[发明专利]水体实验装置及方法

说明书

技术领域

本发明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水体实验装置及方法。

背景技术

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，本发明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水体实验装置及方法，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发明。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种新的水体实验装置及方法，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。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明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。

本发明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。