水体中过饱和溶解气体释放因素探究

摘要

由高坝泄流而引起的的总溶解气体过饱和问题及其对鱼类等水生生物的影响在我国日益突出，且逐渐成为人们关注的水域环境生态风险之一。虽然人们在气体过饱和的发生机理及气体过饱和的预测方面取得了一些成就，但目前尚未找到一种可以快速降低水体中溶解气体过饱和及减少对鱼类等水生生物危害的方法。本文基于气液间的传质理论及双膜理论，从溶解气体饱和度、水深和水体紊动三个方面探究溶解气体释放的影响因素，以期为今后寻找快速降低过饱和溶解气体的方法提供一定的理论基础。
　　水体中总溶解气体主要包括氮气、氧气、二氧化碳等，这三种气体均属于微溶或者难溶于水的物质。且这三种气体在水体中溶解和扩散的机理基本是一致的。本文选择了较易检测的溶解氧作为研究对象，进行水体中溶解气体释放因素的研究。首先研究了初始溶氧饱和度对水体溶氧释放的影响，在初始水温在18.30±0.20℃和室温条件下，对溶氧饱和度设置了170.60％、150.35%、131.65%、111.45%四个梯度，每隔2h用水质溶氧仪测定水体溶氧饱和度值，静置释放48h。然后针对水深对过饱和度溶氧释放的影响，分别在溶氧饱和度为168.00%、153.00%、130.50%、110.00%的水体中设置了24cm、48cm、72cm三个深度梯度，除了探究深度对溶氧释放的影响外，同时想探究溶氧饱和度和水深之间是否对溶氧释放具有相互作用。最后基于水体紊动对气液界面传质速率的促进作用，本文以潜水泵排水的方式对溶氧过饱和水体产生紊动，并从不同水泵个数、不同功率的水泵、水泵的方式及水泵排水的方向等四个方面开展一系列实验，来寻求过饱和溶氧释放与水体紊动强度、紊动源分布及紊动方向等条件之间的关系。本文主要的研究结果如下：
　　水体中的溶氧饱和度会对溶解氧的释放产生一定的影响。在170.60%、150.35%、131.65%、111.45%等四个梯度实验中，溶氧饱和度为170.60%的水体在48h内溶氧饱和度降低的幅度和降低速率均为最大，分别为34.20%和0.71%/h；溶氧饱和度111.45%的水体在48h内溶氧饱和度降低的幅度和降低速率均为最小，分别为8.55%和0.18%/h，存在显著性差异。将四组数据的ln（Do%(t)-Do%eq）与时间t线性拟合，不同饱和度下的溶氧释放系数分别为0.013、0.015、0.017、0.025，且拟合系数R2均在0.92以上。表明溶氧释放系数与溶氧初始饱和度之间无显著差异。
　　水深对水体中的溶氧饱和度有一定影响。溶氧饱和度为168.00%的水体，水深为24cm、48cm和72cm时，在48h内溶氧饱和度的降幅分别为54.78%、43.59%和35.52%；且溶氧饱和度下降率分别为1.14%/h、0.91%/h和0.74%/h；不同深度间存在较大的差异。表明在一定范围内，溶氧饱和度下降速率及释放系数与水深成反比关系。其他三个溶氧饱和度梯度下的水体在不同水深下也表现出相同的趋势。各溶氧饱和度下，释放系数在水深24cm与水深72cm的比值分别为2.23、2.16、2.55和2.22；释放系数在水深48cm与水深72cm的比值分别为1.39、1.29、1.36和1.45，可见在不同的溶解氧饱和度下，同一深度下的溶氧释放系数差异较大，不同深度之间的溶氧释放系数比值基本上是一致的，不存在显著差异，说明溶氧饱和度和水深之间对溶氧的释放不存在相互作用。
　　水泵排水产生的紊动对溶氧饱和度释放的影响很大。一定范围内，泵的个数越多、功率越大，水体的紊动强度越大，释放效果越好，但紊动强度对过饱和溶氧的释放的影响可能存在一定的极限值；紊动源分布对溶氧释放无较大影响；紊动方向沿着气液传质方向溶氧效果最好。通过水体紊动对过饱和溶氧释放的探讨，可以在表观上了解紊动方式、强度对气液传质的影响。这对进一步缓解及解决过饱和溶氧及过饱和气体对水生生物的影响问题具有指导意义。

目录

声明

第一章 引 言

1 溶解气体过饱和的发生

2 溶解气体过饱和对水生生物的危害

3 影响溶解气体过饱和的主要因素

4 过饱和溶解气体的释放

5 本研究的目的意义及研究内容

第二章 溶氧饱和溶度对过饱和溶氧的释放的影响

1实验装置和方法

2 结果与分析

3 讨论

4 小结

第三章 水深对过饱和溶氧释放的影响

1 材料和方法

2 实验结果

3 讨论

4 小结

第四章 紊动对过饱和气体释放的影响

1 材料和方法

2 结果与分析

3 讨论

4 小结

第五章 结 论

参考文献

致谢

附录