本发明专利技术是关于一种水体实验装置及方法，该装置包括：底泥释放单元、培养单元、控制单元、水体控制系统和水质监测系统；所述的底泥释放单元、培养单元和控制单元依次相邻，两两相邻的单元之间用挡板连接，从而形成三个单元相互连通的试验箱体；所述的水体控制系统，用于调节实验装置中水体的理化指标；所述的水质检测系统，用于检测实验装置中水体、底泥、浮游生物和/或水生植物的理化指标数值。本发明专利技术将底泥样品采集、底泥污染物的释放与藻类、沉水植物生长有机结合，用于模拟不同水环境条件底泥的释放作用，同时可定量研究不同生态工程（环保疏浚工程、沉水植物恢复工程）对水体富营养化和水体污染的影响。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种环境保护和治理领域的实验装置及方法，特别是涉及一种研究水-底泥-水生生物系统生物化学过程的。
技术介绍
底泥是湖泊水体的三大组成要素之一，是湖泊营养物质的地球化学循环的重要环节与界面。水-底泥界面营养物质的地球化学行为对湖泊，尤其是浅水湖泊的水环境质量与生态系统有着极为重要的影响。研究表明，重金属、有机物、氮磷污染物等在在外界条件(如溶解氧、PH值、氧化还原电位、温度、生物及水体的扰动等)适宜时，底泥中的污染物质(如氮、磷、重金属、有机物等)可能会重新释放到水体中造成二次污染，对水生态系统构成长期威胁。长期以来，国内外学者对湖泊水-底泥界面开展了诸多的研究，归纳起来，主要集中在界面结构与特征、营养元素的赋存形态、吸附-解吸及其动力学与环境因子影响等方面。而这些研究是基于水-底泥界面二相结构这一基础开展的，对生物(尤其是藻类和沉水植物)在这两相间的存在与作用考虑较少，得出的结论可能存在偏差。同时沉水植物生长过程与水华暴发过程也伴随水-底泥界面微生物菌落结构与数量，界面溶解氧(DO)、pH值、可溶性有机质(DOC)的剧烈变化，这些条件的变化将直接导致水环境中营养盐、重金属和有机污染物形态、生物可利用性、毒性和生物地球化学循环及归宿发生改变。目前已有的底泥室内模拟装置多是以水-底泥界面二相结构研究为主，这些装置对研究底泥的释放作用及其影响因素起到了很好的借鉴作用。但是这些装置都不能模拟水华发生过程、沉水植物生长过程与底泥污染物释放的动态耦合关系；不能批量研究生态工程(环保疏浚工程、沉水植物恢复工程)对水体富营养化的影响。因此尚缺少功能丰富、实时、快速、用于研究生物(沉水植物、藻类)与底泥释放相互作用的装置。有鉴于上述现有的水体实验装置存在的缺陷，本专利技术人基于从事此类研究多年丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的水体实验装置，能够改进一般现有的，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于，提供一种新的，所要解决的技术问题是使其能够模拟水体底泥释放与浮游藻类、沉水植物耦合关系，从而更加适于实用。本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的一种水体实验装置，其包括底泥释放单元、培养单元、控制单元、水体控制系统和水质监测系统；所述的底泥释放单元、培养单元和控制单元依次相邻，两两相邻的单元之间用挡板连接，从而形成三个单元相互连通的试验箱体；所述的水体控制系统，用于调节实验装置中水体的理化指标；所述的水质检测系统，用于检测实验装置中水体、底泥、浮游生物和/或水生植物的理化指标数值。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。进一步的，前述的水体实验装置，其中所述的水体控制系统包括pH值控制系统、溶解氧控制系统、水循环系统、照明系统和温控系统中的一种或多种；所述的PH值控制系统由PH电极、pH控制仪、酸贮槽、碱贮槽、酸计量泵、碱计量泵及加酸碱口组成，pH电极和加酸碱口设置在控制单元内；所述的溶解氧控制系统由溶解氧电极、溶解氧控制仪、氧气瓶、氮气瓶、流量控制器以及暴气管组成，溶解氧电极用于对水体的溶解氧值进行检测，并将测定值反馈给溶解氧控制仪，暴气管用于提供氧气或者氮气；水循环系统由泵和水管组成，用于循环实验装置内水体的流动；照明系统有多个光源组成，用于向实验装置提供多种光照强度的照明；水温控制系统由温控仪、加热器和温度探头组成，用来控制调节实验装置中的温度。进一步的，前述的水体实验装置，其中所述的挡板由排水板和浮游植物网组合而成；培养单元与底泥释放单元之间的挡板的下部为浮游生物网，上部为排水板；培养单元与控制单元之间的挡板的上部为浮游生物网，下部为排水板，所述的排水板为有机玻璃板或者PVC板或者玻璃板。进一步的，前述的水体实验装置，其中所述的底泥释放单元设置多个带有卡口的底座和样品采集管，通过所述的卡口可以将样品采集管相连而稳定地固定在底座上。进一步的，前述的水体实验装置，其中所述的样品采集管为柱状，从底部每隔一定距离设有两个相对称的电极孔，其孔径大小应用监测系统的电极相匹配。进一步的，前述的水体实验装置，其中所述的水质监测系统由电极探头、水质分析仪和数据处理器构成，电极探头为一个或多个，设置于底泥释放单元和/或培养单元内。进一步的，前述的水体实验装置，其还包括设置于控制单元内的搅拌器，以及一个可以从底泥释放单元或培养单元采集水样的可移动的虹吸采样管。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。本专利技术还提出一种水体研究实验方法，采用上述水体实验装置，该方法包括以下步骤用样品采集管从被研究的湖泊或河流中采集底泥，并在底泥上保留上覆水；将采集底泥后的样品采集管安装在底泥释放单元中；将被研究的湖泊或者河流的上覆水或者根据实验需要配置好的溶液注入实验装置中；使整个装置中液面的高度超过柱状样品采集管的高度；调节实验装置中的水温处在设定的温度范围内，调节水体的PH值和/或溶解氧的含量，调节光照时间和强度；在培养单元中接种实验所需的藻种或者种植沉水植物；通过水质监测系统，测定藻类或沉水植物生长过程中的水体和间隙水体的理化指标；同时可以取柱状样品采集管的底泥，研究藻类生长或者沉水植物生长过程对底泥中污染物的总量及其形态的变化规律。进一步的，前述的水体研究实验方法，若仅进行水体底泥释放与浮游藻类、沉水植物生长耦合关系的研究，则无需调节水体的PH值和溶解氧的含量。实验装置内的水体在实验过程中处于循环流动状态。借由上述技术方案，本专利技术至少具有下列优点·本专利技术装置的特点在于通过将底泥样品采集、底泥污染物的释放与藻类、沉水植物生长有机结合，便于模拟不同水环境条件改变对底泥的释放作用，同时可以减少人为扰动，保持上覆水和底泥的原始性状。通过底泥释放单元与藻类培养单元联合，可以模拟水华暴发过程中水环境因子变化过程与符合污染污染物迁移转化过程的动态耦合关系，阐释富营养化条件下水环境中复合污染物迁移转化的响应机制。通过调整pH、溶解氧、温度、光照等物理因子，可以模拟水体理化因子的变化对底泥污染释放的影响。通过底泥释放单元与沉水培养单元联合，可以模拟沉水植物生长过程中水环境因子的变化过程与复合污染物迁移转化的动态耦合关系，阐释沉水植物对水体的净化机制及生态因子的影响。可将沉水植物种植与垂直采样管结合，研究不同种类沉水植物生态修复对水体-底泥中污染物的形态及释放的影响，为生态修复沉水植物的选择提供科学依据。可以使用柱状样品采集管采集不同层次的底泥或者采集疏浚前后的底泥，批量研究不同环保疏浚深度对上覆水体的影响，从而为污染底泥环保疏深度的确定提供技术支持。综上所述，本装置可以较好的模拟底泥中污染物释放与水华发生过程、沉水植物生长过程的动态耦合关系，同时可以将污染物在水-底泥-生物系统中的迁移、转化的多个过程结合到一个装置中，实现装置的多功能化；本装置的体积较小，可以随意安置在实验场地的各个角落，便于开展各种模拟实验，另外本装置采用模块化设计，装拆更换零部件方便，可长时间不断运作，使用寿命长。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种水体实验装置，其特征在于其包括：底泥释放单元、培养单元、控制单元、水体控制系统和水质监测系统；所述的底泥释放单元、培养单元和控制单元依次相邻，两两相邻的单元之间用挡板连接，从而形成三个单元相互连通的试验箱体；所述的水体控制系统，用于调节实验装置中水体的理化指标和水体流动；所述的水质检测系统，用于检测实验装置中水体、底泥、浮游生物和/或水生植物的理化指标数值。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王书航，姜霞，王雯雯，宋倩文，胡佳晨，张博，王岩，田怡涛，
申请(专利权)人：中国环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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