一种模拟蓝藻水华上浮的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种模拟蓝藻水华上浮的方法和装置，属于水环境领域。包括反应柱和位于反应柱顶部外的光源、加热水槽，反应柱顶部无菌密封，反应柱外表面设置无菌曝气进口、培养液进口、无菌搅拌气流进口、循环水出口，中间设置取样口，下部设置循环水的进口。方法步骤为：藻种的扩大培养；培养液和模拟装置的灭菌；将培养液放置到反应柱中；将蓝藻接种到反应柱里面进行密封；设置环境条件，然后定期取样分析观察蓝藻的上浮特征。本发明专利技术使藻类可以在无菌的环境中生长，可有效模拟蓝藻水华。本发明专利技术装置结构简单，体积小，易操作，可移动性强，室内外均可使用，还可以与光照培养箱配套使用。制作方便，成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种模拟水华发生的方法和装置，更具体的说是一种模拟蓝藻水华上浮的方法和装置。
技术介绍
随着我国经济的快速发展与城乡建设的加快，沿河湖地区氮、磷、有机物等污染物的排放逐年增加，湖泊水环境的污染问题日趋严重，主要表现为湖泊水体富营养化和蓝藻水华的暴发，目前我国长江中下游五大淡水湖和城市湖泊大部分进入富营养化阶段，太湖、巢湖部分湖区已进入重富营养化阶段。水体富营养化是指湖泊等水体接纳过量的氮、磷等营养性物质，使藻类以及其他水生生物异常繁殖，水体透明度和溶解氧变化，造成湖泊水质恶化，加速湖泊老化，从而使湖泊生态系统和水功能受到阻碍和破坏的现象。河、湖等天然水体的富营养化导致河湖水体蓝藻水华暴发频率逐步增加；蓝藻水华，通常是指水体达到富营养化或严重富营养化状态，在一定的光照、温度等条件下，蓝藻暴发性繁殖，引起明显的水色变化，并在水面形成绿色或其他颜色的藻类的漂浮物现象。蓝藻水华发生的主要原因可分为化学因素、物理因素、生物因素等1、 化学因素包括湖泊水体富营养化阶段藻类生长所需要的主要营养元素氮、磷、微量元素等。氮是藻类自身的组成元素，磷直接参与藻类光合和呼吸作用、酶系统活化和能量转化等过程，两者都是藻类生长和水华发生不可缺少的；微量元素也是藻类生长的必要条件。2、 物理因素适宜的温度、光照、风力、湖流。蓝藻水华一般在温度较高、风力较小、湖流较缓的夏秋季节暴发， 一般认为蓝藻生长的最佳水温是28'C。研究表明，光照强度和光暗比对蓝藻的生长有很大的影响。光照时间越长，蓝藻获得能量越多，有利于合成各种细胞组成成分，促进细胞生长繁殖。3、 生物因素蓝藻具有较强的与其它水生植物、生物竞争机制，也具有休眠机制和二氧化碳浓缩机制等。休眠机制有的形成厚壁孢子，有的形成藻殖段，有的形成非专性结构的休眠体；环境适宜时，在底泥中生长，并由底泥上升到水体中，这些休眠体就复苏，繁殖，上浮形成水华。水华蓝藻还具有高效吸收利用外源无机碳的二氧化碳浓縮机制。在低浓度的C02介质中，蓝藻可以通过主动吸收、高效利用外源无机碳，在细胞内积累比介质高几百到几千倍的C02浓度。目前，能够形成水华的藻类最主要的是蓝藻门的种类，其中常见的是微囊藻(/W/cracys〃s)、鱼腥藻(/U7abaeA7a)、颤藻(Osc/7/ato〃'a)、平裂藻(/We//smopeaf/a)、束丝藻(>Ap/7aA7/zomeA70A7)、项圈藻(/\najbaenops/s)、螺旋藻(Sp/>x///>7a)、拟柱胞藻(Cy//A c(raspem7ops/s)、节球藻(A/oc/u/ar/a)、席藻(P/7om7/c(/wm)、鞘丝藻(LyA /)ya)、微鞘藻(M/croco/ews)及浮游颤藻(P/aA7/fto仍A/X)等。我国蓝藻水华优势种主要是微囊藻，其属蓝藻门蓝藻纲色球藻目色球藻科。在蓝藻水华暴发机理研究过程中，通过分离纯化转入实验室培养后，群体形态上浮特征往往消失，无论其培养条件如何优化，却仍保持单细胞形态，难以形成野外水华的群体特征，阻碍了水华形成机理的研究。蓝藻水华的暴发危及了我国城乡居民的身体健康和生态环境，是制约社会经济可持续发展的限制因素之一。因此，研究蓝藻水华发生机理成为当前环境领域的研究重点，然而至今未见有关模拟蓝藻水华上浮的装置的报道。目前，孔繁翔等提出蓝藻生长与水华形成经历越冬休眠、春季复苏、生长和集聚上浮并形成水华四阶段理论(孔繁翔，生态学报，2005)，阐述了蓝藻水华发生的四个阶段；储昭升等采用室内大型湖泊模拟装置对铜绿微囊藻和孟氏颤藻的生长特征进行了研究(储昭升、金相灿，环境科学学报，2006); Okada等应用湖泊模拟装置较好地模拟了3m深湖泊中铜绿微囊藻、衣藻、针尖杆藻的生长特征(Okada， Japan Journal of Water Pollution Research, 1988)。上述研究表明，国内外研究工作者已对蓝藻水华发生机理进行了较为深入的研究，但到目前为止，国内外有关蓝藻水华发生关键阶段一上浮阶段装置的研究尚未有开发，影响了蓝藻水华发生机理的研究进展。
技术实现思路
1、要解决的技术问题针对现有装置难以模拟蓝藻水华上浮，本专利技术提供一种模拟蓝藻水华上浮的方法和装置，可以有效模拟蓝藻水华上浮的方法，从而可以促进原位蓝藻水华发生机理的研究。使用该装置可以调整不同的物理、化学、生物因素，研究各因素对蓝藻上浮特性的影响，促进对蓝藻水华发生的环境条件的研究。2、技术方案本专利技术的原理该圆柱形装置，每隔一定的距离设置取样口。透光性能较好，可以模拟浅水湖泊光照强度的变化，即随着深度的增加，水下光照强度急剧下降。溶解氧随水深的增加而降低，在反应柱的不同高度会形成包括溶解氧，pH，营养物质，生物量等在内的一系列变化梯度，从而影响蓝藻的分布。在该装置不同高度设置取样口采样，通过测量培养液的吸光度或藻的个数，以及其他的一些生物化学指标，研究藻种的上浮特征，从而可以有效模拟蓝藻水华。本专利技术的技术方案一种模拟蓝藻水华上浮的装置，包括反应柱和位于反应柱顶部外的光源、与反应柱有水管连接的加热水槽，反应柱顶部为透明无菌密封结构，反应柱柱体外表面从上部往下依次设置无菌曝气进口、培养液进口、无菌搅拌气流进口、循环水出口，中间设置取样口，下部设置循环水的进口。所述的无菌密封结构为无菌培养封口膜。加热水槽内装有温度探头，温度探头外联有温度控制器。光源装有光强控制器，可以调节控制光的强度。反应柱外的培养液储槽通过培养液进口与反应柱联接。光照强度的控制(D.光照培养箱中实验，是通过设置光强参数控制；②.室内实验，装置采用灯光光源6照射，然后用光强计测量，采用光强控制器5调节光源控制光照强度；③.室外实验采用自然光照，光照强度通可过自动气象站监测获得实验数据；温度的控制控制培养液温度在10 50土1'C， .光照培养箱中实验，通过调节培养箱的参数即可控制温度。②.室内实验，釆用恒温夹套由温度控制器18进行控制温度；③.室外实验，温度可通过自动气象站监测获得数据；溶解氧浓度的控制通过进气泵，由曝气进口稳定而缓慢地通入无菌空气于液面表层。无菌空气是通过装有多层孔径0.45um滤膜的无菌过滤器2过滤得到；搅动的控制通过进气泵，由无菌搅拌气流进口稳定而缓慢地通入无菌空气于液体中。无菌空气是通过装有多层孔径0.45um滤膜的无菌过滤器2过滤得到。一种模拟蓝藻水华上浮的方法(A) 藻种的扩大培养；(B) 实验培养液和模拟装置的灭菌。将配置好的培养液放入高压灭菌锅，在12rc进行高温灭菌20 30分钟；装置由于体积较大，采用紫外辐射方法灭菌消毒；(C) 将(B)中已经灭菌好的培养液，放置到(B)己灭菌模拟装置的反应柱中；(D) 将(A)中处于对数期的蓝藻接种到(C)己经放置培养液模拟装置的反应柱里面，并用无菌培养容器专用封口膜进行密封；(E) 将(D)接种后的模拟装置放到设置好的环境条件下，然后定期取样分析观察蓝藻的上浮特征，测量藻密度、叶绿素a、吸光度等，观察蓝藻的上浮特征。本方法实施中装置密封灭菌和接种，空气经过滤进入，培养过程中避免杂菌进入。培养液化学因素pH5 11，氮浓度0.1 10mg/L，磷浓度0.005 2mg本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟蓝藻水华上浮的装置，包括反应柱（１２）和位于反应柱顶部外的光源（６）、与反应柱有水管连接的加热水槽（２０），其特征在于反应柱（１２）顶部为透明无菌密封结构，反应柱（１２）柱体外表面从上部往下依次设置无菌曝气进口（８）、培养液进口（９）、无菌搅拌气流进口（１０）、循环水出口（１１），中间设置取样口（１３），下部设置循环水的进口（１４）。

【技术特征摘要】
1.一种模拟蓝藻水华上浮的装置，包括反应柱(12)和位于反应柱顶部外的光源(6)、与反应柱有水管连接的加热水槽(20)，其特征在于反应柱(12)顶部为透明无菌密封结构，反应柱(12)柱体外表面从上部往下依次设置无菌曝气进口(8)、培养液进口(9)、无菌搅拌气流进口(10)、循环水出口(11)，中间设置取样口(13)，下部设置循环水的进口(14)。2. 根据权利要求1所述的模拟蓝藻水华上浮的装置，其特征在于所述的无菌密封 结构为无菌培养封口膜(7)。3. 根据权利要求2所述的模拟蓝藻水华上浮的装置，其特征在于加热水槽(20) 内装有温度探头(19)，温度探头(19)外联有温度控制器(18)。4. 根据权利要求1-3中任一项所述的模拟蓝藻水华上浮的装置，其特征在于光源(6)装有光强控制器(5)。5. 根据权利要求1-3中任一项所述的模拟蓝藻水华上浮的装置，其特征在于位于 反应柱(12)外的培养液储槽(16)通过培养液进口 (9)与反应柱连接。6. 根据权利要求1 3中任一项所述的模拟蓝藻水华上浮的装置，其特征在于反应柱 光照强度控制范围0-120000Lux,培养液温度10-50土TC，光暗比0.6~1.67。7. —种模拟蓝藻水华上浮的方法，其步骤为(A) 藻种的扩大培养；(B) 实验培养液和模拟装置的灭菌将配置好的培养液放入高压锅，在121'C进 行高温灭菌2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李正魁，吴凯，石鲁娜，陈祈春，王月明，冯露露，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]