一種實驗室模擬海洋酸化系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種實驗室研宄用輔助系統(tǒng)，尤其涉及一種模擬海洋酸化的研宄系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]CO2是人類活動產(chǎn)生的最主要的溫室氣體之一，且人類正在通過化石燃料的燃燒及其他活動持續(xù)向大氣中輸入大量的co2。海洋吸收的CO2對于緩解全球變暖起著重要的作用，但是它破壞了海洋自身碳酸鹽的化學平衡，導致海水酸度增加。這種由于海洋吸收了大氣中人為CO2引起的海水酸度增加過程，被稱為海洋酸化(Ocean Acidificat1n，0A)。與工業(yè)革命前相比，表層海水的pH平均值從工業(yè)革命開始時的8.2下降到目前的8.1，據(jù)政府間氣候變化專門委員會(IPCC)預測，到本世紀末，海水pH值將再降低0.3?0.4個單位，即海水中H+濃度將增加約I?1.5倍，到2250年，pH值會再降低0.7個單位。
[0003]2003年，海洋酸化(Ocean Acidificat1n)這一術語第一次出現(xiàn)在《Nature》雜志中。大氣中CO2體積分數(shù)持續(xù)升高，導致海洋吸收CO2 (酸性氣體)的量不斷增加，海水pH值下降，這種由大氣CO2體積分數(shù)升高導致的海水酸度增加的過程被稱為海洋酸化。從工業(yè)革命以來，海洋大約吸收了三分之一的人為排放的二氧化碳，使表層海水的pH平均值從工業(yè)革命開始時的8.2下降到目前的8.1，據(jù)政府間氣候變化專門委員會(IPCC)預測，到2100年，海水pH平均值將因此下降約0.3?0.4，至7.8或7.9，到那時，海水酸度將比工業(yè)革命開始時約大100%?150%。
[0004]海洋酸化通過影響海洋生物的生存和發(fā)展，進而影響到海洋生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，同時也會對人類的海洋經(jīng)濟產(chǎn)生影響。鑒于海洋酸化對海洋環(huán)境造成如此大的危害及目前國內(nèi)外對于海洋酸化研宄還相對有限，因此現(xiàn)在需要一種能夠對海洋酸化進行研宄的實驗方法或實驗裝置。目前，國內(nèi)外獲得實驗室模擬海水酸化實驗的方法主要有PH實時監(jiān)控和二氧化碳(CO2)分壓調節(jié)法。其中pH實時監(jiān)控通過特定程序將計算機、pH監(jiān)控裝置和0)2解壓閥連接，以實現(xiàn)實驗海水PH值的自動化調節(jié)，這種方法雖然具有全自動化、節(jié)省人力、操作方便等優(yōu)點，但PH實時監(jiān)控體系的建立需要設計專門的程序，同時實驗設備復雜，因此其費用相對較高。而CO2分壓調節(jié)的方法主要有兩種，一種是將純0)2直接通入培養(yǎng)海水中，當達到要求的PH之后進行封閉培養(yǎng)，該方法有操作簡單、方便、快捷等優(yōu)點，但是無法保證實驗過程pH值的穩(wěn)定性。而另一種是將純0)2氣體和空氣按一定比例混合后，連續(xù)通入培養(yǎng)海水以實現(xiàn)酸化條件，該方法有可維持體系PH值不變，操作簡單的優(yōu)點，但是需要預先制備不同CO2濃度的氣體，且在通氣過程中需要對海水進行不斷的攪拌，這樣會對所培養(yǎng)生物的生長、發(fā)育造成人為的機械損傷。因此現(xiàn)在需要一種能夠解決上述問題的新型實驗室模擬海水酸化裝置或系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述現(xiàn)有技術現(xiàn)狀而提供一種結構簡單、躁音小和運行穩(wěn)定的實驗室模擬海洋酸化系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為:該實驗室模擬海洋酸化系統(tǒng)，其特征在于:包括實驗培養(yǎng)箱系統(tǒng)，0)2供氣系統(tǒng)，供水系統(tǒng)，水凈化系統(tǒng)和水體加熱裝置，所述實驗培養(yǎng)箱系統(tǒng)包括有至少一個養(yǎng)殖槽，所述供水系統(tǒng)包括有儲水箱、抽水泵和供水管線，所述水體加熱裝置包括設置在所述儲水箱內(nèi)的加熱棒以及設置在每個養(yǎng)殖槽內(nèi)的溫度計，而所述0)2供氣系統(tǒng)包括用于存儲CO 2的CO 2氣瓶、對CO 2濃度進行自動調節(jié)的CO 2加富器、供氣管線以及設置在每個養(yǎng)殖槽內(nèi)的環(huán)形納米曝氣管，所述0)2加富器能實現(xiàn)對每個養(yǎng)殖槽持續(xù)均勻地泵入特定濃度的0)2氣體以達到酸化水體的目的，而所述的水凈化系統(tǒng)設置在所述實驗培養(yǎng)箱系統(tǒng)和供水系統(tǒng)中間，以使得所述儲水箱中的水由抽水泵經(jīng)由供水系統(tǒng)的進水管輸送到每個養(yǎng)殖槽內(nèi)，再經(jīng)所述水凈化系統(tǒng)處理后回流入所述儲水箱中，以實現(xiàn)凈化水體的目的。
[0007]進一步地，每個所述養(yǎng)殖槽上設置有出水口，各出水口均與所述供水系統(tǒng)供水管線的第一出水管相連，而所述第一出水管均向上彎折有高度，此高度與所述養(yǎng)殖槽內(nèi)的水面高度相同。利用“U形連通管”原理，使得第一出水管兩端的水位保持相平，以控制所述實驗培養(yǎng)箱內(nèi)的養(yǎng)殖槽水面高度恒定。
[0008]進一步地，各個所述出水口通過三通管接件與各自的第一出水管相連，所述三通管接件包括豎直的主體，所述主體的上下分別開有第一開口和第二開口，所述第一開口連接所述第一出水管，而所述第二開口則連接有用于排污的閥門，所述主體的中部內(nèi)徑均大于第一開口處和第二開口處的內(nèi)徑而形成緩沖腔，所述主體的側壁設有一個與主體緩沖腔相通的支管，所述支管上設置有用于套設在所述出水口上的第三開口。為了防止從實驗培養(yǎng)箱系統(tǒng)中流出的水至第一出水管時會產(chǎn)生漩流，并增加噪聲，在實驗培養(yǎng)箱系統(tǒng)中養(yǎng)殖槽的出水口與第一出水管之間通過三通管接件相接，由于三通管接件的設計中主體中部的內(nèi)徑均大于第一開口處和第二開口處的內(nèi)徑而形成緩沖腔，從支管流出的水會先在整個三通內(nèi)形成循環(huán)，再慢慢地進入與第一開口相連的第一出水管，進而降低噪聲的產(chǎn)生，另外，在實驗培養(yǎng)箱系統(tǒng)排污清洗時可開啟閥門進行排污。
[0009]進一步地，所述供水系統(tǒng)的進水管為設置在每個養(yǎng)殖槽上方的注水管，所述注水管上套設有能伸入至所述養(yǎng)殖槽內(nèi)水面下方的噴嘴。所述注水管上加裝有加長的噴嘴，該噴嘴伸入至實驗培養(yǎng)箱系統(tǒng)中養(yǎng)殖槽內(nèi)的水面以下，以達到所述供水系統(tǒng)的進水管處水流靜音的效果。
[0010]同樣地為達到儲水箱上方第二出水管處水流靜音效果，所述儲水箱上方設置有至少一個所述供水系統(tǒng)的第二出水管，所述第二出水管的出水端設置在儲水箱的水面以下。
[0011]進一步地，每個所述養(yǎng)殖槽的底部鋪設有2?5cm的海沙，且每個養(yǎng)殖槽被分隔板分隔成有至少一個實驗格，所述每個養(yǎng)殖槽的出水口前設有擋砂板，所述擋砂板的高度與所述每個實驗格的高度相等或所述擋砂板的高度為所述每個實驗格高度的1/2?2/3，且所述擋砂板的下邊開有透水口。擋砂板的設置是為了防止每個實驗格里的海沙從出水口中流出。另外，由于每個養(yǎng)殖槽被分隔板分隔成有至少一個實驗格，在每一個實驗格里養(yǎng)殖適當數(shù)量的底棲類海洋生物(如，梭子蟹、貝類等)。
[0012]為進一步地防止養(yǎng)殖槽里的海沙從擋砂板的透水口中流出，所述透水口處設置有擋砂網(wǎng)。
[0013]進一步地，所述水凈化系統(tǒng)包括有箱體及設置在所述箱體內(nèi)的過濾裝置，所述過濾裝置由下至上分層設置有海沙、石英砂濾料、珊瑚砂和生化濾棉，所述生化濾棉內(nèi)部空隙和表面固著有硝化細菌、枯草芽孢桿菌和藻類。通過海沙、石英砂濾料、珊瑚砂和生化濾棉構成的物理性過濾層，以將從實驗培養(yǎng)箱系統(tǒng)里凈化后的水作進一步的沉降作用，具有操作簡單方便的特點。
[0014]進一步地，所述生化濾棉上方設置有紫外燈，所述紫外燈外套設有一管套，且所述管套上開有至少一個通孔。紫外燈可以對養(yǎng)殖筐中流出的水體進行殺菌消毒，且為了防止紫外燈外露對實驗人員的傷害，在紫外燈外套設有一開有通孔的管套，管套中部開口與實驗培養(yǎng)箱系統(tǒng)中養(yǎng)殖槽的第一出水管相連，通過以上紫外殺菌，物理沉降，過濾，生物降解多種方式將從實驗培養(yǎng)箱系統(tǒng)里流出的水經(jīng)過紫外燈消毒后再經(jīng)通孔流出。
[0015]進一步地，所述實驗培養(yǎng)箱系統(tǒng)、水凈化系統(tǒng)和供水系統(tǒng)分別由上至下呈高低排列。其中，實驗培養(yǎng)箱系統(tǒng)置于最高處，水凈化系統(tǒng)位于中間，而儲水箱置于最低處，位于儲水箱中的抽水泵不斷將水注入實驗培養(yǎng)箱系統(tǒng)中的養(yǎng)殖槽，養(yǎng)殖槽中的水在重力的作用下流入水凈化系統(tǒng)，通過凈化系統(tǒng)凈化后回流至儲水箱中，且儲水箱中的水由抽水泵經(jīng)由進水口再輸送到每個養(yǎng)殖槽的實驗格里，實現(xiàn)持續(xù)的循環(huán)凈化流動。
[0016]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:本發(fā)明能夠根據(jù)海洋酸化實驗的要求，將CO2氣瓶中儲存的高濃度CO 2經(jīng)過減壓閥減壓輸出，通過加濕瓶指示流量后，通入CO 2加富器進氣接口，由CO2加富器進行CO2濃度的自動調節(jié)，CO2加富器在運行時既已設定好實驗所需的CO2濃度，通過氣泵泵入自然空氣，中和高濃度CO 2以達到預設的CO 2濃度，然后由氣泵通過出氣接口持續(xù)穩(wěn)定的泵出實驗所需的CCV混合氣體，使水體pH保持穩(wěn)定，保證了實驗結果的可靠性和可重復性，盤曲固定在實驗培養(yǎng)箱系統(tǒng)中養(yǎng)殖槽內(nèi)壁水面以下的環(huán)形納米曝氣管能夠最大限度的將CO2氣體與實驗水體接觸，并且納米曝氣管中涌出的氣體所形成的氣泡密集而又細小，避免了現(xiàn)有實驗裝置中的機械攪拌對實驗對象造成的損傷，本發(fā)明在儲水箱中加裝加熱棒，在自然水溫無法達到實驗要求時，可以通過加熱棒加熱達到所需的水溫，且實驗水體在與實驗對象接觸前完成升溫，避免了實驗對象與加熱裝置接觸而造成的損傷，本發(fā)明還在實驗培養(yǎng)箱系統(tǒng)中的養(yǎng)殖槽后加裝水凈化系統(tǒng)，水凈化系統(tǒng)是通過紫外線，物理沉降，過濾，生物降解的多種方式凈化實驗水體，顯著地提高了本實驗室模擬海洋酸化的穩(wěn)定性，同時也實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)水體持續(xù)地循環(huán)流動，避免了靜水式實驗培養(yǎng)箱經(jīng)常出現(xiàn)的水體水質惡化未及時發(fā)現(xiàn)而造成的實驗對象死亡，或頻繁換水的繁瑣操作，在視水體蒸發(fā)量，補充等量外源潔凈自然海水的情況下，實現(xiàn)時長在一個月以內(nèi)的實驗周期穩(wěn)定進行，本實驗室模擬海洋酸化系統(tǒng)的循環(huán)水系統(tǒng)操作簡單，便于管理，維護方便，并且它的制作工藝簡單，制造成本低廉，且本系統(tǒng)運行噪音極小，適合實驗室室內(nèi)運行，因此它具備了多種優(yōu)點，特別適合于在本領域中推廣應用，其市場和科研前景十分廣闊。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明實施例的結構示意圖；
[0018]圖2為圖1中A處的結構放大圖；
[0019]圖3為圖1中B處的結構放大圖。
【具體實施方式】
[0020]以下結合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0021]如圖1?3所示，本實驗室模擬海洋酸化系統(tǒng)包括實驗培養(yǎng)箱系統(tǒng)1，CO2供氣系統(tǒng)2，供水系統(tǒng)，水凈化系統(tǒng)7和水體加熱裝置，實驗培養(yǎng)箱系統(tǒng)I包括有三個平行排列的養(yǎng)殖槽11，且每個養(yǎng)殖槽11內(nèi)被兩塊分隔板12分隔成有三個獨立的實驗格13，在每一個實驗格13里養(yǎng)殖適當數(shù)量的底棲類海洋生物(如，梭子蟹、貝類等)，每個養(yǎng)殖槽11的出水口111前設有高度與每個實驗格13的高度相等的擋砂板14，擋砂板14的下邊開有透水口，且透水口處設置有擋砂網(wǎng)，以防止養(yǎng)殖槽11的海沙