一种用于采集水面温室气体的静态采集箱及采集方法

技术领域

本发明属于生态环境保护领域，涉及一种用于采集水面温室气体的静态采集箱及采集方法。

背景技术

全球气候变暖是当前全球关注的研究热点问题之一，河流、海洋以及水处理过程已成为大气中温室气体的一个重要来源。

目前，温室气体研究过程中主要采用静态箱法测定排放速率，基本原理为：用已知容积和底面积的密封无底箱体将要待测定水面罩起来，形成密闭环境，每隔一段时间抽取采集箱体内气体，采集后的气体经过存储运输，回到实验室分析得出相关的数据，计算被罩表面水-气间气体的交换速率。漂浮通量箱由静态采样箱和漂浮架组成。为防止太阳照射使箱体内温度过高，每个通量箱外部常用银白色锡箔纸或其他反光或绝热材料包裹。采样箱上部密封，并连有温度传感器和气体采样管线。固定在采样箱上的漂浮架材料有泡沫聚苯乙烯、充气汽车轮胎等。

影响静态箱法测量精度的因素其主要表现为以下方面：1.目前的浮箱多是直接将箱体浮于水体表面，但是由于水面的波动，箱内顶部气体体积不断变化。2.在温室气体观测过程中需要采集体积较多的气体，但是容积固定的静态箱内部气压会随着气体在箱内聚集，导致箱内压力增加，从而降低水体中气体的释放速率。一般会通过增加采样箱子的体积以减少气体收集过程中气压的变化，但是这增加了箱体制作的成本。3.由于静态箱体积过大，当水面温室气体排放通量较低时，箱内气压变化甚微，难以被收集，并且由于箱内的温室气体浓度被稀释了，过渡稀释的气体会增加气体检测过程中的误差。4.目前浮箱多为浮筒形，深径比较大，浮箱内以及抽取气体的导管内气体难以完全混合均匀。

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种温室气体各种通量的采集装置、方法及其排放通量计算方法，成本较低，测量方式简单，同时能够减小温室气体排放通量的计算误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于采集水面温室气体的静态采集箱及采集方法。

为达到以上目的，本发明的解决方案是：

一种用于采集水面温室气体的静态采集箱，其包括：

箱体，为长方体箱体，箱体底部为未封闭的敞口结构；

温度探头1，设置于箱体内壁面上，并通过导线与箱体外部的温度测定仪相连；

温度探头2，悬挂于箱体内部壁面，测量时插入水中，通过导线与箱体外部的温度测定仪相连；

液位刻度，设置于箱体外壁面上，用以监测水面水位的变化；

气体平衡袋3，设置于箱体内，其出口伸出箱体；

气体采样嘴4，设置于箱体上，采样时与箱体外部的气体采样袋8相连；

环状泡沫板5，设置于箱体外部，用以静态箱的漂浮；

箱体顶部设有微型风扇6。

所述气体平衡袋3选用薄膜塑料制作，其体积大于测定时间内测定面积释放气体体积。

所述箱体采用有机玻璃材质制作。

所述气体采样袋8为铝箔集气袋、聚脂臭气袋、医用引流袋。

利用上述装置对水体-大气界面间气体通量采样分析方法，包括以下步骤：

1)将便携式静态箱置于水面，根据水体理化性质分布选定观测点，给箱内的气体平衡袋(3)补充体积为V

2)待箱体稳定后，将气体采集带通过气体采样嘴(4)与静态箱连接，开始进行采样，气样通过气体采样嘴(4)输送给气体采样袋(8)，同时记录实时的液位和温度；

3)至取样结束，记录此时气体平衡袋(3)体积V

4)采样完成后，将样品转移至气相色谱仪进行分析，对照标线，算出样品的浓度。将上述气体浓度、时间、水深(计算容积)、气体平衡袋内体积变化带入公式(I)计算水体-大气之间气体通量，

F＝kρ[V

公式(I)中：F为气体在水体-大气之间的通量(mg/m

ρ为温室气体密度(单位：gL

V

V

A为箱体与水面的接触面积，单位：m

dC/dt为静态箱气室内温室气体的初始浓度变化率，单位：μLL

Ta为静态箱内的温度，单位：℃；

T

k为量纲换算系数。

由于采用了以上技术方案，本发明具有以下有益效果：

1.箱体顶部设置微型风扇，从而可以保证箱体内部气体混合均匀，提高采样的可靠性。

2.在箱体内部设置轻质气体平衡袋，从而保证采样过程中箱体内部与大气等压。

3.采用温度测定仪可以记录水体和气体的温度，对于研究温度差异对于温室气体释放的影响具有重要价值从而为结果计算提供便利。

4.采用有机玻璃材质静态箱，保证箱体内部温度与外界一致

5.通过将气体采集袋设置为铝箔集气袋、聚脂臭气袋、医用引流袋，能够避免静态箱采集气体过程中气压的变化，进而改变水面温室气体实际排放温室气体的速率的情况，以及能够避免温室气体计算过程中气压变化导致的系统误差；本发明中医用引流袋作为气体采集袋，在收集低通量气体排放时，具有收集气体较容易的特点，有效解决了由于静态箱内气体被过度稀释导致的计算误差。

附图说明

图1是本发明中一种用于采集水面温室气体的静态采集箱的结构示意图。

图中附图标记如下：1-温度探头一；2-温度探头二；3-气体平衡袋；4-气体采样嘴；5-环状泡沫板；6-微型风扇；7-箱体；8-气体采样袋。

图2是本发明实施例1的试验结果图a。

图3是本发明实施例1的试验结果图b。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步说明。

实施例1

测定水体温室气体排放通量的便携式静态箱，7整个箱体全部采用具有透光能力的有机玻璃制成，形状为半封闭长方体，尺寸为3500*2500*1500mm。内置温度探头一1，温度探头二2与可调节高度的12V直流电源风扇6，运转时可适应不同的水深，风扇转轴垂直于筒身切面，以保证空气能在筒内顺时针循环。风扇的供电可以采用蓄电池，将蓄电池置于封闭的电池仓体内，置于顶箱的上方，可以防止其进水。气体采样嘴4采用由PU管和乳胶管组成的套管，使用铝箔集气袋、聚脂臭气袋或医用引流袋做成的气体采样袋8采气并直接保存。风扇导线由快速接头的底座穿出，出口用胶水密封。整个静态箱避免使用螺丝、螺栓等器件以减少可能造成漏气隐患的接口。静态箱底部外围环状泡沫板5采用高强度聚乙烯泡沫。高强度聚乙烯泡沫通过扎带绑扎的方式固定在静态箱上。

利用本发明装置对水体-大气界面间气体通量采样分析包括以下步骤：

1)将便携式静态箱置于水面，根据水体理化性质分布选定观测点，给箱内的气体平衡袋3补充体积为V1的空气，保持软管通畅状态；

2)待箱体稳定后，将气体采集带通过气体采样嘴4与静态箱连接，开始进行采样，气样通过气体采样嘴输送给气体采样袋8，同时记录实时的液位和温度。

3)至取样结束，记录此时气体平衡袋3体积V

4)采样完成后，将样品转移至气相色谱仪进行分析，对照标线，算出样品的浓度。将上述气体浓度、时间、水深(计算容积)、气体平衡袋3内体积变化等带入公式(1)-(3)计算水体-大气之间气体通量。

F＝kρ[V

式中：F为气体在水体-大气之间的通量(mg/m

以采集水厂调节池水体甲烷(CH

2022年8月，对天津市西河原水枢纽泵站内调节池的水体产CH

2022年9月，对天津市西河原水枢纽泵站内调节池的水体产CH