模拟原位河道底泥厌氧氨氧化过程装置及使用方法和应用制造方法及图纸

本发明专利技术属于生态工程技术领域，具体涉及一种模拟原位河道底泥厌氧氨氧化过程装置及使用方法和应用。本装置由有机玻璃柱体，试验柱体顶部的气体采集箱、双层有机玻璃柱面的水体温度控制系统、电脑监控单元、原位水体储水单元组成。模拟试验柱体的内部为沉水植物(伊乐藻)、原位底泥沉积物、温度探头、pH探头、溶解氧探头。本装置能完成对整个模拟培养过程中温度、pH、溶解氧的实时监控，能定期完成对装置内的产气情况的测定、水体营养盐浓度的测定、底泥沉积物中厌氧氨氧化细菌相关功能基因拷贝数的测定。本发明专利技术装置结构简单，可以在室内外操作，模拟河道厌氧氨氧化过程效果良好，制作方便，成本低。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于生态工程
，具体涉及一种模拟原位河道底泥厌氧氨氧化过程装置及使用方法和应用。本装置由有机玻璃柱体，试验柱体顶部的气体采集箱、双层有机玻璃柱面的水体温度控制系统、电脑监控单元、原位水体储水单元组成。模拟试验柱体的内部为沉水植物(伊乐藻)、原位底泥沉积物、温度探头、pH探头、溶解氧探头。本装置能完成对整个模拟培养过程中温度、pH、溶解氧的实时监控，能定期完成对装置内的产气情况的测定、水体营养盐浓度的测定、底泥沉积物中厌氧氨氧化细菌相关功能基因拷贝数的测定。本专利技术装置结构简单，可以在室内外操作，模拟河道厌氧氨氧化过程效果良好，制作方便，成本低。【专利说明】模拟原位河道底泥厌氧氨氧化过程装置及使用方法和应用
本专利技术属于生态工程
，具体涉及一种模拟原位河道底泥厌氧氨氧化过程装置及使用方法和应用
技术介绍
随着我国经济快速发展，沿河湖地区氮、磷等污染物排放逐年增加，河道水质情况日益严重。集中表现为河道水质富营养化加剧。水体富营养化是指过量的氮磷进入水体使得藻类、水生生物异常繁殖，水体溶解氧及透明度发生变化，造成水质恶化。厌氧氨氧化细菌广泛存在于河道及淡水湖泊中，由于富营养化水体的缺氧环境，使得厌氧氨氧化过程得以发生，厌氧氨氧化过程对于富营养化河道中氮素的脱除有一定的贡献。 细菌反硝化作用一直被认为是自然水体中脱氮的唯一一个重要的过程。自从Mulder等人于1995年在荷兰的一家污水处理厂发现了厌氧氨氧化过程以后，厌氧氨氧化过程被认为是很多自然水体中不可或缺脱氮过程。这一发现打破了长期以来反硝化是水体中去除无机氮的唯一途径的传统观念。厌氧氨氧化是指在厌氧条件下，厌氧氨氧化细菌直接以NH4+作为电子供体，以硝态氮或亚硝氮作为电子受体将其中的N转化为氮气的过程。据研究，自然水体中的厌氧氨氧化过程对于N2通量的贡献量为20-79%。 目前，关于厌氧氨氧化过程的研究热点主要集中在提高其污水处理能力的研究上，例如在较短的时间内缓解厌氧氨氧化亚硝酸盐的抑制，节约资本，提高厌氧氨氧化菌的活性(专利申请号CN201210030215.1，一种快速缓解厌氧氨氧化中亚硝酸盐抑制的方法)，将厌氧氨氧化细菌固定化制备生物活性填料用于除去水体污染物(专利申请号CN201310128413.3，一种厌氧氨氧化细菌固定化制备生物活性填料的方法)等。 在模拟湖泊河道等微环境系统中，国内外的一些学者已经有相关方面的研究和报道，例如以生态混凝土为材料，制作一种微生态系统单元，用于水环境治理(专利申请号CN200610097282.7，微生态系统单元及其在水环境治理中的应用)。有学者研发设备模拟湖泊沉积物-水土界面环境，人为控制界面水动力扰动、界面光照、界面温度以及上覆水化学特性，研究水土界面生化过程机理。(专利申请号200710133406.7，一种应用于湖泊沉积物-水界面过程研究的室内模拟系统)。也有研究通过在人工填料上间歇式进水的人工湿地中实现厌氧氨氧化脱氮。(专利申请号CN201010539899.6，一种利用人工湿地实现厌氧氨氧化生物脱氮的方法)。 国内外的一些学者已经对河道水体中的厌氧氨氧化过程有一定程度的研究，并研发了一系列的技术。王衫允等人(生态学报，2012，白洋淀富营养化湖泊湿地厌氧氨氧化菌的分布及对氮循环的影响)结合15N同位素失踪技术与分子生物学技术研究了白洋淀湖泊湿地沉积物中厌氧氨氧化菌的分布、菌群结构特性、生物多样性及其活性，郑燕玲等人(环境科学，2012，崇明东滩夏季沉积物厌氧氨氧化菌群结构与空间分布特征)探索了长江口崇明东滩表沉沉积物中是否存在厌氧氨氧化菌以及厌氧氨氧化菌的群落结构与空间分布特征，Guibing Zhu等人(Environment Science and technology, 2011, Anammox BacterialAbundance, B1diversity and Activity in a Constructed Wetland)通过构建人工湿地来研究人工湿地中的厌氧氨氧化菌的丰度、多样性以及温室气体N2O的排放。但是，到目前为止，如何在室内通过模拟河道原位环境，并探究不同因素对河道中的厌氧氨氧化过程的影响的模拟技术方法仍未见报道。采用人工模拟不同手段河道生态修复过程，进行包括沉积物、沉水植物、脱氮反硝化菌、水温、光照及水质参数等综合调控及优化，来研究原位河道底泥中厌氧氨氧化过程的装置尚未有开发。因此，研究此类技术和装置对富营养化河道水体治理具有积极意义。
技术实现思路
本专利技术需要解决的问题是针对日益严重河道水体恶化问题以及现有的装置难以达到分析多因素变化对河道底泥厌氧氨氧化过程的影响，本专利技术提供一种探究河道底泥厌氧氨氧化过程的方法和装置，可有效提高河道原位水体的脱氮效果，从而可以改善河道水质、促进原位河道生态修复的研究。使用该装置可以通过人为手段在室内模拟原位河道水体环境，并通过调控物理、化学、生物因素，来研究对原位河道底泥中的厌氧氨氧化过程的影响。 本专利技术的技术方案: 本专利技术所述的模拟原位河道厌氧氨氧化过程装置为一种圆柱形透明装置，柱体整高为60cm，直径为90_。底部进行固定密封，柱体填装原位底泥的柱段为可拆卸部件，每隔2cm为拆卸位置，便于实验采集底泥样品。柱体上部设有气体静态采集箱，采气箱为正方体箱体，长为10cm，宽为10cm，高为10cm。采气箱上部设置了一个直径为4cm的采气口，实验过程中用封口膜进行密封，满足实验过程中对气体进行采集的要求。可调控的环境因子包括:水体的营养盐浓度、温度、反硝化菌添加量、光照强度；该模拟装置底部添加高度为30cm的原位河道底泥沉积物；温度、溶解氧、PH通过探头反馈的数据实时显示在电脑终端上，进行实时在线检测，以此来达到原位河道不同水体环境条件的模拟；在该装置填装底泥位置以及上部不同高度均设置取样口采样，每隔一段时间测定孔隙水营养盐(TN)变化。装置图见附图1。 同时我们设置了多组平行装置供实验用，通过向实验装置中添加原位河道底泥、反硝化菌、沉水植物来研究不同生态修复手段干预下，以及环境因子的变化对原位河道底泥中厌氧氨氧化丰度、多样性的影响，进一步为河道脱氮机理的研究提供理论依据。所采用的人为生态修复手段包括添加沉水植物(伊乐藻)、添加反硝化细菌、添加沉水植物+反硝化细菌。 本专利技术所述模拟原位河道底泥中厌氧氨氧化过程装置，包括透明圆柱形有机玻璃柱，上部接有正方形静态采气箱，以及位于实验柱顶部外的外加光源。整个柱体的主体装置外表面从上往下依次设有培养液进口、水样采集口、沉积物孔隙水取样口、底部为可分割拆卸的环形柱体取泥口，柱体底部设置了可以拆卸的活动底塞。整个柱体装置从上到下可依次放置反硝化菌载体、沉水植物、以及底泥沉积物，柱体外侧包裹铝箔纸以避光。 上述静态采气箱与柱体是相连通的，静态采气箱为密封装置，上部设有圆形小口(直径4cm)，可方便实验过程中进行气体的采集。 温度控制:实验柱体分为2层，内外层之间留有一定的空隙，起到了相当于恒温夹套的保温作用。并且通过温度控制器3进行辅助温度的调节和控制，控制整个柱体在实验过程中的温度保持在10?4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟原位河道底泥厌氧氨氧化过程装置，其特征是一种圆柱形透明装置，柱体整高为60cm，直径为90mm，底部进行固定密封，柱体填装原位底泥的柱段为可拆卸部件，每隔2cm为拆卸位置，便于实验采集底泥样品，柱体上部设有气体静态采集箱，采气箱为正方体箱体，长10cm，宽10cm，高10cm，采气箱上部设置了一个直径为4cm的采气口，实验过程中用封口膜进行密封，满足实验过程中对气体进行采集的要求，可调控的环境因子包括：水体的营养盐浓度、温度、反硝化菌添加量、光照强度；该模拟装置底部添加高度为30cm的原位河道底泥沉积物；温度、溶解氧、pH通过探头反馈的数据实时显示在电脑终端上，进行实时在线检测，以此来达到原位河道不同水体环境条件的模拟；在该装置填装底泥位置以及上部不同高度均设置取样口采样，每隔一段时间测定孔隙水营养盐变化。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李正魁，韩华杨，张万广，朱倩，王晶晶，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32