[发明专利]一种基于数学模型同时测定氨氧化速率和亚硝酸盐氧化速率的方法

摘要

本发明公开了一种基于数学模型同时测定氨氧化速率和亚硝酸盐氧化速率的方法。在不加入任何抑制剂的条件下，对水体样品或者沉积物样品进行原位条件下的避光培养，建立培养体系。连续测定培养体系水体中DIN(NH4+、NO2‑与NO3‑)的浓度，得到DIN浓度值变化的时间序列；采用Boltzmann模型对于水体DIN时间序列进行拟合，得到拟合数学方程；在此基础上，运用MATLAB对拟合的数学方程进行一阶微分，通过微分方程可以得到瞬时速率趋势图；同时，基于这个模型还计算得到了平均反应速率。这一方法克服了依赖抑制剂的干扰，在一个体系中同时得到了Va和Vn的瞬时反应速率和平均反应速率，准确呈现出了环境中微生物硝化作用的动力学过程，为本领域的研究提供了一种操作方便且准确测定的方法。

主权项

1.一种基于数学模型同时测定氨氧化速率和亚硝酸盐氧化速率的方法，其特征在于，包括以下步骤：A、培养体系的建立用250毫升无菌宽口瓶建立培养体系，对于水样，在每个瓶子中注入125毫升原位水，对沉积物样品，加入10g沉积物和125毫升原位过滤水，在每个瓶子中混匀，培养瓶内的顶空部分可以保证足够的氧气用于硝化作用，然后，用水或沉积物物样品制备的培养瓶在原位温度下75转/分钟温和地摇动，以保持它们处于充气有氧状态，样品在黑暗中培养以防止浮游植物对可溶性无机氮(DIN)的同化，每12小时取培养瓶中的上覆水溶液，并测量铵盐、亚硝酸盐和硝酸盐(DIN)的浓度，培养持续直到铵盐和亚硝酸盐完全消耗，并且硝酸盐浓度达到稳定，通过标准方法测定铵、亚硝酸盐和硝酸盐浓度，建立铵盐、亚硝酸盐和硝酸盐(DIN)的时间序列动力学变化曲线，用于进一步建立氨氧化和亚硝酸盐氧化速率的数学计算模型；B、建立数学模型，计算氨氧化和亚硝酸盐氧化速率Va用单位时间内亚硝酸盐和硝酸盐总浓度((Va＝Δ[NOx‑]/ΔT))的增量来表示，Vn通过单位时间内硝酸盐浓度的增量(Vn＝Δ[NO3‑]/ΔT)来表示；用二阶局部平滑过滤法对每种DIN的点的数据进行经验平滑，然后利用玻耳兹曼分布模式拟合DIN时间序列数据，并使用等式1获得；其中，Y为DIN的浓度，Y0为初始浓度，Ymax是反应浓度最大值，x为反应时间，X0为t1/2，即1/2反应时间，1/dx为反应常数；对等式(1)进行一阶微分，得到氨氧化或者亚硝酸盐氧化的瞬时速率，用等式2计算；其中Y′为瞬时速率，其他参数同等式1；Va和Vn的平均值通过拟合的玻尔兹曼分布模式(EQS)来计算，见等式3和4；起始时间(TS)是培养开始的时间，结束时间(Te)是NO2‑和NO3‑达到最大值的时间(ΔT＝Te‑Ts)，DIN物种的初始和最终浓度分别对应于TS和Te。