[发明专利]测量水体中植被对过饱和总溶解气体吸附速率的实验方法

权利要求书

1.一种测量水体中植被对过饱和总溶解气体吸附速率的实验方法，通过在实验水箱内植入植被的实验组和未植入植被的空白对照组进行实验，所述植被为仿真植株或有机玻璃片；其特征在于经对过饱和总溶解气体释放过程进行拟合计算出植被对过饱和总溶解气体的吸附速率；该方法包括以下步骤：

步骤1、准备若干有机玻璃箱，洗净内壁，置于实验室内通风处自然干燥，用作工况各组实验水箱；

步骤2、在洗净内壁的第一组实验水箱内未植入仿真植株或有机玻璃片作为空白对照组实验水箱；在洗净内壁的第二组实验水箱内壁面上布置仿真植株并用热熔胶固定好；在洗净内壁的第三组实验水箱底部布置有机玻璃片并用热熔胶固定好；

步骤3、将步骤2布置好仿真植株的第二组实验水箱和布置好有机玻璃片的第三组实验水箱均静置在空气中，直到固定仿真植株和有机玻璃片的热熔胶完全干燥；

步骤4、待固定仿真植株和有机玻璃片的热熔胶完全干燥后，在三组实验水箱内均注入相同体积的过饱和TDG水；且要求能满足淹没实验水箱内所值入的仿真植株或有机玻璃片为准；所用过饱和TDG水的初始饱和度保持为160％～170％；

步骤5、采用各组实验水箱中放置的TGP测定仪测量步骤4各实验水箱内水体的过饱和TDG值并记录数据；测量顺序依次为植入仿真植株的第二组实验水箱，植入有机玻璃片的第三组实验水箱，和未植入仿真植株或有机玻璃片的第一组实验水箱；

步骤6、第一次测量完成后，间隔5分钟时间，再进行第二次测量；测量各实验水箱顺序同步骤5；

步骤7、第二次测量完成后，再进行下次测量，其中前一次测量和后一次测量的时间间隔按10～30分钟的公差逐渐增加；

步骤8、直到各实验水箱内过饱和TDG释放最快的过饱和TDG值下降至接近100％，此时停止实验，记录好所测实验数据；

将上述步骤1至步骤8所测得的实验数据进行吸附速率计算，其步骤如下：

(1)采用一阶动力学反应，运用MATLAB软件对TDG过饱和释放过程进行拟合得到TDG饱和度G公式如下：

G-G_eq＝(G_t＝0-G_eq)e^-λt (1)

式中，G为TDG饱和度，％；G_t＝0为TDG初始饱和度；G_eq为TDG平衡饱和度，％；λ为TDG释放系数，min^-1，t为时间；

(2)TDG饱和度G的浓度表示如下：

C＝C_sG (2)

式中：C为TDG浓度，mg·L^-1；C_s为空气溶解度，mg·L^-1；

(3)结合公式(1)和公式(2)，可得到如下的关系式：

C＝(C_t＝0-C_eq)e^-λt+C_eq (3)

式中，C为对应时刻水体中TDG浓度；C_eq为TDG平衡浓度，取C_eq＝C_s；C_t＝0为初始TDG浓度，mg·L^-1；t为时间，分钟；

(4)对公式(3)进行求导并离散，整理可得到单位时间内TDG浓度的变化量，如下式所示：

ΔC＝-Δtλ(C-C_eq) (4)

式中，Δt为任意时刻t_i变化到下一时刻t_i+1的时间变化，分钟；ΔC为Δt时间段内TDG浓度的变化，mg·L^-1；

(5)对于同一浓度C的TDG，空白对照组在Δt时间段内TDG浓度的变化如下式：

ΔC_b＝-Δtλ_b(C-C_eq) (5)

对于实验组在Δt时间段内TDG浓度的变化如下式：

ΔC_e＝-Δtλ_e(C-C_eq) (6)

由此可计算出当过饱和TDG浓度为C时，在Δt时间段内，仅由植被壁面吸附效应引起的过饱和TDG浓度的变化如下：

ΔC_w＝ΔC_e-ΔC_b＝-Δt(C-C_eq)(λ_e-λ_b) (7)

式中：ΔC_b为Δt时间段内空白组TDG浓度的变化，mg·L^-1；λ_b为空白组对应的过饱和TDG释放系数，min^-1；ΔC_e为Δt时间段内实验组TDG浓度的变化，mg·L^-1；λ_e为实验组对应的过饱和TDG释放系数，min^-1；ΔC_w为Δt时间段内由植被壁面吸附效应引起的TDG浓度变化，mg·L^-1；

(6)对于公式(7)，当Δt趋近于0时，有如下公式：

(7)将公式(8)左右两边同时对t进行积分，即可得到由植被壁面吸附过饱和TDG浓度与时间的关系，如下式所示：

C_w＝-(C-C_eq)(λ_e-λ_b)t (9)

式中：C_w为植被壁面吸附的TDG的浓度，mg·L^-1；

(8)定义单位面积的植被壁面在单位时间内对过饱和TDG的吸附通量为F_w，在公式(9)两边同除以植被壁面面积A，得到吸附通量公式如下：

(9)定义公式

公式(11)为壁面的吸附速率，即可得单位面积在单位时间内对过饱和TDG吸附通量的表达式如下：

F_w＝-k_w(C-C_eq) (12)

式中：k_w为吸附速率，m^-2·min^-1。