[發明專利]一種加氧滴灌用微納米氣泡發生器的性能測試與評價方法

在審

• 申請號: 201710946914.0
• 申請日: 2017-10-12
• 公開（公告）號: CN107727423A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 李云開;潘家翀;周云鵬
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本發明屬于農業滴灌技術領域，具體涉及一種性能測試與評價方法，特別是一種加氧滴灌用微納米氣泡發生器的性能測試與評價方法。

背景技術

根系缺氧會影響農作物根系正常生長及植株有氧呼吸和生長發育，從而影響產量，因此改善農作物根區氣體環境是提高農作物產量、提升品質的有效途徑。微納米氣泡由于粒徑小，在水中上升的速度慢，可不斷補充灌溉水中的溶解氧，使得灌溉水中長期保持著較高的氧含量，實現根際通氣，改變根區氣體環境?？梢妼⑽⒓{米氣泡發生器應用于加氧灌溉具有現實意義及廣闊的發展前景。但目前與微納米氣泡發生器相關的專利文獻均集中在農業灌溉、土壤或基質消毒，工業凈水及生活等應用上，對其性能測試及評價方法未見報道，僅在論文文獻中出現為數不多的關于微納米氣泡發生裝置研發及相關性能評價的研究。其中，劉季霖在《微納米氣泡發生裝置研究》一文中提出了一種潛水式節流孔釋氣微納米氣泡發生方法，并對其進行相關性能測試——微細氣泡懸浮時間測量、有效氣液混合比測量、微細氣泡尺寸分布測量及功耗與效率等。張淦在其學位論文《微納米氣泡發生裝置性能評價指標研究與設備開發》中借鑒傳統的曝氣設備性能評價指標評價體系，提出了一套新的針對微納米氣泡發生器的曝氣性能評價體系，包括氧總轉移系數、總充氧能力、動力效率等指標，同時開發出一套多點自動測量記錄水體溶解氧變化曲線的裝置。以上所述指標均可用于微納米氣泡發生器性能測試與評價，但并未涉及加氧滴灌領域，也未對能夠直接反映作物根區加氧效果的指標進行探究。由于農作物根系對氧氣的吸收途徑主要為氧氣分子的跨膜運輸，且根系在吸收土壤水分的同時也可以吸收溶解在水中二氧化碳和氧氣，因此加氧滴灌領域更側重的應當是微納米氣泡發生器最直觀有效的增氧效果及節能減排效果，即更關注與作物根系所利用氧氣的存在形式相關的測試與評價方法。

基于此，本發明綜合考慮細胞生物學和植物學中作物根系吸收氧氣的方式，在上述性能測試指標及評價方法的基礎上，選擇與作物根系吸收氧氣的方式最為契合的的評價指標，提出一套更適用于加氧滴灌領域的微納米氣泡發生器性能測試與評價方法，并提出與該方法相配套的量測指標。

發明內容

本發明提出一套更適用于加氧滴灌領域的微納米氣泡發生器性能測試與評價方法。可以有效解決以下幾方面的問題：

(1)提出用于評價加氧滴灌領域微納米氣泡發生器的三個關鍵性能，綜合考慮微納米氣泡發生器本身運行過程中的性能和加氧滴灌的實踐需求，最終明確提出以曝氣性能、充氧能力和能量轉換效率這三個關鍵性能來評價加氧滴灌用微納米氣泡發生器的適用性。

(2)提出與(1)中所確定的三個性能相配套的量測與評價指標。其中曝氣性能采用加氧滴灌用微納米氣泡發生器所產生微納米氣泡的粒徑大小、分布和濃度來量測和評價；充氧能力采用飽和溶解氧水平和氧總轉移系數來量測和評價；能量轉換效率采用動力效率來量測和評價。綜合考慮作物對氧氣的需求和吸收利用，以上指標對微納米氣泡發生器用于加氧滴灌具有一定指導意義。

(3)提出與(2)中所確定的四個量測和評價指標相配套的量測設備和方法。其中微納米氣泡的粒徑大小和濃度可采用微納米氣泡懸浮時間進行初步測量或采用納米顆粒跟蹤分析儀進行精細測量；微納米氣泡粒徑的分布范圍采用納米顆粒跟蹤分析儀進行測量；飽和溶解氧水平采用溶氧儀進行測量，即對增氧過程進行持續監測，當溶解氧基本穩定不再變化時，可得飽和溶解氧水平；氧總轉移系數通過微納米氣泡水中溶解氧隨時間的變化規律(C-t圖)，采用線性回歸分析求得；動力效率可采用單位有用功所傳遞到水中的氧量計算得出。

(4)提出測試及評價加氧滴灌用微納米氣泡發生器的技術流程。

本發明的具體技術方案如下。

1.一種加氧滴灌用微納米氣泡發生器的性能測試與評價方法，包括以下步驟：

1)將微納米氣泡發生器與儲水器相連，并儲存足量水；

2)向水中加入亞硫酸鈉和氯化鈷，至水中溶氧量降為0mg/L；

3)啟動微納米氣泡發生器并調節出口壓力和進氣量；

4)持續記錄水體中的水溫及溶解氧變化情況，得到水體的飽和溶氧濃度Cs，mg/L；

5)采用線性回歸分析得到氧總轉移系數K_La并將其換算成標準狀況下的氧總轉移系數K_La(20)；

6)關閉微納米氣泡發生器，記錄微納米氣泡水由乳白狀變澄清的時間；根據Stokes定律，得出微納米氣泡水中微納米氣泡的粒徑大小和濃度；采用納米顆粒跟蹤分析儀測試微納米氣泡粒徑大小、分布和濃度；