CN105116936A - 一种pH流水控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种pH流水控制系统，包括：纯净CO2罐、酸化原液池、控制器、pH传感器、计量泵、预混池、高位缓冲池、实验池，还包括流量计、控流瓶、水位控制管；酸化原液池充入纯净CO2，作为调配海水来源；控制器设置各个预混池的目标pH值，各个预混池中的pH传感器输出电信号给控制器，控制器识别后输出电信号给计量泵，驱动计量泵从酸化原液池中泵入一定量的海水到预混池，计量泵的流量由控制器控制，使预混池中海水pH值稳定在设定的目标值；预混池外接活水水源，预混池中的海水经空气泵泵入高位缓冲池进一步混合，依靠重力分流到对应的实验池中，实验池配备流量计控制水流流量。
Description
技术领域
本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种pH流水控制系统，还涉及一种pH流水控制方法。
背景技术
气候变暖与海洋酸化是CO2过量排放带来的两个全球性生态问题，有研究预测，气候变暖会加剧海洋酸化的负面作用。在CO2持续高浓度排放的压力下，全球性气候变化可能引发的海洋生态效应已经引起国内外政府组织及研究者的高度重视，其中海洋酸化一直是国际性的研究热点。
研究表明，不断酸化的海水会打破海水中碳酸钙溶解平衡，而碳酸钙是海洋生物的骨骼、贝壳中的重要物质，这种结构很容易被解散，表层海水pH值的微小变化就会阻碍某些生物形成碳酸钙的能力，足以使这些生物难以生长。
实验室受控实验表明，海洋酸化降低了珊瑚虫的钙化速率，使成体珊瑚虫生长缓慢、数量减少，珊瑚虫的减少将导致依赖珊瑚生活或生存的生物群落的丰度降低，甚至整个群落消亡；海洋酸化也导致翼足目生物的骨架不稳而难以生存，部分有孔虫身体的外壳变薄，棘皮动物的生长受到严重影响。
此外，海洋生物还会影响海洋生物的其他关键生理过程，如光合作用、呼吸代谢、胚胎发育、生长率、再生长及生物恢复速率等，部分生物因其独特的生理特征，可能对海洋酸化产生反应，甚至不适应，致使种群退化或灭绝。
目前关于海洋酸化对海洋生物影响的研究多以实验室静水条件下和现场封闭围隔实验为主，采用的方法一般是在一定体积的容器中充入一定量的CO2来加富水体，从而获得不同浓度的pH梯度，然后将实验生物放入不同pH梯度的酸化条件下持续一段时间(通常几个小时)，通过实验前后的总碱度、溶解氧等指标来揭示海洋酸化对实验生物的影响。
但这类实验非常致命的缺点在于，由于实验生物自身的代谢活动会影响并改变水体的pH，这就导致封闭体系实验前后水体的pH通常会有非常大的变动，实验结果中利用培养前后的pH平均值来分析不同pH梯度下得到的实验数据所反映的科学问题是非常不严谨的。
此外，利用短时间的实验结果来分析海洋酸化对实验生物的影响说服力太弱，因此，这类实验所得到的研究结果的可信度以及对海洋酸化研究的参考意义非常有限。
在这种背景下，如何研发一种能够长时间稳定控制水体pH的流水系统对于推进海洋酸化对海洋生物的研究就显得非常必要。
发明内容
为解决现有技术的缺陷，本发明提出一种pH流水控制系统及方法，可以实现流水状态下稳定pH的长期运行，为研究长期海洋酸化条件下海洋生物的响应提供可靠的硬件保障，由此获得的实验结果更具有说服力。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种pH流水控制系统，包括：纯净CO2罐、酸化原液池、控制器、pH传感器、计量泵、预混池、高位缓冲池、实验池，还包括流量计、控流瓶、水位控制管；
酸化原液池充入纯净CO2，外接活水水源，作为调配海水来源；控制器设置酸化原液池的目标pH值，酸化原液池中的pH传感器输出电信号给控制器；
控制器设置各个预混池的目标pH值，各个预混池中的pH传感器输出电信号给控制器，控制器识别后输出电信号给计量泵，驱动计量泵从酸化原液池中泵入一定量的海水到预混池，计量泵的流量由控制器控制，使预混池中海水pH值稳定在设定的目标值；
预混池外接活水水源，预混池中的海水经空气泵泵入高位缓冲池进一步混合，依靠重力分流到对应的实验池中，实验池配备流量计控制水流流量。
可选地，所述酸化原液池的pH值为5.8-6.0。
可选地，所述预混池中配有控流瓶防止海水溢出。
可选地，所述高位缓冲池中配有控流瓶防止海水溢出。
可选地，所述实验池底部凹型设计并在池底中部设有排水口，所述水位控制管与所述排水口相连接，并保持竖立在实验池中，水位控制管的高度低于实验池侧壁高度，溢出的水通过水位控制管排走。
可选地，每个pH处理过程有三组实验池作为实验平行。
基于上述控制系统，本发明还提供了一种pH流水控制方法，以充入纯净CO2的酸化原液池为供水点源，利用pH控制器和计量泵之间电信号的相互识别及对接，在预混池中实现不同pH梯度的调配，经过高位缓冲池的充分混合分流到对应的实验池中，每个实验池通过流量计和水位控制管控制水流速度和水位，实现流水状态下pH值的控制。
本发明的有益效果是：
(1)可以实现流水状态下pH的稳定长期运行；
(2)为研究长期海洋酸化条件下海洋生物的响应提供可靠的硬件保障，由此获得的实验结果更具有说服力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种pH流水控制系统的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前，关于海洋酸化对海洋生物影响的研究多以实验室静水条件下和现场封闭围隔实验为主，这类实验的缺点在于，由于实验生物自身的代谢活动会影响并改变水体的pH，这就导致封闭体系实验前后水体的pH通常会有非常大的变动，实验结果中利用培养前后的pH平均值来分析不同pH梯度下得到的实验数据所反映的科学问题是非常不严谨的。
本发明的pH流水控制系统以充入纯净CO2的酸化原液池为供水点源，利用pH控制器和计量泵之间电信号的相互识别及对接，在预混池中实现不同pH梯度的调配，经过高位缓冲池的充分混合分流到对应的实验池中，每个实验池通过流量计和水位控制管控制水流速度和水位，由此实现流水状态下pH值的精确控制，该系统可以实现流水状态下稳定pH的长期运行，为研究长期海洋酸化条件下海洋生物的响应提供可靠的硬件保障，由此获得的实验结果更具有说服力。
下面结合附图对本发明的pH流水控制系统进行详细说明。
如图1所示，本发明的pH流水控制系统包括：纯净CO2罐、酸化原液池、控制器、pH传感器、计量泵、高位缓冲池、实验池，附属设备包括管材、流量计、控流瓶、水位控制管等。
本发明的酸化原液池充入纯净CO2，外接活水水源，作为调配海水来源，pH约为5.8-6.0；控制器设置酸化原液池的目标pH值，酸化原液池中的pH传感器输出电信号给控制器。
控制器设置好各个预混池的目标pH值，各个预混池中的pH传感器输出电信号给控制器，控制器识别后输出电信号给计量泵，驱动计量泵从酸化原液池中泵入一定量的海水到预混池，计量泵的流量由控制器自动控制，使预混池中海水pH值稳定在设定的目标值，实现不同pH梯度的调配。
本发明的预混池外接活水水源，优选地，预混池配有塑料控流瓶防止海水溢出。
预混池中的海水经空气泵泵入高位缓冲池进行进一步的充分混合，依靠重力分流到对应的实验池中。
优选地，高位缓冲池中同样配有塑料控流瓶防止海水溢出。
每个pH处理过程都有三组实验池作为实验平行，实验池配备流量计控制水流流量，实验池底部凹型设计并在池底中部设有排水口，水位控制管与排水口相连接，并保持竖立在实验池中，水位控制管的高度低于实验池侧壁高度，溢出的水通过水位控制管排走。
基于上述控制系统，本发明还提供了一种pH流水控制方法，以充入纯净CO2的酸化原液池为供水点源，利用pH控制器和计量泵之间电信号的相互识别及对接，在预混池中实现不同pH梯度的调配，经过高位缓冲池的充分混合分流到对应的实验池中，每个实验池通过流量计和水位控制管控制水流速度和水位，实现流水状态下pH值的控制。
通过本发明的pH流水控制系统及方法，可以实现流水状态下pH的稳定长期运行，为研究长期海洋酸化条件下海洋生物的响应提供可靠的硬件保障，由此获得的实验结果更具有说服力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种pH流水控制系统，其特征在于，包括：纯净CO2罐、酸化原液池、控制器、pH传感器、计量泵、预混池、高位缓冲池、实验池，还包括流量计、控流瓶、水位控制管；
酸化原液池充入纯净CO2，外接活水水源，作为调配海水来源；控制器设置酸化原液池的目标pH值，酸化原液池中的pH传感器输出电信号给控制器；
控制器设置各个预混池的目标pH值，各个预混池中的pH传感器输出电信号给控制器，控制器识别后输出电信号给计量泵，驱动计量泵从酸化原液池中泵入一定量的海水到预混池，计量泵的流量由控制器控制，使预混池中海水pH值稳定在设定的目标值；
预混池外接活水水源，预混池中的海水经空气泵泵入高位缓冲池进一步混合，依靠重力分流到对应的实验池中，实验池配备流量计控制水流流量。
2.如权利要求1所述的pH流水控制系统，其特征在于，所述酸化原液池的pH值为5.8-6.0。
3.如权利要求1所述的pH流水控制系统，其特征在于，所述预混池中配有控流瓶防止海水溢出。
4.如权利要求1所述的pH流水控制系统，其特征在于，所述高位缓冲池中配有控流瓶防止海水溢出。
5.如权利要求1所述的pH流水控制系统，其特征在于，所述实验池底部凹型设计并在池底中部设有排水口，所述水位控制管与所述排水口相连接，并保持竖立在实验池中，水位控制管的高度低于实验池侧壁高度，溢出的水通过水位控制管排走。
6.如权利要求1所述的pH流水控制系统，其特征在于，每个pH处理过程有三组实验池作为实验平行。
7.一种pH流水控制方法，其特征在于，基于权利要求1至6任一项所述的控制系统，以充入纯净CO2的酸化原液池为供水点源，利用pH控制器和计量泵之间电信号的相互识别及对接，在预混池中实现不同pH梯度的调配，经过高位缓冲池的充分混合分流到对应的实验池中，每个实验池通过流量计和水位控制管控制水流速度和水位，实现流水状态下pH值的控制。
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