温室气体采集系统及温室气体排放量的分析方法
【专利摘要】本发明涉及一种温室气体采集系统及温室气体排放量的分析方法，该采集装置包括水上气体收集装置及与水上气体收集装置连接的气体储存装置；该水上气体收集装置包括采气箱、集气扇、采气管、电池盒、手柄和发泡板；该气体储存装置包括采气袋和三通阀。利用该装置，在河流两岸近岸处以及沟渠、鱼塘、水库等水-气界面进行气体样品的采集，采集的样品带回实验室测定气体样品中的CO2、CH4和N2O这3种温室气体的浓度。本发明的采集装置结构设计简单、合理，成本低，操作使用简单、方便，具有较好的稳定性和密闭性。本发明的分析方法操作步骤简单、方便，实验误差较小、准确性较高，能有效解决河流温室气体采集困难的问题。
【专利说明】温室气体采集系统及温室气体排放量的分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及环境保护的【技术领域】，尤其涉及一种温室气体采集系统及温室气体排 放量的分析方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着工业经济的不断发展，人类正面临着重大的生态系统破坏问题，气候 异端变化明显，其不只包括旱涝灾害严重、极端天气（极热和极冷）出现，也表现为全球范 围内的海平面上升、冰川消融。而大气温室气体的不断增加是导致上述问题出现的决定性 因素。温室气体是吸收地面反射的太阳辐射，并重新发射辐射的一些气体，如水蒸气、二氧 化碳、大部分制冷剂等使地球表面变得更暖，类似于温室截留太阳辐射，并加热温室内空气 的作用。研究表明在湖泊、水库和河流中储存了大量CH 4和C02，而过去在计算全球温室气 体排放量时忽略了这部分温室气体。同时，人类对河流的强烈干预例如施肥与排放污水，也 加剧了温室气体的释放。研究从河流中释放的温室气体通量，是了解河流气体动力学和温 室效应研究的重要方向。而所研究的水-气界面温室气体排放量则是温室气体研究的重要 方面。
[0003] 在中国专利201110293185. 6提到一种湖、库水体释放温室气体的采集装置及释 放速率分析方法，采集装置由水上气体采集装置和气体储存装置构成，该采样装置最突出 的特点是装置密闭性得到提升，其不足是采气时可能因为浮力的不均匀而影响测量结果， 同时未考虑到温度和气压的影响，其次，该采样装置的固定方法无法适应于河流温室气体 的采集，进而会使实验结果产生偏差，实验成本较高。
[0004] 随着对温室效应的重视，对河流释放的温室气体研究开始快速发展。但是碍于河 流水-气界面温室气体采集受河流流速、河流深度等一系列因素的影响，目前对河流温室 气体采集的方法依旧欠缺。
[0005] 河流水-气界面温室气体采集难点如下：
[0006] (1)、由于河流特殊性质，以至于水体的流动、温度、风向、风速、光照等一系列因素 都对采气过程存在制约，因此如何保证采气装置的稳定性和密闭性是亟需解决的重要问 题；
[0007] (2)、水-气界面没有稳定的载体，无法通过简单常规的采样方式进行气体采集， 如何将装置固定在水面并尽可能减小对自然浮力的影响，也是必须面对的问题，并且水体 溢出的温室气体为无规律扩散，这大大增加了采样的难度；
[0008] (3)、实验装置中的空气压强对气体的采集也有很大影响，如何精确获取释放气体 也是技术上的一个难题。
[0009] 综上所述，有必要对现有技术进一步完善。
【发明内容】
[0010] 为了解决以上问题，本发明提供了一种结构设计简单、合理，操作使用简单、方便， 有较好的稳定性和密闭性，能有效解决河流温室气体采集困难的问题且实验准确性高的温 室气体采集系统及温室气体排放量的分析方法。
[0011] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0012] 上述的温室气体采集系统，用于采集河流排放的温室气体，其包括水上气体收集 装置及与所述水上气体收集装置连接的气体储存装置；所述水上气体收集装置包括采气 箱、集气扇、采气管、电池盒、手柄和发泡板；所述采气箱的外壁覆有镀铝膜，顶部对称装设 有固定扣；所述固定扣上连接有可与锚相连的固定绳；所述集气扇装设于所述采气箱的内 顶部，其扇叶朝上且与所述电池盒电连接；所述采气管为坚直且对称装设于所述采气箱外 顶部的至少一对，所述的一对采气管均与所述采气箱连通；其中一个所述采气管通过软管 还连接有第一抽吸气针筒；所述电池盒装设于所述采气箱的外顶部，其内部容置有供电电 池，外部设有电源开关；所述手柄和发泡板均装设于所述采气箱的外侧壁，所述发泡板位于 所述手柄下侧且边缘与所述手柄连接；所述气体储存装置包括采气袋，所述采气袋的进出 气口装设有三通管；所述三通管的其中一个管道直接连通所述采气袋，另一管道连接有第 二抽吸气针筒，剩下的一个管道通过软管与另一个所述采气管连通；所述三通管的三个管 道均设有阀门。
[0013] 所述温室气体采集系统，其中：所述第一抽吸气针筒采用的是大容量抽吸气塑料 针筒，其针筒容量大于所述采气箱至少四次采气的气体容量。
[0014] 所述温室气体采集系统，其中：所述电池盒位于所述采气管一侧，其采用的是防 水电池盒且内部容置有多个串联的供电电池。
[0015] 所述温室气体采集系统，其中：所述采气箱是由PVC材料制作而成的长方体箱式 结构；所述手柄为对称装设于所述米气箱一组向外侧壁上的一对。
[0016] 所述温室气体采集系统，其中：所述采气管坚直装设于所述采气箱的外顶部中央， 其采用的是透明硅胶管；所述发泡板是由PVC材料制作而成的板体结构。
[0017] 所述温室气体采集系统，其中：所述采气袋采用的是铝箔复合薄膜采气袋；所述 第二抽吸气针筒采用的是抽吸气塑料针筒。
[0018] 一种温室气体排放量的分析方法，用于河流温室气体排放量的分析，包括以下步 骤：（1)利用固定绳连接于水上气体收集装置对角的固定扣，再利用锚将水上气体收集装 置固定；然后将水上气体收集装置平行放入河流近岸处，将采气箱下部放入水中，使其浮于 水面；（2)上述步骤（1)完成后，打开水上气体收集装置的集气扇和电池盒的开关，并关闭 水上气体收集装置的所有阀门，利用第二抽吸气针筒反复抽吸2?3次，以保证采气箱内的 空气混匀；（3)上述步骤（2)完成后，进行空白样品的采集，即打开与采气袋直接相连的管 道上的阀门，利用第二抽吸气针筒反复抽吸，在采气袋装入350ml?400ml气体；（4)上述 步骤（3)完成后，将第一抽吸气针筒中所收集的气体注入采气箱内，以保持箱内气体稳定； (5)上述步骤（4)完成后，关闭水上气体收集装置上所有阀门并换上新的采气袋；（6)上述 步骤（5)完成后，利用锚和固定绳将水上气体收集装置拖回岸边，抬起手柄，前往下一个采 样点，继续采样，方法如上述步骤（1)-(5)所述；（7)、上述步骤（6)完成后，对采集的气体进 行气相色谱分析及线性分析，结合采气箱水面以上部分的体积计算单位时间内河流温室气 体的排放量。
[0019] 所述温室气体排放量的分析方法，其中：每个所述采样点同时用至少两个所述采 气箱作为一组平行采样。
[0020] 有益效果：
[0021] 本发明温室气体采集系统结构设计简单、合理，制作工艺简单、成本低，操作使用 简单、方便，具有较好的稳定性和密闭性，能有效保证实验数据的准确性，减小实验误差；其 具体还具有以下优点：
[0022] 1)采气箱使用PVC材料制作，可以有效减小成本和装置重量；同时，使用了 PVC 发泡板，可以使水上气体收集装置稳定自然的悬浮在水上，使水上气体收集装置内气体均 衡；
[0023] 2)在采气箱外覆镀铝膜，可以有效防止太阳光照射对箱内温度的影响，保证温室 气体的正常释放和收集；
[0024] 3)设置集气扇并使集气扇的叶面朝上，能在采气箱中形成环流，较好的混合采气 箱内空气；
[0025] 4)采用绳索和锚进行在集气装置对角线进行固定，方法简单有效，同时大幅减小 了对装置浮力的影响；
[0026] 5)利用大容量抽吸器塑料针筒收集温室气体，并在取样后注入采气箱，可以保持 采气箱内气压的平衡与稳定，提高实验数据的准确性，减小实验误差；
[0027] 6)采用抽吸气塑料针筒定量的抽取温室气体，并采用铝箔真空袋进行保存，以供 实验室分析，即提高实验数据的准确性亦避免在线测样所需要的高成本。
[0028] 本发明温室气体排放量的分析方法是基于温室气体采集系统来分析河流温室气 体排放量，整个操作步骤简单、方便，实验误差较小、准确性较高，能有效解决河流温室气体 采集困难的问题，适于推广应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0029] 图1为本发明温室气体采集系统的结构示意图；
[0030] 图2为本发明温室气体采集系统的俯视图。
【具体实施方式】
[0031] 如图1、2所示，本发明温室气体采集系统，其主要用于采集河流排放的温室气体， 包括水上气体收集装置1和气体储存装置2。
[0032] 该水上气体收集装置1包括采气箱11、集气扇12、采气管13、第一抽吸气针筒14、 电池盒15、手柄16和发泡板17。
[0033] 该采气箱11是由PVC材料制作而成的长方体箱式结构，其外壁覆有镀铝膜，通过 镀铝膜可以有效的起保温隔热的作用，保证箱内气体的集成和集气箱内温度稳定；该采气 箱11的顶部四角位置对称装设有固定扣112,该固定扣112还连接有固定绳113,该固定绳 113 -端连接固定扣112,另一端与锚114相连。其中，本实施例中该采气箱11的长为0. 5m， 宽为0. 5m,高为0. 5m。
[0034] 该集气扇12装设于采气箱11的顶部内侧，其扇叶朝上且与电池盒15电连接；该 集气扇12转动有利于桶内气体的混合，能在采气箱11中形成环流，较好的混合采气箱11 内的空气。
[0035] 该采气管13坚直装设于采气箱11顶部外侧中央，其为对称设置的一对即包括第 一采气管131和第二采气管132 ;该第一采气管131和第二采气管132均一端与采气箱11 连通；其中，该采气管13采用的是外径为6mm，内径为4_的透明硅胶管。
[0036] 该第一抽吸气针筒14采用的是大容量抽吸气塑料针筒，其针筒容量应该大于四 次采气的气体容量，其中，该第一抽吸气针筒14通过第一软管18连接于第一采气管131的 另一端；该第一抽吸气针筒14可收集河流排放温室气体，在取样品时利用其中河流温室气 体补充采气箱11内气体，保持采气箱11内气压稳定。
[0037] 该电池盒15装设于该采气箱11的外顶部一侧，具体位于该采气管13 -侧；其中， 该防水电池盒15采用的是防水电池盒，其内部容置有多个串联电池，外部设有电源开关 151 ;本实施例中该防水电池盒15内装设有串联的两节1. 5V电池。
[0038] 该手柄16装设于该采气箱11的外侧壁上，其具有一对，该一对手柄16呈对称装 设于该采气箱11中上端的一对相对外侧壁上且与发泡板17通过螺丝连接。
[0039] 该发泡板17也是由PVC材料制作而成板体结构，其装设于该采气箱11中下段 的外侧壁上，即位于手柄16下侧；其中，本实施例中该发泡板17的长为lm，宽为lm，高为 7. 5cm〇
[0040] 该气体储存装置2连接于水上气体收集装置1的外侧，其包括采气袋21、阀门22 和第二抽吸气针筒23。该采气袋21采用的是铝箔复合薄膜采气袋，其进出气口装设有一个 三通管211 ;该三通管211的其中一个管道与采气袋21直接连通，另一管道与第二抽吸气 针筒23连通，剩下的一个管道通过第二软管212与水上气体收集装置1的第二采气管132 连通；本实施例中该采气袋21最大压力是6Kpa，容积500ml。该阀门22装设于该采气袋 21的三通管211上，其包括第一阀门221、第二阀门222和第三阀门223 ;其中，该第一阀门 221装设于三通管211与采气袋21直接连接的管道上，该第二阀门222装设于三通管211 与第二抽吸气针筒23连通的管道上，该第三阀门223装设于三通管211与水上气体收集装 置1的第二采气管132连通的管道上。该第二抽吸气针筒23采用的是抽吸气塑料针筒。
[0041] 本发明温室气体排放量的分析方法，其基于上述温室气体采集系统来分析河流温 室气体排放量，用于河流温室气体排放量的分析，具体包括以下步骤：
[0042] S010、首先，采用两个水上气体收集装置并利用两根固定绳连接于两个水上气体 收集装置对角的固定扣，再利用锚将两个水上气体收集装置固定；然后，分别将水上气体收 集装置平行放入河流左右两岸近岸处，将采气箱下部放入水中，使其浮于水面；
[0043] S020、上述步骤S010完成后，分别打开两个水上气体收集装置的集气扇和电池 盒的开关，并关闭两个两个水上气体收集装置的三个阀门，利用第二抽吸气针筒反复抽吸 2?3次，保证采气箱内的空气混匀；
[0044] S030、上述步骤S020完成后，进行空白样品的采集即打开第一阀门，利用第二抽 吸气针筒反复抽吸，在采气袋装入350ml?400ml气体；
[0045] S040、上述步骤S030完成后，将第一抽吸气针筒中所收集的气体注入采气箱内， 保持箱内气体稳定；
[0046] S050、上述步骤S040完成后，关闭三个阀门，换上新的采气袋；
[0047] S060、上述步骤S050完成后，利用锚和固定绳将两个水上气体收集装置拖回岸 边，抬起手柄，前往下一个采样点，继续采样，方法如上述步骤S010-S050所述；
[0048] S070、上述步骤S060完成后，对采集的气体进行气相色谱分析及线性分析，结合 气体体积计算单位时间内河流温室气体的排放量。
[0049] 其中，每个采样点同时用至少两个采气箱作为一组平行采样。
[0050] 本发明温室气体采集系统结构设计简单、合理，制作工艺简单、成本低，操作使用 简单、方便，具有较好的稳定性和密闭性，能有效保证实验数据的准确性，减小实验误差。
[0051] 本发明温室气体排放量的分析方法是基于温室气体采集系统来分析河流温室气 体排放量，整个操作步骤简单、方便，实验误差较小、准确性较高，能有效解决河流温室气体 采集困难的问题，适于推广应用。
[0052] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限 制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范 围。
【权利要求】
1. 一种温室气体采集系统，用于采集河流排放的温室气体，其包括水上气体收集装置 及与所述水上气体收集装置连接的气体储存装置；其特征在于：所述水上气体收集装置包 括采气箱、集气扇、采气管、电池盒、手柄和发泡板； 所述采气箱的外壁覆有镀铝膜，顶部对称装设有固定扣；所述固定扣上连接有可与锚 相连的固定绳；所述集气扇装设于所述采气箱的内顶部，其扇叶朝上且与所述电池盒电连 接；所述采气管为坚直且对称装设于所述采气箱外顶部的至少一对，所述的一对采气管均 与所述采气箱连通；其中一个所述采气管通过软管还连接有第一抽吸气针筒；所述电池盒 装设于所述采气箱的外顶部，其内部容置有供电电池，外部设有电源开关；所述手柄和发泡 板均装设于所述采气箱的外侧壁，所述发泡板位于所述手柄下侧且边缘与所述手柄连接； 所述气体储存装置包括采气袋，所述采气袋的进出气口装设有三通管；所述三通管的 其中一个管道直接连通所述采气袋，另一管道连接有第二抽吸气针筒，剩下的一个管道通 过软管与另一个所述采气管连通；所述三通管的三个管道均设有阀门。
2. 如权利要求1所述的温室气体采集系统，其特征在于：所述第一抽吸气针筒采用的 是大容量抽吸气塑料针筒，其针筒容量大于所述采气箱至少四次采气的气体容量。
3. 如权利要求1所述的温室气体采集系统，其特征在于：所述电池盒位于所述采气管 一侧，其采用的是防水电池盒且内部容置有多个串联的供电电池。
4. 如权利要求1所述的温室气体采集系统，其特征在于：所述采气箱是由PVC材料制 作而成的长方体箱式结构； 所述手柄为对称装设于所述米气箱一组向外侧壁上的一对。
5. 如权利要求1所述的温室气体采集系统，其特征在于：所述采气管坚直装设于所述 采气箱的外顶部中央，其采用的是透明硅胶管； 所述发泡板是由PVC材料制作而成的板体结构。
6. 如权利要求1所述的温室气体采集系统，其特征在于：所述采气袋采用的是铝箔复 合薄膜采气袋； 所述第二抽吸气针筒采用的是抽吸气塑料针筒。
7. -种基于权利要求1至6任意一项所述的温室气体采集系统的温室气体排放量的分 析方法，用于河流温室气体排放量的分析，其特征在于，包括以下步骤： (1) 利用固定绳连接于水上气体收集装置对角的固定扣，再利用锚将水上气体收集装 置固定；然后将水上气体收集装置平行放入河流近岸处，将采气箱下部放入水中，使其浮于 水面； (2) 上述步骤（1)完成后，打开水上气体收集装置的集气扇和电池盒的开关，并关闭水 上气体收集装置的所有阀门，利用第二抽吸气针筒反复抽吸2?3次，以保证采气箱内的空 气混匀； (3) 上述步骤（2)完成后，进行空白样品的采集，即打开与采气袋直接相连的管道上的 阀门，利用第二抽吸气针筒反复抽吸，在采气袋装入350ml?400ml气体； (4) 上述步骤（3)完成后，将第一抽吸气针筒中所收集的气体注入采气箱内，以保持箱 内气体稳定； (5) 上述步骤（4)完成后，关闭水上气体收集装置上所有阀门并换上新的采气袋； (6) 上述步骤（5)完成后，利用锚和固定绳将水上气体收集装置拖回岸边，抬起手柄， 前往下一个采样点，继续采样，方法如上述步骤（1)-(5)所述； (7)、上述步骤（6)完成后，对采集的气体进行气相色谱分析及线性分析，结合采气箱 水面以上部分的体积计算单位时间内河流温室气体的排放量。
8.如权利要求7所述的温室气体排放量的分析方法，其特征在于：每个所述采样点同 时用至少两个所述采气箱作为一组平行采样。
【文档编号】G01N30/00GK104062156SQ201410312979
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月2日 优先权日:2014年7月2日
【发明者】邓欧平, 吴铭, 姚昆, 邓良基, 闫锐, 凌静, 周伟, 邓芷君 申请人:四川农业大学