[实用新型]一种模拟CO2在土壤中均匀扩散的试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种模拟CO₂在土壤中均匀扩散的试验装置。

背景技术

全球气候变暖已成为国际热点问题，CO₂因具有温室效应被认为是导致全球气候变暖的重要原因之一。CO₂捕集、利用与封存技术（CCUS)是一项具有大规模减排CO₂的新兴技术，近几年受到国内外的广泛关注。中国政府在“十二五” 规划中也进一步明确了能源战略和减排的基本思路，制定和实施了一系列节能减排方案，以应对日益严峻的能源和环境问题。

在CCUS很多研究中，CO₂泄漏及其对生态环境的影响是普遍关心的重要问题，目前大多采用田间实验结合数值模拟来分析其对农作物、土壤、地下水和生态的影响，但缺少有效的物理模拟手段。2012年，Manal Al-Traboulsi提出了田间试验中CO₂泄露导致气体浓度呈现出中间高，周围逐步降低的同心圆扩散分布规律，且CO₂泄露的不稳定性会导致同心圆带状区域的扩大或缩小，从而使得土壤性状不稳定，且同一浓度可采样区域少，可重复性差，代表性不明确。

实用新型内容

本实用新型的目的是模拟一种工艺简单，成本低廉，气体均一化程度高，实用性强的模拟CO₂在土壤中均匀扩散的试验装置。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种模拟CO₂在土壤中均匀扩散的试验装置，包括箱体、进气装置和输气系统，进气装置与输气系统连接；还包括由下至上设于箱体内的粗砂砾层、细砂砾层、多孔陶瓷板和半透膜，试验土壤放置在半透膜上；所述多孔陶瓷板与箱体固连，半透膜贴合固定在多孔陶瓷板顶面；所述进气装置的出气口设在粗砂砾层中，且位于箱体的中心。

所述进气装置由连接管与输气系统连接，连接管上设置气动转换接头。

所述箱体的底面为圆形或正多边形，由有机透明玻璃组成，顶部为开口设计。

所述粗砂砾层和细砂砾层厚度相等；粗砂砾的细度模数为3.7~3.1，平均粒径为0.5mm以上，细砂砾的细度模数为2.2~1.6，平均粒径为0.35~0.25mm。

所述多孔陶瓷板的孔径为1mm，用玻璃胶与箱体固定。多孔陶瓷板抗压能力强，其中纵向抗压强度>35Mpa,横向抗压强度>12Mpa。

所述半透膜用玻璃胶固定于多孔陶瓷板上。它是一种只允许离子和小分子比如水、氧气、二氧化碳等自由通过，而生物大分子不能自由通过的膜结构。

所述进气装置设有环形套管，环形套管设于粗砂砾层，其顶面周向均布气孔，环形套管由连接管与外部输气系统连接。

所述环形套管的内侧面或外侧面均布气孔。

所述环形套管通过支架与箱体连接。

所述环形套管的半径不小于箱体底面内径的四分之一且不大于箱体底面内径的三分之一。

所述环形套管为不锈钢管，其中管道外径为25mm,内径为20mm,所述气孔的直径0.5mm。

一种模拟CO₂在土壤中均匀扩散的试验方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1）安装设备，截取一段圆形或多边形有机玻璃管作为箱体主体，另截取一块与有机玻璃外径大小相同的圆形板作为箱体底板，并在底板上钻孔，进气装置的管体穿过钻孔与底板固定；将多孔陶瓷板用玻璃胶与箱体内壁固定，并用玻璃胶将半透膜贴覆在多孔陶瓷板的顶面；将箱体主体倒立，依次装入细砂砾和粗砂砾，使进气装置的出气口埋设于粗砂砾层中，将底板与箱体主体粘结固定；将箱体正立，用连接管将进气装置与输气系统连接起来；最后向箱体中装入试验土壤；

步骤2）打开输气系统以及气动转换接头，向土壤内通入CO₂气体，气体通过进气装置的出气口排出；

步骤3）CO₂先经过粗砂砾层，再经过细砂砾层，扩散至多孔陶瓷板，由于砂砾层通水透气性好，有利于将气流分散至不同的方向，近似地将气体由点源扩散变为面源扩散，使CO₂气体较均匀地向上溢出，而后，多孔陶瓷板进一步地将CO₂气体均化；

步骤4）气流继续经过半透膜2，逸散于上方土壤中，半透膜的设置一方面有利于下方CO₂气流向上扩散，一方面防止土壤堵塞多孔陶瓷板的小孔；