CN102507272A - 一种湖、库水体释放温室气体的采集装置及释放速率分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于实验仪器设备领域，公开了一种采集湖、库水体释放温室气体的装置及释放速率分析方法。它包括水上气体收集系统、气样采集系统，所述的水上气体收集系统由PVC桶、救生圈组成，所述的PVC桶倒置在救生圈内，所述PVC桶的桶口与救生圈下沿重合，所述的气体采集系统包括采气管、三通阀、抽吸气塑料针筒及铝箔真空袋，所述的采气管一端连通所述PVC桶的顶部，所述的采气管的另一端、抽吸气塑料针筒、铝箔真空袋分别与三通阀的阀门Ⅰ、阀门Ⅱ、阀门Ⅲ连通。本发明解决了湖泊、水库中温室气体采集困难的问题，且结构简便、操作容易，具有很高的实验精确度。
Description
技术领域
本发明属于实验仪器设备领域，涉及一种采集湖、库水体释放温室气体（CO2、CH4、N2O等）的装置及释放速率分析方法，特别涉及了一种能够用于湖泊和水库水面释放的温室气体的采集装置，以及分析气体释放速率的方法。
背景技术
近年来，全球的气候呈现异端变化趋势，这将给人类及生态系统带来毁灭性破坏，包括冰川消融、海平面上升、旱涝灾害增加等等。而大气中温室气体（CO2、CH4、N2O等）的不断增多，是导致气候变暖的决定性因素。温室气体能够吸收太阳光中的长波辐射并再反射回地球，从而减少向外层空间的能量净排放，导致大气层和地球表面温度升高。
我国湖泊众多，天然湖泊共有2000多个，而湖泊又是大气中温室气体的重要排放源。研究表明，大部分湖泊中的CO2和CH4相对于大气是过饱和的，在冬季，湖泊水体会蓄积大量的CO2和CH4，并在春夏季的融冰季节大量的释放到大气中。同时，由于人类对湖泊强烈的干扰行为，加剧了温室气体排放。研究从湖泊中释放的温室气体通量，是了解湖泊气体动力学及温室效应现象的重要方向，而湖泊与大气的水—气界面则是温室气体释放的重要界面。
不同于土壤等稳定的载体，水—气界面温室气体的采集存在如下难点：
1.由于湖泊特殊的空间位置，采气过程必须在船上作业，这无疑增加了采气的难度，并要求采气过程操作简单，装置使用方便；
2.水体的流动性、温度、风向这些因素都极大制约着采气过程，如何保证采气装置的稳定性及密封性是必须要面对的问题。
发明内容
要解决的技术问题
针对现有技术的水—气界面温室气体的采集困难的问题，本发明提供了一种采集湖、库水体释放温室气体的装置及释放速率分析方法，该装置结构简单，该方法操作方便，有较好的稳定性及密封性，能够真实的采集从湖泊释放出的温室气体。
技术方案
本发明的是通过以下技术实现的：
本发明的一种湖、库水体释放温室气体的采集装置，它包括水上气体收集系统、气样采集系统；所述的水上气体收集系统由PVC桶、救生圈组成，所述的PVC桶倒置在救生圈内，所述PVC桶的桶口与救生圈下沿重合，所述的气体采集系统包括采气管、三通阀、抽吸气塑料针筒及铝箔真空袋，所述的采气管一端连通所述PVC桶的顶部，所述的采气管的另一端、抽吸气塑料针筒、铝箔真空袋分别与三通阀的阀门Ⅰ、阀门Ⅱ、阀门Ⅲ连通。所述的抽吸气塑料针筒及铝箔真空袋大小容量根据实际需要而定。通过三通阀阀门的开启及关闭，使用抽吸气塑料针筒抽取水上气体收集装置中的温室气体，并打入真空的铝箔袋中保存，带回实验室进行气样的成份及含量分析。
沿所述的PVC桶的桶口下端边缘周侧胶合有一圈密封气囊。可以有效的密封桶口和水面。
所述的救生圈和PVC桶之间的缝隙处设置有起密封作用的密封板。通过密封板密封，形成一个半封闭的漂浮式静态箱。采集气体样品的过程中，水上气体收集系统与湖泊水体组合成一个密封系统，用来聚集并暂时保存从水体中释放的温室气体。
所述的采气管为透明硅胶管。所述的采气管包括左、右两个采气支管。
所述的PVC桶的外表面覆盖有保温隔热系统，所述的保温隔热系统由泡沫保温层及反光膜组成。所述的泡沫保温层用于保持桶内的温度，防止日光暴晒影响PVC桶内温室气体的聚集；所述的反光膜覆盖在泡沫保温层的外层，用于反射太阳光线，以保持桶内温度稳定。
它还包括固定铅块，所述的固定铅块通过绳子捆绑均匀分布在救生圈的底面上。所述的固定铅块用于稳定装置。
它还包括固定绳，所述固定绳的一端固定在在救生圈上，另一端为自由端。所述的固定绳一端系在救生圈上，另一端系在测量船的栏杆等处，也用于固定装置。
它还包括集气扇，所述集气扇安装在PVC桶的内侧顶部，扇叶朝上，与电池盒电路连接。通过电池盒供电，通电后集气扇转动，可以在桶内形成气体环流，用于桶内气体的混合及采集。
本发明的一种湖、库水体释放温室气体的释放速率分析方法，使用以上所述的装置分析温室气体释放速率，具体步骤如下：
（A）将以上所述装置的PVC桶的桶口朝下，慢慢放入湖泊中，使密封气囊先接触水面，并让救生圈浮在水面上，将固定绳的自由端系在监测船的栏杆上。稳定后立即打开电池盒，使集气扇转动。集气扇的作用是确保PVC桶内气体组分在整个采样过程中保持均匀混合状态。
（B）关闭三通阀的阀门Ⅲ，打开阀门Ⅰ、阀门Ⅱ，用抽吸气塑料针筒反复抽吸4-5次，将抽吸气塑料针筒及采气管内的原空气排尽。目的是避免针筒和采气管原始残留的气体组分影响采样点气样浓度。
（C）排完气后，为确定初始的水面空气层温室气体浓度，首先采集空白样，根据需要用抽吸气塑料针筒抽取桶内气体60-100ml。
（D）关闭三通阀阀门Ⅰ，打开三通阀阀门Ⅲ，将抽取的60-80ml气体注入容积为120mL的铝箔真空袋中，取样完毕，编号。
（E）关闭三通阀阀门Ⅲ，换上新的铝箔真空袋, 间隔10-20分钟,按照上述(B)-(D)的方法采集第二组气体样品。
（F）为了使提高数据的可靠性，对一个点连续取样6-9次。可得到连续累积时间点上不同浓度的样品系列。
（G）采集结束后，解开固定绳，将救生圈及PVC桶从水中取回，前往下一个采样点继续采样，方法如上所述。对城市湖泊尺度的采样区域，可采用网格法布点10-15个点，全部按（B）-（D）方法采集完毕。
（H）对同一点的6组数据进行气相色谱分析及线性分析，结合采集气体内的体积计算单位时间内单位面积的温室气体释放速率；以相同方法对采样区域其他各个点的样品进行分析。据此得到采样区域范围内温室气体释放速率的分布情况。
有益效果
本发明的有益效果如下所述：
（1）本发明的水上气体收集装置由救生圈支撑，使整个装置漂浮在水面上，且采用的塑料桶，相比于有机玻璃等材料能有效减轻装置重量；桶外分别覆盖了一层泡沫保温层及反光膜，能够有效的防止太阳光直射导致桶内温度局部过高的问题，保证了温室气体的正常释放及收集；
（2）本发明的装置具有良好的密封性。密封板密封了PVC桶与救生圈之间缝隙，以防止释放的温室气体外泄；密封气囊密封了桶口与水面之间可能存在的空隙，能够精确的保证装置和水体的接触面积，为后续的分析计算奠定理论基础；
（3）本发明的PVC桶的顶端装有小型的集气风扇，由12V的直流电源供电。该风扇不同于传统的电扇，采用叶片向上的形式，能够有效的吸起桶内空气，在桶中形成环流，能较好的混合桶内气体；
（4）本发明在救生圈两条垂直直径的四个点处，分别用塑料绳系有适量重的铅块。这样能够有效的保持装置的平衡性和密封性，降低波浪对装置内气体样品的影响。装置通过塑料绳连接在固定标杆或监测船上，能够较好固定采气装置在湖中的位置；
（5）本发明使用铝箔真空袋，能较长时间较高质量的保存气体样品，为本发明的离线测样提供了技术基础，避免了在线测样过程的高难度及高成本。
附图说明
图1是本发明的装置的结构示意图；
图2是密封板放大图；
图3是救生圈的仰视图。
图中：1.PVC桶；2.救生圈；3.密封板；4.采气管；5.集气扇；6.电池盒；7.固定铅块；8.固定绳；9.反光保温系统；10.阀门； 11.阀门；12.阀门；13.抽吸气塑料针筒；14.铝箔真空袋；15密封气囊。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
如图1，本发明的一种湖、库水体释放温室气体的采集装置，它包括水上气体收集系统、气样采集系统；所述的水上气体收集系统由PVC桶1、救生圈2组成，所述的PVC桶1倒置在救生圈2内，所述PVC桶1的桶口与救生圈2下沿重合，所述的气体采集系统包括采气管4、三通阀、抽吸气塑料针筒13及铝箔真空袋14，所述的采气管4一端连通所述PVC桶的顶部，所述的采气管4的另一端、抽吸气塑料针筒13、铝箔真空袋14分别与三通阀的阀门Ⅰ10、阀门Ⅱ11、阀门Ⅲ12连通。沿所述的PVC桶1的桶口下端边缘周侧胶合有一圈密封气囊15。所述的采气管4为透明硅胶管。采气管4包括左、右两个采气支管。所述的PVC桶的外表面覆盖有保温隔热系统，所述的保温隔热系统由泡沫保温层及反光膜组成。它还包括固定绳8，所述固定绳8的一端固定在在救生圈2上，另一端为自由端。它还包括集气扇5，所述集气扇5安装在PVC桶1的内侧顶部，扇叶朝上，与电池盒6电路连接。
如图1、图2，沿所述的PVC桶1的桶口下端边缘周侧胶合有一圈密封气囊15。所述的救生圈2和PVC桶1之间的缝隙处设置有起密封作用的密封板15。
如图3，本发明的装置还包括固定铅块7，所述的固定铅块7通过绳子捆绑均匀分布在救生圈2的底面上。
实施例1
本发明的一种湖、库水体释放温室气体的采集装置，它包括水上气体收集系统、气样采集系统；所述的水上气体收集系统由PVC桶1、救生圈2组成，所述的PVC桶1倒置在救生圈2内，所述PVC桶1的桶口与救生圈2下沿重合，所述的气体采集系统包括采气管4、三通阀、抽吸气塑料针筒13及铝箔真空袋14，所述的采气管4一端连通所述PVC桶的顶部，所述的采气管4的另一端、抽吸气塑料针筒13、铝箔真空袋14分别与三通阀的阀门Ⅰ10、阀门Ⅱ11、阀门Ⅲ12连通。所述的抽吸气塑料针筒及铝箔真空袋大小容量根据实际需要而定，本发明所采用的铝箔真空袋最大压力3 kpa，容积0.1 ml，与三通阀阀门3连接；采用的抽吸气塑料针筒容积为50 ml，并配有与铝箔真空袋配套的不锈钢针头，与三通阀Ⅱ11连接。沿所述的PVC桶1的桶口下端边缘周侧胶合有一圈密封气囊15，高约3 cm。所述的救生圈2和PVC桶1之间的缝隙处设置有起密封作用的密封板15。所述的采气管4为透明硅胶管，透明硅胶管外径0.4 cm，内径0.3 cm。采气管4包括左、右两个采气支管。所述的PVC桶的外表面覆盖有保温隔热系统，所述的保温隔热系统由泡沫保温层及反光膜组成，所述的泡沫保温层厚2cm左右。本发明的装置还包括固定铅块7，所述的固定铅块重1kg，由塑料绳牵引并捆绑，均匀分布在救生圈2的底面上。它还包括固定绳8，所述固定绳8的一端固定在在救生圈2上，另一端为自由端。它还包括集气扇5，所述集气扇5安装在PVC桶1的内侧顶部，扇叶朝上，与电池盒6电路连接。所述供电装置根据集气扇型号确定，本发明采用12V的直流电供电，由8节1.5V电池串联，安置在电池盒中。
本发明的一种湖、库水体释放温室气体的释放速率分析方法，具体步骤如下：
（A）将权利要求9所述装置的PVC桶1桶口朝下，慢慢放入湖泊中，使密封气囊15先接触水面，并让救生圈2浮在水面上，将固定绳8的自由端系在监测船的栏杆上，稳定后打开集气扇电池盒6开关，使其保持运转；
（B）关闭三通阀的阀门Ⅲ12，打开阀门Ⅰ10、阀门Ⅱ11，用抽吸气塑料针筒13反复抽吸4次，将抽吸气塑料针筒13及采气管4内的原空气排尽；
（C）采样过程中，首先采集空白样，用抽吸气塑料针筒13抽取桶内气体60ml；
（D）关闭三通阀阀门Ⅰ10，打开三通阀阀门Ⅲ12，将上步骤中抽取的气体注入容积为120mL铝箔真空袋14中；取样完毕，编号；
（E）关闭三通阀阀门Ⅲ12，换上新的铝箔真空袋14；间隔10分钟,按照上述(B)-(D)的方法采集第二组气体样品；
（F）为了提高数据的可靠性，对一个点连续取样6次；
（G）采集结束后，解开固定绳8，将救生圈2及PVC桶1从水中取回，前往下一个采样点继续采样，方法如上所述，采用网格布点，共完成10个点的气体采集；
（H）对同一点的各组数据进行气相色谱分析及线性分析，结合采集气体内的体积计算单位时间内单位面积的温室气体释放速率；以相同方法对采样区域其他各个点的样品进行分析。
实施例2
本实施例相比于实施例1的不同在于，本发明的一种湖、库水体释放温室气体的释放速率分析方法，在步骤(C)中，抽取气体量为70ml，；在步骤(E)抽样间隔时间为15分钟；在步骤(F)中，对一个点取样8次；在步骤(G)中，取13个点进行气体采集。
实施例3
本实施例相比于实施例1的不同在于，本发明的一种湖、库水体释放温室气体的释放速率分析方法，在步骤(C)中，抽取气体量为80ml，；在步骤(E)抽样间隔时间为20分钟；在步骤(F)中，对一个点取样9次；在步骤(G)中，取15个点进行气体采集。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种湖、库水体释放温室气体的采集装置，其特征在于：它包括水上气体收集系统、气体采集系统；
所述的水上气体收集系统由PVC桶（1）、救生圈（2）组成，所述的PVC桶（1）倒置在救生圈（2）内，所述PVC桶（1）的桶口与救生圈（2）下沿重合，
所述的气体采集系统包括采气管(4)、三通阀、抽吸气塑料针筒(13)及铝箔真空袋(14)，所述的采气管(4)一端连通所述PVC桶的顶部，所述的采气管（4）的另一端、抽吸气塑料针筒（13）、铝箔真空袋（14）分别与三通阀的阀门Ⅰ（10）、阀门Ⅱ（11）、阀门Ⅲ（12）连通。
2.根据权力要求1所述的一种湖、库水体释放温室气体的采集装置，其特征在于：沿所述的PVC桶（1）的桶口下端边缘周侧胶合有一圈密封气囊（15）。
3. 根据权力要求1或2所述的一种湖、库水体释放温室气体的采集装置，其特征在于：所述的救生圈（2）和PVC桶（1）之间的缝隙处设置有起密封作用的密封板（15）。
4.根据权力要求3所述的一种湖、库水体释放温室气体的采集装置，其特征在于：所述的采气管（4）为透明硅胶管。
5.根据权力要求1或2或4所述的一种湖、库水体释放温室气体的采集装置，其特征在于：所述的采气管（4）包括左、右两个采气支管。
6. 根据权力要求 5所述的一种湖、库水体释放温室气体的采集装置，其特征在于：所述的PVC桶的外表面覆盖有保温隔热系统，所述的保温隔热系统由泡沫保温层及反光膜组成。
7.根据权力要求1或2或6所述的一种湖、库水体释放温室气体的采集装置，其特征在于：它还包括固定铅块（7），所述的固定铅块（7）通过绳子捆绑均匀分布在救生圈（2）的底面上。
8. 根据权力要求7所述的一种湖、库水体释放温室气体的采集装置，其特征在于：它还包括固定绳（8），所述固定绳（8）的一端固定在在救生圈（2）上，另一端为自由端。
9.根据权力要求 1或2或4或6或8所述的一种湖、库水体释放温室气体的采集装置，其特征在于：它还包括集气扇（5），所述集气扇（5）安装在PVC桶（1）的内侧顶部，扇叶朝上，与电池盒（6）电路连接。
10. 一种湖、库水体释放温室气体的释放速率分析方法，其特征在于，使用权利要求9所述的装置分析温室气体释放速率，具体步骤如下：
（A）将权利要求9所述装置的PVC桶（1）桶口朝下，慢慢放入湖泊中，使密封气囊（15）先接触水面，并让救生圈（2）浮在水面上，将固定绳（8）的自由端系在监测船的栏杆上，稳定后打开集气扇电池盒（6）开关，使其保持运转；
（B）关闭三通阀的阀门Ⅲ（12），打开阀门Ⅰ（10）、阀门Ⅱ（11），用抽吸气塑料针筒（13）反复抽吸4-5次，将抽吸气塑料针筒（13）及采气管（4）内的原空气排尽；
（C）采样过程中，首先采集空白样，用抽吸气塑料针筒（13）抽取桶内气体60-100ml；
（D）关闭三通阀阀门Ⅰ(10），打开三通阀阀门Ⅲ（12），将上步骤中抽取的气体注入容积为120mL铝箔真空袋（14）中；取样完毕，编号；
（E）关闭三通阀阀门Ⅲ(12)，换上新的铝箔真空袋（14）；间隔10-20分钟,按照上述(B)-(D)的方法采集第二组气体样品；
（F）为了提高数据的可靠性，对一个点连续取样6-9次；
（G）采集结束后，解开固定绳(8)，将救生圈(2)及PVC桶(1)从水中取回，前往下一个采样点继续采样，方法如上所述，采用网格布点，共完成10-15个点的气体采集；
（H）对同一点的各组数据进行气相色谱分析及线性分析，结合采集气体内的体积计算单位时间内单位面积的温室气体释放速率；以相同方法对采样区域其他各个点的样品进行分析。
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