本發(fā)明屬于實(shí)驗(yàn)室溶解性氣體過飽和發(fā)生裝置技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種實(shí)驗(yàn)室可定量控制的溶解性氣體過飽和發(fā)生裝置，它適用于生態(tài)學(xué)、環(huán)境影響評價(jià)、水利水電工程等行業(yè)。

背景技術(shù)：

高壩棄水造成下游河道水體發(fā)生氣體過飽和，造成下游河道中魚類等水生生物產(chǎn)生氣泡病，并導(dǎo)致魚類等水生生物大量死亡。目前高壩造成的水體氣體過飽和可在高壩發(fā)生泄洪道、表孔、中孔、深孔等棄水設(shè)施大量棄水時(shí)產(chǎn)生，高壩其產(chǎn)生的過飽和水體飽和度受大壩調(diào)度運(yùn)行、大壩結(jié)構(gòu)等因素影響，不可人為隨意改變，而實(shí)驗(yàn)室內(nèi)缺乏可大量制備與高壩棄水造成的氣體過飽和相同特性的過飽和水體的裝置，目前相關(guān)氣體過飽和研究大都只能開展野外原位試驗(yàn)，而野外原位條件的不穩(wěn)定性與復(fù)雜性對過飽和相關(guān)研究存在明顯的制約。為深入開展氣體過飽和對水生生物影響研究，有必要研制一種實(shí)驗(yàn)室內(nèi)可人為定量控制的水體氣體飽和度發(fā)生裝置，減少野外觀測工作量，提高室內(nèi)試驗(yàn)效率及準(zhǔn)確度，系統(tǒng)、科學(xué)、全面地開展氣體過飽和對水生生物影響研究及過飽和減緩措施研究工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是在于提供了一種實(shí)驗(yàn)室可定量控制的溶解性氣體過飽和水體發(fā)生裝置，裝置結(jié)構(gòu)簡單，可通過調(diào)節(jié)水、氣比例及混合時(shí)間來控制水體中氣體的溶解量，可定量發(fā)生不同飽和度的過飽和水體，操作簡單、產(chǎn)生過飽和水體飽和度穩(wěn)定、使用方便靈活，可為全面系統(tǒng)開展氣體過飽和相關(guān)研究提供過飽和水體發(fā)生裝置。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)措施：

一種實(shí)驗(yàn)室可定量控制的溶解性氣體過飽和水體定量發(fā)生裝置，包括進(jìn)水系統(tǒng)、過飽和發(fā)生系統(tǒng)、出水實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于：進(jìn)水系統(tǒng)中進(jìn)水管與過飽和發(fā)生系統(tǒng)中的文丘里管相連，過飽和發(fā)生系統(tǒng)中的承壓罐底端與出水實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的出水管相連；進(jìn)水管進(jìn)水端放置于進(jìn)水水源中，進(jìn)水管中間依次安裝進(jìn)水管閥、水泵、進(jìn)水壓力表、進(jìn)水安全控制管，進(jìn)水安全控制管中間安裝進(jìn)水安全控制閥，進(jìn)水管末端與文丘里管相連，文丘里管固定于承壓罐開口端中部，承壓罐罐體中部布置三個(gè)觀察窗，承壓罐底部連接出水管，承壓罐頂部安裝的文丘里管右側(cè)28－32cm處連接進(jìn)氣控制管，進(jìn)氣控制管中部安裝壓力罐安全控制閥，文丘里管與進(jìn)氣管連接，進(jìn)氣管中部安裝連接進(jìn)氣管壓力閥，進(jìn)氣管進(jìn)氣端連接空壓機(jī)，出水管中部分別連接第一出水支管、第二出水支管、第三出水支管，第一出水支管中部安裝第一出水控制閥，第二出水支管中部安裝第二出水控制閥，第三出水支管中部安裝第三出水控制閥，第一出水支管、第二出水支管、第三出水支管末端均放入過飽和水體試驗(yàn)池中。

通過上述技術(shù)措施，解決了實(shí)驗(yàn)室內(nèi)無法增加自然水體中所溶解的氣體含量及飽和度的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了人為自由控制水體中的總?cè)芙鈿怏w飽和度，使得水體中總?cè)芙鈿怏w飽和度最高可達(dá)到160％。

通過上述技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室內(nèi)系統(tǒng)獲取與高壩產(chǎn)生的氣體過飽和程度相同的過飽和水體，為氣體過飽和發(fā)生機(jī)理研究、消解規(guī)律研究以及對水生生物影響研究等提供實(shí)驗(yàn)室內(nèi)所需的過飽和水體，實(shí)驗(yàn)所獲取的數(shù)據(jù)和結(jié)論可以為減緩和降低高壩造成的氣體過飽和影響提供理論依據(jù)和指導(dǎo)作用。

現(xiàn)有技術(shù)裝置中表層與底層溶解氣體含量和飽和度存在分層現(xiàn)象，且裝置高度大于6米，所占空間較大，而通過現(xiàn)有技術(shù)措施可實(shí)現(xiàn)發(fā)生裝置中所有水體溶解性氣體含量和飽和度均勻一致，可定量、可控、穩(wěn)定產(chǎn)生所需飽和度的過飽和水體，且該試驗(yàn)裝置高度不超過2.4米，所需空間較小。

所述的進(jìn)水水源為自來水或者地下水等低氣體飽和度的干凈水體。

所述的進(jìn)水管為直徑為6cm-8cm的pvc管，長度為7.5-8.5m。

所述的水泵為1500w不銹鋼316小型離心抽水泵。

所述的進(jìn)水壓力表、承壓罐壓力表量程均為0mpa-1.0mpa，型號y-100。

所述的文丘里管為水氣高速噴射混合裝置，公稱直徑25mm，公稱壓力0.25-4.0mpa。

所述的承壓罐為圓柱形不銹鋼壓力罐，型號為g-100，罐體直徑1.4m-1.6m，罐體高1.6m-1.7m，耐壓0.625mpa。

所述的觀察窗為直徑為28cm-30cm的有機(jī)玻璃窗。

所述的空壓機(jī)型號jyk50，功率1680w，壓力0.45mpa-0.75mpa，排氣量180l，。

所述的進(jìn)氣管為直徑1.5cm-2cm的高壓pu氣管，長度4.5-5.5m。

所述的出水管為直徑6cm-8cm的pvc管，長度4.5-5.5m。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果：

1、體積小，占地面積小，操作靈活，可隨時(shí)調(diào)整進(jìn)水、進(jìn)氣量，快速制取不同飽和度的過飽和水體。

2、過飽和水體飽和度影響因子控制為氣壓、水量、氣體量，影響因子可控、可調(diào)節(jié)，不同飽和度的過飽和水體的制備全過程可控。

3、該裝置具備安全控制裝置，包括進(jìn)水安全控制管、進(jìn)水安全控制閥、壓力罐安全控制閥等，在發(fā)生進(jìn)水壓力過大及承壓罐內(nèi)壓力過大時(shí)，可隨時(shí)打開安全控制裝置，保證設(shè)備及人員的安全。

4、該裝置具備出水安全控制閥，在需要制備不同飽和度的過飽和水體時(shí)，可隨時(shí)排空原有飽和度水體，快速進(jìn)行不同飽和度水體的制備。

5、該裝置可定量控制進(jìn)水量、進(jìn)氣量來控制承壓罐壓力，實(shí)現(xiàn)定量制備不同飽和度的水體。

6、該設(shè)備可更系統(tǒng)模擬高壩不同調(diào)度運(yùn)行方式造成的過飽和程度及影響程度，為氣體過飽和發(fā)生機(jī)理研究、消解規(guī)律研究以及對水生生物影響研究等提供實(shí)驗(yàn)室內(nèi)所需的過飽和水體，實(shí)驗(yàn)所獲取的數(shù)據(jù)和結(jié)論可以為減緩和降低高壩造成的氣體過飽和影響提供理論依據(jù)和指導(dǎo)作用。

因而該裝置可用于漁業(yè)、環(huán)境影響評價(jià)、水利工程等各行業(yè)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)開展氣體過飽和相關(guān)研究，在生物學(xué)、生態(tài)環(huán)境及水利工程等領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為一種實(shí)驗(yàn)室可定量控制的溶解性氣體過飽和水體發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為一種承壓罐內(nèi)水體體積為2m³、5m³時(shí)承壓罐不同壓力下試驗(yàn)水體的tdg飽和度示意圖。

圖3為一種承壓罐內(nèi)壓力為0.20mpa、0.35mpa時(shí)不同水體體積下試驗(yàn)水體的tdg飽和度示意圖。

其中：1-進(jìn)水系統(tǒng)；1-1－進(jìn)水水源，1-2－進(jìn)水管，1-3－進(jìn)水管閥，1-4－抽水泵(型號：316小型離心抽水泵)，1-5－進(jìn)水壓力表(型號：y-100)，1-6－進(jìn)水安全控制管，1-7－進(jìn)水安全控制閥(ppr閥門)；

2-過飽和發(fā)生系統(tǒng)：2-1－文丘里管，2-2－承壓罐(型號：g-100)，2-3－承壓罐壓力表(型號：y-100)，2-4—觀察窗，2-5—空壓機(jī)(型號：jyk50)，2-6—進(jìn)氣管壓力閥(ppr閥門)，2-7—進(jìn)氣管，2-8—進(jìn)氣控制管，2-9—壓力罐安全控制閥(ppr閥門)；

3-出水實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)：3-1－過飽和水體實(shí)驗(yàn)池，3-2－出水管，3-3—出水安全控制閥(ppr閥門)，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—第一出水控制閥(ppr閥門)，3-8—第二出水控制閥(ppr閥門)，3-9—第三出水控制閥(ppr閥門)。

上述各種設(shè)備為普通的任何型號，市場上均有購置。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：

如圖1所示，一種實(shí)驗(yàn)室可定量控制的溶解性氣體過飽和水體發(fā)生裝置，包括進(jìn)水系統(tǒng)1、過飽和發(fā)生系統(tǒng)2、出水實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)3，其特征在于：進(jìn)水系統(tǒng)1中進(jìn)水管1-2與過飽和發(fā)生系統(tǒng)2中的文丘里管2-1相連，過飽和發(fā)生系統(tǒng)2中的承壓罐2-2底端與出水實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)3中的出水管3-2相連；進(jìn)水管1-2進(jìn)水端放置于進(jìn)水水源1-1中，進(jìn)水管1-2中間依次安裝進(jìn)水管閥1-3、水泵1-4、進(jìn)水壓力表1-5、進(jìn)水安全控制管1-6，進(jìn)水安全控制管1-6中間安裝進(jìn)水安全控制閥1-7，進(jìn)水管1-2末端與文丘里管2-1相連，文丘里管2-1固定于承壓罐2-2開口端中部，承壓罐2-2罐體中部布置三個(gè)觀察窗2-4，承壓罐2-2底部連接出水管3-2，承壓罐2-2頂部安裝的文丘里管2-1右側(cè)30cm處連接進(jìn)氣控制管2-8，進(jìn)氣控制管2-8中部安裝壓力罐安全控制閥2-9，文丘里管2-1與進(jìn)氣管2-7連接，進(jìn)氣管2-7中部安裝連接進(jìn)氣管壓力閥2-6，進(jìn)氣管2-7進(jìn)氣端連接空壓機(jī)2-5，出水管3-2中部分別連接第一出水支管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中部安裝第一出水控制閥3-7，第二出水支管3-5中部安裝第二出水控制閥3-8，第三出水支管3-6中部安裝第三出水控制閥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末端均放入過飽和水體試驗(yàn)池3-1中。

所述的進(jìn)水水源1-1為自來水或者地下水等低溶解氧純凈水體。

所述的進(jìn)水管1-2為直徑為6或7或8cm的pvc管，長度為7.5-8.5m。

所述的水泵1-4為1500w不銹鋼家用高壓全自動(dòng)自吸增壓水泵。

所述的進(jìn)水壓力表1-5、承壓罐壓力表2-3，量程均為0或0.2或0.5或0.8或1.0mpa

所述的文丘里管2-1為水氣高速噴射混合裝置(2寸pvdf射流器)，公稱直徑25mm，公稱壓力0.25或0.5或1或1.5或2或2.5或3或3.5或4.0mpa。

所述的承壓罐2-2為圓柱形不銹鋼壓力罐,直徑1.4m或1.5或1.6m,高1.6m或1.7m，耐壓0.625mpa。

所述的觀察窗2-4為直徑為28cm或30cm的有機(jī)玻璃窗。

所述的空壓機(jī)2-5功率1680w，壓力0.45或0.55或0.65-0.75mpa，排氣量180l。

所述的進(jìn)氣管2-7為直徑1.5或1.8或2cm的高壓pu氣管。

所述的出水管3-2為直徑6cm或7或8cm的pvc管。

實(shí)際操作過程中，制氣體過飽和水體時(shí)，進(jìn)水管1-2進(jìn)水端放置于進(jìn)水水源1-1中，打開進(jìn)水管閥1-3和抽水泵1-4，調(diào)節(jié)進(jìn)水管閥1-3至進(jìn)水壓力表1-4顯示為0.2mpa，若進(jìn)水壓力表顯示高于0.4mpa時(shí)，打開進(jìn)水安全控制閥1-7排出部分水，將進(jìn)水管中水體壓力降低至0.2mpa，確保進(jìn)水水量及水壓的安全；打開空壓機(jī)2-5、進(jìn)氣管壓力閥2-6，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)空壓機(jī)2-5壓力表至0.2mpa，水、氣同時(shí)經(jīng)過文丘里管進(jìn)入承壓罐2-2中，若承壓罐壓力表2-3顯示高于所需壓力時(shí)，打開壓力罐安全控制閥2-9，將多余氣體排出承壓罐2-2，降低承壓罐2-2中壓力；通過觀察窗2-4，水位到達(dá)所需體積時(shí)，關(guān)閉進(jìn)水管閥1-3，繼續(xù)通入氣體，至承壓罐壓力表2-3顯示為所需壓力時(shí)(如0.35mpa)時(shí)，承壓罐2-2中過飽和水體飽和度為可達(dá)到所需飽和度(如155％)，分別打開第一出水控制閥3-7、第二出水控制閥3-8、第三出水控制閥3-9，過飽和水體進(jìn)入過飽和水體實(shí)驗(yàn)池中，進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，若有多余的過飽和水體可打開出水安全控制閥3-3排出。

通過改變水體體積、氣體量、混合時(shí)間等因子，可制備不同飽和度的過飽和水體。

實(shí)驗(yàn)一：在大氣壓1007百帕的環(huán)境條件下，進(jìn)水水溫21.7～22.3℃，進(jìn)水tgp飽和度85.57％～92.97％，承壓罐內(nèi)水體體積分別控制在2m³、5m³，通過輸入空氣，控制承壓罐壓力分別為0、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5mpa，分別測試水體和氣體在罐體內(nèi)混合0min、15min、30min后，出水tgp飽和度，結(jié)果見表1～2及圖2。

表1水體體積為2m³時(shí)承壓罐不同壓力下試驗(yàn)水體的tdg飽和度

表2水體體積為5m³時(shí)承壓罐不同壓力下試驗(yàn)水體的tdg飽和度

實(shí)驗(yàn)二：在大氣壓1004～1005百帕的環(huán)境條件下，進(jìn)水水溫21.7～22.3℃，進(jìn)水tgp飽和度88.32％～92.31％，控制承壓罐內(nèi)水體體積分別為1m³、2m³、3m³、4m³、5m³、6m³，通過輸入空氣，控制承壓罐內(nèi)壓力分別為0.20mpa、0.35mpa，測試水體和氣體在罐體內(nèi)混合0min、15min、30min后，測試出水tgp飽和度，結(jié)果見表3～4及圖3。

表3承壓罐內(nèi)壓力為0.20mpa時(shí)不同水體體積下試驗(yàn)水體的tdg飽和度

表4承壓罐內(nèi)壓力為0.35mpa時(shí)不同水體體積下試驗(yàn)水體的tdg飽和度

該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)系統(tǒng)模擬高壩不同調(diào)度運(yùn)行方式造成的過飽和程度及影響程度，為氣體過飽和發(fā)生機(jī)理研究、消解規(guī)律研究以及對水生生物影響研究等提供實(shí)驗(yàn)室內(nèi)所需的過飽和水體，實(shí)驗(yàn)所獲取的數(shù)據(jù)和結(jié)論可以為減緩和降低高壩造成的氣體過飽和影響提供理論依據(jù)和指導(dǎo)作用。