[发明专利]一种模拟农田沟道土壤的锰氨氧化过程装置及其使用方法和应用

权利要求书

1.一种模拟农田沟道土壤的锰氨氧化过程装置的使用方法，其特征在于：所述装置包括圆柱形的透明柱身(1)、设于柱身(1)上部的卤素灯(2)、设于柱身(1)底部的磁力搅拌器(3)、设于柱身(1)一侧的蓄水池(4)以及计算机主机(5)；所述柱身(1)上方设置有与柱身顶部匹配的透明密封盖(6)，柱身(1)内底部填充有农田沟道土壤和微生物凝胶载体，柱身(1)外填装土壤的位置包裹有锡箔纸，保证内部土壤处于遮光环境中；所述柱身(1)顶部通过进水管(7)与蓄水池(4)相连，进水管(7)上连接有蠕动泵(8)和进水阀(9)；所述柱身(1)底部侧壁上设有采取水样用的采样口(10)，采样口(10)口部设有控制开关的出水阀(11)；所述柱身(1)内还设有溶解氧探头(12)和pH探头(13)，两者分别与计算机主机(5)连接，用于对柱身(1)中水体的pH和溶解氧程度实时在线检测，柱身(1)内底部设有磁力转子(14)，用于轻微搅拌柱身中的微生物使其保持均匀生长；其中，所述装置的使用方法包括如下步骤：

步骤一、配制微生物培养基溶液：所述微生物培养基溶液包括基础培养液、维生素母液和微量元素母液；在每1L基础培养液中分别加入1mL维生素母液和lmL微量元素母液，配制形成微生物培养基溶液；

步骤二、微生物培养基溶液预处理：将步骤一配制的微生物培养基溶液置入蓄水池，然后通入高纯氦气，通气30分钟并同时监测其溶解氧浓度，直到溶解氧低于0.5mg/L时停止通气；

步骤三、铁离子去除过程：将采泥器采集的农田沟道土壤与微生物凝胶载体均匀混合后装入到圆柱形柱身中，填装高度为15-25cm，同时加入二氧化锰，盖上密封盖并在柱身外部包裹锡箔纸；打开进水阀将步骤二预处理后的微生物培养基溶液通过蠕动泵缓慢注入柱身直至充满整个柱身；每5天更换溶液，更换时重新添加二氧化锰，由此循环操作实验直至采样口出液澄清透明，柱身中无土壤残留；

步骤四、锰氨氧化过程：放除柱身中步骤三处理完成后的溶液，重新打开进水阀进行微生物培养基溶液的填充，同时加入二氧化锰以及¹⁵NH₄Cl同位素，盖上密封盖以形成厌氧环境；每5天更换溶液，更换时重新添加二氧化锰与¹⁵NH₄Cl同位素，由此循环操作；

步骤五、观察与分析：每隔24 h由采样口采集装置内的水样，检测模拟装置水样中的³⁰N₂，²⁹N₂的排放通量以确定锰氨氧化的脱氮量以及硝化反硝化的脱氮量，以及水体中的总氮与锰离子浓度，从而分析确认锰氨氮氧化过程的存在以及环境因子与锰氨氧化之间的关系。

2.根据权利要求1所述的一种模拟农田沟道土壤的锰氨氧化过程装置的使用方法，其特征在于：所述微生物凝胶载体是由2-羟乙基甲基丙烯酸酯与丙烯酸-2-羟乙酯按照摩尔比4:1进行辐照制备。

3.根据权利要求1所述的一种模拟农田沟道土壤的锰氨氧化过程装置的使用方法，其特征在于：所述圆柱形的透明柱身(1)高30cm，直径为20cm。

4.根据权利要求1所述的一种模拟农田沟道土壤的锰氨氧化过程装置的使用方法，其特征在于：所述步骤一中的基础培养液的具体配置为：每1L去离子水中添加0.05gNH₄Cl、0.6gNaHCO₃、0.0165gMgCl₂·6H₂O 、0.027gKH₂PO₄ 以及0.092gCaCl₂·2H₂O 。

5.根据权利要求1所述的一种模拟农田沟道土壤的锰氨氧化过程装置的使用方法，其特征在于：所述步骤一中的维生素母液的具体配置为：每1L去离子水中添加0.1g核黄素、0.1g硫胺素、0.1g生物素、0.1g尼克酸、0.1g吡哆素以及0.1g叶酸。