專(zhuān)利名稱(chēng)：一種多功能模擬湖泊生態(tài)修復(fù)的裝置和使用方法及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生態(tài)工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多功能模擬湖泊生態(tài)修復(fù)的方法和 裝置和使用方法及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與城鄉(xiāng)建設(shè)的加快，沿河湖地區(qū)氮、磷、有機(jī)物等污染物 的排放逐年增加，湖泊及入湖河道水環(huán)境的污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為水面積銳減、湖 泊淤塞嚴(yán)重、湖泊及河道生態(tài)系統(tǒng)受損、湖泊富營(yíng)養(yǎng)化加劇，其原因主要有沿湖地區(qū)工業(yè) 污水、生活污水、農(nóng)業(yè)面源排放對(duì)湖泊水體的污染；湖泊圍網(wǎng)養(yǎng)殖，破壞了湖泊水生態(tài)系統(tǒng)， 投放的餌料使湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化加速；環(huán)湖流域大氣污染干濕沉降導(dǎo)致對(duì)湖泊水環(huán)境的影 響。水體富營(yíng)養(yǎng)化是指湖泊等水體接納過(guò)量的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)性物質(zhì)，使藻類(lèi)以及其他 水生生物異常繁殖，水體透明度和溶解氧變化，造成湖泊水質(zhì)惡化，加速湖泊老化，從而使 湖泊生態(tài)系統(tǒng)和水功能受到阻礙和破壞的現(xiàn)象。湖泊富營(yíng)養(yǎng)化已成為制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù) 發(fā)展的限制因素之一。目前，湖泊水體的富營(yíng)養(yǎng)化治理的研究的熱點(diǎn)主要集中在對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的控制技術(shù) 上，例如水生高等植物營(yíng)養(yǎng)鹽吸收修復(fù)、固定化微生物技術(shù)等。水生高等植物修復(fù)技術(shù)多采 用水生植物進(jìn)行修復(fù)，包括挺水植物、漂浮植物、沉水植物等(專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?3139848. 0，一種 富營(yíng)養(yǎng)化水體的植物修復(fù)方法)，固定化微生物技術(shù)利用載體上富集的微生物去除水體污 染物(專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?00510038832. 3，高效氮循環(huán)細(xì)菌人工篩選及在水生態(tài)修復(fù)和水處理中 的應(yīng)用)等。在水生高等植物修復(fù)技術(shù)中主要采用漂浮植物、挺水植物、及沉水植物等當(dāng)?shù)赝?著物種，通過(guò)植物自身的生長(zhǎng)代謝大量吸收氮、磷等水體中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、吸附懸浮顆粒物、 抑制藻類(lèi)生長(zhǎng)、富集重金屬(專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?00410066162. 1，一種水生植物治理含鉻廢水的方 法)等。采用潛沒(méi)式生態(tài)床技術(shù)(專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?00910034673. 8，一種凈化富營(yíng)養(yǎng)化水體的潛 沒(méi)式生態(tài)懸床)可根據(jù)透明度及水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行水深調(diào)整，利用沉水植物一水生微生物體系 聯(lián)合作用在富營(yíng)養(yǎng)化水體中去除水體營(yíng)養(yǎng)鹽。當(dāng)今，湖泊科學(xué)家認(rèn)為引發(fā)水體富營(yíng)養(yǎng)化的限制因子主要是氮磷，湖泊生態(tài)修復(fù) 的主要目標(biāo)之一就是控制湖泊營(yíng)養(yǎng)鹽水平，維持湖泊清水穩(wěn)態(tài)。雖然許多學(xué)者已經(jīng)對(duì)各種 湖泊生態(tài)修復(fù)進(jìn)行了大量研究，但是目前的研究主要側(cè)重于湖泊治理效果方面，對(duì)于生態(tài) 修復(fù)機(jī)理研究相對(duì)較少，如何優(yōu)化組合不同生態(tài)修復(fù)手段才能使湖泊脫氮除磷能力最大 化，目前尚不明確。另一方面，能夠模擬不同湖泊環(huán)境條件生態(tài)修復(fù)、對(duì)比不同湖泊生態(tài)修 復(fù)手段處理效果、探討生態(tài)修復(fù)機(jī)理的方法和裝置尚有待開(kāi)發(fā)，阻礙了湖泊生態(tài)修復(fù)機(jī)理 的研究進(jìn)展。目前對(duì)于湖泊生態(tài)修復(fù)模擬的方法和裝置并不多見(jiàn)。有學(xué)者提出一種濕地微 生態(tài)模擬方法，旨在將野外采集的濕地底泥樣品分別放置在PVC圓柱形容器內(nèi)構(gòu)成濕地柱，然后通過(guò)溫控設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬濕地生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行溫差范圍控制和檢測(cè)(專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?200910098001. 3，一種濕地微生態(tài)模擬方法)；也有學(xué)者研發(fā)設(shè)備模擬湖泊沉積物-水土界 面環(huán)境，人為控制界面水動(dòng)力擾動(dòng)、界面光照、界面溫度以及上覆水化學(xué)特性，研究水土界 面生化過(guò)程機(jī)理。(專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?00710133406. 7，一種應(yīng)用于湖泊沉積物-水界面過(guò)程研究 的室內(nèi)模擬系統(tǒng))。雖然國(guó)內(nèi)外學(xué)者已對(duì)湖泊水體富營(yíng)養(yǎng)化生態(tài)修復(fù)模擬進(jìn)行了一定的研究，并研發(fā) 了一系列技術(shù)，但是到目前為止，能夠?qū)⒃缓闯练e物、上覆水、沉水植物、氮循環(huán)菌等因 素整合到一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行研究的多功能生態(tài)修復(fù)模擬技術(shù)方法還未見(jiàn)報(bào)道。采用人工模擬 不同手段湖泊生態(tài)修復(fù)過(guò)程，進(jìn)行包括沉積物、沉水植物、脫氮微生物、水溫、光照及水質(zhì)參 數(shù)等綜合調(diào)控及優(yōu)化，控制湖泊營(yíng)養(yǎng)鹽、研究湖泊生態(tài)修復(fù)機(jī)理的多功能模擬裝置尚未有 開(kāi)發(fā)。因此，研究此類(lèi)技術(shù)和裝置對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化湖泊水體治理具有積極意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)愈加嚴(yán)重的湖泊富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題及現(xiàn)有裝置難 以模擬不同湖泊生態(tài)修復(fù)手段，本發(fā)明提供一種模擬不同湖泊生態(tài)修復(fù)手段的方法和裝 置，可以有效模擬不同湖泊生態(tài)修復(fù)手段，從而可以促進(jìn)原位湖泊生態(tài)修復(fù)機(jī)理的研究。使 用該裝置可以人工模擬不同湖泊生態(tài)修復(fù)環(huán)境，調(diào)控物理、化學(xué)、生物因素，研究各因素對(duì) 湖泊水體生態(tài)修復(fù)、脫氮除磷的影響，促進(jìn)對(duì)不同組合生態(tài)修復(fù)手段控制湖泊營(yíng)養(yǎng)鹽、改善 湖泊水體生態(tài)環(huán)境條件的研究。本發(fā)明所述多功能湖泊生態(tài)修復(fù)模擬裝置是一種圓柱形透明裝置，每隔一定的距 離設(shè)置取樣口，根據(jù)不同湖泊生態(tài)修復(fù)手段的要求采集原位底泥、添加脫氮微生物、水生植 物，調(diào)控水體一系列環(huán)境影響因子水體營(yíng)養(yǎng)鹽濃度、溫度、光強(qiáng)；該模擬裝置底部裝填原 位采集的湖泊或河道底泥沉積物；添加不同水生植物模擬湖泊植物生態(tài)修復(fù)；添加不同配 比水生植物模擬湖泊植物生態(tài)修復(fù)；利用細(xì)孔網(wǎng)袋包裹的微生物載體在柱體內(nèi)添加脫氮 微生物模擬微生物生態(tài)修復(fù)；添加植物與脫氮微生物模擬植物-微生物聯(lián)用生態(tài)修復(fù)；還 可通過(guò)由加熱水槽、內(nèi)置溫度溫度探頭及外聯(lián)溫度控制器組成的溫度控制系統(tǒng)調(diào)控水體溫 度；通過(guò)配有光強(qiáng)控制器的商素?zé)艄庠凑{(diào)節(jié)系統(tǒng)光照強(qiáng)度，模擬不同湖泊水體環(huán)境條件； 在該裝置不同高度設(shè)置取樣口采樣，通過(guò)測(cè)定水體及孔隙水營(yíng)養(yǎng)鹽、pH、ORP、DO、N2、底泥反 硝化菌數(shù)量理化指標(biāo)，研究水體營(yíng)養(yǎng)鹽去除能力及脫氮速率，從而有效模擬及對(duì)比研究不 同湖泊生態(tài)修復(fù)手段。裝置附圖見(jiàn)圖16。本發(fā)明技術(shù)方案
一種模擬湖泊生態(tài)修復(fù)的裝置，包括試驗(yàn)柱和位于試驗(yàn)柱頂部外的光源、與試驗(yàn)柱有 水管連接的加熱水槽，試驗(yàn)柱頂部為透明蓋，試驗(yàn)柱柱體外表面從上部往下依次設(shè)置培養(yǎng) 液進(jìn)口、循環(huán)水出口，中間設(shè)置水質(zhì)取樣口，下部設(shè)置循環(huán)水的進(jìn)口，沉積物孔隙水取樣口， 底部設(shè)置可活動(dòng)底塞。試驗(yàn)柱內(nèi)部從上往下依次可選擇性放置固定化氮循環(huán)菌、沉水植物、 浮游生物、底泥。所述頂蓋和底部密封塞均可拆卸。加熱水槽內(nèi)裝有溫度探頭，溫度探頭外聯(lián)有溫 度控制器。光源裝有光強(qiáng)控制器，可以調(diào)節(jié)控制光強(qiáng)。反應(yīng)柱外的培養(yǎng)液儲(chǔ)槽通過(guò)培養(yǎng)液 進(jìn)口與反應(yīng)柱聯(lián)接。
光照強(qiáng)度控制可以選擇自然光照或者人工光照兩種方式，試驗(yàn)柱裝置采用鹵素 燈光源8照射時(shí)，用光強(qiáng)計(jì)測(cè)量，采用光強(qiáng)控制器7調(diào)節(jié)光源控制光照強(qiáng)度，光強(qiáng)調(diào)節(jié)范圍 OLidTIOOOOLUX ；原位光照強(qiáng)度通可過(guò)自動(dòng)氣象站監(jiān)測(cè)獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。溫度控制，試驗(yàn)柱采用恒溫夾套由溫度控制器3進(jìn)行控制溫度，控制培養(yǎng)液溫度 在10 45 士 1 °C，原位溫度可通過(guò)自動(dòng)氣象站監(jiān)測(cè)獲得數(shù)據(jù)。營(yíng)養(yǎng)鹽控制根據(jù)原位水體監(jiān)測(cè)水質(zhì)參數(shù)，配置模擬湖泊、河道水質(zhì)的培養(yǎng)液，可 選擇的經(jīng)過(guò)高壓鍋121 ！高溫滅菌30min，由培養(yǎng)液儲(chǔ)罐通過(guò)增壓泵按照一定流量，經(jīng)培 養(yǎng)液入口注入試驗(yàn)柱。固定化微生物投放通過(guò)固定化微生物載體釋放四種土著氮循環(huán)菌(氨化細(xì)菌、亞 硝化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、及反硝化細(xì)菌)，用細(xì)孔網(wǎng)袋包覆載體，載體濕重50g/包，通過(guò)細(xì)線一 段固定于頂蓋，將載體懸掛于試驗(yàn)柱上部水體，微生物載體更換時(shí)間為一周。一種多功能模擬湖泊生態(tài)修復(fù)裝置的使用方法
(1)培養(yǎng)液和試驗(yàn)柱滅菌將配置好的培養(yǎng)液放入高壓滅菌鍋，在121°c進(jìn)行高溫滅菌 30min左右，冷卻至室溫，試驗(yàn)柱采用紫外輻射法滅菌；
(2)采用柱狀采樣器采集原位底泥沉積物，將取自原位的湖泊底泥從試驗(yàn)柱底部裝填 入柱底部，厚度達(dá)20cm，調(diào)節(jié)至合適高度，使水土界面與第一個(gè)孔隙水取樣口齊平，外測(cè)包 裹鋁箔紙使底泥側(cè)面呈遮光狀態(tài)；
(3)挑選一定生物量長(zhǎng)勢(shì)茁壯的沉水植物，每株沉水植物長(zhǎng)度約10cm，均勻種植在底 泥上；
(4)將1中滅菌后培養(yǎng)液，通過(guò)泵以適宜的流量注入已滅菌的模擬試驗(yàn)柱內(nèi)，盡可能對(duì) 底泥不產(chǎn)生較大擾動(dòng)，直至液面到達(dá)要求的高度；
(5)將富集四種氮循環(huán)菌的固定化載體以細(xì)孔網(wǎng)袋包裹的形式投放至水體中，向水體 和沉積物中釋放氮循環(huán)菌。載體更換周期為一周；
(6)在設(shè)定的生態(tài)修復(fù)手段及環(huán)境條件下，對(duì)湖泊生態(tài)修復(fù)模擬柱內(nèi)各因素進(jìn)行觀察 分析，定期檢測(cè)模擬裝置水體中的pH、0RP、DO、TP、TN、NH4\NO”N02_、溶解性N2等，分析水 體營(yíng)養(yǎng)鹽去除效果和生態(tài)修復(fù)效果；
步驟(3)中沉水植物可以依據(jù)不同湖泊沉水植被特征選擇典型沉水植物伊樂(lè)藻 (Elodea nuttallif)、黑餐 Qiydrilla verticil la) λ ^ ^ {Val lisneria、微齒目艮
子菜{(lán)P. maackianus)。本發(fā)明的有益效果是提供了一種模擬湖泊不同生態(tài)修復(fù)手段的方法和裝置，綜合 了底泥沉積物反硝化、沉水植物吸收、脫氮循環(huán)菌作用等修復(fù)手段。本發(fā)明裝置可以模擬不 同湖泊生態(tài)修復(fù)手段，如植物、微生物、植物_微生物聯(lián)用等手段，控制多種物理、化學(xué)、生 物因素，如溫度、光照強(qiáng)度、氮磷濃度、沉水植物、氮循環(huán)菌生物量等，實(shí)驗(yàn)對(duì)比效果明顯，可 有效模擬各種環(huán)境因素對(duì)湖泊生態(tài)修復(fù)機(jī)理的影響，從而為湖泊生態(tài)修復(fù)提供理論依據(jù)和 技術(shù)支持。本發(fā)明裝置集成了不同生態(tài)修復(fù)手段，既可考察單一方法對(duì)湖泊水體的凈化效果 及機(jī)理，也可對(duì)比不同方法之間，或者兩種方法以上聯(lián)合作用時(shí)的處理效率，研究各因素對(duì) 湖泊生態(tài)修復(fù)、氮磷脫除能力的影響大小。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，易操作，制作方便，功能多樣，可以方便地進(jìn)行不同生態(tài)修復(fù)手段的模擬對(duì)比研究。因此，該發(fā)明是模擬富營(yíng)養(yǎng)化湖泊生態(tài)修復(fù)手段、研究生態(tài) 修復(fù)機(jī)理的有效裝置。


圖1、圖2、圖3、圖4.實(shí)施例1小試試驗(yàn)氮素營(yíng)養(yǎng)鹽隨時(shí)間變化趨勢(shì)圖，一■一 氨氮濃度(mg/L)，一·一硝態(tài)氮濃度(mg/L)，一▲一亞硝態(tài)氮濃度(mg/L)，一▼一總氮濃 度(mg/L)；
圖5.實(shí)施例2小試試驗(yàn)反硝化菌數(shù)量隨時(shí)間變化趨勢(shì)，一 ■一沉積物柱 (X 105cells/g)，一 一沉積物+伊樂(lè)藻柱(X 105cells/g), 一▲一沉積物+伊樂(lè)藻+微 生物(X105cells/g)；
圖6.實(shí)施例3野外試驗(yàn)不同溫度條件對(duì)植物-微生物聯(lián)用生態(tài)修復(fù)脫氮速率的影響 規(guī)律，1# :10°C，2# :18°C,3# :25°C，4# :35°C ；
圖7.實(shí)施例4野外試驗(yàn)不同生態(tài)修復(fù)手段條件下水體溶解氧變化趨勢(shì)，一■一沉 積物柱(umol/L)，一 一沉積物+黑藻柱(umol/L)，一▲一沉積物+黑藻+氮循環(huán)菌柱 (umol/L)；
圖8.實(shí)施例4野外試驗(yàn)不同生態(tài)修復(fù)手段條件下水體pH變化趨勢(shì)，一■一沉積物 柱，一 一沉積物+黑藻柱，一▲一沉積物+黑藻+氮循環(huán)菌柱；
圖9.實(shí)施例5室內(nèi)試驗(yàn)四種生態(tài)修復(fù)沉水植物TN去除率，一·一苦草(mg/L)，一 一伊樂(lè)藻(mg/L)，一▲一微齒眼子菜(mg/L)，一▼一黑藻(mg/L)；
圖10 實(shí)施例6河道修復(fù)模擬試驗(yàn)植物_微生物聯(lián)用營(yíng)養(yǎng)鹽隨時(shí)間變化趨勢(shì)，-■-總氮濃度(mg/L)，一 一總磷濃度(mg/L)，一▲一氨氮濃度(mg/L)，—T-COD (mg/L) 圖11 實(shí)施例7室內(nèi)試驗(yàn)不同光照條件下伊樂(lè)藻柱水體溶解氧濃度，一■一2000LUX (umol/L) , —·—3000Lux (umol/L), —▲—4000Lux (umol/L), —▼—6000Lux (umol/ L)；
圖12.實(shí)施例8野外試驗(yàn)不同湖區(qū)沉積物氮循環(huán)菌增殖趨勢(shì)，一■一梅梁灣疏浚區(qū) (X105cells/g)，一參一貢湖灣(X105cells/g)，一▲一河道(X 105cells/g)，一▼一東 太湖(X105Cells/g)；
圖13.實(shí)施例9室內(nèi)試驗(yàn)沉水植物修復(fù)中孔隙水TN變化，一■一黑藻柱(mg/g干 重)，一 一對(duì)照樣(mg/g干重)；
圖14.實(shí)施例10野外試驗(yàn)植物-微生物聯(lián)用對(duì)不同水質(zhì)氨氮去除效果，一■一l#(mg/ L) ,—·—2# (mg/L), —▲—3# (mg/L), —▼—4# (mg/L)；
圖15.實(shí)施例10野外試驗(yàn)植物-微生物聯(lián)用對(duì)不同水質(zhì)硝氮去除效果，一■一l#(mg/ L) ,—·—2# (mg/L), —▲—3# (mg/L), —▼—4# (mg/L)；
圖16.多功能生態(tài)修復(fù)模擬裝置結(jié)構(gòu)示意圖，加熱水槽1，溫度探頭2，溫度控制器3， 增壓泵4，循環(huán)水進(jìn)口 5，循環(huán)水出口 6，光強(qiáng)控制器7，鹵素?zé)艄庠?，培養(yǎng)液進(jìn)口 9，脫氮微 生物載體10，試驗(yàn)柱11，水體取樣口 12，沉水植物(伊樂(lè)藻)13，底泥孔隙水取樣口 14，沉積 物15，頂蓋16，封口膜17，培養(yǎng)液儲(chǔ)槽18，底塞19。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明 實(shí)施例1
室內(nèi)小試(考察沉積物、植物、微生物在湖泊生態(tài)修復(fù)中對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽去除效果) 模擬生態(tài)修復(fù)的裝置包括增壓泵4，培養(yǎng)液進(jìn)口 9，脫氮微生物載體10，試驗(yàn)柱11，水體 取樣口 12，沉水植物(伊樂(lè)藻)13，沉積物15，封口膜17，培養(yǎng)液儲(chǔ)槽18和底塞19。由于本 小試使用自然光照且只需滿足不同試驗(yàn)柱為室溫的條件，加熱水槽1、溫度探頭2、溫度控 制器3、循環(huán)水進(jìn)口 5、循環(huán)水出口 6、光強(qiáng)控制器7、鹵素?zé)艄庠?在此實(shí)施例不設(shè)置。試驗(yàn) 柱11柱體外表面取樣口 12距離底部的距離分別為25Cm、37Cm、45Cm。脫氮微生物載體濕重 50g，用細(xì)孔網(wǎng)袋固定在試驗(yàn)柱內(nèi)部離液面IOcm處。培養(yǎng)液配制加入以硫酸銨和硝酸鈉，使得培養(yǎng)液中的氨氮濃度和硝態(tài)氮濃度分別 達(dá)到2. Omg/L和1. Omg/L左右，并在培養(yǎng)液中補(bǔ)充適量碳源，模擬富營(yíng)養(yǎng)污染水質(zhì)。實(shí)驗(yàn)方法步驟
(1)用特定培養(yǎng)基進(jìn)行四種氮循環(huán)菌的富集培養(yǎng)；
(2)培養(yǎng)液和試驗(yàn)柱滅菌將配置好的IOL培養(yǎng)液放入高壓滅菌鍋，在121°C進(jìn)行高溫 滅菌30min左右，冷卻至室溫，試驗(yàn)柱采用紫外輻射法滅菌；
(3)將取自原位的湖泊底泥，從試驗(yàn)柱底部按原貌裝填入柱底部，調(diào)整至合適高度，使 水土界面與第一個(gè)孔隙水取樣口齊平；外側(cè)包裹鋁箔紙使底泥側(cè)面呈遮光狀態(tài)；
(4)選取一定生物量長(zhǎng)勢(shì)茁壯的伊樂(lè)藻，每株沉水植物長(zhǎng)度約10cm，均勻種植在底泥上；
(5)將(1)中滅菌后培養(yǎng)液，通過(guò)泵以適宜的流量注入已滅菌的模擬試驗(yàn)柱內(nèi)，盡可能 對(duì)底泥不產(chǎn)生較大擾動(dòng)，直至液面到達(dá)要求的高度；
(6)將富集四種氮循環(huán)菌的固定化載體以細(xì)孔網(wǎng)袋包裹的形式投放至水體中，向水體 和沉積物中釋放氮循環(huán)菌。載體更換周期為一周；
(7)對(duì)湖泊生態(tài)修復(fù)模擬柱內(nèi)各因素進(jìn)行觀察分析，定期檢測(cè)模擬裝置水體中的pH、 ORP> DO、NH4\ NO” NO2-等水質(zhì)參數(shù)，分析水體營(yíng)養(yǎng)鹽去除效果和生態(tài)修復(fù)效果；
1#試驗(yàn)柱(僅添加沉積物)步驟(2)、(3)、(5)、(7) 2#試驗(yàn)柱(沉積物+伊樂(lè)藻)步驟(2)、(3)、(4)、(5)、(7) 3#試驗(yàn)柱(沉積物+微生物)步驟(1)、(2)、(3)、(5)、(6)、(7) 4#試驗(yàn)柱(沉積物+微生物+伊樂(lè)藻)步驟(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7) 預(yù)培養(yǎng)時(shí)間為一個(gè)月，微生物載體更換和培養(yǎng)液更換周期均為一星期，觀察試驗(yàn)柱內(nèi) 植物生長(zhǎng)情況，待植物根系長(zhǎng)成、微生物充分?jǐn)U散到水體與沉積物中后，預(yù)培養(yǎng)結(jié)束。然后 更換新培養(yǎng)液，在培養(yǎng)液儲(chǔ)罐中自進(jìn)水之日起每天取水樣，檢測(cè)其中的TN、NH4+-N、NO2--N, Ν03_-Ν等水質(zhì)指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1，圖2，圖3，圖4所示。8d后，四種不同生態(tài)修復(fù)手段(對(duì) 應(yīng)1#、2#、3#、4#生態(tài)修復(fù)試驗(yàn)柱)對(duì)氨氮、硝態(tài)氮、總氮的去除率分別為 1#試驗(yàn)柱(僅添加沉積物)27. 4%,41. 8%,32. 2%。2# 試驗(yàn)柱(沉積物 + 伊樂(lè)藻)89· 5%,79. 6%,87. 1%。3#試驗(yàn)柱(沉積物+氮循環(huán)菌)83. 3%,72. 3%,79. 1 %。4#試驗(yàn)柱(沉積物+微生物+伊樂(lè)藻)93. 2%,81. 4%,89. 1%。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)采用沉水植物與氮循環(huán)菌聯(lián)用修復(fù)手段時(shí)，水體營(yíng)養(yǎng)鹽去除效率最高。對(duì)比而言，僅存在湖泊沉積物的試驗(yàn)柱對(duì)水體營(yíng)養(yǎng)鹽的去除效率不佳。
表1.四種氮循環(huán)菌增殖培養(yǎng)基配方
權(quán)利要求
1.一種多功能湖泊生態(tài)修復(fù)模擬裝置，其特征是一種圓柱形透明裝置，每隔一定的距 離設(shè)置取樣口，根據(jù)不同湖泊生態(tài)修復(fù)手段的要求采集原位底泥、添加脫氮微生物、水生植 物，調(diào)控水體一系列環(huán)境影響因子水體營(yíng)養(yǎng)鹽濃度、溫度、光強(qiáng)；該模擬裝置底部裝填原 位采集的湖泊或河道底泥沉積物；添加不同水生植物模擬湖泊植物生態(tài)修復(fù)；添加不同配 比水生植物模擬湖泊植物生態(tài)修復(fù)；利用細(xì)孔網(wǎng)袋包裹的微生物載體在柱體內(nèi)添加脫氮微 生物模擬微生物生態(tài)修復(fù)；添加植物與脫氮微生物模擬植物-微生物聯(lián)用生態(tài)修復(fù)；還可 通過(guò)由加熱水槽、內(nèi)置溫度探頭及外聯(lián)溫度控制器組成的溫度控制系統(tǒng)調(diào)控水體溫度；通 過(guò)配有光強(qiáng)控制器的鹵素?zé)艄庠凑{(diào)節(jié)系統(tǒng)光照強(qiáng)度，模擬不同湖泊水體環(huán)境條件；在該裝 置不同高度設(shè)置取樣口采樣，通過(guò)測(cè)定水體及孔隙水營(yíng)養(yǎng)鹽、pH、ORP、DO、N2、底泥反硝化菌 數(shù)量理化指標(biāo)，研究水體營(yíng)養(yǎng)鹽去除能力及脫氮速率，從而有效模擬及對(duì)比研究不同湖泊 生態(tài)修復(fù)手段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能湖泊生態(tài)修復(fù)模擬裝置，其特征在于鹵素?zé)艄庹諒?qiáng)度 控制范圍0 lOOOOLux，培養(yǎng)液溫度10 45士 1°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能湖泊生態(tài)修復(fù)模擬裝置，其特征在于位于試驗(yàn)柱外的 培養(yǎng)液儲(chǔ)槽通過(guò)增壓泵和培養(yǎng)液進(jìn)口與實(shí)驗(yàn)柱上部連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能湖泊生態(tài)修復(fù)模擬裝置的使用方法，其特征是由以下 步驟構(gòu)成(1)培養(yǎng)液和試驗(yàn)柱滅菌將配置好的培養(yǎng)液放入高壓滅菌鍋，在121°C進(jìn)行高溫滅 菌30分鐘左右，試驗(yàn)柱采用紫外輻射法滅菌；(2)采用柱狀采樣器采集原位底泥沉積物，將湖泊或河道底泥從試驗(yàn)柱底部按原貌裝 填入柱底部，外測(cè)包裹鋁箔紙使底泥側(cè)面遮光；(3)挑選不同種沉水植物，每株沉水植物長(zhǎng)度約10cm，將沉水植物均勻的種植在底泥上；(4)將(1)中滅菌后培養(yǎng)液，通過(guò)泵以適宜的流量注入已滅菌的模擬試驗(yàn)柱內(nèi)，盡可能 對(duì)底泥不產(chǎn)生較大擾動(dòng)；(5)將富集四種氮循環(huán)菌的固定化載體以細(xì)孔網(wǎng)袋包裹的形式投放至水體中，向水體 和沉積物中釋放氮循環(huán)菌；(6)在設(shè)定的生態(tài)修復(fù)手段及環(huán)境條件下，對(duì)湖泊或河道生態(tài)修復(fù)模擬柱內(nèi)各因素進(jìn) 行觀察分析，定期取樣分析。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模擬湖泊不同生態(tài)修復(fù)手段的方法，其特征在于培養(yǎng)液化學(xué) 因素濃度的可調(diào)性氨氮濃度0. 1 10mg/L、硝氮濃度0. 1 5mg/L、氮磷比1 50、C0D5 40mg/L,也可以自由選擇人工配水或是天然水作為培養(yǎng)液。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模擬湖泊不同生態(tài)修復(fù)手段的方法，其特征在于步驟(3)生 態(tài)修復(fù)選用的典型沉水植物為伊樂(lè)藻^Voifea nuttallii、WMHydriUa verticilla、苦草 Vallisneria na tans、微齒目艮子菜 P. maackianus。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模擬湖泊不同生態(tài)修復(fù)手段的方法，其特征在于氮循環(huán)菌為 氨氧化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模擬湖泊不同生態(tài)修復(fù)手段的方法，在原位湖泊或河道沉積 物或沉水植物或氮循環(huán)菌的生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明屬于生態(tài)工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多功能模擬湖泊生態(tài)修復(fù)的方法和裝置和使用方法及應(yīng)用。本裝置包括多功能生態(tài)修復(fù)模擬試驗(yàn)柱體，試驗(yàn)柱頂部外的光源控制系統(tǒng)、水溫控制系統(tǒng)，反應(yīng)柱外表面設(shè)置頂蓋、培養(yǎng)液進(jìn)口、循環(huán)水出口，中間設(shè)置水體取樣口，下部設(shè)置循環(huán)水的進(jìn)口，底泥孔隙水取樣口和底塞，試驗(yàn)柱內(nèi)部包括氮循環(huán)菌載體、沉水植物、沉積物。本發(fā)明能進(jìn)行包括沉積物、沉水植物、脫氮微生物、水溫、光照及水質(zhì)參數(shù)等綜合調(diào)控及優(yōu)化，模擬并控制湖泊、入湖河道營(yíng)養(yǎng)鹽，研究湖泊生態(tài)修復(fù)機(jī)理。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作，可移動(dòng)性強(qiáng)，室內(nèi)外均可使用，生態(tài)修復(fù)模擬功能多樣，制作方便，成本低。
文檔編號(hào)C02F3/32GK102101725SQ20111000450
公開(kāi)日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2011年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月11日
發(fā)明者馮露露, 吳凱, 吳寧梅, 周濤, 周莉, 李正魁, 潘靜赟, 王易超, 王月明, 范念文, 趙琳, 陳祈春 申請(qǐng)人:南京大學(xué)