利用曝氣促進(jìn)過飽和總?cè)芙鈿怏w釋放的方法及其實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種過飽和總?cè)芙鈿怏w技術(shù)，特別涉及一種利用曝氣來促進(jìn)水中過飽 和總?cè)芙鈿怏w釋放的新方法及其實(shí)驗(yàn)裝置，屬于水利工程溶解氣體過飽和技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著我國西部大開發(fā)、"南水北調(diào)"和"西電東送"等戰(zhàn)略方針的實(shí)施，高壩 建設(shè)與流域梯級開發(fā)均取得了巨大成就。其中，高壩泄水過程中，水流由壩前高水位快速跌 落至壩下低水位，形成強(qiáng)摻氣水流，進(jìn)入到水墊塘（消力池）內(nèi)時(shí)，由于水壓增強(qiáng)導(dǎo)致大量 氣體溶入水中，相對于當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)成為總?cè)芙鈿怏w（Total Dissolved Gas,簡稱TDG)過 飽和水體。自然界中諸多自然因素和人為因素均可能造成溶解氧（Dissolved oxygen,簡 稱DO)、溶解氮（Dissolved nitrogen,簡稱DN)和總?cè)芙鈿怏w（TDG)過飽和。井水或泉水 可能含有高濃度的溶解的DN、D0,人工養(yǎng)殖魚塘內(nèi)由于氣溫驟升、光合作用過強(qiáng)等也可能出 現(xiàn)TDG過飽和現(xiàn)象。泄水產(chǎn)生的溶解氣體過飽和特別是TDG過飽和可能直接導(dǎo)致河道內(nèi)魚 類患"氣泡病"（Gas Bubble Disease，簡稱GBD)，甚至造成水生生物大規(guī)模死亡，從而造成 河道或者庫區(qū)水生生態(tài)環(huán)境的破壞。因此探討溶解氣體過飽和的水體快速有效地恢復(fù)到正 常飽和狀態(tài)，不僅可以豐富水氣界面?zhèn)髻|(zhì)過程的研究，而且對于水體水生生態(tài)的保護(hù)具有 重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
[0003] 水體中過飽和TDG等溶解氣體的釋放過程屬于水氣界面?zhèn)髻|(zhì)過程，傳質(zhì)速率主要 與水體紊動強(qiáng)度、溫度、以及氣液界面面積等條件密切相關(guān)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的正是針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷和不足，提出一種利用曝氣促進(jìn)水 體中過飽和TDG釋放的新方法；以及提供一種實(shí)現(xiàn)該方法的實(shí)驗(yàn)裝置。該方法通過改變曝 氣量、曝氣深度以及曝氣孔徑等曝氣條件來實(shí)現(xiàn)，通過此方法和實(shí)現(xiàn)此方法的實(shí)驗(yàn)裝置，對 于減緩水利工程泄水以及水產(chǎn)養(yǎng)殖中產(chǎn)生的總?cè)芙鈿怏w過飽和對魚類的不利影響等方面 的研究工作具有重要的理論價(jià)值和工程意義；以及對過飽和TDG的釋放過程影響的減緩措 施的研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明是采用由以下技術(shù)措施構(gòu)成的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。
[0006] 本發(fā)明提出的一種利用曝氣來促進(jìn)過飽和TDG釋放的方法，包括以下步驟：
[0007] (1)將過飽和TDG水體注入試驗(yàn)容器內(nèi)，其水位控制在1~3米的深度；
[0008] (2)采用TGP測定儀和溫度記錄儀分別測定并記錄初始時(shí)刻試驗(yàn)容器內(nèi)表面的過 飽和TDG和溫度的值；
[0009] (3)當(dāng)TGP測定儀中顯示的TDG讀數(shù)穩(wěn)定后，啟動TGP測定儀中的自動記錄功能來 測量過飽和水體中TDG隨時(shí)間的變化；
[0010] (4)開啟空壓機(jī)，通過曝氣裝置向試驗(yàn)容器內(nèi)的水體中通入曝氣，并通過控制空壓 機(jī)閥門來調(diào)節(jié)每次通入的曝氣量大小，曝氣在試驗(yàn)容器內(nèi)的曝氣深度H即為試驗(yàn)水深；
[0011] (5)通入曝氣后繼續(xù)測量試驗(yàn)容器內(nèi)的過飽和水體中TDG隨時(shí)間的變化；
[0012] (6)當(dāng)試驗(yàn)容器內(nèi)過飽和TDG水體的飽和度降到110%時(shí)，停止試驗(yàn)。
[0013] 上述技術(shù)方案中，所述測定初始時(shí)刻實(shí)驗(yàn)容器內(nèi)的表面過飽和TDG和溫度的值， 即是測定過飽和TDG水體液面以下0. 15米深度的過飽和TDG和溫度的數(shù)值。
[0014] 上述技術(shù)方案中，所述TGP測定儀的自動記錄功能中設(shè)置每隔10秒記錄一次。
[0015] 上述技術(shù)方案中，所述通過曝氣裝置通入試驗(yàn)容器內(nèi)水體中的曝氣量大小為 0. 5~3m3 *h \每次通入試驗(yàn)容器內(nèi)水體中的曝氣量是通過安裝在空壓機(jī)與曝氣裝置中的 曝氣器之間的轉(zhuǎn)子流量計(jì)來記錄。
[0016] 本發(fā)明一種實(shí)現(xiàn)利用曝氣來促進(jìn)水體中過飽和TDG釋放方法的實(shí)驗(yàn)裝置，包括試 驗(yàn)容器，TGP測定儀和溫度記錄儀，曝氣裝置，轉(zhuǎn)子流量計(jì)，空壓機(jī)，進(jìn)出水口；所述試驗(yàn)容 器內(nèi)注入過飽和水體，所述TGP測定儀和溫度記錄儀均置于試驗(yàn)容器內(nèi)的液面以下；所述 曝氣裝置安裝在試驗(yàn)容器底部；所述轉(zhuǎn)子流量計(jì)安裝在空壓機(jī)與曝氣裝置中曝氣器之間， 用于測量通入曝氣裝置內(nèi)的曝氣量。
[0017] 上述技術(shù)方案中，所述注入試驗(yàn)容器內(nèi)的過飽和水體，其水位控制在1~3米的深 度。
[0018] 上述技術(shù)方案中，為了更好地測量過飽和TDG和溫度值，所述TGP測定儀和溫度記 錄儀應(yīng)置于試驗(yàn)容器內(nèi)液面以下0. 15米深處。
[0019] 上述技術(shù)方案中，所述曝氣裝置包括針孔曝氣盤、孔狀橫隔板、曝氣器三部分；其 中孔狀橫隔板和曝氣器是為了使通入針孔曝氣盤內(nèi)的曝氣量更加均勻地進(jìn)入試驗(yàn)容器內(nèi)。
[0020] 上述技術(shù)方案中，所述曝氣裝置中針孔曝氣盤其針孔的直徑為0. 41~0. 84mm。
[0021] 上述技術(shù)方案中，所述曝氣裝置中孔狀橫隔板其孔的直徑為4~8_。
[0022] 上述技術(shù)方案中，所述曝氣裝置中曝氣的通入量為0. 5~3m3 · h 1。
[0023] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益的技術(shù)效果：
[0024] 1、本發(fā)明首次提出通過曝氣方式加快促進(jìn)水體中過飽和TDG釋放的方法，為過飽 和TDG影響的減緩措施的研究提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。
[0025] 2、本發(fā)明提出的通過曝氣方式促進(jìn)水體中過飽和TDG釋放的方法適用性較廣泛， 是減緩庫區(qū)和河道中過飽和TDG對魚類的影響采取的一種實(shí)際操作性較強(qiáng)的措施，且不會 對水體造成二次污染。
[0026] 3、本發(fā)明提出的方法及實(shí)驗(yàn)裝置，對庫區(qū)與大壩下游水體中的過飽和TDG的釋放 速度快，并對于減緩水利工程泄水以及水產(chǎn)養(yǎng)殖中產(chǎn)生的總?cè)芙鈿怏w過飽和對魚類的不利 影響具有重要的實(shí)際工程意義。
[0027] 4、實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的實(shí)驗(yàn)裝置其結(jié)構(gòu)簡單，所用儀器設(shè)備少，無特殊要求，操作 方便，成本低；且對庫區(qū)和大壩下游水體中的過飽和TDG的釋放效果好；這不僅能快速的恢 復(fù)庫區(qū)和河道健康的水生生態(tài)環(huán)境，而且對綜合防洪、航運(yùn)、發(fā)電及庫區(qū)泥沙淤積的影響等 問題亦有益。
[0028] 5、本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置，經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，曝氣裝置中針孔曝氣盤的孔徑的減小直接導(dǎo) 致水體表面的過飽和TDG的釋放系數(shù)明顯增大，溶解氣體各個(gè)組分的釋放速率均有不同程 度地的提高。分析認(rèn)為，通入相同曝氣量下，針孔曝氣盤孔徑的減小，明顯造成氣泡尺寸變 小，從而增大了氣泡與水的接觸面的面積，因而進(jìn)一步加快過飽和溶解氣體的析出。
【附圖說明】
[0029] 圖1本發(fā)明實(shí)現(xiàn)利用曝氣促進(jìn)過飽和TDG釋放方法的試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； [0030] 圖2本發(fā)明過飽和TDG釋放系數(shù)與曝氣通入量的關(guān)系曲線圖；
[0031] 圖3本發(fā)明過飽和TDG釋放系數(shù)與曝氣深度H的關(guān)系曲線圖，此時(shí)曝氣裝置中針 孔曝氣盤的孔徑為0. 84mm ;
[0032] 圖4本發(fā)明過飽和TDG釋放系數(shù)與曝氣深度H的關(guān)系曲線圖，此時(shí)曝氣裝置中針 孔曝氣盤的孔徑為〇· 41mm。
[0033] 圖中，ITGP測定儀，2溫度記錄儀，3試驗(yàn)容器，4曝氣裝置，5轉(zhuǎn)子流量計(jì)，6空壓 機(jī)，7進(jìn)出水口，其中，曝氣裝置包括：8針孔曝氣盤，9孔狀橫隔板，10曝氣器。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖并用具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的內(nèi)容不 僅限于實(shí)施例中所涉及的內(nèi)容，即并不意味著是對本發(fā)明保護(hù)內(nèi)容的任何限定。
[0035] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)利用曝氣促進(jìn)過飽和TDG釋放方法的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，包括TGP 測定儀1，溫度記錄儀2,試驗(yàn)容器3,曝氣裝置4,轉(zhuǎn)子流量計(jì)5,空壓機(jī)6,，進(jìn)出水口 7 ;其 中，所述曝氣裝置4包括針孔曝氣盤8,孔狀橫隔板9,曝氣器10三個(gè)部分；所述孔狀橫隔板 9和曝氣器10具有使空壓機(jī)6通入曝氣裝置4內(nèi)的曝氣均勻化，針孔曝氣盤8的作用是在 試驗(yàn)容器3內(nèi)過飽和水體中形成特定大小的氣泡，即使通入針孔曝氣盤8內(nèi)的曝氣量更加 均勻地進(jìn)入試驗(yàn)容器3內(nèi)的水體中；所述TGP測定儀1和溫度記錄儀2均布置于試驗(yàn)容器 3內(nèi)的液面以下0. 15米左右深處位置，所述曝氣裝置4安裝在驗(yàn)容器3的底部，曝氣裝置4 中的針孔曝氣盤8距離試驗(yàn)容器3的底部0. 28m，所述進(jìn)出水口 7通過連接管與試驗(yàn)容器3 底部連接，所述轉(zhuǎn)子流量計(jì)5安裝于空壓機(jī)6和曝氣裝置4中的曝氣器10之間，通過轉(zhuǎn)子 流量計(jì)5記錄試驗(yàn)容器內(nèi)水體中通入的曝氣量；所述轉(zhuǎn)子流量計(jì)5、空壓機(jī)6和曝氣裝置4 三者之間通過橡膠塑料管相連接。
[0036] 實(shí)施例
[0037] 本實(shí)施例在四川大學(xué)水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。
[0038] 所述試驗(yàn)容器3采用內(nèi)徑0. 4m，高4. Om有機(jī)玻璃圓筒；
[0039] 所述曝氣裝置4中針孔曝氣盤8直徑為280mm，厚度為6mm的有機(jī)玻璃圓盤，其上 面按照每平方米666個(gè)剛性針孔的密度均勻布置，其針孔直徑為0. 41~0. 84mm ;孔狀橫隔 板9直徑為280mm，厚度為6mm的有機(jī)玻璃圓盤，孔狀橫隔板9的孔徑布置方式與針孔曝氣 盤8 -致，即按照每平方米666個(gè)孔狀的密度均勻開孔，孔狀橫隔板上的孔徑為8mm ;曝氣 器10為橡膠膜式微孔曝氣盤，組成材料為三元乙丙膠，曝氣器中的膜孔孔隙直徑在80~ 100 μ m之間。
[0040] 所述轉(zhuǎn)子流量計(jì)5的型號為ZBL-10,量程范圍為0. 25~2. 5m3 · h S
[0041] 所述空壓機(jī)6的型號為ZB-O 12/8,其額定流量輸出為120L/min ;
[0042] 所述溫度記錄儀2采用四川大學(xué)水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與 杭州路格科技有限公司聯(lián)合研制的L93-22 ;
[0043] 所述 TGP (Total Dissolved Gas Pressure)測定儀 1 米用丹麥 Oxyguard 公司生 產(chǎn)的Polaris TGP測定儀，其量程為O~200%，其精度為±1%。
[0044] 具體操作步驟如下：
[0045] 1、按照圖1實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)連接布置好各儀器設(shè)備；
[0046] 2、本實(shí)施例中對33組工況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)開始前，往試驗(yàn)容器3內(nèi)注入由TDG過 飽和生成系統(tǒng)生成的飽和度超過130%的過飽和水，其水位控制在1~3米深度；工況1~ 工況7和工況22~工況25的實(shí)驗(yàn)水深，即曝氣深度，為Im ;工況8~工況14和工況26~ 工況29的曝氣深度為2m ;工況15~工況21和工況30~工況33的曝氣深度為3m ;
[0047] 3、采用TGP測定儀1和溫度記錄儀2分別測量并記錄初始時(shí)刻試驗(yàn)容器3內(nèi)過飽 和TDG水體的飽和度值和溫度值，其測量位置應(yīng)位于試驗(yàn)容器3內(nèi)液面以下0. 15m處；
[0048] 4、待TGP測定儀1中的過飽和TDG讀數(shù)穩(wěn)定后，打開TGP測定儀1