[发明专利]一种模拟研究河流水-悬浮颗粒-沉积物体系氮转化的装置及方法

权利要求书

1.一种模拟河流水-悬浮颗粒-沉积物体系的装置，其特征在于，所述装置具体包括顶部的控制盖，所述控制盖内部左右两侧装有小型电动机，所述电动机下方有支撑体，所述电动机连接传动齿轮，所述控制盖内部中侧设有空心搅拌桨，所述搅拌桨上部有圆盘状的翼，所述翼与搅拌桨为一体且被其体积稍大的圆柱形隔间包围，所述隔间底部留有小孔，可使搅拌桨上部穿过，所述隔间底部上方含有圆环形橡胶垫片，所述垫片被环形固定槽一固定，所述隔间顶部设有开口和塑料盖，所述搅拌桨中上部与齿轮相固定，所述齿轮连接所述电动机齿轮，所述搅拌桨中部通过弹簧式卡锁与内径稍大的搅拌桨下部相接，所述卡槽设有多个，可调节搅拌桨的长度，所述控制盖内部下侧设有小孔，可使搅拌桨穿过，所述小孔上方设有轴封，所述轴封周围设有环形固定槽二，所述控制盖外部下侧有环形氙灯光照设备，所述控制盖外部下侧有外螺纹，所述螺纹下方与设有内螺纹的容器连接，所述控制盖外部上左侧具有控制板，所述控制板可以调节电动机转速、氙灯光照强度以及接通外部电源。

2.根据权利要求1所述的模拟研究河流水-悬浮颗粒-沉积物体系氮转化的装置，其特征在于：所述控制盖尺寸为，高15.0-20.0cm，内径40.0-60.0cm，壁厚0.5-2.0cm，内径∶高＝3∶1。

3.根据权利要求1所述的模拟研究河流水-悬浮颗粒-沉积物体系氮转化的装置，其特征在于：所述空心搅拌桨由上下两部分组成，上部分包含圆盘状翼，直径为1.8-3.0cm，中上部与齿轮固定，上部分的内径为6.0-10.0mm，外径比内径大2.0-4.0mm；下部分内径比搅拌桨上部外径大0.1-0.6mm，外径比内径大3.0-6.0mm，上下部分通过卡锁连接，下部设有多个卡孔，可调节卡锁的位置。

4.根据权利要求1所述的模拟研究河流水-悬浮颗粒-沉积物体系氮转化的装置，其特征在于：所述控制盖内部的隔间尺寸为，内径6.0-10.0cm，高4.0-8.0cm，壁厚0.5-1.0cm，底部有小孔，孔径比搅拌桨上部的外径大1.0-2.0mm，顶部有开口，直径为4.0-8.0cm。

5.根据权利要求1所述的模拟研究河流水-悬浮颗粒-沉积物体系氮转化的装置，其特征在于：所述隔间内部固定槽一的内径与橡胶垫片外径同大小，外径比内径大0.5-1.0cm，所述固定槽一内环形橡胶垫片的内径比搅拌桨上部的外径大1.0-2.0mm，外径比翼大4.0-6.0mm。

6.根据权利要求1所述的模拟研究河流水-悬浮颗粒-沉积物体系氮转化的装置，其特征在于：所述控制盖内部下侧小孔的孔径比搅拌桨上部外径大1.0-2.0mm，所述小孔上方有轴封，内径与搅拌桨上部外径同大小，外径比内径大2.0-5.0cm，所述轴封被环形固定槽二固定，内径与轴封外径同大小，外径比内径大0.5-1.0cm。

7.根据权利要求1所述的模拟研究河流水-悬浮颗粒-沉积物体系氮转化的装置，其特征在于：所述容器内径为12.0-40.0cm，容器内径小于控制盖内径，高16.0-53.0cm，内径∶高＝3∶4，容积1.8-67.0L，壁厚0.5-2.0cm。

8.根据权利要求1所述的模拟研究河流水-悬浮颗粒-沉积物体系氮转化的装置，其特征在于：所述容器左右两侧分别设辅助孔一和辅助孔二，所述辅助孔一为位置稍低的向内向下的倾斜孔，所述辅助孔二为位置稍高的向内的水平孔，具体参数为，辅助孔一孔径2.0-3.0cm，孔的管道中轴线与容器内壁的交点位于容器高度的55％-65％处；辅助孔二孔径0.5-1.0cm，孔的管道中轴线与容器内壁的交点位于容器高度的75％-85％处；辅助孔一的孔的管道中轴线与容器内壁的夹角为40-50°。

9.根据权利要求1所述的模拟研究河流水-悬浮颗粒-沉积物体系氮转化的装置，其特征在于：所述容器底部有支撑底座，该底座与容器为一体，直径为顶部控制盖内径的70％-90％，高度为1.0-5.0cm。

10.一种模拟研究河流水-悬浮颗粒-沉积物体系氮转化的方法，其步骤如下：

(1)准备多个装置，实验开始前，打开控制盖上方的塑料盖，检查隔间内搅拌桨上部的翼是否置于橡胶垫片上，检查橡胶垫片是否位于固定槽一内，确认正常后，打开控制盖和辅助孔一、二，向不同的容器内分别加入沉积物、悬浮颗粒与河水样品(或模拟河水)构建水-悬浮颗粒-沉积物体系，或只加入悬浮颗粒与河水样品(或模拟河水)构建水-悬浮颗粒体系，模拟河水用来降低实际河水样品中¹⁴NO₃^--N和¹⁴NH₄⁺-N对氮同位素示踪的影响；

(2)对于水-悬浮颗粒-沉积物体系，加入定量¹⁵NH₄⁺-N(¹⁵NH₄Cl，99.0atm％¹⁵N)来研究体系耦合硝化反硝化作用，通过分析³⁰N₂产物研究耦合硝化反硝化速率；

(3)对于水-悬浮颗粒体系，加入定量烯丙基硫脲(ATU)来抑制体系中硝化作用的活性，同时向体系中加入定量的¹⁴NH₄⁺-N(¹⁴NH₄Cl，99.0atm％¹⁴N)，¹⁵NO₃^--N(¹⁵KNO₃，99.0atm％¹⁵N)和¹⁵NO₂^--N(¹⁵KNO₂，99.0atm％¹⁵N)来研究体系中的反硝化和厌氧氨氧化作用，反硝化过程会生成³⁰N₂O和³⁰N₂产物，而厌氧氨氧化过程会生成²⁹N₂产物；

(4)步骤(2)或(3)完成后，旋紧控制盖，将pH、溶解氧(DO)、氧化还原电位(ORP)、电导率(Conductivity)探头依次通过辅助孔一放入水体中测量水中的pH、DO、ORP、电导率和温度后用橡胶塞将辅助孔一封死，关闭辅助孔二，确保容器密封后接通控制板处的电源来启动电动机；

(5)每隔一定时间需要从装置内部取样并向其中充氧。首先关闭电源，打开辅助孔二的三通阀，收集容器内的气体；收集完气体后三通阀保持开启，打开辅助孔一收集容器内水样；待水样收集完毕后，将监测探头依次通过该孔放入水中，测量水中的pH、DO、ORP、电导率和温度；测量完毕后，利用小型充氧装置通过辅助孔一向体系内充氧；

(6)步骤(5)完成后，将辅助孔一和二关闭，开启电动机进行下一阶段的实验；

(7)实验结束后，通过步骤(5)收集最后一组气体和水样品，打开控制盖，利用过滤装置收集水中的悬浮颗粒，同时可采集沉积物样品。