[发明专利]一种水体释放气体收集装置及其采样方法

说明书

技术领域

本发明属于资源环境技术领域，涉及一种水体释放气体收集装置及其采样方法。

背景技术

富营养化水体普遍被认为是重要的温室气体释放源，如：CO₂、CH₄、N₂O。在当前水体富营养化程度不断上升，以及全球增温的环境背景下，人们对水体中温室气体的释放强度变化越来越关注。另外，富营养化水体发生的硝化-反硝化反应是水体脱氮的重要途径之一，硝化-反硝化反应的中间气态产物N₂O及最终气态产物N₂的释放也受到较多的关注。然而，长期以来，一直缺乏一种有效的水体释放气体收集装置，使得这方面的研究进展相对缓慢。

目前采用的方法主要是静态箱法，它直接用密封的倒置箱体进行采样，采样时需要将底座固定于采样点的底泥中，实施起来十分不便，且这种方法的采样器在采样过程中没有与外界连通，所以必然出现负压现象，造成气体的加速挥发，从而使得采样结果不够准确。还有一种针对水体、土壤表面挥发性气体的采集装置，它是一种动态箱法，采样时将箱体固定(无盖倒置)，用装有氮气的贮气瓶输入气体到动态采集箱，以氮气为流动载体，达到动态平衡后，即当箱内原存气体被载气驱赶完之后，开始收集气体样品，该方法的主要缺陷是它仅适用于目标气体挥发量较大且挥发速度较快情形下的非氮气类气体的采集，而水体向大气界面的气体释放是一个相对缓慢的过程，且采集的目标气体有CH₄、N₂O、N₂等，因此开发新的更为准确有效的采样设备及采样方法具有重要的实用价值。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提出一种样品采集准确、操作简单易行且方便实施的水体释放气体收集装置及其采样方法。

本发明所研制的水体释放气体收集装置，其系统结构包括浮球支架、半球柱体集气箱、集气瓶、进气管、排水管、阀门；所述的浮球支架由正方形浮球底座以及拱形支架组成，浮球底座由浮球和PVC管连接而成，底座对角线上的四个浮球支撑起整个支架；所述的半球柱体集气箱用于收集水体产生的气体，箱的底面为气体样品收集口，箱的顶部设有出气口并装有阀门，箱体平衡悬挂于浮球支架的四边上；所述的集气瓶倒置悬挂于浮球支架的顶端，充满水瓶口用橡皮塞密封，其上对应有进气管和排水管，进气管与半球柱体集气箱的出气口相连，排水管直接垂入水中与水体相通。

本发明的半球柱体集气箱可采用半球形和圆柱形的有机玻璃箱拼接而成。

所述的浮球支架可采用实心泡沫浮球支撑。

所述的集气瓶可采用带有橡皮塞的玻璃输液瓶。

采用本发明所述的采样装置采集由水体向大气界面所释放的气体的方法，其操作步骤如下：

第一步，将配有浮球支架的水体释放气体收集装置放置于水面采样点上，打开半球柱体集气箱出气口的阀门，将箱体完全浸没于水中覆盖一定面积的水体，将集气箱中气体完全排出后，关闭阀门；

第二步，将集气瓶装满水，瓶口用橡皮塞密封，倒挂于浮球支架顶端，进气管与半球柱体集气箱的出气口相连，排水管直接垂入水中与水体相通；

第三步，集气箱覆盖的下方水体产生的气体在水中的溶解度达到饱和后，多余的气体被析出，形成气泡，气泡在浮力作用下，沿着半球柱体集气箱内壁向顶端聚集，最终在集气箱顶端最高点汇集，根据排水集气原理，集气瓶中水排出，水体释放出的待测气体进入集气瓶，实现实时自动地收集水体释放气体的目的。

本发明具有以下的优点和效果：

(1)本发明设备和方法的主要优点在于，一是采样过程中采样器(半球柱集气箱)通过集气瓶的排水管与外界连通，避免了传统静态箱法操作过程中由于负压所致的加速或抑制气体排放、误差较大的缺点。二是不需要每隔一端时间人工去抽取静态箱内的气体进行采样，实现了水体气体的自动实时采集，只需将采样瓶送至实验室分析即可。三是不需要充入其它气体作为载体，不需要额外电源，同时还避免了动态箱法所致的目标气体本底值偏高分析结果失真、可分析气体种类受限的缺点。

(2)本发明设备和方法，设备体积小、组成简单、成本低廉，可准确有效地采集由水体向大气界面所释放的气体，通过采样瓶重量的变化获得单位面积水体释放气体的扩散通量，有效解决了当前不同水体气体产生量、释放规律及其成分的研究工作中，缺少适用的密闭式采气设备的问题。

附图说明

图1为本发明的水体气体采集装置的系统结构图。