[发明专利]海洋全环境烃类气体氧化过程模拟实验装置及方法

说明书

本发明涉及烃类气体氧化实验领域，特别是一种海洋全环境烃类气体氧化过程模拟实验装置及方法。包括供气供液系统和样品采集系统，其中，还包括厌氧‑好氧氧化系统，厌氧‑好氧氧化系统包括真空泵、厌氧氧化系统和好氧氧化系统，厌氧氧化系统和好氧氧化系统分别与供气供液系统、样品采集系统连接。能够模拟海底沉积物层缺氧和含氧全环境，实现深部渗漏烃类气体在一定运移距离上依次穿过缺氧沉积物层和含氧沉积物层中发生的连续氧化过程。

技术领域

本发明涉及烃类气体氧化实验领域，特别是一种海洋全环境烃类气体氧化过程模拟实验装置及方法。

背景技术

海底以甲烷、乙烷和丙烷等烃类气体的渗漏是全球海洋环境中广泛分布的自然现象，可引发全球气候变暖、海平面上升等负面环境效应。事实上，最终海洋的烃类气体排放量明显低于海洋烃类产生量，这是由于海洋中存在广泛的微生物好氧氧化和厌氧氧化作用，能够有效拦截并降低烃类气体的大气通量，是降低烃类环境效应灾害的重要地球化学过程。海底释放的烃类气体在运移过程中将依次穿过缺氧环境及有氧环境的沉积物层，在缺氧沉积物层烃类厌氧氧化菌作用下，与硫酸盐、硝酸盐等离子受体结合发生厌氧氧化反应，当厌氧氧化菌不能完全消耗烃类气体时，它们就穿透厌氧氧化带继续向上运移，在含氧的沉积物层、沉积物-水体界面以及水体中，在烃类好氧氧化菌作用下发生降解消耗。

目前，相关人员已对自然界最主要的烃类气体——甲烷的微生物氧化过程开展了大量的研究工作，现有的实验装置能够模拟不同压力、温度等条件下的甲烷厌氧或好氧氧化过程，可对两种氧化过程进行独立的模拟研究。但是，目前并没有专门的装置能够同时模拟海底缺氧和含氧全环境，实现烃类气体依次穿过缺氧层发生厌氧氧化后，继续穿过含氧层中发生好氧氧化的连续过程；其次，对于以一定渗漏速度自海底向上运移的烃类气体，无法定量缺氧层及含氧层各自消耗的气体量，微生物厌氧氧化及好氧氧化在烃类消耗降解中的贡献多大同样无法得知；另外，两种氧化过程中相关氧化菌种类、海水离子浓度等的变化特征更加无从对比，制约了对海底渗漏烃类迁移转化的全面认识以及烃类生态环境效应的科学评估。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种海洋全环境烃类气体氧化过程模拟实验装置及方法，能够模拟海底沉积物层缺氧和含氧全环境，实现深部渗漏烃类气体在一定运移距离上依次穿过缺氧沉积物层和含氧沉积物层中发生的连续氧化过程。

本发明的技术方案是：一种海洋全环境烃类气体氧化过程模拟实验装置，包括供气供液系统和样品采集系统，其中，还包括厌氧-好氧氧化系统，厌氧-好氧氧化系统包括真空泵、厌氧氧化系统和好氧氧化系统，厌氧氧化系统和好氧氧化系统分别与供气供液系统、样品采集系统连接；

所述厌氧氧化系统包括厌氧反应釜，厌氧反应釜呈水平方向设置，厌氧反应釜的一端设有进气口和进液口，另一端设有出样口，厌氧反应釜的进气口和进液口均与供气供液系统连接，厌氧反应釜内的两端分别设有不锈钢微孔烧结板，不锈钢微孔烧结板上间隔设置数个微孔，不锈钢微孔烧结板与厌氧反应釜的内壁固定连接，厌氧反应釜的侧壁设有数个气液取样口，并通过气液取样口与样品采集系统连接；

所述好氧氧化系统包括好氧反应釜，好氧反应釜呈水平方向设置，好氧反应釜的一端设有进气口和进液口，另一端设有出样口，好氧反应釜的进气口与厌氧反应釜的出样口连接，好氧反应釜的进液口与供气供液系统连接，厌氧反应釜的出样口与好氧反应釜的进气口的连接管线上依次设有背压阀Ⅰ、气液分离器、气体质量流量控制仪Ⅱ和单向阀Ⅲ，好氧反应釜的出样口处的管线上设有背压阀Ⅱ，好氧反应釜内的两端分别设有不锈钢微孔烧结板，不锈钢微孔烧结板上间隔设置数个微孔，好氧反应釜的侧壁设有数个气液取样口，并通过气液取样口与样品采集系统连接；

厌氧反应釜和好氧反应釜的外壁均包裹有水温夹套，水温夹套与恒温水浴箱连接；