一種底泥呼吸及氮內源釋放的原位測定裝置和測定方法制造方法及圖紙

一種底泥呼吸及氮內源釋放的原位測定裝置，包括測定箱和測量電極，所述的測定箱包括箱體、透明的頂蓋和限位裙邊；所述的頂蓋上開有圓形排水孔并安裝單向閥；頂蓋上還設有一組內嵌密封環的電極裝配孔；所述的測定箱內設有循環水泵；所述的測量電極至少包括溶解氧電極和氨電極，測量電極插入頂蓋上的電極裝配孔中。測量電極連接測定儀后，將原位測定裝置緩慢降到底泥表面，測定箱內形成底泥上覆水的密封空間，測定并記錄電極讀數，得到溶解氧、氨氮濃度的時間序列，線性回歸分析后可計算得到底泥呼吸和氮內源釋放速率。本發明專利技術的裝置和方法能夠原位、同步、快速地測定底泥呼吸及氮內源釋放速率。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種用于湖泊、河流及濕地等污染水體底泥內源污染的測定裝置和方法，特別涉及一種以底泥呼吸和氨氮釋放原位同步測定為特征的底泥內源污染測定裝置和方法，屬于生態和 環境

技術介紹
近年來，隨著湖泊、河流及濕地等受人類活動影響，這些水體的污染越趨嚴重。由于底泥是這些水體污染物的最終承納者，其污染狀況反映和記錄了水體及流域的污染狀況。同時，污染底泥也對這些水體的環境狀況產生密切的反饋作用，稱為內源污染。而底泥的呼吸作用以及氨氮的內源污染，常常是底泥內源污染中表現最為明顯的和強烈的。其主要原因是，內源污染來自于表層底泥中有機質，包括有機氮的有氧呼吸和礦化，以及更為強烈的下層底泥的厭氧呼吸和有機氮礦化。前一個過程首先形成了底泥對氧氣的消耗，與底棲生物對氧氣的直接利用共同形成底泥呼吸作用，并產生上層底泥氨氮的蓄積。后一個過程中的厭氧呼吸作用雖然其速率較有氧呼吸慢，但由于上層底泥的阻隔，往往在底泥下層形成大量的氨氮蓄積，并在分子擴散、底棲生物擾動、水流擾動等作用下，向水體遷移，從而形成氮的內源負荷。底泥呼吸形成的缺氧狀態，強烈影響底泥氨氮的蓄積和釋放。因此，底泥呼吸以及氮內源污染的測定對于了解水體污染的來源和強度等具有重要作用。國內乃至世界上許多國家都將底泥疏浚作為改善湖泊、河流以及濕地水體較嚴重的底泥內源污染的手段之一，而疏浚的位置、面積等因素的決策，常常依賴于底泥呼吸和氨氮釋放強度的分析。而且底泥疏浚的效果，也將底泥呼吸作用和氨氮釋放強度的改善作為指標之一。因此，一種能快速、原位進行底泥呼吸和氮內源釋放的測定方法，將有助于上述問題的解決。底泥的呼吸作用和氨氮內源釋放測定，傳統上采用底泥柱樣采集-室內培養-實驗室分析-結果計算的步驟得到。由于湖泊、河流和濕地底泥的物理化學特征在空間上往往存在差異(底泥空間異質性)，因此，較小直徑的底泥柱樣往往只能代表范圍較小的底泥特征。而由于底泥柱樣采樣器的限制，往往不能獲得直徑較大的底泥柱樣，必須通過多柱樣平行來解決，也因此增加了采樣和后續培養分析的工作量。采集的底泥柱樣在進入實驗室培養前，往往需要長距離運輸，運輸過程中的顛簸和晃動帶來的壓實和擾動效應，往往會改變底泥，特別是影響底泥呼吸和內源釋放關鍵的表層底泥的物理化學特性，使得培養的樣品與原位樣品具有一定差異。因而樣品采集和培養的過程中往往帶來表層底泥物理化學特征的變化，如溶解氧、上層水體營養鹽含量等。現有技術中解決的方法往往是縮短運輸距離和小心運輸。而這些解決方案往往不能徹底解決樣品代表性的問題。室內培養過程中，無論是靜態培養法，還是流動培養法，均是在模擬現場條件(如溫度、溶解氧、pH)下進行的，盡管模擬條件可以接近現場條件，但仍無法完全再現現場的環境條件。室內培養法測定底泥呼吸和氨氮釋放過程必須測定上覆水的溶解氧變化和氨氮變化，因此涉及到較繁復的樣品分析工作，雖然有其他測定的替代方案，但培養過程的冗長和操作的繁復仍無法克服。底泥呼吸和氨氮內源釋放的測定，也可借助于底泥間隙水擴散模型計算得到。但是，底泥間隙水的獲取，往往需要長時間(20-30天)的平衡(Pe印er法)，或者需要采集原狀底泥后，再采用壓榨、離心、Rizhon抽提、DET、DGT等方式，盡管通過一些復雜的間隙水獲取技術，能得到間隙水垂向變化剖面，并在此基礎上利用Fick第一定律計算理論上的釋放通量，但是，技術的復雜性和操作的冗長，都是間隙水擴散模型不能克服的缺點。同時，擴散模型計算的釋放通量往往是理論上的，具有一定的前提假設和條件，如不考慮底棲生物擾動、擴散過程完全受控于溶解態氨氮的濃度梯度等因素，也因此往往不能代表氨氮的原位實際釋放通量。通過以上分析可知，一種能用于野外的，原位快速測定底泥呼吸作用和氨氮釋放的測定方法，將有助水生態、水環境研究中涉及底泥呼吸和氨氮內源釋放問題的解決，以及疏浚方案制定和疏浚效果分析的背景參數獲取。
技術實現思路
針對上述底泥呼吸及氮內源釋放測定方法中現有技術的缺陷，本專利技術的目的在于 提供一種便于在湖泊、河流及濕地現場進行原位同步測定底泥呼吸及氮內源釋放的裝置和方法，達到有效降低樣品采集及室內模擬分析測定工作量，提高樣品代表性和分析準確度的效果。本專利技術的內容包括原位測定裝置制作和原位測定方法。其中，原位測定裝置提供了底泥呼吸和氮內源釋放的封閉水體，并采用具有快速響應和測定功能的溶解氧和氨氮電極(以及其他輔助性測定電極)，獲取實時測定的、隨時間變化的水體溶解氧和氨氮等物質濃度；通過數據線與測定儀進行數據采集和計算，可實時獲取溶解氧、氨氮等物質的濃度和變化速率。本專利技術的目的是通過如下技術方案實現的 一種底泥呼吸及氮內源釋放的原位測定裝置，包括測定箱和測量電極，所述的測定箱包括箱體、透明的頂蓋和限位裙邊；所述的頂蓋上開有圓形排水孔并安裝單向閥；頂蓋上還設有一組內嵌密封環的電極裝配孔；所述的測定箱內設有循環水泵；所述的測量電極至少包括溶解氧電極和氨電極，測量電極插入頂蓋上的電極裝配孔中。優選地,所述的箱體由不銹鋼或有機玻璃圓筒構成。所述的限位裙邊圍繞箱體水平地固定在箱體外側，位于箱體底部向上2-10cm。所述的單向閥的作用在于，在投放過程中單向地將測定箱中的水自排水孔排出，從而測定箱在水體中下降到達底泥表面時，箱內存留的為底泥上覆水，而非表層水。單向閥的一個具體實現方式，如實施例中所描述的，包括閥體、磁鋼陣列及鉸鏈；其中，所述的閥體為圓形復合硅膠片，內襯圓形鐵片，其半徑大于排水孔半徑；所述的磁鋼陣列，為嵌入頂蓋內的一組圓周狀排列的永磁鋼，磁鋼中心所在的圓與排水孔形成同心圓，磁鋼頂面略低于頂蓋表面；所述的閥體通過鉸鏈連接在頂蓋上并平覆在排水孔上。單向閥依其閥體內襯的圓形鐵片與永磁鋼陣列間磁力將復合硅膠片壓緊于頂蓋的排水孔四周形成密封。所述的測量電極可根據測定需要增加，如pH電極等。溶解氧電極優選熒光法溶解氧電極，該電極響應快速、不消耗氧氣；氨電極優選為氨氣敏離子選擇電極(ISE)。所述的測定箱上還包括投放底座，投放底座固定在頂蓋上，用于連接投放繩索或投放桿等。所述的原位測定裝置中，測量電極通過電極電纜與測定儀連接，實時讀取測定數據，用于分析與計算。本專利技術還涉及一種采用上述原位測定裝置，原位測量底泥呼吸及氮內源釋放的方法，其技術方案如下 一種底泥呼吸及氮內源釋放的原位測定方法，包括如下步驟 (1)裝配原位測定裝置裝配所述的原位測定裝置，將預先校準、標定的測量電極插入頂蓋上的電極裝配孔并形成密封，所述的測量電極至少包括溶解氧電極和氨電極；測量電極通過電極電纜與測定儀連接； (2)投放原位測定裝置在測定現場，將原位測定裝置放入水中，接通循環水泵電源，打開單向閥；將原位測定裝置緩慢降到底泥表面，并使測定箱插入底泥至限位裙邊達到底泥表面，關閉單向閥，測定箱內形成密封空間； (3)測定起點測定箱投放到位后，箱內水體在循環水泵作用下均勻混合，待測定電極讀數穩定后，開始計時； (4)測定開始計時記為時刻“0”，并記錄下電極測定讀數，溶解氧、氨氮濃度分別記為DO和NO ;在t時刻測定并記錄電極測定讀數，溶解氧、氨氮濃度分別記為Dt和Nt ;得到電極測定讀數的時間序列； (5)測定終點當Dt/ DO ^ O. 7時，記本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種底泥呼吸和氮內源釋放的原位測定裝置，其特征在于，所述的裝置包括測定箱和測量電極，所述的測定箱包括箱體（1）、透明的頂蓋（3）和限位裙邊（2）；所述的頂蓋（3）上開有圓形排水孔（11）并安裝單向閥（5）；頂蓋（3）上還設有一組內嵌密封環的電極裝配孔（6）；所述的測定箱內設有循環水泵（9）；所述的測量電極至少包括溶解氧電極和氨電極，測量電極插入頂蓋（3）上的電極裝配孔（6）中。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張路，杜應旸，
申請(專利權)人：中國科學院南京地理與湖泊研究所，
類型：發明
國別省市：