一种用于测定湿地净化氮污染效率和氮循环的稳态培养设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于测定湿地净化氮污染效率和氮循环的稳态培养设备，通过反应釜内层的取样筒获取湿地土壤柱状样，反应釜外层的夹套套设在取样筒外壁上且与温度控制系统连通，湿地土壤柱状样表面填充有湿地地表水，湿地地表水分别和气体供给系统、取样系统连通，湿地地表水和釜顶盖之间的空腔分别和营养液供给系统、营养液排出系统连接；检测系统的参数探头a和参数探头b分别插设在湿地地表水内部和湿地土壤柱状样内。本实用新型专利技术可对诸多环境因子进行精准模拟和掌控，具有模拟效果好、可重复性强、全封闭模式无污染、取样设计巧妙等优点，可安全、可靠地用于湿地土壤和地表水净化氮污染的调查和开展湿地土壤和水体氮循环的相关实验研究。

【技术实现步骤摘要】
一种用于测定湿地净化氮污染效率和氮循环的稳态培养设备
本技术属于滨海湿地学、生物地球化学
，具体涉及一种用于测定湿地净化氮污染效率和氮循环的稳态培养设备。
技术介绍
氮循环是描述自然界中氮单质和含氮化合物之间相互转换过程的生态系统的物质循环，是全球生物地球化学循环的重要组成部分。全球每年通过人类活动新增的“活性”氮导致全球氮循环严重失衡，并引起水体富营养化、水体酸化、温室气体排放等一系列环境问题。湿地土壤中氮素含量及其迁移转化过程也显著影响着湿地生态系统的结构和功能以及湿地生产力。湿地氮循环包含湿地植被或水域浮游植物有机氮的合成、氨化作用、硝化作用、反硝化作用和固氮作用等一系列环节。在过去半个世纪，受到人类活动和全球气候变化的双重影响，我国水域(含湖泊、河流、海洋等)中的氮含量增加显著。以渤海为例，据不完全统计，过去五十年间，渤海溶解无机氮(DIN)含量增长了至少10倍以上，这远远高于世界上其他海域(比如，美国路易斯安那州近海水域DIN含量仅增长3倍左右)，因此，排污除氮已经成为刻不容缓的环境问题。湿地具有极强的自净能力和净化污水的能力，被称为“地球之肾”。近年来，诸多人工和自然湿地开始被尝试用于污水处理系统，因其具有廉价、绿色环保等优点，而且可避免常规污水处理厂费用高、能源消耗高、运行管理复杂等缺陷，正逐渐成为一种高效的排污除氮方法，受到科研人员和政府部门越来越多的重视。然而值得注意的是，目前尚未有非常明确的方法调查和评估含氮水体流经湿地土壤时，土壤及其微生物对氮元素的去除效率；而且，也缺乏合适的方法对净化过程与氮循环中所发生的诸多生物化学反应、微生物作用机理进行系统性研究。湿地中氮循环不但可影响生态系统的结构、功能、稳定与健康，而且还在一定程度上决定着湿地生态系统的演化方向，同时与全球变暖、臭氧层破坏以及酸沉降等一系列全球环境问题息息相关，因此是全球变化研究的重要研究领域；如何利用湿地净化能力服务于氮污染处理是各国科研人员和政府部门关注的焦点。前期调查发现，目前现有技术具有如下缺点和问题：(1)以往设计在“获取土壤柱状样”与“反应釜培养”这两个环节的衔接方面有待改进。以往实验设置经常是先设置好反应釜，然后去野外获取土壤柱状样，随后将柱状样转移入反应釜内培养。这样一方面容易改变土壤柱状样的结构、粒度、水分和含氧量等重要参数，另一方面，在转移过程中也容易被周围环境所污染，导致培养失败或所获结果不真实。(2)以往设计缺乏对环境因子的精准模拟和掌控。以往实验装置往往仅能模拟和控制有限的环境状态参数，难以全部地精确控制湿地土壤和地表水的温度(T)、盐度(S)、光照、溶解氧(DO)浓度、水流动力、营养盐浓度等全部的水文环境条件。比如对湿地的营养盐输入速率和浓度就很难控制，这可能导致微生物进行生化反应的模式和机制不稳定；而对溶解氧和温度的缺乏精确控制，则会导致难以把控生态系统的厌氧、缺氧和好氧状态，其中的生物化学反应和微生物氮循环机制也具有很大差异，而且在排污除氮方面的效率也具有不确定性和难以预测的变化。(3)以往设计的稳定性较差、重复性较差：以往实验装置多未采用稳态培养方式，即使采用问题培养方式，也未能完全模拟所有可能存在的环境因子变化，因此不同实验间重复性差，难以重复验证实验结果。尤其在对培养系统进行取样时，取样过程易对系统平衡产生扰动，导致整个系统难以保持在稳定状态。(4)以往设计多采用非密闭环境，易被污染和干扰。现有实验设计多采用敞开式分批培养，这使得湿地土壤和地表水系统容易受到外界微生物和细菌等的干扰，导致培养之后湿地土壤和地表水中内在生物体系与外来细菌和病毒等微生物共存，为进一步的分析和测试带来困难。而且，由于污染干扰，实验结果也不准确，降低实验参考价值。(5)以往设计多未采用无污染取样方式。以往取样操作往往是采取抽取或培养后一次性取样等方式。这些方式都不是最佳的，因为容易扰动湿地土壤微生物和地表水浮游植物生态系统的连续稳态生长状态，而且容易带来污染。如果停止培养来进行取样，也会打断湿地土壤和地表水生物系统的生化平衡。而且培养结束后取样难以实时观测到湿地土壤和地表水生物系统中水文环境参数的变化，如DO状态、温度状况、水体浮游植物细胞数、细胞成分变化、细胞生长机理和参数变化等等。因此，如何研发一种新型用于测定湿地净化氮污染效率和氮循环的稳态培养设备，具有重要的现实意义。
技术实现思路
针对现有技术中存在的装置稳定性差、重复性差、取样难、多参数控制难、易污染以及缺乏对环境因子的精准模拟等技术问题，本技术的目的在于提供一种用于测定湿地净化氮污染效率和氮循环的稳态培养设备。本技术采取的技术方案为：一种用于测定湿地净化氮污染效率和氮循环的稳态培养设备，包括反应釜、温度控制系统、营养液供给系统、营养液排出系统、气体供给系统、取样系统和检测系统；所述反应釜的内层设置为中空取样筒，取样筒采用顶部加压的方式夯入土壤中，将自然填充其内的湿地土壤柱状样同时取出，取样筒的顶端和底端分别旋设釜顶盖和釜底盖进行密封；反应釜的外层设置为填充循环水浴的夹套，夹套套设在取样筒外壁上且与循环水浴的温度控制系统连通；所述湿地土壤柱状样的表面填充有湿地地表水，湿地地表水分别和气体供给系统、取样系统连通，湿地地表水和釜顶盖之间的空腔分别和营养液供给系统、营养液排出系统连接；检测系统包括参数探头a和参数探头b，参数探头a和参数探头b分别插设在湿地地表水内部和湿地土壤柱状样内。进一步的，所述温度控制系统包括循环水浴池，循环水浴池设置为中空圆柱桶体结构，其四周呈环形等间距排布开设有限位通孔，反应釜安装在限位通孔内。更进一步的，所述反应釜内层的取样筒和外层的夹套均采用透明硬塑料材质制备形成，取样筒设置为内部中空的直立柱状结构，取样筒的壁厚度大于夹套的壁厚度，夹套上分别设置有循环水浴出水口和循环水浴入水口，循环水浴池分别与夹套的循环水浴出水口和循环水浴入水口连接。进一步的，所述营养液供给系统包括营养液储备室和蠕动泵，营养液储备室顶端通入气管a，营养液储备室内的液体通过导管和蠕动泵连接，蠕动泵和营养液导管连接，营养液导管延伸插设在反应釜釜顶盖上。进一步的，所述营养液排出系统包括量筒和溢出流导流管，溢出流导流管的一端插设在反应釜釜顶盖上，溢出流导流管的另一端插设在量筒内。进一步的，所述气体供给系统包括气泵和气管b，气泵和气管b连接，气管b的末端插设至湿地地表水中。进一步的，所述取样系统包括取样管、抽气取样瓶、真空抽泵，真空抽泵通过管道和抽气取样瓶连接，抽气取样瓶和取样管连通，取样管的末端延伸至湿地地表水中，取样管和气体供给系统的气管b通过三通旋塞阀连通。进一步的，所述检测系统的参数探头a和参数探头b分别通过导线和电源、探测仪、电脑连接。进一步的，还设置有搅拌器和加样孔，加样孔贯穿设置在釜顶盖上，搅拌器穿过釜顶盖延伸至湿地地表水中，搅拌器通过釜顶盖的马达驱动。进一步的，还设置有光照控制系统，光照控制系统包括光面板、光源灯，光面板嵌设在釜顶盖上，光源灯安装在光面板上，光源灯通过定时器和电源连接。本技术的有益效果为：针对现有技术中存在的几个问题，本技术主要是通过以下技术方案来解决的：(1)针对“获取土壤柱状样”与“反应釜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测定湿地净化氮污染效率和氮循环的稳态培养设备，其特征在于，包括反应釜、温度控制系统、营养液供给系统、营养液排出系统、气体供给系统、取样系统和检测系统；所述反应釜设置为内层和外层套接而成的双层结构，反应釜的内层设置为中空取样筒，取样筒采用顶部加压的方式夯入土壤中，将自然填充其内的湿地土壤柱状样同时取出，取样筒的顶端和底端分别旋设釜顶盖和釜底盖进行密封；反应釜的外层设置为填充循环水浴的夹套，夹套套设在取样筒外壁上且与循环水浴的温度控制系统连通；所述湿地土壤柱状样的表面填充有湿地地表水，湿地地表水分别和气体供给系统、取样系统连通，湿地地表水和釜顶盖之间的空腔分别和营养液供给系统、营养液排出系统连接；检测系统包括参数探头a和参数探头b，参数探头a和参数探头b分别插设在湿地地表水内部和湿地土壤柱状样内。

【技术特征摘要】
1.一种用于测定湿地净化氮污染效率和氮循环的稳态培养设备，其特征在于，包括反应釜、温度控制系统、营养液供给系统、营养液排出系统、气体供给系统、取样系统和检测系统；所述反应釜设置为内层和外层套接而成的双层结构，反应釜的内层设置为中空取样筒，取样筒采用顶部加压的方式夯入土壤中，将自然填充其内的湿地土壤柱状样同时取出，取样筒的顶端和底端分别旋设釜顶盖和釜底盖进行密封；反应釜的外层设置为填充循环水浴的夹套，夹套套设在取样筒外壁上且与循环水浴的温度控制系统连通；所述湿地土壤柱状样的表面填充有湿地地表水，湿地地表水分别和气体供给系统、取样系统连通，湿地地表水和釜顶盖之间的空腔分别和营养液供给系统、营养液排出系统连接；检测系统包括参数探头a和参数探头b，参数探头a和参数探头b分别插设在湿地地表水内部和湿地土壤柱状样内。2.根据权利要求1所述一种用于测定湿地净化氮污染效率和氮循环的稳态培养设备，其特征在于，所述温度控制系统包括循环水浴池，循环水浴池设置为中空圆柱桶体结构，其四周呈环形等间距排布开设有限位通孔，反应釜安装在限位通孔内。3.根据权利要求2所述一种用于测定湿地净化氮污染效率和氮循环的稳态培养设备，其特征在于，所述反应釜内层的取样筒和外层的夹套均采用透明硬塑料材质制备形成，取样筒设置为内部中空的直立柱状结构，取样筒的壁厚度大于夹套的壁厚度，夹套上分别设置有循环水浴出水口和循环水浴入水口，循环水浴池分别与夹套的循环水浴出水口和循环水浴入水口连接。4.根据权利要求1所述一种用于测定湿地净化氮污染效率和氮循环的稳态培养设备，其特征在于，所述营养液供给系统包括营养液储...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴绍峰，祝雅轩，叶思源，郭磊，袁红明，谢柳娟，裴理鑫，张海波，
申请(专利权)人：青岛海洋地质研究所，
类型：新型
国别省市：山东,37