利用活性炭促進過飽和總?cè)芙鈿怏w釋放的方法及實驗裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種過飽和總?cè)芙鈿怏w技術(shù)，特別涉及一種利用活性炭促進水體中過 飽和總?cè)芙鈿怏w釋放的新方法及其實驗裝置，屬于水利工程溶解氣體過飽和技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國許多大型水利工程，需要根據(jù)其水量調(diào)度需求，通過溢洪道、泄洪洞等泄水建 筑物向下游河道泄水。高壩泄水時水流卷吸大量空氣進入水體，造成下游河道總?cè)芙鈿怏w (TotalDissolvedGas，簡稱TDG)過飽和。大量研究資料表明，泄水產(chǎn)生的過飽和TDG在 向下游河道輸移過程中，釋放速度緩慢，這可能直接導(dǎo)致河道內(nèi)魚類患"氣泡病"，甚至死 亡。同時，由于這些泄水是下游河道許多臨河而建的魚塘或魚類增殖站的水源，由此也會因 溶解氣體過飽和對養(yǎng)殖魚類產(chǎn)生不利影響。此外，天然水體水溫突然升高也會出現(xiàn)溶解氣 體過飽和造成對魚類的影響問題。
[0003] 大壩下游過飽和TDG的釋放，主要與水深、紊動強度、水溫、含沙量以及河流形態(tài) 等諸多因素有關(guān)，屬于復(fù)雜的水氣兩相流問題。它涉及到水工水力學(xué)、環(huán)境水力學(xué)、氣液界 面?zhèn)髻|(zhì)等許多領(lǐng)域，其研究難度極大。因此，目前關(guān)于促進過飽和TDG釋放方面的研究仍較 為匱乏。
[0004] 現(xiàn)階段，解決泄水產(chǎn)生的過飽和TDG問題通常采用的手段是改善泄水建筑物設(shè)計 及優(yōu)化泄水運行方式，但其存在諸多的限制性因素：（1)我國多是已建高壩，受到技術(shù)和經(jīng) 濟雙方面限制，不宜采用導(dǎo)流裝置；（2)動態(tài)調(diào)度研究主要基于減少棄水，減緩下游氣體過 飽和現(xiàn)象的目標(biāo)進行調(diào)度，未綜合考慮防洪、航運、發(fā)電、生態(tài)及庫區(qū)泥沙淤積的影響；（3) 現(xiàn)有研究多集中在降低過飽和TDG的生成方面，而關(guān)于如何加快促進過飽和TDG在下游河 道釋放的措施研究尚未見報道。
[0005] 從釋放的角度，開展減緩過飽和TDG影響的研究，更具有實際意義。因此，本課題 組提出一種利用活性炭來促進水體中過飽和總?cè)芙鈿怏w釋放的新方法及其實驗裝置，在試 驗室內(nèi)通過控溫、控制攪拌器轉(zhuǎn)速和活性炭含量的實驗進行過飽和TDG釋放的研究，通過 實驗證明利用活性炭能夠明顯促進水體中過飽和IDG的釋放，這也正是本發(fā)明的任務(wù)所 在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的正是針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷和不足，提出一種利用活性炭促進 水體中過飽和TDG釋放的新方法；以及提供一種實現(xiàn)該方法的實驗裝置。該方法通過靜置 試驗和攪拌誘發(fā)紊動試驗來實現(xiàn)，通過此方法和實現(xiàn)此方法的實驗裝置，對于減緩水利工 程泄水及水產(chǎn)養(yǎng)殖中產(chǎn)生的總?cè)芙鈿怏w過飽和對魚類的不利影響等方面的研究工作具有 重要的理論價值和工程意義；以及對過飽和TDG影響的減緩措施的研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理 論依據(jù)。
[0007] 為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明是采用由以下技術(shù)措施構(gòu)成的技術(shù)方案來實現(xiàn)的。
[0008] 本發(fā)明提出的一種利用活性炭促進過飽和TDG釋放的方法，采用在恒溫恒濕試驗 室內(nèi)，通過靜置試驗來實現(xiàn)，包括以下步驟：
[0009](1)首先對試驗活性炭采用不同的三種方式進行預(yù)處理；
[0010] ⑵啟動恒溫恒濕試驗室，將其環(huán)境溫度調(diào)至20°C，在第一水浴容器內(nèi)注入飽和 度為103~105%的正常飽和水體，其液面高度應(yīng)超過第一試驗容器和第二試驗容器中液 面高度5~10cm;再將第一試驗容器和第二試驗容器置于第一水浴容器中；
[0011] (3)待第一水浴容器中溫度與恒溫恒濕試驗室環(huán)境溫度一致，將用不同三種方式 預(yù)處理后的活性炭分別加入第二試驗容器內(nèi)，再將準(zhǔn)備好的過飽和水體注入第一試驗容器 和第二試驗容器內(nèi)，分別進行不同工況的實驗；
[0012] (4)采用溫度記錄儀監(jiān)測第一試驗容器、第二試驗容器和第一水浴容器中水溫隨 時間的變化情況，采用TGP測定儀自動記錄第一試驗容器和第二試驗容器中過飽和水體的 飽和度隨時間的變化過程。
[0013] 上述技術(shù)方案中，所述對活性炭采用不同三種方式進行預(yù)處理包括：未經(jīng)任何處 理的干燥活性炭；在正常飽和水體中浸泡6~7小時的活性炭；先用正常飽和水浸泡6小 時，然后在過飽和水體中浸泡1~2小時的活性炭。
[0014] 上述技術(shù)方案中，所述第一試驗容器和第二試驗容器內(nèi)過飽和水體水深均為 35cm〇
[0015] 上述技術(shù)方案中，所述加入第二試驗容器內(nèi)的活性炭含量控制在34. 3g/L。
[0016] 上述技術(shù)方案中，所述第一水浴容器中正常飽和水體水溫控制在19. 8~20. 2°C 之間；第一試驗容器和第二試驗容器中過飽和水體水溫控制在19. 7~20. 3°C之間。
[0017] 本發(fā)明提出的一種利用活性炭促進過飽和TDG釋放的方法，采用在恒溫恒濕試驗 室內(nèi)，通過攪拌誘發(fā)紊動試驗來實現(xiàn)，包括以下步驟：
[0018] (1)在第三試驗容器沿水深方向0. 25m處布置溫度記錄儀的探頭、將攪拌器葉片 布置在距離第三試驗容器底部〇. 〇5m處，并使葉片正對TGP測定儀的探頭中心；
[0019] (2)啟動恒溫恒濕試驗室，將其環(huán)境溫度調(diào)至20°C，然后在第二水浴容器內(nèi)注入 飽和度為103~105 %的正常飽和水體，其液面高度應(yīng)超過第三試驗容器中液面高度5~ 10cm；
[0020] (3)將第三試驗容器置于第二水浴容器中，待第二水浴容器內(nèi)溫度與試驗室環(huán)境 溫度一致，將準(zhǔn)備好的過飽和水體注入第三試驗容器內(nèi)，控制其水深為20cm;
[0021] (4)將未經(jīng)任何處理的干燥活性炭放入第三試驗容器的過飽和TDG水體中，然后 開啟攪拌器，調(diào)節(jié)攪拌器轉(zhuǎn)速和控制活性炭的含量進行不同工況的試驗；
[0022] (5)采用溫度記錄儀監(jiān)測第二水浴容器和第三試驗容器內(nèi)的水溫變化情況，采用 TGP測定儀自動記錄第三試驗容器中過飽和TDG水體隨時間的變化過程。
[0023] 上述技術(shù)方案中，所述未經(jīng)任何處理的干燥活性炭含量控制在Og/L~72g/L。
[0024] 本發(fā)明一種實現(xiàn)利用活性炭加快促進過飽和TDG釋放方法的實驗裝置，包括靜置 實驗的第一試驗容器和裝有活性炭的第二試驗容器，溫度記錄儀及第一水浴容器；所述第 一試驗容器和第二試驗容器均置于第一水浴容器中，第一水浴容器安裝于恒溫恒濕試驗室 內(nèi)，所述溫度記錄儀的探頭置于所需要監(jiān)測水溫的第一試驗容器、第二試驗容器和第一水 浴容器中；所述第一水浴容器內(nèi)的液面高度應(yīng)超過第一試驗容器和第二試驗容器的液面高 度。
[0025] 本發(fā)明是一種實現(xiàn)利用活性炭加快促進過飽和TDG釋放方法的實驗裝置，包括攪 拌誘發(fā)紊動試驗的第三試驗容器，第二水浴容器，攪拌器，溫度記錄儀和TGP測定儀；所述 第三試驗容器置于第二水浴容器中，第二水浴容器安裝于恒溫恒濕試驗室內(nèi)，攪拌器葉片 布置于距離第三試驗容器底部〇. 〇5m處，并正對TGP測定儀的探頭中心；溫度記錄儀的探頭 布置于第三試驗容器和第二水浴容器中用于監(jiān)測和記錄其水溫變化，TGP測定儀的探頭同 樣布置于第三試驗容器中用于自動記錄該試驗容器中過飽和TDG水體隨時間的變化；所述 第二水浴容器內(nèi)的液面高度應(yīng)超過第三試驗容器內(nèi)液面高度。
[0026] 上述技術(shù)方案中，所述攪拌器轉(zhuǎn)速控制在600~900RPM。
[0027] 本發(fā)明的技術(shù)特征在于在試驗容器內(nèi)沒有加入活性炭，和在試驗容器內(nèi)加入了活 性炭進行過飽和水體的靜置實驗，將二者進行對比實驗；即分別對4個工況進行實驗，工況 1中，在第一試驗容器內(nèi)過飽和水體中沒有加入活性炭，工況2、工況3和工況4中，分別在 第二試驗容器內(nèi)過飽和水體中先后分別加入了經(jīng)過不同的三種方式進行預(yù)處理后的活性 炭，得到不同的實驗結(jié)果：加有活性炭材料試驗工況中的TDG過飽和水體的釋放過程相較 于未加活性炭材料試驗工況釋放過程明顯加快。本發(fā)明的技術(shù)特征還在于通過攪拌誘發(fā)紊 動試驗，即采用攪拌器在不同的轉(zhuǎn)速下，分別對第三試驗容器內(nèi)加入了不同含量但未作任 何處理的干燥活性炭的過飽和水體進行攪拌，共進行了 20個工況，得到過飽和水體的飽和 度隨時間的變化。通過以上的靜置試驗和攪拌誘發(fā)紊動試驗的實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)利用活性炭加 入到過飽和水體中，可以加快促進過飽和TDG釋放。
[0028] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點及積極效果：
[0029] 1、本發(fā)明首次提出利用活性炭加快促進水體中過飽和TDG釋放的方法，為過飽和 TDG影響的減緩措施的研究提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。
[0030] 2、本發(fā)明的方法中使