在土壤中均勻擴(kuò)散的試驗裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種模擬〇)2在±壤中均勻擴(kuò)散的試驗裝置與方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 全球氣候變暖已成為國際熱點問題，c〇2因具有溫室效應(yīng)被認(rèn)為是導(dǎo)致全球氣候 變暖的重要原因之一。C〇2捕集、利用與封存技術(shù)（CCU巧是一項具有大規(guī)模減排c〇2的新興 技術(shù)，近幾年受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。中國政府在"十二五"規(guī)劃中也進(jìn)一步明確了能源戰(zhàn) 略和減排的基本思路，制定和實施了一系列節(jié)能減排方案，W應(yīng)對日益嚴(yán)峻的能源和環(huán)境 問題。
[000引在ecus很多研究中，c02泄漏及其對生態(tài)環(huán)境的影響是普遍關(guān)屯、的重要問題，目前 大多采用田間實驗結(jié)合數(shù)值模擬來分析其對農(nóng)作物、±壤、地下水和生態(tài)的影響，但缺少有 效的物理模擬手段。2012年，ManalA^Tr油oulsi提出了田間試驗中C02泄露導(dǎo)致氣體濃 度呈現(xiàn)出中間高，周圍逐步降低的同屯、圓擴(kuò)散分布規(guī)律，且C02泄露的不穩(wěn)定性會導(dǎo)致同屯、 圓帶狀區(qū)域的擴(kuò)大或縮小，從而使得±壤性狀不穩(wěn)定，且同一濃度可采樣區(qū)域少，可重復(fù)性 差，代表性不明確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是模擬一種工藝簡單，成本低廉，氣體均一化程度高，實用性強的模 擬0)2在±壤中均勻擴(kuò)散的試驗裝置與方法。
[0005] 本發(fā)明是通過W下技術(shù)方案實現(xiàn)的；一種模擬〇)2在±壤中均勻擴(kuò)散的試驗裝置， 包括箱體、進(jìn)氣裝置和輸氣系統(tǒng)，進(jìn)氣裝置與輸氣系統(tǒng)連接；還包括由下至上設(shè)于箱體內(nèi)的 粗砂堿層、細(xì)砂堿層、多孔陶瓷板和半透膜，試驗±壤放置在半透膜上；所述多孔陶瓷板與 箱體固連，半透膜貼合固定在多孔陶瓷板頂面；所述進(jìn)氣裝置的出氣口設(shè)在粗砂堿層中，且 位于箱體的中屯、。
[0006] 所述進(jìn)氣裝置由連接管與輸氣系統(tǒng)連接，連接管上設(shè)置氣動轉(zhuǎn)換接頭。
[0007] 所述箱體的底面為圓形或正多邊形，由有機透明玻璃組成，頂部為開口設(shè)計。
[000引所述粗砂堿層和細(xì)砂堿層厚度相等；粗砂堿的細(xì)度模數(shù)為3. 7~3. 1，平均粒徑為 0. 5mmW上，細(xì)砂堿的細(xì)度模數(shù)為2. 2~1. 6,平均粒徑為0. 35~0. 25mm。
[0009] 所述多孔陶瓷板的孔徑為1mm，用玻璃膠與箱體固定。多孔陶瓷板抗壓能力強，其 中縱向抗壓強度〉35Mpa,橫向抗壓強度〉12Mpa。
[0010] 所述半透膜用玻璃膠固定于多孔陶瓷板上。它是一種只允許離子和小分子比如 水、氧氣、二氧化碳等自由通過，而生物大分子不能自由通過的膜結(jié)構(gòu)。
[0011] 所述進(jìn)氣裝置設(shè)有環(huán)形套管，環(huán)形套管設(shè)于粗砂堿層，其頂面周向均布?xì)饪?，環(huán)形 套管由連接管與外部輸氣系統(tǒng)連接。
[0012] 所述環(huán)形套管的內(nèi)側(cè)面或外側(cè)面均布?xì)饪住?br>[0013] 所述環(huán)形套管通過支架與箱體連接。
[0014] 所述環(huán)形套管的半徑不小于箱體底面內(nèi)徑的四分之一且不大于箱體底面內(nèi)徑的 ;分之一。
[0015] 所述環(huán)形套管為不誘鋼管，其中管道外徑為25mm，內(nèi)徑為20mm，所述氣孔的直徑 0. 5mm。
[0016] 一種模擬0)2在±壤中均勻擴(kuò)散的試驗方法，其特征在于包括如下步驟： 步驟1)安裝設(shè)備，截取一段圓形或多邊形有機玻璃管作為箱體主體，另截取一塊與有 機玻璃外徑大小相同的圓形板作為箱體底板，并在底板上鉆孔，進(jìn)氣裝置的管體穿過鉆孔 與底板固定；將多孔陶瓷板用玻璃膠與箱體內(nèi)壁固定，并用玻璃膠將半透膜貼覆在多孔陶 瓷板的頂面；將箱體主體倒立，依次裝入細(xì)砂堿和粗砂堿，使進(jìn)氣裝置的出氣口埋設(shè)于粗砂 堿層中，將底板與箱體主體粘結(jié)固定；將箱體正立，用連接管將進(jìn)氣裝置與輸氣系統(tǒng)連接起 來；最后向箱體中裝入試驗±壤； 步驟2)打開輸氣系統(tǒng)W及氣動轉(zhuǎn)換接頭，向±壤內(nèi)通入C〇2氣體，氣體通過進(jìn)氣裝置 的出氣口排出； 步驟3)C〇2先經(jīng)過粗砂堿層，再經(jīng)過細(xì)砂堿層，擴(kuò)散至多孔陶瓷板，由于砂堿層通水透 氣性好，有利于將氣流分散至不同的方向，近似地將氣體由點源擴(kuò)散變?yōu)槊嬖磾U(kuò)散，使C〇2 氣體較均勻地向上溢出，而后，多孔陶瓷板進(jìn)一步地將C〇2氣體均化。
[0017] 步驟4)氣流繼續(xù)經(jīng)過半透膜2,逸散于上方±壤中，半透膜的設(shè)置一方面有利于 下方C〇2氣流向上擴(kuò)散，一方面防止±壤堵塞多孔陶瓷板的小孔； 步驟5)經(jīng)過砂堿層、多孔陶瓷板W及半透膜的層層均勻化，使得C〇2氣流均勻擴(kuò)散于 覆于半透膜之上的±體中，改變了傳統(tǒng)的點源氣體通入的不均勻特點。
[001引在步驟1中，設(shè)置環(huán)形套管，并通過支架將環(huán)形套管固定在底板的中屯、，環(huán)形套管 設(shè)于粗砂堿層中，通過連接管與輸氣系統(tǒng)連接。打開輸氣系統(tǒng)W及氣動轉(zhuǎn)換接頭，向上壤內(nèi) 通入C02氣體，氣體通過環(huán)形套管的氣孔排出，提前對氣體進(jìn)行均勻化處理，然后再經(jīng)過砂 堿層、多孔陶瓷板W及半透膜的層層均勻化，使C02氣流擴(kuò)散的更均勻，進(jìn)一步提高了C02氣 體的均勻化效果。
[0019] 本發(fā)明的有益效果是；1)可W有效地獲得一個穩(wěn)定、均勻分布，又受控制的C〇2流 量，彌補先前研究的田間模擬實驗中〇)2在±壤中擴(kuò)散均呈現(xiàn)同屯、圓狀況，而該個同屯、圓又 受C〇2泄漏的不穩(wěn)定導(dǎo)致同屯、圓帶狀區(qū)域的擴(kuò)大或縮小反復(fù)影響±壤性狀而造成實驗結(jié)果 誤差；2)避免了先前研究中同屯、圓帶狀面積過小導(dǎo)致采樣量太小，可重復(fù)性差，代表性不明 確甚至后來無植物樣品可采的情況發(fā)生；3)可通過建立一個模擬實驗中C〇2釋放濃度與± 壤中C〇2濃度的經(jīng)驗方程，從而減少每一次采樣都需要反復(fù)測定±壤中CO2濃度的麻煩，大 大節(jié)省了實驗費用和時間，減少了實驗誤差。
【附圖說明】
[0020] 圖1是一種模擬〇)2在±壤中均勻擴(kuò)散的試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖2是帶環(huán)形套管的模擬0)2在±壤中均勻擴(kuò)散的試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[002引圖3是圖2的俯視圖。
[002引圖4是對照組CO冷量等值線分布圖。
[0024]圖5是實驗組CO冷量等值線分布圖。
【具體實施方式】
[0025] 在附圖中，一種模擬0)2在±壤中均勻擴(kuò)散的試驗裝置，包括箱體1、進(jìn)氣裝置6和 輸氣系統(tǒng)9,進(jìn)氣裝置6與輸氣系統(tǒng)9連接；還包括由下至上設(shè)于箱體內(nèi)的粗砂堿層5、細(xì)砂 堿層4、多孔陶瓷板3和半透膜2,試驗±壤12放置在半透膜2上；所述多孔陶瓷板5與箱 體1固連，半透膜2貼合固定在多孔陶瓷板3頂面；所述進(jìn)氣裝置6的出氣口設(shè)在粗砂堿層 5中，且位于箱體1的中屯、。
[0026] 所述進(jìn)氣裝置6由連接管7與輸氣系統(tǒng)9連接，連接管7上設(shè)置氣動轉(zhuǎn)換接頭8。
[0027] 所述箱體1的底面為圓形或正多邊形，由有機透明玻璃組成，頂部為開口設(shè)計。 [002引所述粗砂堿層5和細(xì)砂堿層4厚度相等；粗砂堿的細(xì)度模數(shù)為3. 7~3. 1，平均粒徑 為0. 5mmW上，細(xì)砂堿的細(xì)度模數(shù)為2. 2~1. 6,平均粒徑為0. 35~0. 25mm。
[0029] 所述多孔陶瓷板3的孔徑為1mm，用玻璃膠與箱體1固定。多孔陶瓷板3抗壓能力 強，其中縱向抗壓強度〉35Mpa,橫向抗壓強度〉12Mpa。
[0030] 所述半透膜2用玻璃膠固定于多孔陶瓷板5上。它是一種只允許離子和小分子比 如水、氧氣、二氧化碳等自由通過，而生物大分子不能自由通過的膜結(jié)構(gòu)。
[0031] 所述進(jìn)氣裝置6設(shè)有環(huán)形套管10,環(huán)形套管10設(shè)于粗砂堿層5中，其頂面周向均 布?xì)饪?1，環(huán)形套管10由連接管7與外部輸氣系統(tǒng)9連接。
[0032] 所述環(huán)形套管10的內(nèi)側(cè)面或外側(cè)面均布?xì)饪?1。
[0033] 所述環(huán)形套管10通過支架與箱體連接。
[0034] 所述環(huán)形套管10的半徑不小于箱體1底面內(nèi)徑的四分之一且不大于箱體1底面 內(nèi)徑的=分之一。
[003引所述環(huán)形套管10為不誘鋼管，其中管道外徑為25mm，內(nèi)徑為20mm，所述氣孔11 的直徑0. 5mm。
[0036] 一種模擬0)2在±壤中均勻擴(kuò)散的試驗方法，其特征在于包括如下步驟： 步驟1)安裝設(shè)備，截取一段圓形或多邊形有機玻璃管作為箱體1主體，另截取一塊與 有機玻璃外徑大小相同的圓形板作為箱體1底板，并在底板上鉆孔，進(jìn)氣裝置6的管體穿過 鉆孔與底板固定；將多孔陶瓷板3用玻璃膠與箱體1內(nèi)壁固定，并用玻璃膠將半透膜2貼覆 在多孔陶瓷板3的頂面；將箱體1主體倒立，依次裝入細(xì)砂堿和粗砂堿，使進(jìn)氣裝置6的出 氣口埋設(shè)于粗砂堿層5中，將底板與箱體1主體粘結(jié)固定；將箱體1正立，用連接管7將進(jìn) 氣裝置6與輸氣系統(tǒng)9連接起來；最后向箱體1中裝入試驗±壤12 ; 步驟2)打開輸氣系統(tǒng)9W及氣動轉(zhuǎn)換接頭8,向±壤12內(nèi)通入C〇2氣體，氣體通過進(jìn) 氣裝置6的出氣口排出； 步驟3)C〇2先經(jīng)過粗砂堿層5,再經(jīng)過細(xì)砂堿層4,擴(kuò)散至多孔陶瓷板3,由于砂堿層通 水透氣性好，有利于將氣流分散至不同的方向，近似地將氣體由點源擴(kuò)散變?yōu)槊嬖磾U(kuò)散，使 C〇2氣體較均勻地向上溢出，而后，多孔陶瓷板3進(jìn)一步地將CO2氣體均化； 步驟4)氣流繼續(xù)經(jīng)過半透膜2,逸散于上方±壤12中，半透膜2的設(shè)置一方面有利于 下方C〇2氣流向上擴(kuò)散，一方面防止±壤堵塞多孔陶瓷板3的小孔； 步驟5)經(jīng)過砂堿層、多孔陶瓷板3W及半透膜2的層層均勻化，使得C〇2氣流均勻擴(kuò) 散于覆于半透膜2之上的±體中，改變了傳統(tǒng)的點源氣體通入的不均勻特點。
[0037]在步驟1中，設(shè)置環(huán)形套管10,并通過支架將環(huán)形套管10固定在底板的中屯、，環(huán)形 套管10設(shè)于粗砂堿層5中，通過連接管7與輸氣系統(tǒng)9連接。打開輸氣系統(tǒng)9W及氣動轉(zhuǎn) 換接頭8,向±壤12內(nèi)通入C〇2氣體，氣體通過環(huán)形套管10的氣孔11排出，提前對氣體進(jìn) 行均勻化處理，然后再經(jīng)過砂堿層、多孔陶瓷板3W及半透膜2的層層均勻化，使C〇2氣流 擴(kuò)散的更均勻，進(jìn)一步提高了C〇2氣體的均勻化效果。
[003引下面結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明所述的一種