CN209797595U - 一种基于氮氧调节的模拟氧化还原波动的培养实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于氮氧调节的模拟氧化还原波动的培养实验装置，包括依次连接的氮氧气源装置、气源净化处理装置、气体分配装置、培养实验装置和尾气处理装置；所述氮氧气源装置包括氮气瓶和氧气瓶，用于提供氮、氧气体；所述气源净化处理装置对进入培养实验装置的氮、氧气体进行净化；所述气体分配装置用于调节氮、氧气体流量从而模拟氧化还原波动的环境；所述培养实验装置为培养实验的反应部分；所述尾气处理装置处理可能产生的各种尾气。本实用新型的装置能用于多种氧化还原波动条件下的培养实验研究，为进一步揭示氧化还原波动条件下相关生物地球化学过程提供了有效的装置。

Description

一种基于氮氧调节的模拟氧化还原波动的培养实验装置

技术领域

本实用新型涉及地下水模拟技术领域，尤其涉及一种基于氮氧调节的模拟氧化还原波动的培养实验装置。

背景技术

自然界中-尤其是在氧化还原交互带上-氧化还原波动无处不在，丰水期枯水期的水位变化、水库调水蓄水、潮汐和昼夜温差等都会引起氧化还原波动；而氧化还原波动影响着生物地球化学过程，甚至决定着氧化还原交互带上诸如营养元素的分布归趋、污染物的迁移转化、微生物的群落分布和微生物活动情况等过程。为了更好的研究这些生物地球化学过程，逐渐开展了氧化还原波动条件下的培养实验。

为更好地在实验室条件下模拟氧化还原波动下的培养实验环境，需要设计一种模拟氧化还原波动的实验培养装置，能够用于多种氧化还原波动条件下的培养实验研究，为进一步揭示氧化还原波动条件下相关生物地球化学过程提供有效的装置。

发明内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种结构简单、模拟效果好、可行性高的基于氮氧调节的模拟氧化还原波动的实验培养装置。

本实用新型提供了一种基于氮氧调节的模拟氧化还原波动的培养实验装置，包括依次连接的氮氧气源装置、气源净化处理装置、气体分配装置和培养实验装置；所述氮氧气源装置包括氮气瓶和氧气瓶，氮气瓶用来提供氮气，氧气瓶用来提供氧气；所述气源净化处理装置包括氮气净化瓶组和氧气净化瓶组，所述氮气净化瓶组与氮气瓶连通，用于净化氮气，所述氧气净化瓶组与氧气瓶连通，用于净化氧气；所述气体分配装置包括若干第一分气阀和若干第二分气阀, 第一分气阀与净化后的氮气连通，第二分气阀与净化后的氧气连通；所述培养实验装置包括反应瓶，第一分气阀用来调整进入反应瓶的氮气量，第二分气阀用来调整进入反应瓶的氧气量，不同流量的氮气和氧气进入反应瓶模拟氧化还原波动环境。

进一步的，所述氮气瓶和氧气瓶的瓶口由减压阀调节降低气体压强，所述减压阀的出口与气源净化处理装置连通。

进一步的，所述第一分气阀、第二分气阀与反应瓶之间设置若干三通阀，所述第一分气阀和第二分气阀两两一组对应一个三通阀，每个三通阀的两个入口分别与对应的第一分气阀、第二分气阀连通，每个三通阀的出口与反应瓶连通。

进一步的，每个三通阀与反应瓶之间还设置有流量计，所述流量计的一端与三通阀的出口连通，所述流量计的另一端与反应瓶连通，所述流量计用于计量进入反应瓶的气体流量。

在气源净化处理装置中净化处理后的氮、氧气体分别接入第一分气阀和第二分气阀，从第一分气阀和第二分气阀分出的氮氧气体两两一组对应的接入一三通阀的进气端，然后从三通阀出气端再接入流量计，流量计用于计量进入反应瓶的气体流量。其中，所有连接管均为PU管，连接接口均为快接接口，所述第一、第二分气阀的进、出气口均由球阀开关控制。第一分气阀和第二分气阀能单独调节氮、氧气体的流速，用于提供不同浓度的氮、氧混合气体从而模拟不同氧化还原条件，同时开展多个实验组。

进一步的，所述反应瓶的底部放置磁力搅拌器，所述磁力搅拌器用于促进反应瓶中反应液的搅拌混合；所述反应瓶包括反应瓶身和反应瓶盖，所述反应瓶身的内部盛放反应液，所述反应瓶盖上开设第一小孔、第二小孔和第三小孔，第一小孔内插入进气管，所述进气管的上端与流量计的另一端连通，所述进气管的下端浸入反应瓶内的反应液面以下；第二小孔内插入出气管，所述出气管的下端在反应瓶内的反应液面以上；第三小孔内插入取样进样管，所述取样进样管的下端浸入反应液面以下。

进一步的，所述取样进样管的上端通至瓶外用乳胶管与二通阀的一端相连，所述二通阀的另一端与注射器连接，打开二通阀抽取注射器即可取样，注射注射器即可向反应瓶内进样，取样进样完毕后关闭二通阀，保证反应瓶内混合气体与外界阻隔。

进一步的，所述反应瓶盖上开设第四小孔，第四小孔内插入监测管，所述监测管内放置测试电极，所述测试电极放入反应液面以下，所述测试电极用于监测培养实验的参数，如在线监测氧化还原电位、pH和溶氧量等参数。

上述所有进入瓶内的管均为耐高温防腐蚀的聚四氟乙烯管。

进一步的，所述出气管的上端连接尾气处理装置，所述尾气处理装置用于处理培养实验产生的尾气。所述尾气处理装置的设置与培养实验的反应体系有关，若培养实验产生氯气、氢气、甲烷、氨气、硫化氢、二氧化硫和汞蒸气等气体，应配置相应的尾气吸收装置。

与现有技术相比，本实用新型提供的技术方案带来的有益效果如下：

(1)本实用新型的装置结构简单，可行性高，模拟效果好，对氧化还原波动条件下的培养实验研究有非常大的帮助；

(2)本实用新型的装置采用氮、氧气体交替补给作为氧化还原波动的原动力，装置简单易行，对实际情况的模拟程度高；

(3)本实用新型的装置在培养实验装置的反应瓶中利用进气管、出气管、监测管和进样取样管方便快捷地完成了氧化还原波动、体系压强平衡、基本参数的在线监测和无干扰进样取样等操作，培养实验装置操作性强，实验控制精确无误；

(4)本实用新型装置中分气阀可单独调节气体流速进而模拟氧化还原波动环境，可同时开展多个实验组。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1是本实用新型实施例的装置结构示意图。

附图标记：

1-氮氧气源装置；1.1-减压阀；2-气源净化处理装置；3-气体分配装置；3.1- 第一分气阀；3.2-第二分气阀；3.3-流量计；3.4-三通阀；4-培养实验装置； 4.1-磁力搅拌器；4.2-反应瓶身；4.3-反应瓶盖；4.4-进气管；4.5-出气管； 4.6-监测管；4.7-取样进样管；5-尾气处理装置。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。

如图1所示，本实用新型的实施例提供了一种基于氮氧调节的模拟氧化还原波动的培养实验装置，利用该装置探究了氧化还原波动条件下汞迁移转化的规律。

该装置包括依次连接的氮氧气源装置1、气源净化处理装置2、气体分配装置3、培养实验装置4和尾气处理装置5。

所述氮氧气源装置1包括氮气瓶和氧气瓶，分别用于提供氮气和氧气；氮气瓶和氧气瓶的瓶口由减压阀1.1调节降低气体压强，减压阀1.1的出口连接PU 管接入气源净化处理装置2。

所述气源净化处理装置2用于对进入后面培养实验装置3的氮、氧气体进行净化而排除实验干扰。具体的，所述气源净化处理装置2包括氮气净化瓶组和氧气净化瓶组，所述氮气净化瓶组包括若干个相互连通的氮气净化瓶，所述氧气净化瓶组包括若干个相互连通的氧气净化瓶。

所述气体分配装置3用于调节氮、氧气体流量从而提供氧化还原波动环境。所述气体分配装置3由若干第一分气阀3.1、若干第二分气阀3.2、若干流量计 3.3和若干三通阀3.4组成；在气源净化处理装置2中净化处理后的氮、氧气体分别接入第一、第二分气阀，分出的氮、氧气体两两一组对应的接入三通阀3.4 的进气端，然后三通阀3.4的出气端接入流量计3.3的一端，流量计3.3的另一端与培养实验装置4连接；其中，连接管均为PU管，连接接口均为快接接口。

第一、第二分气阀可提供多组不同浓度的氮、氧混合气体，每一氮、氧混合气体合后面对应连接三通阀、流量计、培养实验装置和尾气处理装置，可构成不同的实验组。

在本实用新型实施例中通过调节第一、第二分气阀进而控制不同时刻氮、氧气体的流量供给，模拟了反应瓶内氧化还原环境。具体为：第二分气阀3.2控制氧气开、第一分气阀3.1控制氮气关，维持7天，接着第一分气阀3.1控制氮气开、第二分气阀3.2控制氧气关，维持7天，这一过程设置为一个周期，重复此周期，引起培养体系中氧化还原条件的波动。

所述培养实验装置4是实验的主体反应部分，包括磁力搅拌器4.1、反应瓶身4.2、反应瓶盖4.3、进气管4.4、出气管4.5、监测管4.6和取样进样管4.7；其中，磁力搅拌器4.1置于反应瓶下，用于促进反应瓶中反应液的混合；反应瓶身4.2和反应瓶盖4.3构成反应瓶的主体空间，反应瓶身4.2的内部盛放污染场地取回的汞污染底泥与地表水混合形成的悬浊液。反应瓶盖4.3上开设第一小孔、第二小孔、第三小孔和第四小孔，第一小孔内插入进气管4.4，所述进气管4.4的上端与流量计3.3的另一端连通，所述进气管4.4的下端浸入反应瓶内的反应液面以下；第二小孔内插入出气管4.5，所述出气管4.5的下端在反应瓶内的反应液面以上，出气管4.5的上端与尾气处理装置5连接，进气管4.4 和出气管4.5共同作用来平衡反应瓶中氮、氧混合气体的气压；第三小孔内插入取样进样管4.7，所述取样进样管4.7的下端浸入反应液面以下，上端通至瓶外，用乳胶管与二通阀的一端相连，二通阀另一端与注射器连接，打开二通阀抽取注射器即可取样，注射注射器即可向反应瓶内的反应液进样，取样进样完毕后关闭二通阀，保证反应瓶内混合气体与外界阻隔；第四小孔内插入监测管4.6，所述监测管4.6内放置测试电极，所述测试电极放入反应液面以下，用于监测培养实验的参数，例如在线监测氧化还原电位、pH和溶氧量等参数。所有进入瓶内的管均为耐高温防腐蚀的聚四氟乙烯管。

所述尾气处理装置5基于不同的尾气产物设置不同的尾气处理装置。本实用新型实施例中尾气处理装置5为甲基汞、总汞吸收装置。

本实用新型实施例监测了实验培养中反应瓶溶氧量、氧化还原电位和pH随着氮、氧气体调节周期而波动变化的情况，具体为：氧气开、氮气关，维持7 天的情况下，监测到反应液的溶氧量升高，氧化还原电位升高，pH降低；氮气开、氧气关，维持7天的情况下，监测到反应液的溶氧量降低，氧化还原电位降低，pH升高；表明本实用新型实施例简单、高效的模拟了氧化还原波动条件，同时对该周期过程中反应瓶反应液中总汞、甲基汞含量进行了监测，得到氧化还原波动条件下汞的甲基化作用有所增强。

本实用新型提供了一种基于氮氧调节的模拟氧化还原波动的培养实验装置，该装置结构简单，可行性高，模拟效果好，对氧化还原波动条件下的培养实验研究有非常大的帮助；其中培养实验装置的反应瓶利用进气管、出气管、监测管和进样取样管方便快捷地完成了氧化还原波动、体系压强平衡、基本参数的在线监测和无干扰进样取样等操作，培养实验装置操作性强，实验控制精确无误。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于氮氧调节的模拟氧化还原波动的培养实验装置，其特征在于，包括依次连接的氮氧气源装置、气源净化处理装置、气体分配装置和培养实验装置；所述氮氧气源装置包括氮气瓶和氧气瓶，所述氮气瓶用来提供氮气，所述氧气瓶用来提供氧气；所述气源净化处理装置包括氮气净化瓶组和氧气净化瓶组，所述氮气净化瓶组与氮气瓶连通，用于净化氮气，所述氧气净化瓶组与氧气瓶连通，用于净化氧气；所述气体分配装置包括若干第一分气阀和若干第二分气阀，所述培养实验装置包括反应瓶，所述第一分气阀用来调整进入反应瓶的氮气量，所述第二分气阀用来调整进入反应瓶的氧气量，不同流量的氮气和氧气进入反应瓶模拟氧化还原波动环境。

2.根据权利要求1所述的一种基于氮氧调节的模拟氧化还原波动的培养实验装置，其特征在于，所述氮气瓶和氧气瓶的瓶口由减压阀调节降低气体压强，所述减压阀的出口与气源净化处理装置连通。

3.根据权利要求1所述的一种基于氮氧调节的模拟氧化还原波动的培养实验装置，其特征在于，所述第一分气阀、第二分气阀与反应瓶之间设置若干三通阀，所述第一分气阀和第二分气阀两两一组对应一个三通阀，每个三通阀的两个入口分别与对应的第一分气阀、第二分气阀连通，每个三通阀的出口与反应瓶连通。

4.根据权利要求3所述的一种基于氮氧调节的模拟氧化还原波动的培养实验装置，其特征在于，每个三通阀与反应瓶之间还设置一流量计，所述流量计的一端与三通阀的出口连通，所述流量计的另一端与反应瓶连通，所述流量计用于计量进入反应瓶的气体流量。

5.根据权利要求4所述的一种基于氮氧调节的模拟氧化还原波动的培养实验装置，其特征在于，所述反应瓶的底部放置磁力搅拌器，所述磁力搅拌器用于促进反应瓶中反应液的搅拌混合；

所述反应瓶包括反应瓶身和反应瓶盖，所述反应瓶身的内部盛放反应液，所述反应瓶盖上开设第一小孔、第二小孔和第三小孔，第一小孔内插入进气管，所述进气管的上端与流量计的另一端连通，所述进气管的下端浸入反应瓶内的反应液面以下；第二小孔内插入出气管，所述出气管的下端在反应瓶内的反应液面以上；第三小孔内插入取样进样管，所述取样进样管的下端浸入反应液面以下。

6.根据权利要求5所述的一种基于氮氧调节的模拟氧化还原波动的培养实验装置，其特征在于，所述取样进样管的上端连接二通阀的一端，所述二通阀的另一端连接注射器，打开二通阀抽取注射器即可取样，注射注射器即可向反应瓶内进样。

7.根据权利要求5所述的一种基于氮氧调节的模拟氧化还原波动的培养实验装置，其特征在于，所述反应瓶盖上开设第四小孔，第四小孔内插入监测管，所述监测管内放置测试电极，测试电极放入反应液面以下，用于监测培养实验的参数。

8.根据权利要求5所述的一种基于氮氧调节的模拟氧化还原波动的培养实验装置，其特征在于，所述出气管的上端连接尾气处理装置，所述尾气处理装置用于处理培养实验产生的尾气。