[实用新型]一种泄洪雾化水体中污染物降解的光反应模拟装置

说明书

本实用新型提供一种泄洪雾化水体中污染物降解的光反应模拟装置，包括双层玻璃反应器、光照系统、空气压缩机、试剂瓶、曝氧喷雾器、恒温水箱；曝氧喷雾器将空气压缩机和试剂瓶与双层玻璃反应器连通，用于将空气压缩机提供的压缩气体和试剂瓶输入的初始反应液进行水气混合形成溶解氧超饱和反应液，然后雾化为小液滴在双层玻璃反应器中形成水‑空气微界面环境；双层玻璃反应器为棕色不透明玻璃材质，顶部为石英玻璃盖板，光照系统用于为光反应提供不同光强及照射波长的光源照射条件；恒温水箱用于给双层玻璃反应器提供恒温水使双层玻璃反应器保持恒温环境。本实用新型可模拟泄洪雾化水体中溶解氧超饱和及雾化光照条件，结构简单可靠，成本低，实用性强。

技术领域

本实用新型属于水利工程与环境保护交叉领域，具体涉及一种大坝泄洪雾化条件下水体中污染物降解的光反应模拟装置。

背景技术

水库的建设运行是人类改造和利用河流湖泊的重要途经。泄洪雾化是大型水库调度运行中的一种典型水力学现象。由于防洪需要，水库在汛期常常需要腾库泄洪以降低水库水位，这些水库大坝具有“高水头、高流速及大流量”等共性特征。泄洪雾化是由于水舌的掺气散裂和水舌入水时溅水所形成的雾流受泄水建筑物、上游水流和大气来流和下游地形条件的综合影响，在下游区域产生的雨雾弥漫的现象。

泄洪雾化是一种复杂的水-空气两相流，传质效率高。大坝泄洪雾化可引起下游水体理化性质(如溶解氧、氧化还原电位)的剧烈变化。其中最为突出的问题是大坝下游水体溶解氧超饱和现象，一般下游水体能达到110-130％的溶解氧饱和度。当水体溶解氧急剧过饱和时，通过水中还原性物质活化氧气可促使活性氧大量生成，对污染物起到降解作用。同时泄洪时高速水流喷溅过程中产生大量的小雾滴，形成水-空气微界面环境，一方面，污染物与太阳光的接触面积大大增加，有利于直接光降解反应发生；另一方面，水-空气界面处具有不对称性，水-空气微尺度界面的光化学反应速度相比于水体中的反应会呈现数量级的提升。这些作用都可显著促进泄洪水体中污染物的降解，但其转化过程、机理及贡献程度尚不清楚，有待深入研究。

针对泄洪雾化研究常用的试验手段包括野外原位观测和概化物理模型两种。原位观测受现场随机因素影响较大。而概化物理模型可以模拟开展不同条件下的试验研究，具有较好的适应性和灵活性，现有的概化物理模型主要是模拟泄洪雾化源及降雨强度分布特性等物理问题。学术界对泄洪雾化水力学物理问题背后的微观化学机制关注较少，相关研究尚未见报道。但如何模拟泄洪雾化条件下溶解氧超饱和、水-空气微界面环境及太阳光辐照条件，这是开展泄洪雾化水体中污染物降解研究的重要前提条件，亟需一种泄洪雾化水体中污染物降解的光反应模拟装置。

专利文献(申请号201920304166.0)公开了一种泄洪雾化实验模拟装置，该装置用于研究泄洪雾化作用下边坡的稳定性演化过程，预测边坡的变形破坏范围，无法模拟泄洪雾化水体溶解氧超饱和及光照条件，且该装置是一个开放体系，不利于降解物质的收集检测，因此不适用于水体污染物质的降解研究。专利文献(申请号 201820053686.4)同样公开了一种用于泄洪雾化雨边坡稳定模拟实验装置，该装置重点是对雾化降雨的模拟，与上述专利文献具有相似的局限性。专利文献(申请号201210258417.9)公开了一种研究泄洪雾化雾源分布规律的装置，该装置也无法模拟泄洪雾化水体溶解氧超饱和及光照条件，仍然为开放体系，且该装置占地面积大。专利文献(申请号201820068609.6)公开了一种强正压喷雾曝气系统，通过氧气发生器向雾化区鼓气和喷嘴向雾化区喷射气液混合物的过程中，雾化区中形成强正压，从而增加水中溶解氧含量，用于污水处理，但是该装置溶氧效率不高，无法达到水体溶解氧超饱和状态，且也无法模拟太阳光照。专利文献(申请号201922254366.2)公开了一种工业废水微小液滴光反应装置，该装置无法实现使水体突然达到溶解氧过饱和的条件，且不能选择光源发射波长，也无法实时监测反应体系水质理化参数，在实验时局限较大，不能模拟更多的泄洪雾化光反应状态。

实用新型内容