[发明专利]一种加氧滴灌用微纳米气泡发生器的性能测试与评价方法

说明书

技术领域

本发明属于农业滴灌技术领域，具体涉及一种性能测试与评价方法，特别是一种加氧滴灌用微纳米气泡发生器的性能测试与评价方法。

背景技术

根系缺氧会影响农作物根系正常生长及植株有氧呼吸和生长发育，从而影响产量，因此改善农作物根区气体环境是提高农作物产量、提升品质的有效途径。微纳米气泡由于粒径小，在水中上升的速度慢，可不断补充灌溉水中的溶解氧，使得灌溉水中长期保持着较高的氧含量，实现根际通气，改变根区气体环境。可见将微纳米气泡发生器应用于加氧灌溉具有现实意义及广阔的发展前景。但目前与微纳米气泡发生器相关的专利文献均集中在农业灌溉、土壤或基质消毒，工业净水及生活等应用上，对其性能测试及评价方法未见报道，仅在论文文献中出现为数不多的关于微纳米气泡发生装置研发及相关性能评价的研究。其中，刘季霖在《微纳米气泡发生装置研究》一文中提出了一种潜水式节流孔释气微纳米气泡发生方法，并对其进行相关性能测试——微细气泡悬浮时间测量、有效气液混合比测量、微细气泡尺寸分布测量及功耗与效率等。张淦在其学位论文《微纳米气泡发生装置性能评价指标研究与设备开发》中借鉴传统的曝气设备性能评价指标评价体系，提出了一套新的针对微纳米气泡发生器的曝气性能评价体系，包括氧总转移系数、总充氧能力、动力效率等指标，同时开发出一套多点自动测量记录水体溶解氧变化曲线的装置。以上所述指标均可用于微纳米气泡发生器性能测试与评价，但并未涉及加氧滴灌领域，也未对能够直接反映作物根区加氧效果的指标进行探究。由于农作物根系对氧气的吸收途径主要为氧气分子的跨膜运输，且根系在吸收土壤水分的同时也可以吸收溶解在水中二氧化碳和氧气，因此加氧滴灌领域更侧重的应当是微纳米气泡发生器最直观有效的增氧效果及节能减排效果，即更关注与作物根系所利用氧气的存在形式相关的测试与评价方法。

基于此，本发明综合考虑细胞生物学和植物学中作物根系吸收氧气的方式，在上述性能测试指标及评价方法的基础上，选择与作物根系吸收氧气的方式最为契合的的评价指标，提出一套更适用于加氧滴灌领域的微纳米气泡发生器性能测试与评价方法，并提出与该方法相配套的量测指标。

发明内容

本发明提出一套更适用于加氧滴灌领域的微纳米气泡发生器性能测试与评价方法。可以有效解决以下几方面的问题：

(1)提出用于评价加氧滴灌领域微纳米气泡发生器的三个关键性能，综合考虑微纳米气泡发生器本身运行过程中的性能和加氧滴灌的实践需求，最终明确提出以曝气性能、充氧能力和能量转换效率这三个关键性能来评价加氧滴灌用微纳米气泡发生器的适用性。

(2)提出与(1)中所确定的三个性能相配套的量测与评价指标。其中曝气性能采用加氧滴灌用微纳米气泡发生器所产生微纳米气泡的粒径大小、分布和浓度来量测和评价；充氧能力采用饱和溶解氧水平和氧总转移系数来量测和评价；能量转换效率采用动力效率来量测和评价。综合考虑作物对氧气的需求和吸收利用，以上指标对微纳米气泡发生器用于加氧滴灌具有一定指导意义。

(3)提出与(2)中所确定的四个量测和评价指标相配套的量测设备和方法。其中微纳米气泡的粒径大小和浓度可采用微纳米气泡悬浮时间进行初步测量或采用纳米颗粒跟踪分析仪进行精细测量；微纳米气泡粒径的分布范围采用纳米颗粒跟踪分析仪进行测量；饱和溶解氧水平采用溶氧仪进行测量，即对增氧过程进行持续监测，当溶解氧基本稳定不再变化时，可得饱和溶解氧水平；氧总转移系数通过微纳米气泡水中溶解氧随时间的变化规律(C-t图)，采用线性回归分析求得；动力效率可采用单位有用功所传递到水中的氧量计算得出。

(4)提出测试及评价加氧滴灌用微纳米气泡发生器的技术流程。

本发明的具体技术方案如下。

1.一种加氧滴灌用微纳米气泡发生器的性能测试与评价方法，包括以下步骤：

1)将微纳米气泡发生器与储水器相连，并储存足量水；

2)向水中加入亚硫酸钠和氯化钴，至水中溶氧量降为0mg/L；

3)启动微纳米气泡发生器并调节出口压力和进气量；

4)持续记录水体中的水温及溶解氧变化情况，得到水体的饱和溶氧浓度Cs，mg/L；

5)采用线性回归分析得到氧总转移系数K_La并将其换算成标准状况下的氧总转移系数K_La(20)；

6)关闭微纳米气泡发生器，记录微纳米气泡水由乳白状变澄清的时间；根据Stokes定律，得出微纳米气泡水中微纳米气泡的粒径大小和浓度；采用纳米颗粒跟踪分析仪测试微纳米气泡粒径大小、分布和浓度；