CN107168394A - 一种实验室可定量控制的溶解性气体过饱和水体发生装置 - Google Patents

一种实验室可定量控制的溶解性气体过饱和水体发生装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种实验室可定量控制的溶解性气体过饱和水体发生装置，进水系统中进水管与过饱和发生系统中的文丘里管相连，过饱和发生系统中的承压罐底端与出水实验系统中的出水管相连，进水管中间依次安装管阀、水泵、压力表、控制管，进水管末端与文丘里管相连，文丘里管固定于承压罐开口端中，承压罐底部连接出水管，进气控制管中安装压力罐安全控制阀，文丘里管与进气管连接，进气管中安装连接进气管压力阀，进气管进气端连接空压机，出水管中连接出水支管，出水支管中安装出水控制阀，出水支管末端放入过饱和水体试验池中。结构简单，通过调节水、气比例及混合时间来控制水体中气体的溶解量，产生过饱和水体饱和度稳定、使用方便灵活。

Description

一种实验室可定量控制的溶解性气体过饱和水体发生装置
技术领域
本发明属于实验室溶解性气体过饱和发生装置技术领域，更具体涉及一种实验室可定量控制的溶解性气体过饱和发生装置，它适用于生态学、环境影响评价、水利水电工程等行业。
背景技术
高坝弃水造成下游河道水体发生气体过饱和，造成下游河道中鱼类等水生生物产生气泡病，并导致鱼类等水生生物大量死亡。目前高坝造成的水体气体过饱和可在高坝发生泄洪道、表孔、中孔、深孔等弃水设施大量弃水时产生，高坝其产生的过饱和水体饱和度受大坝调度运行、大坝结构等因素影响，不可人为随意改变，而实验室内缺乏可大量制备与高坝弃水造成的气体过饱和相同特性的过饱和水体的装置，目前相关气体过饱和研究大都只能开展野外原位试验，而野外原位条件的不稳定性与复杂性对过饱和相关研究存在明显的制约。为深入开展气体过饱和对水生生物影响研究，有必要研制一种实验室内可人为定量控制的水体气体饱和度发生装置，减少野外观测工作量，提高室内试验效率及准确度，系统、科学、全面地开展气体过饱和对水生生物影响研究及过饱和减缓措施研究工作。
发明内容
本发明的目的是在于提供了一种实验室可定量控制的溶解性气体过饱和水体发生装置，装置结构简单，可通过调节水、气比例及混合时间来控制水体中气体的溶解量，可定量发生不同饱和度的过饱和水体，操作简单、产生过饱和水体饱和度稳定、使用方便灵活，可为全面系统开展气体过饱和相关研究提供过饱和水体发生装置。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：
一种实验室可定量控制的溶解性气体过饱和水体定量发生装置，包括进水系统、过饱和发生系统、出水实验系统，其特征在于：进水系统中进水管与过饱和发生系统中的文丘里管相连，过饱和发生系统中的承压罐底端与出水实验系统中的出水管相连；进水管进水端放置于进水水源中，进水管中间依次安装进水管阀、水泵、进水压力表、进水安全控制管，进水安全控制管中间安装进水安全控制阀，进水管末端与文丘里管相连，文丘里管固定于承压罐开口端中部，承压罐罐体中部布置三个观察窗，承压罐底部连接出水管，承压罐顶部安装的文丘里管右侧28－32cm处连接进气控制管，进气控制管中部安装压力罐安全控制阀，文丘里管与进气管连接，进气管中部安装连接进气管压力阀，进气管进气端连接空压机，出水管中部分别连接第一出水支管、第二出水支管、第三出水支管，第一出水支管中部安装第一出水控制阀，第二出水支管中部安装第二出水控制阀，第三出水支管中部安装第三出水控制阀，第一出水支管、第二出水支管、第三出水支管末端均放入过饱和水体试验池中。
通过上述技术措施，解决了实验室内无法增加自然水体中所溶解的气体含量及饱和度的技术难题，实现了人为自由控制水体中的总溶解气体饱和度，使得水体中总溶解气体饱和度最高可达到160％。
通过上述技术措施，实现了实验室内系统获取与高坝产生的气体过饱和程度相同的过饱和水体，为气体过饱和发生机理研究、消解规律研究以及对水生生物影响研究等提供实验室内所需的过饱和水体，实验所获取的数据和结论可以为减缓和降低高坝造成的气体过饱和影响提供理论依据和指导作用。
现有技术装置中表层与底层溶解气体含量和饱和度存在分层现象，且装置高度大于6米，所占空间较大，而通过现有技术措施可实现发生装置中所有水体溶解性气体含量和饱和度均匀一致，可定量、可控、稳定产生所需饱和度的过饱和水体，且该试验装置高度不超过2.4米，所需空间较小。
所述的进水水源为自来水或者地下水等低气体饱和度的干净水体。
所述的进水管为直径为6cm-8cm的PVC管，长度为7.5-8.5m。
所述的水泵为1500W不锈钢316小型离心抽水泵。
所述的进水压力表、承压罐压力表量程均为0Mpa-1.0Mpa，型号Y-100。
所述的文丘里管为水气高速喷射混合装置，公称直径25mm，公称压力0.25-4.0Mpa。
所述的承压罐为圆柱形不锈钢压力罐，型号为G-100，罐体直径1.4m-1.6m，罐体高1.6m-1.7m，耐压0.625Mpa。
所述的观察窗为直径为28cm-30cm的有机玻璃窗。
所述的空压机型号JYK50，功率1680W，压力0.45Mpa-0.75Mpa，排气量180L，。
所述的进气管为直径1.5cm-2cm的高压PU气管，长度4.5-5.5m。
所述的出水管为直径6cm-8cm的PVC管，长度4.5-5.5m。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1、体积小，占地面积小，操作灵活，可随时调整进水、进气量，快速制取不同饱和度的过饱和水体。
2、过饱和水体饱和度影响因子控制为气压、水量、气体量，影响因子可控、可调节，不同饱和度的过饱和水体的制备全过程可控。
3、该装置具备安全控制装置，包括进水安全控制管、进水安全控制阀、压力罐安全控制阀等，在发生进水压力过大及承压罐内压力过大时，可随时打开安全控制装置，保证设备及人员的安全。
4、该装置具备出水安全控制阀，在需要制备不同饱和度的过饱和水体时，可随时排空原有饱和度水体，快速进行不同饱和度水体的制备。
5、该装置可定量控制进水量、进气量来控制承压罐压力，实现定量制备不同饱和度的水体。
6、该设备可更系统模拟高坝不同调度运行方式造成的过饱和程度及影响程度，为气体过饱和发生机理研究、消解规律研究以及对水生生物影响研究等提供实验室内所需的过饱和水体，实验所获取的数据和结论可以为减缓和降低高坝造成的气体过饱和影响提供理论依据和指导作用。
因而该装置可用于渔业、环境影响评价、水利工程等各行业在实验室内开展气体过饱和相关研究，在生物学、生态环境及水利工程等领域具有一定的应用前景。
附图说明
图1为一种实验室可定量控制的溶解性气体过饱和水体发生装置结构示意图。
图2为一种承压罐内水体体积为2m3、5m3时承压罐不同压力下试验水体的TDG饱和度示意图。
图3为一种承压罐内压力为0.20Mpa、0.35Mpa时不同水体体积下试验水体的TDG饱和度示意图。
其中：1-进水系统；1-1－进水水源，1-2－进水管，1-3－进水管阀，1-4－抽水泵(型号：316小型离心抽水泵)，1-5－进水压力表(型号：Y-100)，1-6－进水安全控制管，1-7－进水安全控制阀(PPR阀门)；
2-过饱和发生系统：2-1－文丘里管，2-2－承压罐(型号：G-100)，2-3－承压罐压力表(型号：Y-100)，2-4—观察窗，2-5—空压机(型号：JYK50)，2-6—进气管压力阀(PPR阀门)，2-7—进气管，2-8—进气控制管，2-9—压力罐安全控制阀(PPR阀门)；
3-出水实验系统：3-1－过饱和水体实验池，3-2－出水管，3-3—出水安全控制阀(PPR阀门)，3-4—第一出水支管，3-5—第二出水支管，3-6—第三出水支管，3-7—第一出水控制阀(PPR阀门)，3-8—第二出水控制阀(PPR阀门)，3-9—第三出水控制阀(PPR阀门)。
上述各种设备为普通的任何型号，市场上均有购置。
具体实施方式
实施例1：
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
如图1所示，一种实验室可定量控制的溶解性气体过饱和水体发生装置，包括进水系统1、过饱和发生系统2、出水实验系统3，其特征在于：进水系统1中进水管1-2与过饱和发生系统2中的文丘里管2-1相连，过饱和发生系统2中的承压罐2-2底端与出水实验系统3中的出水管3-2相连；进水管1-2进水端放置于进水水源1-1中，进水管1-2中间依次安装进水管阀1-3、水泵1-4、进水压力表1-5、进水安全控制管1-6，进水安全控制管1-6中间安装进水安全控制阀1-7，进水管1-2末端与文丘里管2-1相连，文丘里管2-1固定于承压罐2-2开口端中部，承压罐2-2罐体中部布置三个观察窗2-4，承压罐2-2底部连接出水管3-2，承压罐2-2顶部安装的文丘里管2-1右侧30cm处连接进气控制管2-8，进气控制管2-8中部安装压力罐安全控制阀2-9，文丘里管2-1与进气管2-7连接，进气管2-7中部安装连接进气管压力阀2-6，进气管2-7进气端连接空压机2-5，出水管3-2中部分别连接第一出水支管3-4、第二出水支管3-5、第三出水支管3-6，第一出水支管3-4中部安装第一出水控制阀3-7，第二出水支管3-5中部安装第二出水控制阀3-8，第三出水支管3-6中部安装第三出水控制阀3-9，第一出水支管3-4、第二出水支管3-5、第三出水支管3-6末端均放入过饱和水体试验池3-1中。
所述的进水水源1-1为自来水或者地下水等低溶解氧纯净水体。
所述的进水管1-2为直径为6或7或8cm的PVC管，长度为7.5-8.5m。
所述的水泵1-4为1500W不锈钢家用高压全自动自吸增压水泵。
所述的进水压力表1-5、承压罐压力表2-3，量程均为0或0.2或0.5或0.8或1.0Mpa
所述的文丘里管2-1为水气高速喷射混合装置(2寸PVDF射流器)，公称直径25mm，公称压力0.25或0.5或1或1.5或2或2.5或3或3.5或4.0Mpa。
所述的承压罐2-2为圆柱形不锈钢压力罐,直径1.4m或1.5或1.6m,高1.6m或1.7m，耐压0.625Mpa。
所述的观察窗2-4为直径为28cm或30cm的有机玻璃窗。
所述的空压机2-5功率1680W，压力0.45或0.55或0.65-0.75Mpa，排气量180L。
所述的进气管2-7为直径1.5或1.8或2cm的高压PU气管。
所述的出水管3-2为直径6cm或7或8cm的PVC管。
实际操作过程中，制气体过饱和水体时，进水管1-2进水端放置于进水水源1-1中，打开进水管阀1-3和抽水泵1-4，调节进水管阀1-3至进水压力表1-4显示为0.2Mpa，若进水压力表显示高于0.4Mpa时，打开进水安全控制阀1-7排出部分水，将进水管中水体压力降低至0.2Mpa，确保进水水量及水压的安全；打开空压机2-5、进气管压力阀2-6，调节调节空压机2-5压力表至0.2Mpa，水、气同时经过文丘里管进入承压罐2-2中，若承压罐压力表2-3显示高于所需压力时，打开压力罐安全控制阀2-9，将多余气体排出承压罐2-2，降低承压罐2-2中压力；通过观察窗2-4，水位到达所需体积时，关闭进水管阀1-3，继续通入气体，至承压罐压力表2-3显示为所需压力时(如0.35Mpa)时，承压罐2-2中过饱和水体饱和度为可达到所需饱和度(如155％)，分别打开第一出水控制阀3-7、第二出水控制阀3-8、第三出水控制阀3-9，过饱和水体进入过饱和水体实验池中，进行相关实验，若有多余的过饱和水体可打开出水安全控制阀3-3排出。
通过改变水体体积、气体量、混合时间等因子，可制备不同饱和度的过饱和水体。
实验一：在大气压1007百帕的环境条件下，进水水温21.7～22.3℃，进水TGP饱和度85.57％～92.97％，承压罐内水体体积分别控制在2m3、5m3，通过输入空气，控制承压罐压力分别为0、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5Mpa，分别测试水体和气体在罐体内混合0min、15min、30min后，出水TGP饱和度，结果见表1～2及图2。
表1水体体积为2m3时承压罐不同压力下试验水体的TDG饱和度
表2水体体积为5m3时承压罐不同压力下试验水体的TDG饱和度
实验二：在大气压1004～1005百帕的环境条件下，进水水温21.7～22.3℃，进水TGP饱和度88.32％～92.31％，控制承压罐内水体体积分别为1m3、2m3、3m3、4m3、5m3、6m3，通过输入空气，控制承压罐内压力分别为0.20Mpa、0.35Mpa，测试水体和气体在罐体内混合0min、15min、30min后，测试出水TGP饱和度，结果见表3～4及图3。
表3承压罐内压力为0.20Mpa时不同水体体积下试验水体的TDG饱和度
表4承压罐内压力为0.35Mpa时不同水体体积下试验水体的TDG饱和度
该设备可实现实验室内系统模拟高坝不同调度运行方式造成的过饱和程度及影响程度，为气体过饱和发生机理研究、消解规律研究以及对水生生物影响研究等提供实验室内所需的过饱和水体，实验所获取的数据和结论可以为减缓和降低高坝造成的气体过饱和影响提供理论依据和指导作用。

Claims (7)

1.一种实验室可定量控制的溶解性气体过饱和水体发生装置，包括进水系统(1)、过饱和发生系统(2)、出水实验系统(3)，其特征在于：进水系统(1)中进水管(1-2)与过饱和发生系统(2)中的文丘里管(2-1)相连，过饱和发生系统(2)中的承压罐(2-2)底端与出水实验系统(3)中的出水管(3-2)相连，进水管(1-2)进水端放置于进水水源(1-1)中，进水管(1-2)中间依次安装进水管阀(1-3)、水泵(1-4)、进水压力表(1-5)、进水安全控制管(1-6)，进水安全控制管(1-6)中间安装进水安全控制阀(1-7)，进水管(1-2)末端与文丘里管(2-1)相连，文丘里管(2-1)固定于承压罐(2-2)开口端，承压罐(2-2)罐体中布置三个观察窗(2-4)，承压罐(2-2)底部连接出水管(3-2)，承压罐(2-2)顶部安装的文丘里管(2-1)右侧28－32cm处连接进气控制管(2-8)，进气控制管(2-8)中安装压力罐安全控制阀(2-9)，文丘里管(2-1)与进气管(2-7)连接，进气管(2-7)中安装连接进气管压力阀(2-6)，进气管(2-7)进气端连接空压机(2-5)，出水管(3-2)中分别连接第一出水支管(3-4)、第二出水支管(3-5)、第三出水支管(3-6)，第一出水支管(3-4)中安装第一出水控制阀(3-7)，第二出水支管(3-5)中安装第二出水控制阀(3-8)，第三出水支管(3-6)中安装第三出水控制阀(3-9)，第一出水支管(3-4)、第二出水支管(3-5)、第三出水支管(3-6)末端均放入过饱和水体试验池(3-1)中。
2.根据权利要求1所述的一种实验室可定量控制的溶解性气体过饱和水体发生装置，其特征在于：所述的进水管(1-2)为直径为6cm-8cm的PVC管，长度为7.5-8.5m。
3.根据权利要求1所述的一种实验室可定量控制的溶解性气体过饱和水体发生装置，其特征在于：所述的文丘里管(2-1)为水气高速喷射混合装置，公称直径25mm，公称压力0.25-4.0Mpa。
4.根据权利要求1所述的一种实验室可定量控制的溶解性气体过饱和水体发生装置，其特征在于：所述的承压罐(2-2)为圆柱形不锈钢压力罐，耐压0.625Mpa。
5.根据权利要求1所述的一种实验室可定量控制的溶解性气体过饱和水体发生装置，其特征在于：所述的观察窗(2-4)为直径为28cm-30cm的有机玻璃窗。
6.根据权利要求1所述的一种实验室可定量控制的溶解性气体过饱和水体发生装置，其特征在于：所述的进气管(2-7)为直径1.5cm-2cm的高压PU气管，长度4.5-5.5m。
7.根据权利要求1所述的一种实验室可定量控制的溶解性气体过饱和水体发生装置，其特征在于：所述的出水管(3-2)为直径6cm-8cm的PVC管，长度4.5-5.5m。
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