[發明專利]一種沉積物反硝化速率的測定方法及測定裝置

有效

• 申請號: 201811074371.9
• 申請日: 2018-09-14
• 公開（公告）號: CN109239142B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 何巖;許怡雯;陳靜涵;黃民生;韓靜;周運昌;朱藝雙
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26;G01N27/333
• 代理公司: 上海麥其知識產權代理事務所(普通合伙) 31257
• 代理人: 董紅曼

本發明公開了一種便攜式沉積物反硝化速率(DNR)的測定方法及測定裝置。本發明從參與耦合硝化?反硝化作用(Dn)的NH₄⁺?N和非耦合硝化－反硝化作用的NO₃^??N(Dw)著手，結合沉積物內源氮行為過程對比分析，利用組分化學平衡關系和過程計量關系，構建反硝化速率解析模型，在此基礎上對現有原位氨氮測定儀和硝酸氮測定儀的系統集成。通過固定外殼和伸縮桿將傳感器固定在底泥適宜的位置，然后通過變送器采集氨氮和硝氮的數據，經PLC集成分析后測定反硝化速率。該裝置結構簡單、易于拆卸、體積小巧便于攜帶，同時不涉及樣品的預培養，能夠直接進行現場原位測定，不僅保證了測定的時效性，而且能夠更加準確地反映現場實際的反硝化性能。

技術領域

本發明涉及環境檢測技術領域，具體涉及一種沉積物反硝化速率的測定方法及測定裝置。

背景技術

沉積物是水環境的重要組成部分，它作為污染物的“匯”與“源”，在外源污染有效控制后，河湖沉積物內源釋放將成為氮污染的主要原因。沉積物內源氮的轉化行為是一個涉及化學、生物、物理等多種因素的多相的復雜的生物地球化學過程，其中反硝化是沉積物氮的生物地球化學循環的關鍵過程，也是削減氮負荷和控制內源氮釋放的重要途徑。沉積物反硝化作用所需要的NO₃^-有兩個來源：一是來自上覆水擴散到沉積物中的NO₃^-，即非耦合硝化－反硝化作用(Dw)；二是來自沉積物中的NH₄⁺經過硝化作用生成NO₃^-，即耦合硝化-反硝化作用(Dn)。在減緩河湖水體營養化進程，反硝化作用扮演著不可替代的角色。因此，如何有效測定沉積物的反硝化速率是氮營養鹽環境行為評定的重要環節。

然而，由于反硝化作用的最終產物N₂在大氣環境中的背景值很高，使得精確的測定反硝化速率非常困難，而且其同時受到諸多環境因素(溫度、DO、pH以及水動力條件等)的影響，進一步加劇了反硝化速率測定的復雜性。多年來很多科學家開展了大量的探索和創新性的工作，設計出多種方法，主要包括¹⁵N同位素示蹤法、乙炔抑制法、N₂通量法、微電極法、N₂：Ar比測量法、孔隙水剖面的成巖模式法等。

到目前為止，國內外對于沉積物反硝化速率的測定方法，包括應用相對廣泛的乙炔抑制法，基本都是基于實驗室模擬培養后進行反硝化速率的測定，與現場環境例如底物水平和梯度分布、缺氧微環境分布以及水動力等條件存在一定的差別，往往會出現高估或低估反硝化速率的可能。

發明內容

本發明提供一種沉積物反硝化速率的測定裝置及測定方法，不僅可以用于現場原位測定，且所述測定裝置方便攜帶，易于操作，測量精度準確。

本發明提供一種適合于沉積物反硝化速率測定的裝置及方法，突破了現有技術中常用的測定終端產物N₂O或N₂或人工加入的¹⁵N的研究思路的局限，從參與耦合硝化-反硝化作用(Dn)的NH₄⁺-N和非耦合硝化－反硝化作用的NO₃^--N(Dw)著手，結合沉積物內源氮行為過程對比分析，利用組分化學平衡關系和過程計量關系，確立包含非耦合硝化－反硝化作用(Dw)和耦合硝化-反硝化作用(Dn)的反硝化速率解析模型，同時通過影響沉積物反硝化過程的關鍵參數對模型進行校正，在此基礎上利用對現有原位氨氮測定儀和硝酸氮測定儀的系統集成，創新研制出沉積物原位反硝化速率的測定設備及測定方法，實現了對現有技術中沉積物反硝化速率測定方法的實質性革新。

以往，反硝化速率的測定基本都是先基于實驗室模擬培養后再進行反硝化速率的測定，與現場環境例如底物水平和梯度分布、缺氧微環境分布以及水動力等條件存在一定的差別，往往會出現高估或低估反硝化速率的可能。