵，曝气泵的排气口与气泡石通过管道连接，气泡石位于筒体底部；筒体内还设有风扇，曝气泵及风扇的电源线连接到筒体外部电源。

【技术特征摘要】
1.监测水体甲烷消耗速率的装置，其特征在于：包括温室气体分析仪和至少一套反应系统，温室气体分析仪与反应系统之间通过进气管和出气管连接成循环回路；反应系统包括密封的筒体，筒体内部上方设有曝气泵，曝气泵的排气口与气泡石通过管道连接，气泡石位于筒体底部；筒体内还设有风扇，曝气泵及风扇的电源线连接到筒体外部电源。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述反应系统为2-6套，进气管包括进气总管和进气支管，出气管包括出气总管和出气支管；温室气体分析仪的进气口连接有进气总管，出气口连接有出气总管，每套反应系统都设有进气支管和出气支管，进气支管均连接至进气总管，出气支管均连接至出气总管，且每个进气支管与出气支管上均安装有电磁阀，每套反应系统的进气支管和出气支管上的电磁阀共同连接一个计时器。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述进气总管与出气总管之间通过电磁阀连通。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：罗怡君，肖尚斌，王炜，雷丹，胡芳方，李俊美，汪志江，严登华，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42