原位修复富氮地热水效果的模拟实验装置及其实验方法制造方法及图纸

原位修复富氮地热水效果的模拟实验装置，包括电脑、试验台和位于试验台一侧的实验反应器，电脑放置在试验台上表面，实验反应器包括支撑框架、保温桶和漏桶，支撑框架外型呈圆柱形，支撑框架顶部外缘设有环形的连接法兰；保温桶设在支撑框架内，保温桶包括上下通透的外桶体和内桶体，外桶体的中心线沿垂直方向设置，內桶体的半径小于外桶体的半径，内桶体同轴线设置在外桶体内，外桶体的底部与內桶体的底部之间固定设有环形的连接板；本发明专利技术模拟效果佳，可精确地模拟反硝化细菌在原位修复富氮地热水的真实情况。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种采用反硝化菌菌株原位修复富氮地热水效果的模拟实验装置及其实验方法。
技术介绍
地下水硝酸盐原位微生物处理技术是指将受到硝酸盐污染的地下水体依赖反硝化细菌和人为创造的促进反硝化反应的条件直接在原地进行处理。反硝化细菌原位修复技术作为地下水脱氮的一种方式，具有方法简单、费用低廉、反应迅速，受外界环境影响较小等特点，该技术在处理富氮地下水中具有重要的地位和广阔的应用前景。获得有效的反硝化细菌是原位微生物修复地下水中硝酸盐污染的关键。环境不同，适合的反硝化细菌也不尽相同，因此通过实验室模拟研究选择适合的反硝化菌能有效的提高反硝化效率。现有的实验装置采用SY-3005QB发酵罐，该发酵罐是带搅拌的夹套式加热的SY-3000系列生物发酵罐的一种。罐体体积为5L，发酵罐罐体采用硼硅玻璃组成，盖板采用不锈钢316L组成。其控制系统是基于工业以太网控制技术的新一代生物发酵成套系统，代表了目前国内发酵罐自动控制系统的最高水平。SY-3005QB发酵罐主要由罐体、搅拌器和挡板、消泡器、联轴器和轴承、变速装置、空气分布装置、轴封以及换热装置组成。罐顶装有视镜及灯镜，进料管，补料管、排气管、接种管和压力表接管。罐身上设有冷却水进出管，进空气管、温度计管和检测仪表接口，其侧壁设置有取样口。搅拌器的主要作用是使通入的空气分散成气泡并与发酵液充分混合，使气泡细碎以增大气——液界面，来获得所需要的溶解氧速率，并使生物细胞悬浮分散于发酵体系中，以维持适当的气——液——固（细胞）三相的混合与质量传递，同时强化传热过程。现有实验方法为：使用硝酸盐和亚硝酸盐配置所需模拟地热水，121℃灭菌20min后装入发酵罐中，按5%（v/v）的比例接入标准种子液，每隔2h检测混合液的NO3--N、NO2--N、TN的浓度。为模拟反硝化细菌原位修复富氮地热水的真实情况，尽可能还原取水热储层的原始环境，设置初始pH值为8.16、温度为38.9℃、溶解氧为2.57mg/L。相同条件下以未接种的模拟地热水（罐体灭菌，培养基不灭菌）作为空白对照。由于深层地热水水温普遍较高，因此筛选耐高温的高效反硝化菌很有必要，菌种应在高温条件下进行长期驯化，方能使其更好地适应地热水的偏高温环境。但是现有的实验仪器相对简单且环境还原能力不强，难以反映复杂的现场地热水文地质特征，因此现有的原位修复富氮地热水室内模拟并不能完全代表实际情况。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中的不足之处，提供一种模拟效果佳、实验数据精准的原位修复富氮地热水效果的模拟实验装置及其实验方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：原位修复富氮地热水效果的模拟实验装置，包括电脑、试验台和位于试验台一侧的实验反应器，电脑放置在试验台上表面，实验反应器包括支撑框架、保温桶和漏桶，支撑框架外型呈圆柱形，支撑框架顶部外缘设有环形的连接法兰；保温桶设在支撑框架内，保温桶包括上下通透的外桶体和内桶体，外桶体的中心线沿垂直方向设置，內桶体的半径小于外桶体的半径，内桶体同轴线设置在外桶体内，外桶体的底部与內桶体的底部之间固定设有环形的连接板，外桶体的内壁与內桶体的外壁之间形成保温腔室，连接板上设有位于保温腔室内的电阻加热器，外桶体顶部的外缘固定设有环形的外法兰盘，內桶体顶部的外缘固定设有环形的内法兰盘，內桶体顶部的内侧壁上设有环形的台阶，保温桶的外法兰盘设置在支撑框架的连接法兰上，保温桶顶部设有盖体，盖体、外法兰盘和连接法兰之间穿设有外螺栓，盖体与内法兰盘之间穿设有内螺栓；內桶体内滑动密封连接有活塞，活塞的上表面上固定设有扰动泵，活塞底部连接有电动丝杠升降机，活塞上穿设有上端凸出于活塞上表面的蒸汽接入管，蒸汽接入管上端设有顶部呈球形的端盖，端盖上设有通气孔，蒸汽接入管上设有单向阀，活塞上穿设有出料管，出料管下端设有位于活塞下方的三通接头，三通接头的第二个接口通过水样管连接有水样检测仪，三通接头的第三个接口通过废液管连接有废液处理桶，水样管上设有第三阀门，废液管上设有第四阀门，废液处理桶上设有水泵；漏桶位于保温桶内，漏桶的顶部外缘设有环形的压接板，漏桶底部开设有漏孔，压接板位于內桶体顶部的台阶上；盖体顶面设有pH检测仪和压力检测仪，盖体上穿设有下端伸入到內桶体内的投料管和循环进料管，投料管上设有梯度加热装置和第一阀门，循环进料管上设有第二阀门，循环进料管的另一端与水泵的出水口连接，盖体底面上设有位于漏桶内的温度传感器和pH传感器，pH传感器通过信号线与pH检测仪连接，温度传感器、pH检测仪和压力检测仪分别通过信号线与电脑连接。漏桶的外壁上沿轴向方向开设有直线型的缝隙。漏桶顶面与盖体底面之间设有橡胶密封圈。原位修复富氮地热水效果的模拟实验装置的实验方法，包括以下步骤：（1）、制备与实际热储条件相似的模拟地热水样、介质岩样以及菌株；（2）、检查保温桶是否漏水，接着采用蒸汽灭菌锅对步骤（1）中制备的介质岩样进行灭菌，灭菌时间为30min；（3）、开始进行修复富氮地热水的模拟实验，对模拟反应后的混合液进行NO3--N、NO2--N、TN浓度检测。步骤（1）中模拟地热水样的配制方法是：温度为38℃，总活泼阳离子为273.28mg/L，总活泼阴离子为659.37mg/L，总有机碳（TOC)为3.8%，选取琥珀酸钠2.36g、KNO30.361g、KNO20.304g、MgSO4·7H2O0.2g、KH2PO41.0g、K2HPO45.0g、NaCl0.5g和微量元素溶液，进行混合并用取自现场的地热水定容至1000mL的混合液，调节混合液的pH值为8.0；其中微量元素溶液的成分配比为：Na2SeO30.005g，CoCl2·6H2O0.1g，NiCl20.05gNa2MoO40.005g，ZnSO4·7H2O0.1g，CaCl20.1g，BaCl20.002g，CuSO4·5H2O0.01g,MnSO4·H2O0.5g,FeSO40.02g,MgSO4·7H2O3g，H3BO30.01g，NTA1.5g和水溶液混合。步骤（1）中介质岩样制备的具体过程为：实验填充的岩样采用扰动细砂土，从距地表深度约60m的岩层中采集岩样，然后将采集的岩样在室温下自然风干，然后去除岩样中的杂质，最后经筛孔半径为2mm的筛网过滤后备用；步骤（1）中菌株制备的具体方法包括以下步骤：①反硝化细菌的富集培养：从实验所在地深地热井中抽取出地热水，接着量取10ml地热水作为样品并放入到250ml的三角瓶中，然后向三角瓶中加入经灭菌过的100ml的LB液体培养基，把三角瓶放置在温度为35℃、转速为60r/min的恒温震荡培养皿中培养，待三角瓶中的培养液浑浊后，取出10ml的培养液并转接到灭菌后的液体反硝化细菌富集培养基中，之后每隔12h分别用二苯胺试剂和格利斯试剂定性检测液体反硝化细菌富集培养基上培养液中NO3-和NO2-的含量，当液体反硝化细菌富集培养基上培养液中的NO3-含量明显下降且有NO2-产生时，取出10ml的培养液并转接到新鲜的富集培养液中，继续震荡培养，富集四代后备用；②反硝化细菌的分离纯化：用十倍稀释法，采用移液枪吸取100μL菌悬液，加入900μL无菌水中，充分混匀，此为10-1倍稀释液，以此类推逐步稀释为10-本文档来自技高网...

【技术保护点】
原位修复富氮地热水效果的模拟实验装置，其特征在于：包括电脑、试验台和位于试验台一侧的实验反应器，电脑放置在试验台上表面，实验反应器包括支撑框架、保温桶和漏桶，支撑框架外型呈圆柱形，支撑框架顶部外缘设有环形的连接法兰；保温桶设在支撑框架内，保温桶包括上下通透的外桶体和内桶体，外桶体的中心线沿垂直方向设置，內桶体的半径小于外桶体的半径，内桶体同轴线设置在外桶体内，外桶体的底部与內桶体的底部之间固定设有环形的连接板，外桶体的内壁与內桶体的外壁之间形成保温腔室，连接板上设有位于保温腔室内的电阻加热器，外桶体顶部的外缘固定设有环形的外法兰盘，內桶体顶部的外缘固定设有环形的内法兰盘，內桶体顶部的内侧壁上设有环形的台阶，保温桶的外法兰盘设置在支撑框架的连接法兰上，保温桶顶部设有盖体，盖体、外法兰盘和连接法兰之间穿设有外螺栓，盖体与内法兰盘之间穿设有内螺栓；內桶体内滑动密封连接有活塞，活塞的上表面上固定设有扰动泵，活塞底部连接有电动丝杠升降机，活塞上穿设有上端凸出于活塞上表面的蒸汽接入管，蒸汽接入管上端设有顶部呈球形的端盖，端盖上设有通气孔，蒸汽接入管上设有单向阀，活塞上穿设有出料管，出料管下端设有位于活塞下方的三通接头，三通接头的第二个接口通过水样管连接有水样检测仪，三通接头的第三个接口通过废液管连接有废液处理桶，水样管上设有第三阀门，废液管上设有第四阀门，废液处理桶上设有水泵；漏桶位于保温桶内，漏桶的顶部外缘设有环形的压接板，漏桶底部开设有漏孔，压接板位于內桶体顶部的台阶上；盖体顶面设有pH检测仪和压力检测仪，盖体上穿设有下端伸入到內桶体内的投料管和循环进料管，投料管上设有梯度加热装置和第一阀门，循环进料管上设有第二阀门，循环进料管的另一端与水泵的出水口连接，盖体底面上设有位于漏桶内的温度传感器和pH传感器，pH传感器通过信号线与pH检测仪连接，温度传感器、pH检测仪和压力检测仪分别通过信号线与电脑连接。...

【技术特征摘要】
1.原位修复富氮地热水效果的模拟实验装置，其特征在于：包括电脑、试验台和位于试验台一侧的实验反应器，电脑放置在试验台上表面，实验反应器包括支撑框架、保温桶和漏桶，支撑框架外型呈圆柱形，支撑框架顶部外缘设有环形的连接法兰；保温桶设在支撑框架内，保温桶包括上下通透的外桶体和内桶体，外桶体的中心线沿垂直方向设置，內桶体的半径小于外桶体的半径，内桶体同轴线设置在外桶体内，外桶体的底部与內桶体的底部之间固定设有环形的连接板，外桶体的内壁与內桶体的外壁之间形成保温腔室，连接板上设有位于保温腔室内的电阻加热器，外桶体顶部的外缘固定设有环形的外法兰盘，內桶体顶部的外缘固定设有环形的内法兰盘，內桶体顶部的内侧壁上设有环形的台阶，保温桶的外法兰盘设置在支撑框架的连接法兰上，保温桶顶部设有盖体，盖体、外法兰盘和连接法兰之间穿设有外螺栓，盖体与内法兰盘之间穿设有内螺栓；內桶体内滑动密封连接有活塞，活塞的上表面上固定设有扰动泵，活塞底部连接有电动丝杠升降机，活塞上穿设有上端凸出于活塞上表面的蒸汽接入管，蒸汽接入管上端设有顶部呈球形的端盖，端盖上设有通气孔，蒸汽接入管上设有单向阀，活塞上穿设有出料管，出料管下端设有位于活塞下方的三通接头，三通接头的第二个接口通过水样管连接有水样检测仪，三通接头的第三个接口通过废液管连接有废液处理桶，水样管上设有第三阀门，废液管上设有第四阀门，废液处理桶上设有水泵；漏桶位于保温桶内，漏桶的顶部外缘设有环形的压接板，漏桶底部开设有漏孔，压接板位于內桶体顶部的台阶上；盖体顶面设有pH检测仪和压力检测仪，盖体上穿设有下端伸入到內桶体内的投料管和循环进料管，投料管上设有梯度加热装置和第一阀门，循环进料管上设有第二阀门，循环进料管的另一端与水泵的出水口连接，盖体底面上设有位于漏桶内的温度传感器和pH传感器，pH传感器通过信号线与pH检测仪连接，温度传感器、pH检测仪和压力检测仪分别通过信号线与电脑连接。2.根据权利要求1所述的原位修复富氮地热水效果的模拟实验装置，其特征在于：漏桶的外壁上沿轴向方向开设有直线型的缝隙。3.根据权利要求2所述的原位修复富氮地热水效果的模拟实验装置，其特征在于：漏桶顶面与盖体底面之间设有橡胶密封圈。4.根据权利要求3所述的原位修复富氮地热水效果的模拟实验装置的实验方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）、制备与实际热储条件相似的模拟地热水样、介质岩样以及菌株；（2）、检查保温桶是否漏水，接着采用蒸汽灭菌锅对步骤（1）中制备的介质岩样进行灭菌，灭菌时间为30min；（3）、开始进行修复富氮地热水的模拟实验，对模拟反应后的混合液进行NO3--N、NO2--N、TN浓度检测。5.根据权利要求4所述的原位修复富氮地热水效果的模拟实验装置的实验方法，其特征在于：步骤（1）中模拟地热水样的配制方法是：温度为38℃，总活泼阳离子为273.28mg/L，总活泼阴离子为659.37mg/L，总有机碳（TOC)为3.8%，选取琥珀酸钠2.36g、KNO30.361g、KNO20.304g、MgSO4·7H2O0.2g、KH2PO41.0g、K2HPO45.0g、NaCl0.5g和微量元素溶液，进行混合并用取自现场的地热水定容至1000mL的混合液，调节混合液的pH值为8.0；其中微量元素溶液的成分配比为：Na2SeO30.005g，CoCl2·6H2O0.1g，NiCl20.05gNa2MoO40.005g，ZnSO4·7H2O0.1g，CaCl20.1g，BaCl20.002g，CuSO4·5H2O0.01g,MnSO4·H2O0.5g,FeSO40.02g,MgSO4·7H2O3g，H3BO30.01g，NTA1.5g和水溶液混合。6.根据权利要求4所述的原位修复富氮地热水效果的模拟实验装置的实验方法，其特征在于：步骤（1）中介质岩样制备的具体过程为：实验填充的岩样采用扰动细砂土，从距地表深度约60m的岩层中采集岩样，然后将采集的岩样在室温下自然风干，然后去除岩样中的杂质，最后经筛...

【专利技术属性】
技术研发人员：王心义，夏大平，郭红玉，张建国，张淑楠，乔卫芳，张良，郭建伟，陈国胜，赵彦琦，郭巧玲，刘小满，郭晓明，郑继东，李建林，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41