[发明专利]水体原位多相界面反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种反应器，特别是一种用于研究水体-沉积物-微生物多相界面物质迁移转化的原位反应器。

背景技术

目前随着湖泊、水库等地表水源外源污染得到了有效控制，内源污染成为影响水源水质的主导因素。内源污染对水源水质的影响日益凸现。造成内源污染的沉积物和水体物质交换的最重要过程发生在水体-沉积物-微生物多相界面上，这一界面是最重要的环境边界层。因此对发生在此界面的污染物质迁移转化过程、机理、影响因素的研究对于改善水源水质、降低水厂处理负荷具有重要意义。目前所采用的研究方法主要包括以下两类：一类是在实验室内利用反应器模拟自然条件进行研究；另一类是在湖泊水库等地表水源地进行实地实时连续监测或定期取样监测。第一类实验室的模拟反应器因其在环境温度、压力及底泥表层结构等方面不可避免要改变多相界面的自然状态，必然会导致所得研究结果存在偏差，其反映的水体中污染物迁移转化规律可靠性受到一定质疑。第二类原位反应器可以在真实自然条件下进行研究，其研究结果的真实性不容置疑，但在使用中受到水下安装施工难度大、水库(湖泊)底部地形复杂、取样困难等因素限制。水体-沉积物-微生物多相界面上由化学及生物化学反应产生的气体在研究中占有重要的地位，但是在目前已知的范围内没有一种反应器的设计可以很好地解决采集气体样品的问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种水体原位多相界面反应器，该反应器能够控制一定体积的自然水体，最大程度的保持水体-沉积物-微生物多相界面的自然条件不受干扰；能够适应水库(湖泊)底部的复杂地形条件，采集水样方便并且可以采集气体样本。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种水体原位多相界面反应器，包括主体反应器、自动调节反应室软性密封膜、水样采集系统和气样采集系统；其特征在于：

所述主体反应器和自动调节反应室软性密封膜组成一个密闭反应主体；主体反应器由薄壁直管制成，主体反应器内由上至下依次设置有肋板、十字吊装架和支撑板；

所述水样采集系统由隔膜泵、软性取样管、韧性取样管组成，用于水样采集和器内水体更换；

所述气样采集系统由集气穿孔管、输气软管、集气袋、调节浮球、滑动杆和万向球组成，用于在反应器顶部中心位置采集气体样本。

本发明的水体原位多相界面反应器，所带来的技术效果是：该反应器设置的自动调节反应室软性密封膜可以自动调节主体反应器内部压力与外部压力保持一致。设置的万向球可适应水库(湖泊)复杂的地形条件从而可以保证采集到主体反应器内部产生的气体样品。主体反应器内通过更换水体可以实现多周期的实验监测，并针对不同监测周期调整研究方案，其所得数据能更好地反应多相界面的实际情况。本发明保证了水体-沉积物-微生物多相界面的自然状态不受破坏，解决了多相界面反应器采集气体样品的问题，可在原位实现水库(湖泊)多相界面污染物迁移转化过程的全面研究。

附图说明

图1是本发明的水体原位多相界面反应器结构示意图；

图中的附图标记分别表示：1、固液界面，2、自动调节反应室软性密封膜，3、主体反应器，4、肋板，5、十字吊装架，6、支撑板，7、集气穿孔管，8、集气软管，9、集气袋，10、调节浮球，11、滑动杆，12、万向球，13、套管，14、底座，15、隔膜泵，16、软性取样管，17、韧性取样管，18、止水夹，19、浮子，20、吊索。

图2是万向调节球大样图；

图中附图标记分别表示：12、转动球，13、套管，14、底座。

以下通过附图和实施例以及反应器的使用方法对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

本发明解决上述问题的基本思路是：在水库(湖泊)底部安装一个直筒体，其下部依靠直筒体自身重力深入到松软的底泥内部，上部用一个特制的高强度柔性膜覆盖，使底泥表层、反应器筒体和压力调节膜构成一个密闭的反应主体。设置水样和气样采集系统：水样采集系统可以在不扰动内部水体及底泥、不改变内部连续反应条件的前提下自如取样。待密闭反应器内部沉积物释放污染物的过程达到平衡或者上覆水减少到最小体积时，可以通过隔膜泵反方向注水，从而开始下一个反应周期；气样采集系统由穿孔管、调节浮球、滑动杆、万向球组成，滑动杆和万向球共同作用可确保浮球位于反应器顶部中心位置，保证在水库(湖泊)底部地形情况复杂的情况下，由化学及生物化学反应产生的气体收集到反应器顶部中心并由穿孔管收集导出。