CN108107001A - 一种测定自然水面氨挥发的装置及方法 - Google Patents

一种测定自然水面氨挥发的装置及方法 Download PDF

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刘翠英
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Abstract

本发明公开了一种测定自然水面氨挥发的装置及方法，该装置包括水面集气罩、空气氨吸收瓶、水面氨吸收瓶和抽气泵，进行氨挥发测定时，由抽气泵提供动力，空气由竖直进气管进入，一部分空气经由通气嘴进入空气氨吸收瓶中，另一部分空气进入水面集气罩，将水面逸散的氨带出，进入水面氨吸收瓶，被氨吸收液吸收，分别测定其中NH4 +的浓度，计算得到水面氨挥发量。本发明中的测定自然水面氨挥发的装置的直径和高度可根据测定对象的特点进行调整，可适性强。

Description

一种测定自然水面氨挥发的装置及方法
技术领域
本发明涉及环境监测设备技术领域，具体说是一种测定自然水面氨挥发的装置及方法。
背景技术
水面氨挥发的测定一直是一个难题，其难点在于（1）水面氨挥发的速率比较小，传统的硼酸吸收法灵敏度低，难以检出；（2）湖面或江面水位较深，测定装置难以固定。因此目前已有的方法如密闭室海绵吸收法由于海绵对气体的阻挡作用，气体交换受阻，因此常常低估了氨挥发速率。密闭室通气法需要复杂的管路连接装置，并且需要大型的真空泵作为动力源，过于复杂的装置使得其难以用于水面氨挥发的测定。由于方法的不完善，水面氨挥发的测定一直是一个难点。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种测定自然水面氨挥发的装置。
本发明的另一目的是提供一种测定自然水面氨挥发的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种测定自然水面氨挥发的装置，包括水面集气罩、空气氨吸收瓶、水面氨吸收瓶和抽气泵，所述水面集气罩为顶面密封、底面开口的倒扣式空罩，水面集气罩靠近顶部的侧边对称固定有漂浮板，水面集气罩顶面设有竖直进气管和出气口，所述空气氨吸收瓶和水面氨吸收瓶内装有氨吸收液，所述竖直进气管在靠近顶端处设有通气嘴，所述竖直进气管上的通气嘴与所述空气吸收瓶的进气管连通，所述氨气吸收瓶是进气管与所述水面集气罩顶面的出气口连通，所述抽气泵分别连接所述空气氨吸收瓶和水面氨吸收瓶的出气管，所述空气氨吸收瓶和水面氨吸收瓶置于所述漂浮板上面。
本发明进一步的设计方案中，上述水面集气罩下部浸入水中部分的罩壁上布设有通孔。
本发明进一步的设计方案中，上述漂浮板上设有两个用于固定所述空气氨吸收瓶和水面氨吸收瓶的固定架。
本发明进一步的设计方案中，上述竖直进气管上的通气嘴距离所述水面集气罩顶面大于5cm。
本发明进一步的设计方案中，上述抽气泵为便携式高效负压泵隔膜泵。
一种测定自然水面氨挥发的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将权利要求1中的测定自然水面氨挥发的装置放置在待测水面上，等待装置平稳静止后再进行测量；
步骤2，开启抽气泵，抽气流量为15-30L/min；
步骤3，每间隔固定时间更换空气氨吸收瓶和水面氨吸收瓶，分别测量吸收液的NH4 +的浓度，并记录；
步骤4，根据下式计算水面氨挥发量：
NH3flux=（CB-CA）/T/S*24*10000
其中NH3flux表示水面氨挥发通量，kg N ha-1 day-1；
CA表示空气中氨的本底浓度，mg N L-1；
CB表示经由水面后空气中氨的浓度， mg N L-1；
T 表示单次测定时间，h，由水面氨挥发的日变化曲线决定；
S 表示有机玻璃罩的面积，m2；
24表示时间，h day-1 ；
10000为换算系数， m2ha-1。
本发明进一步的设计方案中，步骤1中装置平稳静止时间为0.5小时。
本发明进一步的设计方案中，步骤2中抽气泵进行抽气的抽气流量为20L/min 。
本发明具有以下突出的有益效果：
本发明所提出的测定水面氨挥发的装置及方法克服了传统氨挥发测定装置系统复杂，难以应用于水面氨挥发采集测定的缺点，使原位测定水面氨挥发得以实现。
本发明中所设计的自浮式漂浮箱的直径和高度可根据测定对象的特点进行调整，可适性强。浮箱的底部开具有3mm的小孔，能实现水面内部能量和物质的交换，使得测定结果更加符合实际情况。本发明同时测定空气中氨的本底值和经过水面后空气氨的浓度，根据二者的差值来定量氨挥发，克服了大气氨浓度的差异对测定结果的影响。如果二者差值为正数说明水面是大气氨的源，如果差值为负数，说明水面是大气氨的汇。本发明所用抽气系统为便携式高效负压泵隔膜泵重量为240g，所用动力源为可充电锂电池，重量仅500g，因此整个系统轻便耐用，可以漂浮于水面之上。运用该系统可对自然河流、湖泊、养殖鱼塘、蟹塘等不同类型的水体的氨挥发开展广泛的监测研究。
附图说明
图1是实施例1中测定自然水面氨挥发的装置结构示意图；
图2是实施例2中养殖鱼塘氨挥发日变化图；
图中，1-水面集气罩，2-空气氨吸收瓶，3-水面氨吸收瓶，4-抽气泵，5-漂浮板，6-竖直进气管，7-出气口，8-通气嘴，9-通孔，10-固定架。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例 1
参见附图1，一种测定自然水面氨挥发的装置，包括水面集气罩1、空气氨吸收瓶2、水面氨吸收瓶3和抽气泵4，水面集气罩1为顶面密封、底面开口的倒扣式空罩，水面集气罩1是直径20cm，高25cm的有机玻璃管，底部开放，水面集气罩1下部浸入水中部分的罩壁上布设有直径3mm的通孔9，以利用底部水体的物质和能量交换。水面集气罩1靠近顶部的侧边对称固定有漂浮板5，漂浮板5为泡沫板，距离水面集气罩1顶部4cm；水面集气罩1顶面设有直径为3cm的竖直进气管6和直径为1cm出气口7，竖直进气管6上的通气嘴8距离水面集气罩1顶面为5cm；空气氨吸收瓶2和水面氨吸收瓶3内装有氨吸收液，竖直进气管6在靠近顶端处设有通气嘴8，竖直进气管6上的通气嘴8与空气吸收瓶的进气管连通，氨气吸收瓶是进气管与水面集气罩1顶面的出气口7连通，抽气泵4分别连接空气氨吸收瓶2和水面氨吸收瓶3的出气管，漂浮板5上设有两个用于固定空气氨吸收瓶2和水面氨吸收瓶3的固定架10。空气氨吸收瓶2和水面氨吸收瓶3置于漂浮板5上面的固定架10中。抽气泵4为便携式高效负压泵隔膜泵，型号为kamoer kvp 15，重量240g。
进行氨挥发测定时，由抽气泵4提供动力，抽气泵4与吸收瓶之间由硅胶管相连接。空气由竖直进气管6进入，其中一部分空气经由通气嘴8进入空气氨吸收瓶2中，吸收瓶容量250ml，吸收瓶中加入有100ml浓度为0.02mol L-1的稀硫酸溶液，用于吸收由空气带入的氨（NH3）。另一部分空气进入水面集气罩1，将水面逸散的氨带出，进入水面氨吸收瓶3，被氨吸收液吸收。实验结束后将吸收瓶中的吸收液带回室内，用靛酚蓝比色法测定其中NH4 +的浓度。
实施例 2
养殖鱼塘氨挥发日变化监测和氨挥发通量观测
步骤1，提前0.5小时将实施例1中的装置放置于养殖鱼塘内，以避免放置过程中水面扰动影响水面氨挥发监测值，等待装置平稳静止后再进行测量。
步骤2，开启抽气泵4，抽气流量为15-30L/min。
步骤3，每间2小时更换空气氨吸收瓶2和水面氨吸收瓶3，分别测量其中的NH4 +的浓度，并记录。
步骤4，根据下式计算水面氨挥发量：
NH3flux=CB-CA/T/S*24*10000
其中NH3flux表示水面氨挥发通量，kg N ha-1 day-1；
CA表示空气中氨的本底浓度，mg N L-1；
CB表示经由水面后空气中氨的浓度， mg N L-1；
T表示单次测定时间，h，由水面氨挥发的日变化曲线决定；
S表示有机玻璃罩的面积，m2；
24表示时间，h day-1 ；
10000为换算系数， m2ha-1。
如此可得水面氨挥发日变化曲线，参见图2。
根据得到的图2中的日变化曲线测算可知， 8:00-10:00的氨挥发速率可代表每天的平均值，因此选择8:00-10:00开展野外监测工作，抽气结束后分取空气氨吸收瓶2和水面氨吸收瓶3中的氨吸收液50ml装入两个100ml塑料瓶中，带回实验室，用靛酚蓝比色测定吸收液中NH4 +浓度。在监测氨挥发的同时测定水体温度，pH，NH4 +浓度等参数，用于研究影响养殖鱼塘氨挥发的参数。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种测定自然水面氨挥发的装置，其特征在于，包括水面集气罩（1）、空气氨吸收瓶（2）、水面氨吸收瓶（3）和抽气泵（4），所述水面集气罩（1）为顶面密封、底面开口的倒扣式空罩，水面集气罩（1）靠近顶部的侧边对称固定有漂浮板（5），水面集气罩（1）顶面设有竖直进气管（6）和出气口（7），所述空气氨吸收瓶（2）和水面氨吸收瓶（3）内装有氨吸收液，所述竖直进气管（6）在靠近顶端处设有通气嘴（8），所述竖直进气管（6）上的通气嘴（8）与所述空气吸收瓶的进气管连通，所述氨气吸收瓶是进气管与所述水面集气罩（1）顶面的出气口（7）连通，所述抽气泵（4）分别连接所述空气氨吸收瓶（2）和水面氨吸收瓶（3）的出气管，所述空气氨吸收瓶（2）和水面氨吸收瓶（3）置于所述漂浮板（5）上面。
2.根据权利要求1所述的测定自然水面氨挥发的装置，其特征在于，所述水面集气罩（1）下部浸入水中部分的罩壁上布设有通孔（9）。
3.根据权利要求1所述的测定自然水面氨挥发的装置，其特征在于，所述漂浮板（5）上设有两个用于固定所述空气氨吸收瓶（2）和水面氨吸收瓶（3）的固定架（10）。
4.根据权利要求1所述的测定自然水面氨挥发的装置，其特征在于，所述竖直进气管（6）上的通气嘴（8）距离所述水面集气罩（1）顶面大于5cm。
5.根据权利要求1所述的测定自然水面氨挥发的装置，其特征在于，所述抽气泵（4）为便携式高效负压泵隔膜泵。
6.一种测定自然水面氨挥发的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将权利要求1中的测定自然水面氨挥发的装置放置在待测水面上，等待装置平稳静止后再进行测量；
步骤2，开启抽气泵（4），抽气流量为15-30L/min；
步骤3，每间隔固定时间更换空气氨吸收瓶（2）和水面氨吸收瓶（3），分别测量其中的NH4 +的浓度，并记录；
步骤4，根据下式计算水面氨挥发量：
NH3flux=（CB-CA）/T/S*24*10000
其中NH3flux表示水面氨挥发通量，kg N ha-1 day-1；
CA表示空气中氨的本底浓度，mg N L-1；
CB表示经由水面后空气中氨的浓度， mg N L-1；
T 表示单次测定时间，h，由水面氨挥发的日变化曲线决定；
S 表示有机玻璃罩的面积，m2；
24表示时间，h day-1 ；
10000为换算系数， m2ha-1。
7.根据权利要求6所述的测定自然水面氨挥发的方法，其特征在于，步骤1中装置平稳静止时间为0.5小时。
8.根据权利要求6所述的测定自然水面氨挥发的方法，其特征在于，步骤2中抽气泵（4）进行抽气的抽气流量为20L/min 。
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