CN111964993A - 模拟原位水压的深水底泥流动培养系统 - Google Patents

模拟原位水压的深水底泥流动培养系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111964993A
CN111964993A CN202010848160.7A CN202010848160A CN111964993A CN 111964993 A CN111964993 A CN 111964993A CN 202010848160 A CN202010848160 A CN 202010848160A CN 111964993 A CN111964993 A CN 111964993A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pressure
water
porous medium
pipe
flow culture
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010848160.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111964993B (zh
Inventor
陈求稳
刘东升
张建云
朱昊彧
陈宇琛
马宏海
张琦
隗岚琳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Hydraulic Research Institute of National Energy Administration Ministry of Transport Ministry of Water Resources
Original Assignee
Nanjing Hydraulic Research Institute of National Energy Administration Ministry of Transport Ministry of Water Resources
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Hydraulic Research Institute of National Energy Administration Ministry of Transport Ministry of Water Resources filed Critical Nanjing Hydraulic Research Institute of National Energy Administration Ministry of Transport Ministry of Water Resources
Priority to CN202010848160.7A priority Critical patent/CN111964993B/zh
Publication of CN111964993A publication Critical patent/CN111964993A/zh
Priority to US17/123,750 priority patent/US20210101141A1/en
Application granted granted Critical
Publication of CN111964993B publication Critical patent/CN111964993B/zh
Priority to US18/232,405 priority patent/US20240003800A1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L1/00—Enclosures; Chambers
    • B01L1/02—Air-pressure chambers; Air-locks therefor
    • B01L1/025—Environmental chambers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/56—Labware specially adapted for transferring fluids
    • B01L3/567—Valves, taps or stop-cocks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/24—Gas permeable parts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/10—Perfusion
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/14—Pressurized fluid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/40—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0689—Sealing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/14—Means for pressure control

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

本发明公开了一种模拟原位水压的深水底泥流动培养系统，包括流动培养装置、入流加压装置和出流减压装置，其中，所述入流加压装置包括压力罐、进气管、调压阀、耐压容器和第一支架，所述压力罐通过进气管连接所述耐压容器的进气口，所述调压阀设置在所述进气管上，所述耐压容器放置于第一支架上，内装有添加同位素的原位上覆水，耐压容器的出水口与所述流动培养装置的进水管连接；所述出流减压装置包括多孔介质管、第二支架、减压出水管和接水容器，所述多孔介质管内塞有多孔介质材料，放置于所述第二支架上，所述多孔介质管的入口与所述流动配装置的出水管连接，出口连接减压出水管的一端，减压出水管的另一端伸入接水容器中。本发明可以实现深水底泥流动培养。

Description

模拟原位水压的深水底泥流动培养系统
技术领域
本发明涉及实验室培养装置，尤其涉及一种模拟原位水压的深水底泥流动培养系统。
背景技术
沉积物氮转化流动培养，是指添加同位素的原位上覆水处于流动状态，对所淹没的沉积物保持养分、酸度、温度等处于稳定水平的水培实验，其对于河湖潜流层、滨岸干湿区、库区消落带等生态关键区域的氮循环过程模拟具有重要意义。然而，目前流动培养技术存在一个较大问题，即不能模拟深水底泥的原位水压，而水压是影响底泥氮源输入和反应气体(N2、N2O)释放的重要因素，对氮循环速率的量化产生较大影响。因此，目前流动培养技术很难适用于高坝深库底泥的培养。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种能够模拟原位水压进行深水底泥流动培养的系统。
技术方案：本发明所述的模拟原位水压的深水底泥流动培养系统包括流动培养装置，以及分别与流动培养装置连接的入流加压装置和出流减压装置，其中，所述入流加压装置包括压力罐、进气管、调压阀、耐压容器和第一支架，所述压力罐通过进气管连接所述耐压容器的进气口，所述调压阀设置在所述进气管上，所述耐压容器放置于第一支架上，内装有添加同位素的原位上覆水，耐压容器的出水口与所述流动培养装置的进水管连接；所述出流减压装置包括多孔介质管、第二支架、减压出水管和接水容器，所述多孔介质管内塞有多孔介质材料，放置于所述第二支架上，所述多孔介质管的入口与所述流动配装置的出水管连接，出口连接减压出水管的一端，减压出水管的另一端伸入接水容器中。
进一步的，所述耐压容器上设有压力表和减压阀。所述耐压容器的长宽高的设置为：长>宽的2倍，宽>高的2倍。在培养时，所述耐压容器内的压力通过调压阀调节为P：
P＝P0(1+h/10)
其中h为模拟的水深，P0为1个标准大气压。
进一步的，所述多孔介质管内的多孔介质材料为满足以下条件的材料：
多孔介质材料渗透系数
Figure BDA0002643795740000011
式中，q表示流动培养实验的要求流量，L表示多孔介质管长度，r表示多孔介质管半径，h为模拟的水深。
进一步的，所述入流加压装置、流动培养装置和出流减压装置三者密封连接。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明可以模拟原位水压，以进行深水底泥的流动培养，本发明还可以通过多孔介质管的不同介质材料实现出水流速控制。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的系统框图。
具体实施方式
本实施例提供了一种模拟原位水压的深水底泥流动培养系统，如图1所示，包括密封连接的流动培养装置、入流加压装置和出流减压装置。下面分别对每个装置分别进行介绍。
(1)入流加压装置
入流加压装置目的是实现原位水压模拟，包括压力罐1、进气管2、调压阀3、耐压容器4、压力表5、减压阀6、第一支架8，压力罐1通过进气管2连接耐压容器4的进气口，调压阀3设置在进气管2上，耐压容器4放置于第一支架8上，内装有添加同位素的原位上覆水7，耐压容器4的出水口与流动培养装置的进水管10密封连接。压力罐1中充满惰性气体，耐压容器4为钢质材料，其与出水口为整体密封设计。一般一次流动培养所需用水约20～30L，为了降低容器内水深变化对模拟压强的影响，将容器设计为宽扁结构，即长宽高的设置为：长>宽的2倍，宽>高的2倍，本实施例中设置长、宽、高分别为100cm、30cm、10cm。
系统在培养时，需要通过调节调压阀3调节压力罐1注入至耐压容器4内的气体，控制耐压容器4压力为P：
P＝P0(1+h/10)
其中h为模拟的水深，P0为1个标准大气压。
(2)流动培养装置
流动培养装置主要实现流动培养，包括进水管10、进水采样阀11、出水管12、出水采样阀13、流动培养管14、原位泥柱15、密封橡胶塞16、恒温水浴管17，进水管10与耐压容器4出水口通过密更连接设备9密封连接，进水采样阀11位于进水管10上，出水采样阀13位于出水管12上，进水管10和出水管12均插入至流动培养管14内，原位泥柱15位于流动培养管14内，并被密封橡胶塞16密封住底部，流动培养管14放置于恒温水浴管17中。进水管10、出水管12、流动培养管14为整体设计，材料属性均为钢质，流动培养管14管身高度、内径分别为30cm、9cm，进、出水管内径同样为5mm。流动培养原理同现有技术一致，不再进行赘述。
(3)出流减压装置
出流减压装置包括多孔介质管18、第二支架19、减压出水管20和接水容器21，多孔介质管18放置于第二支架19上，入口与流动配装置的出水管12连接，并保持同一水平，出口连接减压出水管20的一端，减压出水管20的另一端伸入接水容器21中。多孔介质管18为钢质材料，内塞有多孔介质材料，可以实现出水减压。流动培养实验的流量(q)一般控制在1ml/min，因入流与出流之间存在较大水头差(即-h)，本发明采用多孔介质实现减压目的。根据达西公式，多孔介质管流速为：
Figure BDA0002643795740000031
则渗透系数
Figure BDA0002643795740000032
式中，q表示流动培养实验的要求流量，L表示多孔介质管长度，r表示多孔介质管半径，h为模拟的水深。可以看出，多孔介质材料为满足渗透系数K的材料，且多孔介质材料的选择随模拟水深(h)的变化而变化。
实验装置配合同位素示踪和同位素配对技术，计算沉积物反硝化和厌氧氨氧化速率。
此外，本系统还可以通过测定培养前后沉积物和水体中营养盐浓度，测定原位水压下沉积物-水界面的营养盐通量。以及通过测定培养前后水体中温室气体等气体的浓度，测定原位水压下沉积物或水体向外界释放温室气体等气体的通量。

Claims (6)

1.一种模拟原位水压的深水底泥流动培养系统，包括流动培养装置，其特征在于：还包括分别与流动培养装置连接的入流加压装置和出流减压装置，其中，所述入流加压装置包括压力罐、进气管、调压阀、耐压容器和第一支架，所述压力罐通过进气管连接所述耐压容器的进气口，所述调压阀设置在所述进气管上，所述耐压容器放置于第一支架上，内装有添加同位素的原位上覆水，耐压容器的出水口与所述流动培养装置的进水管连接；所述出流减压装置包括多孔介质管、第二支架、减压出水管和接水容器，所述多孔介质管内塞有多孔介质材料，放置于所述第二支架上，所述多孔介质管的入口与所述流动配装置的出水管连接，出口连接减压出水管的一端，减压出水管的另一端伸入接水容器中。
2.根据权利要求1所述的模拟原位水压的深水底泥流动培养系统，其特征在于：所述耐压容器上设有压力表和减压阀。
3.根据权利要求1所述的模拟原位水压的深水底泥流动培养系统，其特征在于：所述耐压容器的长宽高的设置为：长>宽的2倍，宽>高的2倍。
4.根据权利要求1所述的模拟原位水压的深水底泥流动培养系统，其特征在于：在培养时，所述耐压容器内的压力通过调压阀调节为P：
P＝P0(1+h/10)
其中h为模拟的水深，P0为1个标准大气压。
5.根据权利要求1所述的模拟原位水压的深水底泥流动培养系统，其特征在于：所述多孔介质管内的多孔介质材料为满足以下条件的材料：
多孔介质材料渗透系数
Figure FDA0002643795730000011
式中，q表示流动培养实验的要求流量，L表示多孔介质管长度，r表示多孔介质管半径，h为模拟的水深。
6.根据权利要求1所述的模拟原位水压的深水底泥流动培养系统，其特征在于：所述入流加压装置、流动培养装置和出流减压装置三者密封连接。
CN202010848160.7A 2020-08-21 2020-08-21 模拟原位水压的深水底泥流动培养系统 Active CN111964993B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010848160.7A CN111964993B (zh) 2020-08-21 2020-08-21 模拟原位水压的深水底泥流动培养系统
US17/123,750 US20210101141A1 (en) 2020-08-21 2020-12-16 System for Deep Sediment Flow Culture Simulating In-situ Water Pressure
US18/232,405 US20240003800A1 (en) 2020-08-21 2023-08-10 System for Deep Sediment Flow Culture Simulating In-situ Water Pressure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010848160.7A CN111964993B (zh) 2020-08-21 2020-08-21 模拟原位水压的深水底泥流动培养系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111964993A true CN111964993A (zh) 2020-11-20
CN111964993B CN111964993B (zh) 2022-08-05

Family

ID=73389730

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010848160.7A Active CN111964993B (zh) 2020-08-21 2020-08-21 模拟原位水压的深水底泥流动培养系统

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20210101141A1 (zh)
CN (1) CN111964993B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114292725A (zh) * 2021-11-25 2022-04-08 浙江大学滨海产业技术研究院 原位培养甲烷氧化菌并保压取样装置及其检测系统和方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001258545A (ja) * 2000-03-23 2001-09-25 Able Corp 高圧培養装置
WO2003070873A2 (de) * 2002-02-19 2003-08-28 HöFer Bioreact GmbH Kultivierungsverfahren für mikroorganismen und bioreaktor
CN102296029A (zh) * 2010-06-28 2011-12-28 裴国献 灌注式生物反应器系统
CN105060505A (zh) * 2015-08-31 2015-11-18 林映津 利用原位底泥现场微生物驯化同步投加治理水体污染或富营养化的方法
CN105969659A (zh) * 2016-07-20 2016-09-28 临沂大学 一种测定水生植物附着生物反硝化作用的培养装置和培养方法
WO2017003317A1 (ru) * 2015-06-30 2017-01-05 Евгений Александрович ТОНЕВИЦКИЙ Устройство пневматического управления клапанами микрофлюидной системы
CN205879906U (zh) * 2016-07-06 2017-01-11 中国水产科学研究院黄海水产研究所 一种便携式海水营养盐加富培养的现场实验装置
CN208933359U (zh) * 2018-08-16 2019-06-04 哈尔滨工业大学 一种双膜曝气好氧甲烷氧化菌培养装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2003223110A1 (en) * 2003-03-31 2004-10-25 Council Of Scientific And Industrial Research System and method for the treatment of wastewater using plants
US20100151547A1 (en) * 2008-06-12 2010-06-17 Daniel Platz System and Apparatus for Increasing Ethanol Production Efficiency
JP5923226B1 (ja) * 2016-01-29 2016-05-24 株式会社日立製作所 濃縮装置及び濃縮方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001258545A (ja) * 2000-03-23 2001-09-25 Able Corp 高圧培養装置
WO2003070873A2 (de) * 2002-02-19 2003-08-28 HöFer Bioreact GmbH Kultivierungsverfahren für mikroorganismen und bioreaktor
CN102296029A (zh) * 2010-06-28 2011-12-28 裴国献 灌注式生物反应器系统
WO2017003317A1 (ru) * 2015-06-30 2017-01-05 Евгений Александрович ТОНЕВИЦКИЙ Устройство пневматического управления клапанами микрофлюидной системы
CN105060505A (zh) * 2015-08-31 2015-11-18 林映津 利用原位底泥现场微生物驯化同步投加治理水体污染或富营养化的方法
CN205879906U (zh) * 2016-07-06 2017-01-11 中国水产科学研究院黄海水产研究所 一种便携式海水营养盐加富培养的现场实验装置
CN105969659A (zh) * 2016-07-20 2016-09-28 临沂大学 一种测定水生植物附着生物反硝化作用的培养装置和培养方法
CN208933359U (zh) * 2018-08-16 2019-06-04 哈尔滨工业大学 一种双膜曝气好氧甲烷氧化菌培养装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN111964993B (zh) 2022-08-05
US20210101141A1 (en) 2021-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103994951B (zh) 环境污染物在地下水不同含水层中迁移转化的模拟装置
US6938461B1 (en) Constant-head soil permeameter for determining the hydraulic conductivity of earthen materials at a wide range of depths
CN103630659B (zh) 地下水原位化学和生物修复模拟试验方法
Alperin et al. Carbon and hydrogen isotope fractionation resulting from anaerobic methane oxidation
CN105466815B (zh) 越流条件下地下水污染物迁移的模拟装置及使用方法
CN103163057A (zh) 一种致密岩石材料气体渗透率测试装置及测算方法
CN111458274B (zh) 测量非饱和土体气体渗透及扩散系数的土柱装置及方法
CN104075872B (zh) 一种模拟往复流作用下沉积物再悬浮的循环直水槽装置
CN209014562U (zh) 一种水质监测装置
CN111964993B (zh) 模拟原位水压的深水底泥流动培养系统
CN103792118A (zh) 高压溶气饱和试验装置及其在含气土样人工制备中的应用
CN210293616U (zh) 地表水与地下水交互作用的实验装置
CN202929029U (zh) 地下水原位化学和生物修复模拟试验装置
CN108444864A (zh) 一种瞬态煤体瓦斯吸附等温线测试试验方法
CN107290260B (zh) 用于承压水渗流模型的水循环沙槽试验装置
CN113447400A (zh) 滨河带地下水磷迁移转化模拟装置及模拟方法
CN115479750B (zh) 一种地下水回灌化学堵塞作用模拟实验装置及其实验方法
CN108798628B (zh) 基于毛管力作用的气液分离计量装置
CN207816717U (zh) 一种可以模拟浸水路堤的试验模型
CN110749415A (zh) 一种模拟河岸起伏条件的侧向潜流交换实验装置及使用方法
CN115565441A (zh) 一种模拟地下水径向回灌的实验装置及实验方法
CN212459328U (zh) 一种承压含水层溶质运移实验装置
CN211652459U (zh) 用于多孔介质性能测试实验的装置
CN205317735U (zh) 天然气水合物释放气体的连续高压氧化实验装置
CN212586368U (zh) 一种高含硫气藏吸附硫含量的测定系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant