一种曝气实验装置

1.本实用新型涉及试验设备，特别涉及一种曝气实验装置。


背景技术：

2.在自然环境中，高坝溢洪道泄流、植物光合作用产氧过剩和水温剧增等方式会引起总溶解气体过饱和(total dissolved gas,简称“tdg”),这可能直接导致鱼类和水中生物患有“气泡病”(gas bubble disease,简称“gbd”)甚至死亡。缓解过饱和总溶解气体的方法主要有两种方法，一是降低过饱和总溶解气体的生成，二是加速过饱和总溶解气体的释放。对于第一种方法，部分研究者提出在溢洪道设置导流板、优化泄水方式和调节梯级水库等方式来降低过饱和总溶解气体的生成。对于第二种方法，其他研究者提出用吸附性物质（活性炭）、水泵紊动、风速、搅拌和针孔曝气等方式来加速过饱和总溶解气体的释放。
3.高坝泄流存在泄洪量大和水流速较快，优化泄水方式和调节梯级水库受到季节性 、降低储电量和操作复杂等因素限制，以及传统方式加速过饱和总溶解气体释放会受到安装操作复杂、实施力度大和测量困难等其他因素干扰。微孔曝气方式是将空气或气体引入设置在过饱和水体中底部的曝气盘，这既加速过饱和总溶解气体的释放，又可以增加曝气移除效率。漩混曝气方式是多层螺旋锯齿将引入的气泡切割成微气泡，其具有布气均和曝气移除效率高。
4.为深入地开展对加速过饱和总溶解气体释放的研究，亟需设计一种可以进行微孔曝气和漩混曝气能缓解其危害的实验装置。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的上述问题，本实用新型要解决的技术问题是：如何设计一款既能进行微孔曝气实验，又能进行漩混曝气实验的实验装置。
6.为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种曝气实验装置，包括水箱、过饱和水体制备储存结构和数据检测结构；水体制备储存结构包括：高压釜、第一空压机和水泵；所述水泵的出水端通过第一水管与高压釜靠近顶部的进水口密封连通，所述第一空压机的出气端通过第一气管与高压釜靠近底部的进气端密封连通，所述高压釜的出水口通过第二水管与水箱连通，所述第一水管、第一气管和第二水管上均设有阀门；
7.数据检测结构包括：tgp测量仪、tgp探头、曝气盘和第二空压机；
8.所述曝气盘设置在水箱的底部，tgp探头设置在水箱内且tgp探头与tgp测量仪电连接，所述第二空压机的出气端通过第二气管与曝气盘的进气口连通，所述第二气管上设有阀门。
9.作为改进，所述且第二水管的出水端位于水箱靠近底部的位置。
10.作为改进，所述tgp探头位于水箱高度的中间位置。
11.作为改进，所述第二气管上安装有气体流量计，且气体流量计比第二气管上的阀门更靠近曝气盘。
12.作为改进，还包括承重台，所述水箱固定在承重台的上侧面，承重台的上侧面具有用于第二气管穿过的通孔，所述通孔与第二气管紧配合。
13.作为改进，所述水箱为圆柱体结构，水箱的底部固定设有圆形盘，所述圆形盘的中心固定连接有转接头，所述转接头的一端与第二气管连通，转接头的另一端与曝气盘连通。
14.作为改进，所述承重台、水箱和圆形盘均采用高透明亚克力板制成。
15.相对于现有技术，本实用新型至少具有如下优点：
16.本实用新型的曝气实验装置，其结构简单，并且承重台和圆形盘均采用实心高透明的亚克力板材料，经中性透明玻璃胶密封，防止过饱和水泄漏，形成了可承载一定深度的过饱和水。转接头和曝气盘均使用螺纹连接，待每完成一组试验，便可换取曝气盘。将tgp探头深入过饱和水中，既可确定初始过饱和总溶解气体的浓度值，又能连续性地记录过饱和总溶解气体的浓度变化值，此操作方便可行。最终，进入设定的曝气率便能促进过饱和总溶解气体的释放，经过一定的释放时间，过饱和总溶解气体的浓度值达到了平衡状态，有促进效果显著的作用。
附图说明
17.图1为曝气实验装置的整体结构示意图。
18.图2为使用本实用新型曝气实验装置的实验结果图，其中a，b，c表示采用微孔曝气盘的实验结果图，a，b，c表示采用漩混曝气盘的实验结果图。
19.1-tgp测量仪；2-tgp探头；3-承重台；4-水箱；5-圆形盘；6-转接头；7-曝气盘；8-气泡群；9-第二气管；10-气体流量计；11-控制阀门；12-第一空压机；13-水泵；14-高压釜；15-第二水管；16-第二空压机；17-第一水管；18-第一气管。
具体实施方式
20.下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
21.参见图1，一种曝气实验装置，包括水箱4、过饱和水体制备储存结构和数据检测结构；水体制备储存结构包括：高压釜14、第一空压机12和水泵13；所述水泵13的出水端通过第一水管17与高压釜14靠近顶部的进水口密封连通，所述第一空压机12的出气端通过第一气管18与高压釜14靠近底部的进气端密封连通，所述高压釜14的出水口通过第二水管与水箱4连通，所述第一水管17、第一气管18和第二水管15上均设有阀门；具体实施时，第二水管15采用pvc材料制成。
22.数据检测结构包括：tgp测量仪1、tgp探头2、曝气盘7和第二空压机16；
23.所述曝气盘7设置在水箱4的底部，tgp探头2设置在水箱4内且tgp探头2与tgp测量仪1电连接，所述第二空压机16的出气端通过第二气管9与曝气盘7的进气口连通，所述第二气管9上设有阀门。具体实施时，曝气盘7可以是微孔曝气盘或漩混曝气盘，从而可以进行两种曝气方式微孔曝气、漩混曝气对过饱和总溶解气体释放的试验。
24.具体的，所述且第二水管15的出水端位于水箱4靠近底部的位置。如此设置便于一个人操作时，防止具有高压的过饱和水体冲击圆形水箱4，第二水管15的出水端回弹对身体造成伤害。
25.具体的，所述tgp探头2位于水箱4高度的中间位置。如此设置的作用在于：曝气盘
所产生的气泡大多数集中在过饱和水体的中部，曝气率的增大会加强气泡-水界面和水体表面的传质，此部位测量过饱和总溶解气体浓度值变化的效果显著。
26.具体的，所述第二气管9上安装有气体流量计10，且气体流量计10比第二气管9上的阀门更靠近曝气盘7。如此设置在作用是是防止空压机16输入气体量过大，导致气体流量计10测量曝气率的灵敏度降低。
27.具体的，所述曝气实验装置还包括承重台3，所述水箱4固定在承重台3的上侧面，承重台3的上侧面具有用于第二气管9穿过的通孔，所述通孔与第二气管9紧配合。如此设置在作用是防止通入的曝气率和过饱和水体泄露，起到紧密连接和密封的作用。
28.具体的，所述水箱4为圆柱体结构，水箱4的底部固定设有圆形盘5，所述圆形盘5的中心固定连接有转接头6，所述转接头6的一端与第二气管9连通，转接头6的另一端与曝气盘7连通。如此设置在作用是圆形水箱4具有更好承载过饱和水体压力的特点，圆形盘5与承重台3用中性透明玻璃胶密封连接效果好，转接头6有螺纹便可更换曝气盘7。
29.具体的，所述承重台3、水箱4和圆形盘5均采用高透明亚克力板制成。如此设置在作用是既可用高速摄像机对圆形水箱中气泡进行拍照，又能提高处理气泡尺寸的清晰度。
30.使用本实用新型提供的曝气实验装置进行试验的过程如下：
31.首先承重台3为高透明亚克力板制成，高300mm、厚度10mm；水箱4为圆柱体结构，采用高透明亚克力板制成，直径400mm，高1800mm，厚度10mm；圆形盘5采用高透明亚克力板制成，直径395mm，厚度12mm；高压釜14高1500mm、直径600mm；第一空压机12和第二空压机16最大排量90min/l；气体流量计10量程0.6-6.0m3/h。
32.tgp测量仪1：测量过饱和总溶解气体；承重台3：可承载高1.2m过饱和水；水箱4：形具有承载水压力特点，故水箱4采用圆柱体结构；圆形盘5：承载高1.2m过饱和水；曝气盘7：基于气液传质理论，曝气速率所产生的微气泡与过饱和水进行气泡-水界面的传质过程，可降低过饱和总溶解气体；高压釜14：气液经过文丘里管掺混进入高压釜中，形成过饱和水体。
33.s1、同时开启第一空压机12和水泵13，自然水体经过水泵13进入高压釜14内，同时空压机12输送气体一起进入高压釜14中，在高压釜14内形成过饱和水体。
34.s2、将制取好的过饱和水体通过第二水管15输入水箱4，在水箱4内的过饱和水体达到预定深度后，在气体流量计10上设定经过第二气管9通入水箱4内的气体流量，开始曝气。
35.s3、当tgp测量仪1显示浓度大约为165%时，开始连续性地记录过饱和总溶解气体释放的浓度值，直到浓度值达到100%时停止记录。
36.表1 曝气实验条件 (60组实验)
37.名称序号曝气盘(φ/mm)曝气深度(h/mm)曝气速率(q/m3•
h-1
)微孔曝气盘12150.4,0.8,1.21.0,2.0,3.0,4.0,5.0微孔曝气盘22600.4,0.8,1.21.0,2.0,3.0,4.0,5.0漩混曝气盘32600.4,0.8,1.21.0,1.5,2.0,2.5,3.0漩混曝气盘43000.4,0.8,1.21.0,1.5,2.0,2.5,3.0
38.图2所示(微孔曝气-a,b,c,漩混曝气-a,b,c)。
39.从图2得知，两种曝气方式能促进过饱和总溶解气体释放，曝气速率的增大导致过
饱和总溶解气体所需时间减少。其原因是曝气速率的增加会增强水体的湍流强度和增多水中的气泡数量，也加强了气泡界面传质和水体表面传质。
40.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。