專利名稱：水體原位多相界面反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種反應(yīng)器，特別是一種用于研究水體-沉積物-微生物多相界面物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化的原位反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
目前隨著湖泊、水庫等地表水源外源污染得到了有效控制，內(nèi)源污染成為影響水源水質(zhì)的主導(dǎo)因素。內(nèi)源污染對(duì)水源水質(zhì)的影響日益凸現(xiàn)。造成內(nèi)源污染的沉積物和水體物質(zhì)交換的最重要過程發(fā)生在水體-沉積物-微生物多相界面上，這ー界面是最重要的環(huán)境邊界層。因此對(duì)發(fā)生在此界面的污染物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化過程、機(jī)理、影響因素的研究對(duì)于改善水源水質(zhì)、降低水廠處理負(fù)荷具有重要意義。目前所采用的研究方法主要包括以下兩類一類是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)利用反應(yīng)器模擬自然條件進(jìn)行研究；另一類是在湖泊水庫等地表水源地進(jìn)行實(shí)地實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)或定期取樣監(jiān)測(cè)。第一類實(shí)驗(yàn)室的模擬反應(yīng)器因其在環(huán)境溫度、壓カ及底泥表層結(jié)構(gòu)等方面不可避免要改變多相界面的自然狀態(tài)，必然會(huì)導(dǎo)致所得研究結(jié)果存在偏差，其反映的水體中污染物遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律可靠性受到一定質(zhì)疑。第二類原位反應(yīng)器可以在真實(shí)自然條件下進(jìn)行研究，其研究結(jié)果的真實(shí)性不容置疑，但在使用中受到水下安裝施工難度大、水庫(湖泊)底部地形復(fù)雜、取樣困難等因素限制。水體-沉積物-微生物多相界面上由化學(xué)及生物化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體在研究中占有重要的地位，但是在目前已知的范圍內(nèi)沒有一種反應(yīng)器的設(shè)計(jì)可以很好地解決采集氣體樣品的問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種水體原位多相界面反應(yīng)器，該反應(yīng)器能夠控制一定體積的自然水體，最大程度的保持水體-沉積物-微生物多相界面的自然條件不受干擾；能夠適應(yīng)水庫(湖泊)底部的復(fù)雜地形條件，采集水樣方便并且可以采集氣體樣本。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案一種水體原位多相界面反應(yīng)器，包括主體反應(yīng)器、自動(dòng)調(diào)節(jié)反應(yīng)室軟性密封膜、水樣采集系統(tǒng)和氣樣采集系統(tǒng)；其特征在于所述主體反應(yīng)器和自動(dòng)調(diào)節(jié)反應(yīng)室軟性密封膜組成ー個(gè)密閉反應(yīng)主體；主體反應(yīng)器由薄壁直管制成，主體反應(yīng)器內(nèi)由上至下依次設(shè)置有肋板、十字吊裝架和支撐板；所述水樣采集系統(tǒng)由隔膜泵、軟性取樣管、韌性取樣管組成，用于水樣采集和器內(nèi)水體更換；所述氣樣采集系統(tǒng)由集氣穿孔管、輸氣軟管、集氣袋、調(diào)節(jié)浮球、滑動(dòng)桿和萬向球 組成，用于在反應(yīng)器頂部中心位置采集氣體樣本。本發(fā)明的水體原位多相界面反應(yīng)器，所帯來的技術(shù)效果是該反應(yīng)器設(shè)置的自動(dòng)調(diào)節(jié)反應(yīng)室軟性密封膜可以自動(dòng)調(diào)節(jié)主體反應(yīng)器內(nèi)部壓カ與外部壓カ保持一致。設(shè)置的萬向球可適應(yīng)水庫(湖泊)復(fù)雜的地形條件從而可以保證采集到主體反應(yīng)器內(nèi)部產(chǎn)生的氣體樣品。主體反應(yīng)器內(nèi)通過更換水體可以實(shí)現(xiàn)多周期的實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)，并針對(duì)不同監(jiān)測(cè)周期調(diào)整研究方案，其所得數(shù)據(jù)能更好地反應(yīng)多相界面的實(shí)際情況。本發(fā)明保證了水體-沉積物-微生物多相界面的自然狀態(tài)不受破壞，解決了多相界面反應(yīng)器采集氣體樣品的問題，可在原位實(shí)現(xiàn)水庫(湖泊)多相界面污染物遷移轉(zhuǎn)化過程的全面研究。


圖I是本發(fā)明的水體原位多相界面反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖；圖中的附圖標(biāo)記分別表示I、固液界面，2、自動(dòng)調(diào)節(jié)反應(yīng)室軟性密封膜，3、主體反應(yīng)器，4、肋板，5、十字吊裝架，6、支撐板，7、集氣穿孔管，8、集氣軟管，9、集氣袋，10、調(diào)節(jié)浮球，11、滑動(dòng)桿，12、萬向球，13、套管，14、底座，15、隔膜泵，16、軟性取樣管，17、韌性取樣管，18、止水夾，19、浮子，20、吊索。圖2是萬向調(diào)節(jié)球大樣圖；圖中附圖標(biāo)記分別表示12、轉(zhuǎn)動(dòng)球，13、套管，14、底座。以下通過附圖和實(shí)施例以及反應(yīng)器的使用方法對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步的詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明解決上述問題的基本思路是在水庫(湖泊)底部安裝一個(gè)直筒體，其下部依靠直筒體自身重力深入到松軟的底泥內(nèi)部，上部用一個(gè)特制的高強(qiáng)度柔性膜覆蓋，使底泥表層、反應(yīng)器筒體和壓カ調(diào)節(jié)膜構(gòu)成一個(gè)密閉的反應(yīng)主體。設(shè)置水樣和氣樣采集系統(tǒng)水樣采集系統(tǒng)可以在不擾動(dòng)內(nèi)部水體及底泥、不改變內(nèi)部連續(xù)反應(yīng)條件的前提下自如取樣。待密閉反應(yīng)器內(nèi)部沉積物釋放污染物的過程達(dá)到平衡或者上覆水減少到最小體積時(shí)，可以通過隔膜泵反方向注水，從而開始下ー個(gè)反應(yīng)周期；氣樣采集系統(tǒng)由穿孔管、調(diào)節(jié)浮球、滑動(dòng)桿、萬向球組成，滑動(dòng)桿和萬向球共同作用可確保浮球位于反應(yīng)器頂部中心位置，保證在水庫(湖泊)底部地形情況復(fù)雜的情況下，由化學(xué)及生物化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體收集到反應(yīng)器頂部中心并由穿孔管收集導(dǎo)出。為了使所得的研究數(shù)據(jù)能夠更好的反應(yīng)實(shí)際情況，本發(fā)明還具有通過向反應(yīng)器內(nèi)部回注上覆水實(shí)現(xiàn)對(duì)水體-沉積物-微生物多相界面長期監(jiān)測(cè)的功能，在不同的監(jiān)測(cè)周期中可以及時(shí)調(diào)整研究方案。如附圖I所示，本實(shí)施例給出ー種水體原位多相界面反應(yīng)器，包括安裝在水底的主體反應(yīng)器3、自動(dòng)調(diào)節(jié)反應(yīng)室軟性密封膜2、水樣采集系統(tǒng)和氣樣采集系統(tǒng)；其中主體反應(yīng)器3和自動(dòng)調(diào)節(jié)反應(yīng)室軟性密封膜2組成ー個(gè)密閉反應(yīng)主體，主體反應(yīng)器3內(nèi)由上至下依次設(shè)置有肋板4、十字吊裝架5和支撐板6。自動(dòng)調(diào)節(jié)反應(yīng)室軟性密封膜2是ー個(gè)頂部密封的圓柱狀高強(qiáng)度柔性膜，通過自緊性管卡和硅膠墊與主體反應(yīng)器3的筒體密封連接。自動(dòng)調(diào)節(jié)反應(yīng)室軟性密封膜2可以隨密閉的主體反應(yīng)器3內(nèi)部上覆水的減少而收縮以防止反應(yīng)器內(nèi)部形成負(fù)壓狀態(tài)。肋板4附近設(shè)置韌性取樣管17，韌性取樣管管17通過軟性取樣管16與水面的隔膜泵15相連。水樣采集系統(tǒng)由隔膜泵15、軟性取樣管16、韌性取樣管17組成，水樣采集系統(tǒng)具有水樣采集和器內(nèi)水體更換的功能；
氣樣采集系統(tǒng)由集氣穿孔管7、輸氣軟管8、集氣袋9、調(diào)節(jié)浮球10、滑動(dòng)桿11和萬向球12組成，用于在反應(yīng)器頂部中心位置采集氣體樣本。其中，氣樣采集系統(tǒng)的核心是萬向球12，萬向球12安裝于十字吊裝架5的中心，其原理與外球面軸承類似。萬向球12可以在-10°彡a彡10°的范圍內(nèi)的任意方向自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
當(dāng)主體反應(yīng)器3在因水庫(湖泊)底部地形不確定而發(fā)生傾斜時(shí)可以保證滑動(dòng)桿11在調(diào)節(jié)浮球10的浮力和萬向球12作用下保持豎直狀態(tài)，從而確保調(diào)節(jié)浮球10位于主體反應(yīng)器3的頂部中心位置。在主體反應(yīng)器3安裝過程中，通過吊索20將主體反應(yīng)器3平穩(wěn)下放，下放過程中主體反應(yīng)器3內(nèi)部的空氣可以通過頂部的氣樣采集點(diǎn)排出，最后主體反應(yīng)器3內(nèi)充滿水并下放到水庫(湖泊)的底部。當(dāng)主體反應(yīng)器3下放至水庫(湖泊)底部吋，依靠主體反應(yīng)器3的自身重力，主體反應(yīng)器3的底端可以深入至松軟的底泥內(nèi)部并由支撐板6支撐，使主體反應(yīng)器3穩(wěn)定在水庫(湖泊)底部。由化學(xué)及生物化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體聚集到主體反應(yīng)器3頂部中心并由集氣穿孔管7收集導(dǎo)入連接在水面的集氣袋9內(nèi)。浮子19為合成樹脂或浮筒等能在水中漂浮的物體，用于指示水體原位多相界面反應(yīng)器在水中的位置和固定軟性樣管16、集氣袋9 ;浮子19通過不銹鋼絲繩制成的吊索20固定在十字吊裝架5上。水樣采集系統(tǒng)在采集水樣時(shí)，打開軟性取樣管16上的止水夾18，將隔膜泵15連接到軟性取樣管16上，先排出軟性取樣管16中的存積水，再將取到的主體反應(yīng)器3內(nèi)部水樣裝入特定的取樣容器中保存并對(duì)特定指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)分析，如D0、T、0RP等。所采用隔膜泵的內(nèi)部構(gòu)件在工作時(shí)不與水樣發(fā)生接觸，不會(huì)對(duì)水樣產(chǎn)生污染，其產(chǎn)生的水流剪切力低，也不會(huì)對(duì)水樣產(chǎn)生物理影響。隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，沉積物污染物的釋放會(huì)達(dá)到平衡，這時(shí)可以通過軟性取樣管16更換主體反應(yīng)器3內(nèi)部水體，開始下ー個(gè)周期的釋放試驗(yàn)。通過器內(nèi)水體更換的方式，可以進(jìn)行多個(gè)周期的實(shí)驗(yàn)，根據(jù)前一周期的檢測(cè)結(jié)果可以及時(shí)調(diào)節(jié)下ー個(gè)周期的實(shí)驗(yàn)方案，從而使取得的研究成果更能反映真實(shí)情況。氣樣采集系統(tǒng)的氣樣采集是實(shí)時(shí)進(jìn)行的，通過萬向球12和調(diào)節(jié)浮球10的調(diào)節(jié)，連接在集氣軟管8末端的集氣袋9可以收集到反應(yīng)器內(nèi)部沉積物反應(yīng)產(chǎn)生的氣體。如附圖2所示，萬向球12的工作原理與外球面軸承的工作原理類似。底座14的內(nèi)曲率半徑與萬向球12的曲率半徑完全吻合，萬向球12可以在底座14內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。套管13的作用是約束滑動(dòng)桿11在其內(nèi)部上下滑動(dòng)。當(dāng)反應(yīng)器在因水庫(湖泊)底部地形不確定而發(fā)生傾斜時(shí)，調(diào)節(jié)浮球產(chǎn)生的垂向浮力轉(zhuǎn)化為帶動(dòng)萬向球12的扭向力，使萬向球12發(fā)生一定的轉(zhuǎn)動(dòng)，保持滑動(dòng)桿始終可以沿一個(gè)豎直的方向上下滑動(dòng)，從而確保調(diào)節(jié)浮球10始終位于反應(yīng)器的頂部中心位置。
權(quán)利要求
1.一種水體原位多相界面反應(yīng)器，包括主體反應(yīng)器(3)、自動(dòng)調(diào)節(jié)反應(yīng)室軟性密封膜(2)、水樣采集系統(tǒng)和氣樣采集系統(tǒng)；其特征在于所述主體反應(yīng)器(3)和自動(dòng)調(diào)節(jié)反應(yīng)室軟性密封膜(2)組成ー個(gè)密閉反應(yīng)主體；主體反應(yīng)器(3)由薄壁直管制成，主體反應(yīng)器(3)內(nèi)設(shè)置有肋板(4)、十字吊裝架(5)和支撐板(6)； 所述水樣采集系統(tǒng)由隔膜泵(15)、軟性取樣管(16)、韌性取樣管(17)組成，用于水樣采集和器內(nèi)水體更換； 所述氣樣采集系統(tǒng)由集氣穿孔管(7)、輸氣軟管(8)、集氣袋(9)、調(diào)節(jié)浮球(10)、滑動(dòng)桿(11)和萬向球(12)組成，用于在反應(yīng)器頂部中心位置采集氣體樣本。
2.如權(quán)利要求I所述的水體原位多相界面反應(yīng)器，其特征在于，所述的自動(dòng)調(diào)節(jié)反應(yīng)室軟性密封膜(2)是頂部密封的圓筒狀高強(qiáng)度柔性膜。
3.如權(quán)利要求I所述的水體原位多相界面反應(yīng)器，其特征在于，所述的軟性取樣管(16)上有止水夾(18)。
4.如權(quán)利要求I所述的水體原位多相界面反應(yīng)器，其特征在于，所述十字吊裝架(5)上連接有吊索(20)和浮子(19)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水體原位多相界面反應(yīng)器，它包括安裝在水底的主體反應(yīng)器、自動(dòng)調(diào)節(jié)反應(yīng)室軟性密封膜、水樣采集系統(tǒng)和氣樣本采集系統(tǒng)。自動(dòng)調(diào)節(jié)反應(yīng)室軟性密封膜與主體反應(yīng)器上部密封連接組成一個(gè)密閉反應(yīng)器，并且起到防止反應(yīng)器內(nèi)部負(fù)壓產(chǎn)生的作用。主體反應(yīng)器通過萬向球的調(diào)節(jié)保證氣體樣本的采集，水樣采集系統(tǒng)用以采集水樣并可以回注更新反應(yīng)器內(nèi)部水體，實(shí)現(xiàn)對(duì)多相界面的反應(yīng)過程的多周期監(jiān)測(cè)與實(shí)驗(yàn)研究。該水體原位多相界面反應(yīng)器特別適用于研究水庫(湖泊)水體-沉積物-微生物多相界面污染物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化過程、機(jī)理、影響因素。
文檔編號(hào)C02F3/00GK102616919SQ20121008929
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者史建超, 楊霄, 黃廷林 申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)