[发明专利]甲烷渗漏条件下生物地球化学作用模拟实验系统

权利要求书

1.一种甲烷渗漏条件下生物地球化学作用模拟实验系统，其特征在于，是由甲烷气源(1)通过管线、阀和法兰经静音空气压缩机(2)、气体增压泵(3)、储气容器(4)、阀控流量计(5)和单流阀(6)与设在恒温箱(17)内的反应釜(10)底部设有的进气口(24)连接，恒温箱(17)内侧壁上部装有甲烷泄漏报警器(8)，储气容器(4)通过管线、阀和法兰经回压阀(14)和缓冲罐(15)与手摇泵(16)连接，平流泵(13)通过管线、阀和法兰分别与带活塞的微生物容器(11)和带活塞的海水容器(12)连接，带活塞的微生物容器(11)和带活塞的海水容器(12)分别通过管线、阀和法兰与进气口(24)连接，真空泵(18)通过管线、阀和法兰与与反应釜(10)上部抽真空孔(27)连接，静音空气压缩机(2)、气体增压泵(3)、阀控流量计(5)、单流阀(6)、温度测定传感器(7)、甲烷泄漏报警器(8)、电阻率测定仪(9)、平流泵(13)、回压阀(14)、恒温箱(17)、真空泵(18)、所设调压阀、控制阀和压力传感器分别与控制及显示(19)连接构成。

2.按照权利要求1所述的甲烷渗漏条件下生物地球化学作用模拟实验系统，其特征在于，反应釜(10)上部设有温度测定口(22)、伞形气液分离器(23)、进出气口(25)、抽真空口(27)和压力测定口，右侧壁设有三个液体取样口(20)，左侧壁设有电阻率测定口(21)，反应釜(10)内部设有滤网压板(26)构成。

3.按照权利要求2所述的甲烷渗漏条件下生物地球化学作用模拟实验系统其特征在于，反应釜(10)上部设有的进出气口(25)通过三通与控制阀(F3)与回压阀(14)间的管线连接，当给反应釜(10)增压时进出气口(25)是进气口，当反应釜(10)内压力大于回压时进出气口(25)是出气口。

4.按照权利要求1所述的甲烷渗漏条件下生物地球化学作用模拟实验系统的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、依照研究区的海水组分，配置模拟海水样品，培育相关微生物溶液，蒸馏水若干，研究区沉积物样品，充足的CH₄气源；

b、将静音空气压缩机(2)、气体增压泵(3)、阀控流量计(5)、单流阀(6)、温度测定传感器(7)、甲烷泄漏报警器(8)、电阻率测定仪(9)、平流泵(13)、回压阀(14)、恒温箱(17)、真空泵(18)、所设调压阀、控制阀和压力传感器分别与控制及显示(19)连接；并将温度测定传感器(7)置于温度测定口(22)内，电阻率测定仪(9)置于电阻率测定口(21)内；

c、打开电源开关，检查电路及传感器是否正常，检查是否有泄漏；

d、将带活塞的微生物容器(11)和带活塞的海水容器(12)的活塞置于底部；

e、打开反应釜(10)的上盖，加入约1/3体积的沉积物样品，盖上滤网压板26，然后盖上反应釜(10)的上盖，连接与反应釜(10)相连的各管线；

f、打开控制阀(F3)、控制阀(F4)、控制阀(F7)、控制阀(F11)和真空泵(18)的开关，进行反应釜(10)及管路抽真空，待压力传感器(P5)的压力为-0.1Pa时关闭真空泵(18)、控制阀(F3)、控制阀(F4)、控制阀(F7)和控制阀(F11)；

g、打开控制阀(F11)、控制阀(F13)、控制阀(F15)、控制阀(F17)，启动平流泵(13)，将模拟海水注入反应釜，待反应釜内液体达到3/4反应釜体积时关闭平流泵(13)、控制阀(F11)、控制阀(F13)、控制阀(F15)和控制阀(F17)；

h、打开控制阀(F14)、控制阀(F17)，启动平流泵(13)，将微生物容器(11)中的压力增加到压力传感器(P6)的读数大于压力传感器(P3)时，打开控制阀(F11)、控制阀(F12)，微生物溶液在压力差驱动下注入反应釜，注入完成后，关闭平流泵(13)控制阀(F11)、控制阀(F12)、控制阀(F14)和控制阀(F17)；

i、启动恒温箱，使恒温箱中反应釜(10)达到设定的温度0～20℃；

j、利用手摇泵(16)和缓冲罐(15)，为回压阀(14)设定初始回压为3～30MPa，转动手摇泵(16)手柄至压力传感器(P4)读数为3～30MPa；

k、打开甲烷气源1的控制阀(F1)，调压阀(V1)，启动静音空气压缩机(2)和气体增压泵(3)，将甲烷增压储存到储气容器(4)中，压力传感器(P1)读数比设定的3～30MPa回压大2MPa，关闭控制阀(F1)、调压阀(V1)、静音空气压缩机(2)和气体增压泵(3)；

l、打开控制阀(F2)、控制阀(F3)和调压阀(V2)，给反应釜(10)增压至压力传感器(P3)的读数与压力传感器(P4)设定的回压一致时，关闭控制阀(F3)和调压阀(V2)；

m、通过阀控流量计(5)设定甲烷气体流量5-100scc/min，调节调压阀(V2)使进气压力传感器(P2)读数略大于反应釜压力0.5～0.8MPa，打开控制阀(F4)、控制阀(F6)，甲烷气体向反应釜(10)移动，实现流动甲烷的注入；

n、打开控制及显示(19)中计算机的数据采集系统，设置采集项目及参数，如压力、温度、流量、电阻率，采集时间间隔，数据保存路径，开启数据实时显示；

o、通过液体取样口K1～K3、气体取样口K4采集水样和气样，检测水样、气样中的化学成分；

p、水样和气样采集完毕，关闭控制阀(F2)、控制阀(F4)，调压阀(V2)，转动手摇泵(16)卸掉回压阀(14)中的压力，使压力传感器(P4)读数显示0，将甲烷气排放到安全通风处后关闭控制阀(F6)；

q、保存数据，关闭监测与控制系统、关闭电源开关；

r、采集反应釜中水样，分析实验结束时水化学成分特征，分析其中的微生物特征；

s、采集反应釜中泥样，通过X射线衍射、扫描电镜等手段，分析样品矿物变化；

t、清洗干净反应釜(10)、带活塞的微生物容器(11)和带活塞的海水容器(12)的内腔体，用蒸馏水清洗海水和微生物样品经过的管线，以防锈蚀。