一种应用于淡水池塘生态系统交换的气体采集装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种应用于淡水池塘生态系统交换的气体采集装置，包括固定支架和气体收集箱，气体收集箱活动安装在固定支架上，气体收集箱的底部设有采气口。本实用新型应用于淡水池塘生态系统交换的气体采集装置有效解决了池塘温室气体采集困难的问题，且质轻、密封性好，结构简便、稳固，方便携带，操作方便、安全，抗干扰性强，具有很高的精确度和重复性。
【专利说明】一种应用于淡水池塘生态系统交换的气体采集装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种应用于淡水池塘生态系统交换的气体采集装置。
【背景技术】
[0002]日益突出的全球环境问题和气候问题，已引起各国政府和国际学术界的广泛关注，哥本哈根世界气候大会的召开，再一次敲响了有关气候变化对人类影响的警钟，发展低碳经济已经成为各国政府应对当前日益严重的气候变化的战略选择中国政府已向世界公布我国温室气体减排目标:到2020年中国单位⑶P 二氧化碳排放量比2005年下降40%?45%，并将减排目标作为约束性指标纳入国民经济和社会发展的中长期规划。在2010年全国渔业工作会议上，农业部渔业局局长李健华在讲话中提出，要“树立绿色经济、低碳经济和循环经济的理念，使渔业发展减少对资源和能源的消耗”。当前渔业节能减排工作重点是减少碳排放和增加碳汇。
[0003]池塘小水体是一个小型生态系统，较湖泊、河道、水库等大水体易管理，虽然单个池塘面积小，但由于总体面积大和人工养殖管理的普遍存在，其受到人类活动的干扰却更为强烈，温室气体排放更不可忽视。据世界大坝委员会(World Commission on Dams7WCD)在工作报告中也指出，水库排放的温室气体对全球的增温潜力占全球温室气体排放增温潜力的1%_28%，水库是大气二氧化碳和甲烷等温室气体的源头，其排放强度与水库的地理位置、气候条件、淹没的土壤与植被类型等因素有关。湖泊、水库等水体温室气体类型主要包括二氧化碳和甲烷，是水体中自身或陆源的有机质(OM)在水中微生物的分解作用下生成的，所产生的二氧化碳和甲烷在水体中经过扩散、运移、消耗等过程后，最终通过水气界面排向大气。仅有的关于人工湿地温室气体排放研究的报道也只局限于水库和湖泊，都采用浮箱，直接将箱体倒置浮于水体表面，但由于水面的波动，箱体内部(顶部)气体体积不断变化，受自然因素影响较大，测量精度和重复性有欠缺，主要不足之处如下:
[0004]①箱体内径较大，浮箱内以及抽取气体的导管内气体难以完全混合均匀；
[0005]②浮箱由于风力和波动的作用，对水体表面及气体交换产生扰动；
[0006]③浮箱多为薄金属片做成，由于其良好的导热、吸热性，太阳照射后箱体内气体升温快，进而影响水-气界面的气体交换、导致与自然状况下温室气体交换产生一定的差异；
[0007]④由于池塘特殊的空间位置，采气过程必须在船上或人工固定站台上操作，增加了采气的难度；水体的流动性、温度、风向等因素都极大制约了采气过程；
[0008]⑤有机玻璃制作，保温隔热不好，且重量大，不易水上操作；
[0009]⑥采集箱体和采样装置的密封性差，严重影响测试的准确性。
[0010]各行各业都呼吁节能减排，水产养殖对温室气体排放的贡献如何一直是个未知数，长期缺乏与水产养殖温室气体排放有关的统计数据，对该产业温室气体排放缺乏基本的了解，影响了渔业节能减排的成效。
实用新型内容[0011]本实用新型的目的是提供一种应用于淡水池塘生态系统交换的气体采集装置。
[0012]为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下:
[0013]一种应用于淡水池塘生态系统交换的气体采集装置，包括固定支架和气体收集箱，气体收集箱活动安装在固定支架上，气体收集箱的底部设有采气口。
[0014]使用时，将固定支架固定在待测水面的底部，并使采气口浸没在水面下，然后利用气体收集箱开始收集待测水体排放的气体。这样保证了采气的稳定性，避免了因水体表面或气体交换或其他外界因素对采气产生的扰动；且采气简单方便，只要将装置固定在待测点，定时取样即可。气体收集箱可采用的铁质箱体，这样质轻、操作方便。
[0015]固定支架包括竖向万能角钢和第一横向万能角钢；竖向万能角钢有四根，呈矩形排列；第一横向万能角钢有四根，分别与相邻两竖向万能角钢垂直连接，并将四根竖向万能角钢连为一体，且四根第一横向万能角钢均连接在四根竖向万能角钢的同一高度；第一横向万能角钢与第一横向万能角钢以上的竖向万能角钢共同构成箱体支撑台，气体收集箱活动安装在箱体支撑台上。上述第一横向万能角钢不仅与竖向万能角钢构成箱体支撑台，方便了气体收集箱的安装，而且提高了固定支架的使用稳定性。
[0016]上述应用于淡水池塘生态系统交换的气体采集装置，还包括第二横向万能角钢，第二横向万能角钢垂直连接在相邻两竖向万能角钢上，且第二横向万能角钢低于第一横向万能角钢；气体收集箱为敞口的立方体结构，气体收集箱敞口的一面向下。第二横向万能角钢的设置对固定支架起到了进一步的加强作用。
[0017]本实用新型万能角钢的选择，不仅方便了装配时，位置的控制和调整，提高了产品的使用寿命，而且提高了回收利用效率。
[0018]气体收集箱为敞口的正方体结构，边长为400-600_，敞口的一面向下；气体收集箱的外围设有保温层，保温层的外围设有反光层。边长为400-600mm的正方体结构的设计，进一步提高了采气分析的准确性，更优选为500_ ;保温层的设置，不仅避免了外界温度等因素对采气分析结果的影响，而且起到了很好的加固作用；反光层的设置，有效防止了光线变化对采气结果造成的影响。
[0019]上述应用于淡水池塘生态系统交换的气体采集装置，还包括采样管，气体收集箱的一侧面上设有采样接口，采样管一端与采样接口密封对接，采样管另一端设有第一开关阀；采样接口为圆形，直径为3-8mm。这样提高了取样的方便性和准确性。 申请人:经验发现，采样接口过大或过小均会影响取样的准确性。
[0020]上述应用于淡水池塘生态系统交换的气体采集装置，还包括气体采样装置，气体采样装置包括针筒、第二开关阀和气袋；第二开关阀设在针筒的针头上；气袋有三个以上，气袋的袋口设有螺旋阀门，螺旋阀门的底部设有密封垫；针筒的针头能与采样管无缝对接；气体收集箱内的顶部设有与气体收集箱可拆卸连接的搅拌装置；气体收集箱的底部设有活动连接在气体收集箱上的温度计。当采样时，将针筒的针头与采样管无缝对接，然后打开第一开关阀和第二开关阀，当取样完毕时，先关闭第一开关阀和第二开关阀，再将针头拔离采样管，并将针筒内内采集到的气体注入一气袋，不同时间的取样要分别注入不同的气袋中，针头可直接扎入气袋的螺旋阀门注汽，注气完毕后在针口处用硅橡胶封口。搅拌装置的设置提高了采样分析的准确性，搅拌装置优选便携式微风扇，采用充电电池供电，这样不仅使用方便，而且无需在箱体上设置电线穿孔，进而提高了分析的准确性，且方便携带；采样时，也要记录水面及环境的温度。
[0021]上述气袋可选铝箔储气袋，能较长时间稳定保存气体；上述气袋用针头直接进气，然后用硅橡胶加密封；第一开关阀和第二开关阀均优选为三通阀；螺旋阀门底部的密封垫可定期(5次后)更换；此储气方法为本实用新型的离线测样提供了技术基础，避免了在线测样过程的高难度、高成本，且所采集的样品可有效保存7天以上，损耗率低于10%。
[0022]一种利用上述应用于淡水池塘生态系统交换的气体采集装置采集气体的方法，其特征在于:包括顺序相接的如下步骤:
[0023]A、将固定支架插入池塘底部，使气体收集箱底部没入水中l_2cm，开始采气；
[0024]B、从采气开始，每隔8-12min从气体收集箱中取样40_60ml，取样3_6次；
[0025]C、通过气相色谱测定每个取样中CO2XH4和N2O的含量，并分别计算CO2XH4和N2O的排放通量。
[0026]上述方法不仅简单易操作，而且准确率高。C02、CH4和N2O均为温室气体。
[0027]当气体采集装置安装好 后，步骤A中，采气前，采样管上的第一开关阀是开启状态，开启气体收集箱中的搅拌装置，搅拌3-8min，关闭第一开关阀，开始采气；步骤B中，取样前，先检查气袋的气密性，然后将气袋抽真空；采样时，将针筒的针头与采样管无缝对接，并打开第一开关阀和第二开关阀，开始采样；一次采样结束时，分别将第一开关阀和第二开关阀关闭，再将针筒内采集到的气体注入气袋中，多次的采样分别注入不同的气袋中。上述方法进一步提高了采气分析的准确性。上述方法在关闭第一开关阀前，气体收集箱与外界通过采样管相通，从关闭第一开关阀起，采气开始。
[0028]步骤B中，每次取样时，先将针筒反复抽吸18-22次，再开始取样；采气开始，分别在Omin、10min、20min和30min取样50ml。min是分钟的缩写,采用上述技术方案可更进一步提高采气分析的准确性； 申请人:经研究发现，在30分钟以内取样即可，超过30分钟所取的样品会影响分析的准确性。上述Omin中的取样是指气体采集装置安装好后，关闭第一开关阀前的取样，10min、20min和30min的取样,指从关闭第一开关阀起计时的10min、20min和30min的取样。
[0029]步骤C中，排放通量F的计算公式为:
[0030]F= Am/(ΑΧ Δ t) = P XvX AC/(ΑΧ Δ t) = P XHX Λ C/At = H X (MP /(R(273+T))*AC/At
[0031]其中，排放通量F(排放通量Flux的定义:指单位面积上单位时间内该气体的排放量，排放量为正值表示向大气排放，负值则表示吸收)的单位为mg.m-2.IT1 ；ν为气体收集箱的容积；Α为气体收集箱的横截面积；P为气体密度；△ C/ △ t是气体浓度随时间变化的直线斜率；H为水面表面到气体收集箱顶部的高度。M为待测气体的摩尔质量(gXmor1)，R为普适气体常数(8.SHPaXm3Xmor1Xr1), T为采样时箱内平均气温(°C )。P为采样点大气压力，通常视为标准大气压，即P=1.013X IO5Pa0
[0032]采用上述方法可准确计算出CO2、CH4和N2O的排放通量。
[0033]本实用新型未提及的技术均为现有技术。
[0034]本实用新型应用于淡水池塘生态系统交换的气体采集装置有效解决了池塘温室气体采集困难的问题，且质轻、密封性好，结构简便、稳固，方便携带，操作方便、安全，抗干扰性强，具有很高的精确度和重复性。【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1为本实用新型应用于淡水池塘生态系统交换的气体采集装置结构示意图。
[0036]图2为具体实施例方式中CH4的排放速率；
[0037]图3为具体实施例方式中N2O的排放速率；
[0038]图4为具体实施例方式中CO2的排放速率。
[0039]图中，I为竖向万能角钢，2为第一横向万能角钢，3为第二横向万能角钢，4为采样接口，5为采样管，6为气体收集箱，7为第一开关阀，8为针筒，9为针头，10为第二开关阀。
【具体实施方式】
[0040]为了更好地理解本实用新型，下面结合实施例进一步阐明本实用新型的内容，但本实用新型的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0041]如图1所示的应用于淡水池塘生态系统交换的气体采集装置，包括固定支架和气体收集箱，气体收集箱活动安装在固定支架上，气体收集箱的底部设有采气口 ；
[0042]固定支架包括竖向万能角钢和第一横向万能角钢；竖向万能角钢有四根，呈矩形排列；第一横向万能角钢有四根，分别与相邻两竖向万能角钢垂直连接，并将四根竖向万能角钢连为一体，且四根第一横向万能角钢均连接在四根竖向万能角钢的同一高度；第一横向万能角钢与第一横向万能角钢以上的竖向万能角钢共同构成箱体支撑台，气体收集箱活动安装在箱体支撑台上；
[0043]固定支架还包括第二横向万能角钢，第二横向万能角钢垂直连接在相邻两竖向万能角钢上，且第二横向万能角钢低于第一横向万能角钢；气体收集箱为敞口的立方体结构，气体收集箱敞口的一面向下；
[0044]气体收集箱为敞口的正方体结构，边长为500mm，敞口的一面向下；气体收集箱的外围设有厚为Icm的保温层，保温层的外围设有反光层。气体收集箱采用厚为2mm的铁皮制作，保温层采用泡沫保温板，反光层采用锡箔材质的反光膜。
[0045]气体采集装置，还包括采样管，气体收集箱的一侧面上设有采样接口，采样管一端与采样接口密封对接，采样管另一端设有第一开关阀；采样接口为圆形，直径为3.8mm;采样管为半透明娃胶管，外径4mm,内径3mm。
[0046]气体采集装置，还包括气体采样装置，气体采样装置包括针筒、第二开关阀和气袋，第二开关阀设在针筒的针头上，气袋有四个，气袋的袋口上设有密封塞，针筒的针头能与采样管无缝对接；气体收集箱内的顶部设有与气体收集箱可拆卸连接的集气扇，采用2节1.5V电池(7号干电池)供电；气体收集箱的底部设有活动连接在气体收集箱上的温度计。第一开关阀和第二开关阀均选用三通阀。
[0047]利用上述应用于淡水池塘生态系统交换的气体采集装置采集气体的方法，包括顺序相接的如下步骤:
[0048]A、将固定支架插入池塘底部，使气体收集箱底部没入水中2cm，开始采气，采气前，开启气体收集箱中的搅拌装置，搅拌5min ；
[0049]B、从采气开始，分别在0min、10min、20min和30min取样50ml ;取样前,先检查气
袋的气密性，然后将气袋抽真空；采样时，将针筒通过三通阀与采样管无缝对接，并打开第一开关阀和第二开关阀，开始采样；一次采样结束时，分别将第一开关阀和第二开关阀关闭，再将针筒内采集到的气体注入气袋中，多次的采样分别注入不同的气袋中，注气完毕后在针袋针口处用硅橡胶封口，开始采样时，先将针筒反复抽吸20次，再开始采样；
[0050]C、通过气相色谱测定每个取样中CO2XH4和N2O的含量，并分别计算CO2XH4和N2O的排放通量；排放通量F的计算公式为:
[0051]F= Am/(ΑΧ Δ t) = P XvX AC/(ΑΧ Δ t) = P XHX Λ C/At = H X (MP /(R(273+T))*AC/At
[0052]其中，排放通量F的单位为mg.m_2.IT1 ；v为气体收集箱的容积；A为气体收集箱的横截面积；P为气体密度；△(:/At是气体浓度随时间变化的直线斜率；H为水面表面到气体收集箱顶部的高度，M为待测气体的摩尔质量(gXmor1)，R为普适气体常数(8.SHPaXm3Xmor1Xr1), T为采样时箱内平均气温(°C )。P为采样点大气压力，通常视为标准大气压，即P=1.013X IO5Pa0
[0053]采集时间:2013年6月7日，上午10点，气温27度，天气晴，采集地点:常州市金坛水产科技园区。以各气体检测的峰面积为纵轴，对应的时间为横轴，做直线，斜率K为公式中对应的ACVAt,即为排放速率，如图1-3所示。表1为不同时间的取样中各气体的气象色谱的峰面积及斜率K (AC/At)。表2为各气体计算得到的排放通量F。
[0054]表1
[0055]
【权利要求】
1.一种应用于淡水池塘生态系统交换的气体采集装置，其特征在于:包括固定支架和气体收集箱，气体收集箱活动安装在固定支架上，气体收集箱的底部设有采气口。
2.如权利要求1所述的应用于淡水池塘生态系统交换的气体采集装置，其特征在于:固定支架包括竖向万能角钢和第一横向万能角钢；竖向万能角钢有四根，呈矩形排列;第一横向万能角钢有四根，分别与相邻两竖向万能角钢垂直连接，并将四根竖向万能角钢连为一体，且四根第一横向万能角钢均连接在四根竖向万能角钢的同一高度；第一横向万能角钢与第一横向万能角钢以上的竖向万能角钢共同构成箱体支撑台，气体收集箱活动安装在箱体支撑台上。
3.如权利要求2所述的应用于淡水池塘生态系统交换的气体采集装置，其特征在于:还包括第二横向万能角钢，第二横向万能角钢垂直连接在相邻两竖向万能角钢上，且第二横向万能角钢低于第一横向万能角钢；气体收集箱为敞口的立方体结构，气体收集箱敞口的一面向下。
4.如权利要求3所述的应用于淡水池塘生态系统交换的气体采集装置，其特征在于:气体收集箱为敞口的正方体结构，边长为400-600mm ;气体收集箱的外围设有厚0.5-1.5cm的保温层，保温层的外围设有反光层。
5.如权利要求1-4任意一项所述的应用于淡水池塘生态系统交换的气体采集装置，其特征在于:还包括采样管，气体收集箱的一侧面上设有采样接口，采样管一端与采样接口密封对接，采样管另一端设有第一开关阀；采样接口为圆形，直径为3-8mm。
6.如权利要求5所述的应用于淡水池塘生态系统交换的气体采集装置，其特征在于:还包括气体采样装置，气体采样装置包括针筒、第二开关阀和气袋；第二开关阀设在针筒的针头上；气袋有三个以上，气袋的袋口设有螺旋阀门，螺旋阀门的底部设有密封垫；针筒的针头能与采样管无缝对接。
7.如权利要求1-4任意一项所述的应用于淡水池塘生态系统交换的气体采集装置，其特征在于:气体收集箱内的顶部设有与气体收集箱可拆卸连接的搅拌装置。
8.如权利要求1-4任意一项所述的应用于淡水池塘生态系统交换的气体采集装置，其特征在于:气体收集箱的底部设有活动连接在气体收集箱上的温度计。
【文档编号】G01N1/24GK203705229SQ201320875929
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】林海, 周刚, 李旭光, 周军, 张彤晴, 唐晟凯, 李大命 申请人:江苏省淡水水产研究所