CN111964993A - 模拟原位水压的深水底泥流动培养*** - Google Patents

模拟原位水压的深水底泥流动培养*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种模拟原位水压的深水底泥流动培养***，包括流动培养装置、入流加压装置和出流减压装置，其中，所述入流加压装置包括压力罐、进气管、调压阀、耐压容器和第一支架，所述压力罐通过进气管连接所述耐压容器的进气口，所述调压阀设置在所述进气管上，所述耐压容器放置于第一支架上，内装有添加同位素的原位上覆水，耐压容器的出水口与所述流动培养装置的进水管连接；所述出流减压装置包括多孔介质管、第二支架、减压出水管和接水容器，所述多孔介质管内塞有多孔介质材料，放置于所述第二支架上，所述多孔介质管的入口与所述流动配装置的出水管连接，出口连接减压出水管的一端，减压出水管的另一端伸入接水容器中。本发明可以实现深水底泥流动培养。

Description

模拟原位水压的深水底泥流动培养***
技术领域
本发明涉及实验室培养装置，尤其涉及一种模拟原位水压的深水底泥流动培养***。
背景技术
沉积物氮转化流动培养，是指添加同位素的原位上覆水处于流动状态，对所淹没的沉积物保持养分、酸度、温度等处于稳定水平的水培实验，其对于河湖潜流层、滨岸干湿区、库区消落带等生态关键区域的氮循环过程模拟具有重要意义。然而，目前流动培养技术存在一个较大问题，即不能模拟深水底泥的原位水压，而水压是影响底泥氮源输入和反应气体(N2、N2O)释放的重要因素，对氮循环速率的量化产生较大影响。因此，目前流动培养技术很难适用于高坝深库底泥的培养。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种能够模拟原位水压进行深水底泥流动培养的***。
技术方案：本发明所述的模拟原位水压的深水底泥流动培养***包括流动培养装置，以及分别与流动培养装置连接的入流加压装置和出流减压装置，其中，所述入流加压装置包括压力罐、进气管、调压阀、耐压容器和第一支架，所述压力罐通过进气管连接所述耐压容器的进气口，所述调压阀设置在所述进气管上，所述耐压容器放置于第一支架上，内装有添加同位素的原位上覆水，耐压容器的出水口与所述流动培养装置的进水管连接；所述出流减压装置包括多孔介质管、第二支架、减压出水管和接水容器，所述多孔介质管内塞有多孔介质材料，放置于所述第二支架上，所述多孔介质管的入口与所述流动配装置的出水管连接，出口连接减压出水管的一端，减压出水管的另一端伸入接水容器中。
进一步的，所述耐压容器上设有压力表和减压阀。所述耐压容器的长宽高的设置为：长>宽的2倍，宽>高的2倍。在培养时，所述耐压容器内的压力通过调压阀调节为P：
P＝P0(1+h/10)
其中h为模拟的水深，P0为1个标准大气压。
进一步的，所述多孔介质管内的多孔介质材料为满足以下条件的材料：
多孔介质材料渗透系数
Figure BDA0002643795740000011
式中，q表示流动培养实验的要求流量，L表示多孔介质管长度，r表示多孔介质管半径，h为模拟的水深。
进一步的，所述入流加压装置、流动培养装置和出流减压装置三者密封连接。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明可以模拟原位水压，以进行深水底泥的流动培养，本发明还可以通过多孔介质管的不同介质材料实现出水流速控制。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的***框图。
具体实施方式
本实施例提供了一种模拟原位水压的深水底泥流动培养***，如图1所示，包括密封连接的流动培养装置、入流加压装置和出流减压装置。下面分别对每个装置分别进行介绍。
(1)入流加压装置
入流加压装置目的是实现原位水压模拟，包括压力罐1、进气管2、调压阀3、耐压容器4、压力表5、减压阀6、第一支架8，压力罐1通过进气管2连接耐压容器4的进气口，调压阀3设置在进气管2上，耐压容器4放置于第一支架8上，内装有添加同位素的原位上覆水7，耐压容器4的出水口与流动培养装置的进水管10密封连接。压力罐1中充满惰性气体，耐压容器4为钢质材料，其与出水口为整体密封设计。一般一次流动培养所需用水约20～30L，为了降低容器内水深变化对模拟压强的影响，将容器设计为宽扁结构，即长宽高的设置为：长>宽的2倍，宽>高的2倍，本实施例中设置长、宽、高分别为100cm、30cm、10cm。
***在培养时，需要通过调节调压阀3调节压力罐1注入至耐压容器4内的气体，控制耐压容器4压力为P：
P＝P0(1+h/10)
其中h为模拟的水深，P0为1个标准大气压。
(2)流动培养装置
流动培养装置主要实现流动培养，包括进水管10、进水采样阀11、出水管12、出水采样阀13、流动培养管14、原位泥柱15、密封橡胶塞16、恒温水浴管17，进水管10与耐压容器4出水口通过密更连接设备9密封连接，进水采样阀11位于进水管10上，出水采样阀13位于出水管12上，进水管10和出水管12均***至流动培养管14内，原位泥柱15位于流动培养管14内，并被密封橡胶塞16密封住底部，流动培养管14放置于恒温水浴管17中。进水管10、出水管12、流动培养管14为整体设计，材料属性均为钢质，流动培养管14管身高度、内径分别为30cm、9cm，进、出水管内径同样为5mm。流动培养原理同现有技术一致，不再进行赘述。
(3)出流减压装置
出流减压装置包括多孔介质管18、第二支架19、减压出水管20和接水容器21，多孔介质管18放置于第二支架19上，入口与流动配装置的出水管12连接，并保持同一水平，出口连接减压出水管20的一端，减压出水管20的另一端伸入接水容器21中。多孔介质管18为钢质材料，内塞有多孔介质材料，可以实现出水减压。流动培养实验的流量(q)一般控制在1ml/min，因入流与出流之间存在较大水头差(即-h)，本发明采用多孔介质实现减压目的。根据达西公式，多孔介质管流速为：
Figure BDA0002643795740000031
则渗透系数
Figure BDA0002643795740000032
式中，q表示流动培养实验的要求流量，L表示多孔介质管长度，r表示多孔介质管半径，h为模拟的水深。可以看出，多孔介质材料为满足渗透系数K的材料，且多孔介质材料的选择随模拟水深(h)的变化而变化。
实验装置配合同位素示踪和同位素配对技术，计算沉积物反硝化和厌氧氨氧化速率。
此外，本***还可以通过测定培养前后沉积物和水体中营养盐浓度，测定原位水压下沉积物-水界面的营养盐通量。以及通过测定培养前后水体中温室气体等气体的浓度，测定原位水压下沉积物或水体向外界释放温室气体等气体的通量。

Claims (6)

1.一种模拟原位水压的深水底泥流动培养***，包括流动培养装置，其特征在于：还包括分别与流动培养装置连接的入流加压装置和出流减压装置，其中，所述入流加压装置包括压力罐、进气管、调压阀、耐压容器和第一支架，所述压力罐通过进气管连接所述耐压容器的进气口，所述调压阀设置在所述进气管上，所述耐压容器放置于第一支架上，内装有添加同位素的原位上覆水，耐压容器的出水口与所述流动培养装置的进水管连接；所述出流减压装置包括多孔介质管、第二支架、减压出水管和接水容器，所述多孔介质管内塞有多孔介质材料，放置于所述第二支架上，所述多孔介质管的入口与所述流动配装置的出水管连接，出口连接减压出水管的一端，减压出水管的另一端伸入接水容器中。
2.根据权利要求1所述的模拟原位水压的深水底泥流动培养***，其特征在于：所述耐压容器上设有压力表和减压阀。
3.根据权利要求1所述的模拟原位水压的深水底泥流动培养***，其特征在于：所述耐压容器的长宽高的设置为：长>宽的2倍，宽>高的2倍。
4.根据权利要求1所述的模拟原位水压的深水底泥流动培养***，其特征在于：在培养时，所述耐压容器内的压力通过调压阀调节为P：
P＝P0(1+h/10)
其中h为模拟的水深，P0为1个标准大气压。
5.根据权利要求1所述的模拟原位水压的深水底泥流动培养***，其特征在于：所述多孔介质管内的多孔介质材料为满足以下条件的材料：
多孔介质材料渗透系数
Figure FDA0002643795730000011
式中，q表示流动培养实验的要求流量，L表示多孔介质管长度，r表示多孔介质管半径，h为模拟的水深。
6.根据权利要求1所述的模拟原位水压的深水底泥流动培养***，其特征在于：所述入流加压装置、流动培养装置和出流减压装置三者密封连接。
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