[發明專利]一種模擬河流有機氮礦化的實驗裝置

有效

• 申請號: 201410784282.9
• 申請日: 2014-12-16
• 公開（公告）號: CN105784954B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 單保慶;趙鈺;張淑珍;段圣輝;郎超
• 申請（專利權）人: 中國科學院生態環境研究中心
• 主分類號: G01N33/18
• 分類號: G01N33/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種模擬河流有機氮礦化的實驗裝置涉及一種可模擬水環境中有機氮礦化過程的實驗裝置。本裝置解決了有機氮礦化研究過程中的數據難收集及條件不可控等問題，使研究工作可在室內進行。本裝置分為主裝置系統、控制系統、數據記錄系統。主裝置系統由水動力系統、光照系統、溫補系統、水質監測系統和反應器組成；控制系統由傳感器、控制器和執行器組成；數據記錄系統由安裝組態軟件的電腦和顯示器構成。本裝置可完整呈現并模擬河流水環境中有機氮礦化過程，通過對水位、溫度、光照及溶解氧進行控制，研究這些因素對水環境中有機氮礦化過程的影響。本裝置具有結構清晰、操控簡單、自動調節、實時記錄等特點，簡便了河流有機氮礦化過程研究工作。

技術領域:

本發明涉及一種實驗裝置，具體涉及一種可以模擬在不同水位、光照和溫度下，水體和沉積物中有機氮礦化過程的實驗裝置。

背景技術:

氮營養鹽污染問題是我國河流存在的重要問題，研究水體及沉積物中氮素的轉化過程及機理為氮營養鹽污染的治理提供重要的理論基礎。

有機氮礦化是指在微生物作用下，有機態的含氮化合物轉化為無機態氮的過程。有機氮礦化是氮轉化的重要過程，也是河流中無機態氮的重要來源，是研究河流中氮素轉化不可缺少的一環。對于有機氮礦化過程的研究，可以進行野外模擬和實驗室模擬。而野外條件下影響沉積物有機氮礦化的影響因素眾多，數據的收集及環境控制存在較大的難度；此外野外原位模擬實現較為困難。實驗室模擬可控性好，操作相對簡單，但目前尚缺少簡便的河流有機氮礦化研究方案，因此設計一套模擬裝置用于有機氮礦化過程研究。

發明內容:

本發明的目的在于依據天然河流的真實情況，設計一種能夠模擬在不同水位、光照、溫度下，水體和沉積物中有機氮礦化過程的實驗裝置，可以科學簡便地對有機氮礦化過程及影響因素進行研究。本裝置可以再現并記錄河流水環境有機氮礦化過程中pH、DO(溶解氧)、ORP(氧化還原電位)、電導率、溫度的變化，并通過出水口取水測定水體中不同氮素含量的變化。

整個有機氮礦化模擬裝置分為主裝置系統、控制系統、數據記錄系統三大部分。主裝置系統包括水動力系統、光照系統、溫補系統、水質監測系統、反應器；控制系統可對主裝置反應器中DO(溶解氧)進行控制；數據記錄系統可對監測數據進行實時記錄。該裝置可通過調整各參數來模擬自然條件下有機氮的礦化過程，并可對監測指標進行實時記錄，具有結構清晰、操控簡單、自動調節、實時記錄等特點。

主裝置系統根據實驗需要按照模塊化設計分為以下幾個部分：水動力系統、光照系統、溫補系統、水質監測系統、反應器五個部分。

水動力系統包括進排水系統和水體擾動系統。進排水系統由進水閥和排水閥、管道和流量計組成，通過調節水位來模擬自然狀態下水位變化對有機氮礦化的影響；水體擾動系統利用潛水泵或可變速的攪拌器對上層水體進行擾動，模擬自然狀況下表層水的擾動。

光照系統包括光源和光源調節組件。作為優選，所述光源為氙燈；光源調節組件采用百葉窗。通過光源和光調節組件模擬自然界光照對有機氮礦化過程的影響。

溫補系統由溫控器和加熱器組成，對上層水溫進行控制。當對上層水體水溫有要求時，實際溫度低于設定溫度時加熱器開始加熱，高于設置溫度加熱停止。對溫度的補償的主要有裝置內溫度補償及裝置外溫度補償兩種方式。可以根據實際需求及操作情況，選擇合適的溫補措施。

水質監測系統是在主裝置內不同深度設置pH、DO、ORP、電導率、溫度探頭，通過探頭監測有機氮礦化過程中的監測指標的變化。

反應器采用有機玻璃材質，選擇直徑為1000mm的圓柱狀有機玻璃管作為模擬裝置外型。反應器兩邊安裝擋板及分水器，減弱水流進出時產生的動力干擾，避免額外的水動力干擾。反應器壁上設置取水孔，用于反應期間的取樣工作，方便水體指標的測定。

在實驗裝置中，安裝泵(附圖1⑤)來推動水體流動，使水體進入反應器中。裝置末尾處安裝軟管用于排水，收集器用于收集反應結束后排出的樣品。