快速监测水体溶解痕量气体浓度的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种快速监测水体溶解痕量气体浓度的装置及方法，包括进水系统、吹扫系统、气液混合系统、气液分离系统和监测系统；所述进水系统包括进水管，进水管上安装有恒流泵；吹扫系统包括储气袋，吹扫进气管一端连接至储气袋；所述气液混合系统设有第一三通管道，气液分离系统设有第二三通管道，第二三通管道中的两个孔水平设置，另一个孔竖直向上设置；进水管和吹扫进气管分别与第一三通管道的两个孔连通，其另一孔通过气液混合管连接至第二三通管道水平方向的一个孔，水平方向的另一个孔连接出水管，竖直向上的孔连接监测进气管，监测进气管另一端连接至监测系统的气体分析仪。其结构简单，性能可靠，可以进行快速、连续野外监测。

Device and Method for Rapid Monitoring of Trace Gas Concentration in Water Dissolution

The invention discloses a device and method for fast monitoring the concentration of dissolved trace gases in water body, including a water intake system, a purge system, a gas-liquid mixing system, a gas-liquid separation system and a monitoring system; the water intake system comprises an intake pipe, which is equipped with a constant-flow pump; the purge system comprises an air storage bag and a purge intake pipe. The end is connected to the air storage bag; the gas-liquid mixing system is provided with a first three-way pipeline, the gas-liquid separation system is provided with a second three-way pipeline, the two holes in the second three-way pipeline are horizontally arranged, and the other hole is vertically upward arranged; the intake pipe and the purge intake pipe are respectively connected with two holes in the first three-way pipeline, and the other hole passes through the gas. The liquid mixing pipe is connected to a hole in the horizontal direction of the second and third passage pipelines, the other hole in the horizontal direction is connected to the outlet pipe, the vertical hole is connected to the monitoring intake pipe, and the other end of the monitoring intake pipe is connected to the gas analyzer of the monitoring system. Its structure is simple and its performance is reliable. It can be used for rapid and continuous field monitoring.

【技术实现步骤摘要】
快速监测水体溶解痕量气体浓度的装置及方法
本专利技术涉及水体监测领域，尤其是一种快速监测水体溶解痕量气体浓度的装置及方法。
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、甲烷和氧化亚氮的重要排放源。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，测量水体中的甲烷和氧化亚氮浓度对准确地评估水域生态系统对大气甲烷和氧化亚氮释放通量的影响，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快速监测水体溶解痕量气体浓度的装置及方法，其结构简单，性能可靠，制造方便且不易损坏，并且成本低，现场操作简便，可以进行快速、连续野外监测。本专利技术所采取的技术方案是，一种快速监测水体溶解痕量气体浓度的装置，包括进水系统、吹扫系统、气液混合系统、气液分离系统和监测系统；所述进水系统包括进水管，进水管上安装有恒流泵；吹扫系统包括储气袋，吹扫进气管一端连接至储气袋；所述气液混合系统设有第一三通管道，气液分离系统设有第二三通管道，第二三通管道中的两个孔水平设置，另一个孔竖直向上设置；进水管和吹扫进气管分别与第一三通管道的两个孔连通，其另一孔通过气液混合管连接至第二三通管道水平方向的一个孔，水平方向的另一个孔连接出水管，竖直向上的孔连接监测进气管，监测进气管另一端连接至监测系统的气体分析仪。进一步地，该装置还包括透明筒体，其为中空封底结构，筒体底部设有出水孔；气液混合系统和气液分离系统均位于透明筒体内部。进一步地，进水系统还设有缓冲容器，进水管在缓冲容器内断开，连接恒流泵的进水管末端伸入缓冲容器内，且开口向上，缓冲容器的底部设有通孔，连接第一三通管道的进水管与该通孔连接。进一步地，所述缓冲容器安装在透明筒体内的侧壁上，且侧壁上还设有调节缓冲器高度的高度控制模块。进一步地，储气袋上安装有抽气泵，吹扫进气管上还安装有气流量检测计，其固定在透明筒体的外壁上，吹扫进气管穿过透明筒体侧壁与第一三通管道连接。该抽气泵放置于储气袋内,通过抽气泵将气袋内固定浓度的气体抽出,进入吹扫进气管道，调节出气量流可以控制出气气压,使得进水管道内的水压与进气管道内的气压达到平衡。进一步地，所述吹扫进气管和监测进气管上均安装有气体单向阀，防止待测水体进入吹扫进气管和检测进气管。进一步地，所述进水管远离气液混合系统的末端设有刻度，便于观察和控制进水量。本专利技术还涉及采用所述装置监测水体溶解痕量气体浓度的方法，包括以下步骤：1)储气袋内充足空气，并进行密封，使得吹扫气体浓度恒定；2)开启抽气泵和气体分析仪，采用气体分析仪监测储气袋内的吹扫气体的浓度；3)将进水管伸入待测水体中，控制在指定水层或者水深处，然后通过恒流泵调整进水量；4)再次开启抽气泵和气体分析仪，通过气体吹扫在气液混合系统进行混合，并在气液分离系统处分离出水体中的痕量气体，通过监测进气管进入到气体分析仪内进行监测其浓度。进一步地，所述的痕量气体为甲烷、氧化亚氮或二氧化碳。本专利技术有如下有益效果：1)本专利技术装置采用气体吹扫的方式，将水体中难溶解的甲烷和氧化亚氮等痕量气体气体释放出来，此方式可以通过调节气流量和水流量，对待测水体充分吹扫，使得水气分离充分。2)本专利技术装置可以通过气体分析仪监测水体溶解甲烷和氧化亚氮等痕量气体浓度，其所需观测时间短，仅需2分钟气体浓度就可以达到稳定，节省了监测停顿时间，因此可以进行区域内的连续监测。3)本专利技术装置通过气体分析仪，可以连续在线监测不同水质水体溶解甲烷和氧化亚氮等痕量气体浓度或者不同水深水体溶解甲烷和氧化亚氮等痕量气体浓度，可以避免采用传统方法带回实验室离线监测产生的误差。4)本专利技术装置性能可靠，结构简单，制造方便且不易损坏，并且成本不高，现场操作简便。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为公式推算说明中不同水体及不同吹扫气体浓度时测出的顶空气体甲烷浓度和吹扫后检测甲烷气体浓度关系曲线。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，一种快速监测水体溶解痕量气体浓度的装置，包括进水系统、吹扫系统、气液混合系统、气液分离系统和监测系统；所述进水系统包括进水管2，进水管上安装有恒流泵4；吹扫系统包括储气袋6，吹扫进气管10一端连接至储气袋6；所述气液混合系统设有第一三通管道15，气液分离系统设有第二三通管道11，第二三通管道11中的两个孔水平设置，另一个孔竖直向上设置；进水管2和吹扫进气管10分别与第一三通管道15的两个孔连通，其另一孔通过气液混合管17连接至第二三通管道水平方向的一个孔，水平方向的另一个孔连接出水管12，竖直向上的孔连接监测进气管14，监测进气管14另一端连接至监测系统的气体分析仪13。优选地方案中，该装置还包括透明筒体1，其为中空封底结构，筒体底部设有出水孔16；气液混合系统和气液分离系统均位于透明筒体内部。通过透明筒体设置，可以将该装置的所有系统进行整合，有序设置，并且气液分离系统中排出的水可以暂时存放在筒体内部，出水孔16可通过管道连接至外界环境，但其出水口应该距离进水管取水位置较远，避免出水对进水进行干扰，影响监测结果。进一步地，进水系统还设有缓冲容器3，进水管在缓冲容器内断开，连接恒流泵的进水管末端伸入缓冲容器内，且开口向上，缓冲容器的底部设有通孔，连接第一三通管道15的进水管与该通孔连接。由于恒流泵会影响进水管内的进水压力，通过设置缓冲容器，将连通恒流泵的进水管从缓冲容器的下方向上伸入，开口向上，然后通过进水水体的自重从缓冲容器进入其下部的进水管；可以完全避免恒流泵压力对监测结果的影响。更进一步地，所述缓冲容器3安装在透明筒体1内的侧壁上，且侧壁上还设有调节缓冲器高度的高度控制模块5。通过高度控制模块调节进水高度，可以防止水体进入吹扫进气管和监测进气管。进一步地，储气袋6上安装有抽气泵7，吹扫进气管10上还安装有气流量检测计8，其固定在透明筒体1的外壁上，吹扫进气管10穿过透明筒体侧壁与第一三通管道连接。由于周围环境的干扰，会影响监测水体周围的空气中甲烷和氧化亚氮等痕量气体气体浓度，因此向气袋内充入充足的空气，可以有效的控制监测背景值的稳定；然后通过气袋内的抽气泵输送吹扫气体；通过气流量检测计可以有效控制和测量进气流量。优选地方案中，为防止水汽进入仪器及吹扫系统，所述吹扫进气管10和监测进气管14上均安装有气体单向阀9。优选地方案中，所述进水管2远离气液混合系统的末端设有刻度。而且可以在进水管端部连接配重块，方便进水管准确放入需要监测的水体位置。采用对应的在线高分辨率和高精度气体分析仪13，具体型号G2301温室气体分析仪Picarro，美国。本专利技术还涉及采用所述装置监测水体溶解痕量气体浓度的方法，包括以下步骤：1)储气袋内充足空气，并进行密封，使得吹扫气体浓度恒定；2)开启抽气泵和气体分析仪，采用气体分析仪监测储气袋内的吹扫气体的浓度；3)将进水管伸入待测水体中，控制在指定水层或者水深处，然后通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.快速监测水体溶解痕量气体浓度的装置，其特征在于：包括进水系统、吹扫系统、气液混合系统、气液分离系统和监测系统；所述进水系统包括进水管（2），进水管上安装有恒流泵（4）；吹扫系统包括储气袋（6），吹扫进气管（10）一端连接至储气袋（6）；所述气液混合系统设有第一三通管道（15），气液分离系统设有第二三通管道（11），第二三通管道（11）中的两个孔水平设置，另一个孔竖直向上设置；进水管（2）和吹扫进气管（10）分别与第一三通管道（15）的两个孔连通，其另一孔通过气液混合管（17）连接至第二三通管道水平方向的一个孔，水平方向的另一个孔连接出水管（12）， 竖直向上的孔连接监测进气管（14），监测进气管（14）另一端连接至监测系统的气体分析仪（13）。

【技术特征摘要】
1.快速监测水体溶解痕量气体浓度的装置，其特征在于：包括进水系统、吹扫系统、气液混合系统、气液分离系统和监测系统；所述进水系统包括进水管（2），进水管上安装有恒流泵（4）；吹扫系统包括储气袋（6），吹扫进气管（10）一端连接至储气袋（6）；所述气液混合系统设有第一三通管道（15），气液分离系统设有第二三通管道（11），第二三通管道（11）中的两个孔水平设置，另一个孔竖直向上设置；进水管（2）和吹扫进气管（10）分别与第一三通管道（15）的两个孔连通，其另一孔通过气液混合管（17）连接至第二三通管道水平方向的一个孔，水平方向的另一个孔连接出水管（12），竖直向上的孔连接监测进气管（14），监测进气管（14）另一端连接至监测系统的气体分析仪（13）。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：该装置还包括透明筒体（1），其为中空封底结构，筒体底部设有出水孔（16）；气液混合系统和气液分离系统均位于透明筒体内部。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：进水系统还设有缓冲容器（3），进水管在缓冲容器内断开，连接恒流泵的进水管末端伸入缓冲容器内，且开口向上，缓冲容器的底部设有通孔，连接第一三通管道（15）的进水管与该通孔连接。4.根据权利要求3所述的装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：王炜，肖尚斌，雷丹，汪志江，王雨春，李翀，胡芳方，胡明明，严登华，李卫明，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42