[發明專利]含水層硝酸鹽反硝化速率原位測定方法和裝置

在審

• 申請號: 201911306763.8
• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN111060618A
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 郇環;姜永海;張軍軍;耿宏志;劉兵;楊昱;賈永鋒;廉新穎;馬雄飛
• 申請（專利權）人: 生態環境部土壤與農業農村生態環境監管技術中心;中國環境科學研究院
• 主分類號: G01N30/02
• 分類號: G01N30/02
• 代理公司: 北京東和長優知識產權代理事務所(普通合伙) 11564
• 代理人: 周捷;吳強

1.一種含水層硝酸鹽反硝化速率原位測定方法，包括下列步驟：

1)抽取特定含水層的地下水，加入同位素標記的KNO₃(¹⁵N)和KBr藥劑，注入氮氣，攪拌混勻試劑并去除水中溶解氧；

2)將步驟1)攪拌好的地下水注入到井下預定深度，注入的地下水在含水層中以注入井為中心，呈輻射狀向外運移；

3)步驟2)的注入完成后，分不同時間采集地下水樣至容器中，通過氦氣置換出等體積水樣，保證容器中壓力平衡，收集容器中上層氣體，提取氣體產物；

4)用氣相色譜儀測定步驟3)提取的氣體產物中的同位素氣體¹⁵N₂O-N+¹⁵N₂-N濃度，同時分別測定不同時間采集地下水樣中的示蹤劑¹⁵N和Br^-濃度及反應物的殘留量的濃度，并將各測試因子濃度與時間的關系繪制成濃度穿透曲線，采用¹⁵N同位素示蹤劑法計算含水層中硝酸鹽反硝化速率。

2.根據權利要求1所述的含水層硝酸鹽反硝化速率原位測定方法，其中，步驟1)抽取的地下水為洗井后采用潛水泵或蠕動泵抽取的地下水，抽取至儲水箱中，在儲水箱中加入同位素標記的KNO₃(¹⁵N)和KBr藥劑，水下注入氮氣。

3.根據權利要求1所述的含水層硝酸鹽反硝化速率原位測定方法，其中，步驟2)是利用虹吸作用或蠕動泵水管將攪拌好的地下水注入到井下。

4.根據權利要求1所述的含水層硝酸鹽反硝化速率原位測定方法，其中，步驟3)采集地下水是在注入完成后立即用頂空瓶采集地下水樣若干瓶，隨后白天每3小時取樣一次，夜晚每6小時取樣一次，至少持續24小時，然后將裝有水樣的各頂空瓶在平衡振蕩器中振蕩和靜置分別收集頂空瓶上層氣體，注入集氣袋中，完成氣體產物的提取。

5.根據權利要求1所述的含水層硝酸鹽反硝化速率原位測定方法，其中，步驟4)是采用¹⁵N同位素示蹤劑法計算含水層中硝酸鹽反硝化速率為以反硝化過程中生成物N₂O和/或N₂濃度梯度變化最大的時間段內的速率進行表征，計算公式如式(1)：

式(1)中：

R_def表示含水層反硝化強度，μg·kg^-1·d^-1；

M(¹⁵N₂O-N)+M(¹⁵N₂-N)表示反硝化反應后單位體積水中含有的產物N₂O和/或N₂的總質量，μg；

F_dil為反硝化反應物或產物濃度校正系數，無量綱；

DM_S表示單位體積含水介質的干重，kg；

T表示反硝化反應時間，單位為天；

反硝化反應物或產物濃度校正系數F_dil計算公式如式(2)：

式(2)中：

[Br^-]_t0為初始時刻的Br^-濃度，mg/L；

[Br^-]_ti為時刻t的Br^-濃度，mg/L。

6.用于實現權利要求1所述含水層硝酸鹽反硝化速率原位測定方法的裝置，其組成為：

沿地下水的流向布置一口或若干口地下水井，各井口內均設有濾管；

各井口的地面設有一儲水箱，儲水箱的進水口和出水口分別通過泵連接地下水井；

儲水箱上方設有用于水下注入氮氣的氮氣進口；

儲水箱上方設有添加KNO₃(¹⁵N)和KBr的加藥口；

井口內設有連接采樣瓶的抽水管；

用于將地下水部分He置換后的采樣瓶進行振蕩的平衡振蕩器；

用于收集反硝化反應氣體產物的集氣袋。