[发明专利]利用曝气促进过饱和总溶解气体释放的方法及其实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种过饱和总溶解气体技术，特别涉及一种利用曝气来促进水中过饱和总溶解气体释放的新方法及其实验装置，属于水利工程溶解气体过饱和技术领域。

背景技术

近年来，随着我国西部大开发、“南水北调”和“西电东送”等战略方针的实施，高坝建设与流域梯级开发均取得了巨大成就。其中，高坝泄水过程中，水流由坝前高水位快速跌落至坝下低水位，形成强掺气水流，进入到水垫塘(消力池)内时，由于水压增强导致大量气体溶入水中，相对于当地大气压强成为总溶解气体(Total Dissolved Gas,简称TDG)过饱和水体。自然界中诸多自然因素和人为因素均可能造成溶解氧(Dissolved oxygen,简称DO)、溶解氮(Dissolved nitrogen,简称DN)和总溶解气体(TDG)过饱和。井水或泉水可能含有高浓度的溶解的DN、DO，人工养殖鱼塘内由于气温骤升、光合作用过强等也可能出现TDG过饱和现象。泄水产生的溶解气体过饱和特别是TDG过饱和可能直接导致河道内鱼类患“气泡病”(Gas Bubble Disease,简称GBD)，甚至造成水生生物大规模死亡，从而造成河道或者库区水生生态环境的破坏。因此探讨溶解气体过饱和的水体快速有效地恢复到正常饱和状态，不仅可以丰富水气界面传质过程的研究，而且对于水体水生生态的保护具有重要的实际应用价值和现实意义。

水体中过饱和TDG等溶解气体的释放过程属于水气界面传质过程，传质速率主要与水体紊动强度、温度、以及气液界面面积等条件密切相关。

发明内容

本发明的目的正是针对现有技术所存在的缺陷和不足，提出一种利用曝气促进水体中过饱和TDG释放的新方法；以及提供一种实现该方法的实验装置。该方法通过改变曝气量、曝气深度以及曝气孔径等曝气条件来实现，通过此方法和实现此方法的实验装置，对于减缓水利工程泄水以及水产养殖中产生的总溶解气体过饱和对鱼类的不利影响等方面的研究工作具有重要的理论价值和工程意义；以及对过饱和TDG的释放过程影响的减缓措施的研究提供基础数据和理论依据。

为实现本发明的目的，本发明是采用由以下技术措施构成的技术方案来实现的。

本发明提出的一种利用曝气来促进过饱和TDG释放的方法，包括以下步骤：

(1)将过饱和TDG水体注入试验容器内，其水位控制在1～3米的深度；

(2)采用TGP测定仪和温度记录仪分别测定并记录初始时刻试验容器内表面的过饱和TDG和温度的值；

(3)当TGP测定仪中显示的TDG读数稳定后，启动TGP测定仪中的自动记录功能来测量过饱和水体中TDG随时间的变化；

(4)开启空压机，通过曝气装置向试验容器内的水体中通入曝气，并通过控制空压机阀门来调节每次通入的曝气量大小，曝气在试验容器内的曝气深度H即为试验水深；

(5)通入曝气后继续测量试验容器内的过饱和水体中TDG随时间的变化；

(6)当试验容器内过饱和TDG水体的饱和度降到110％时，停止试验。

上述技术方案中，所述测定初始时刻实验容器内的表面过饱和TDG和温度的值，即是测定过饱和TDG水体液面以下0.15米深度的过饱和TDG和温度的数值。

上述技术方案中，所述TGP测定仪的自动记录功能中设置每隔10秒记录一次。

上述技术方案中，所述通过曝气装置通入试验容器内水体中的曝气量大小为0.5～3m³·h^-1，每次通入试验容器内水体中的曝气量是通过安装在空压机与曝气装置中的曝气器之间的转子流量计来记录。

本发明一种实现利用曝气来促进水体中过饱和TDG释放方法的实验装置，包括试验容器，TGP测定仪和温度记录仪，曝气装置，转子流量计，空压机，进出水口；所述试验容器内注入过饱和水体，所述TGP测定仪和温度记录仪均置于试验容器内的液面以下；所述曝气装置安装在试验容器底部；所述转子流量计安装在空压机与曝气装置中曝气器之间，用于测量通入曝气装置内的曝气量。

上述技术方案中，所述注入试验容器内的过饱和水体，其水位控制在1～3米的深度。

上述技术方案中，为了更好地测量过饱和TDG和温度值，所述TGP测定仪和温度记录仪应置于试验容器内液面以下0.15米深处。

上述技术方案中，所述曝气装置包括针孔曝气盘、孔状横隔板、曝气器三部分；其中孔状横隔板和曝气器是为了使通入针孔曝气盘内的曝气量更加均匀地进入试验容器内。