专利名称：模拟自然环境的土壤厌氧氨氧化菌富集系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种模拟自然环境的土壤厌氧氨氧化菌富集系统。
背景技术：
厌氧氨氧化(Anaerobic ammonia oxidation,Anammox)是指在厌氧条件下氨氮与 亚硝酸氮反应，生成氮气的过程。从电子供体的角度看，厌氧氨氧化是一个氨的氧化反应， 类似于硝化作用；但从电子受体的角度看，厌氧氨氧化则是一个亚硝酸盐的还原反应，类似 于反硝化作用。也就是说厌氧氨氧化既可以算是硝化作用，也可以算是反硝化作用，在氮素 循环中同时介入了硝化作用和反硝化作用中，改变了传统的硝化_反硝化氮循环模式。厌 氧氨氧化作用的发现给微生物氮循环增加了新的内容。厌氧氨氧化最早是在人工废水处理 系统中发现的，但厌氧氨氧化反应也普遍存在于自然生态系统中，如在海洋生态系统，湖泊 沉积物、河口沉积物、土壤地下水处理系统等生态系统中都检测到了厌氧氨氧化活性，并被 证实具有重要作用。厌氧氨氧化在全球氮素循环中所起的贡献不容忽视。
土壤氮循环是全球氮循环的一个重要组成部分。其氮素转化过程对全球氮循环具 有巨大的影响。在土壤生态系统中具有缺氧和厌氧层、有氧和缺氧的交界面，从发生厌氧氨 氧化的条件看，是发生厌氧氨氧化的适合环境，但对于土壤氮素循环中厌氧氨氧化的报道 却很少。在海洋生态系统中，厌氧氨氧化对氮循环的贡献可达30-50%，但在土壤生态系统 中，由于厌氧氨氧化反应的介入而引起的传统土壤硝化_反硝化作用氮循环模式的改变以 及各个环节在土壤氮循环中所起的贡献都未见报道。因此探明土壤厌氧氨氧化过程，对于 完善土壤氮素循环模式及至全球氮素循环模式都具有重要的意义。 本发明通过模拟自然土壤生态系统，建立土壤厌氧氨氧化菌富集系统，富集土壤 厌氧氨氧化菌，扩大厌氧氨氧化菌的种群范围，为深入研究厌氧氨氧化菌及其在土壤氮素 循环中的贡献和进一步开发厌氧氨氧化工艺奠定良好的基础。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种模拟自然环境的土壤厌氧氨氧化 菌富集系统。 模拟自然环境的土壤厌氧氨氧化菌富集系统包括进水箱、蠕动泵、时控器、反应器 主体、喷头、土柱、带孔圆盘、支架、排水管、沉淀区、排泥管、填料层、取泥口、圆盘圆孑L、喷头 圆孔，反应器主体下部设有支架，反应器主体内从上到下依次设有喷头、土柱、带孔圆盘、填 料层、沉淀区，反应器主体底部设有排水管、排泥管，在反应器主体放土柱的侧壁上设多个 取泥口 ，喷头上端与蠕动泵、进水箱依次连接，蠕动泵与时控器连接。 所述的填料层为不同大小形状的鹅卵石，粒径为10 40mm。所述的土柱与填料层 的体积比为5.5 6 : 1。所述的沉淀区为锥形，沉淀区与反应器主体的体积比5 6%。 所述的圆盘的直径与反应器内径相同，圆盘内均匀分布孔径为3 5mm的小孔。所述的多 个取泥口的间距为8 9cm。所述的时控器通过编程控制蠕动泵的定时通断电，使蠕动泵每隔3 3. 2h进一次水，每次进水时间2 3min。所述的喷头的直径与反应器内径相同，喷 头布满喷嘴，喷嘴直径为l 2mm。所述的反应器主体的高径比为4 5 : 1。所述的土 柱为水稻田的土壤。 本发明与现有技术相比具有的有益效果1)反应器主体呈柱状，取相应深度土层 于反应器中，建立模拟自然环境的土柱，维持土壤原生态系统，保证了土壤菌群结构的原始 存在状态，有利于土壤中厌氧氨氧化菌的富集；2)反应器填料层的设置，可有效防止反应 内水流的堵塞和土壤的大量流失，具有较好的生物持留能力，并可起到支撑作用；3) 土柱 层和填料层间带孔的带孔隔板可有效阻隔土壤，减少土壤的流失，并使土柱层的水顺利下
流；4)时控设备实现了反应器的间歇性进水，其瞬时产生较大的水压可使其连接的喷淋设 备产生大量小水滴，实现了反应器内均匀布水；5)此富集系统完全模拟原生态，可富集土 壤生态系统中的厌氧氨氧化菌，扩大厌氧氨氧化菌的种群范围，可为深入研究土壤厌氧氨 氧化作用及其在土壤氮素循环中的贡献奠定良好的基础。
图1是模拟天然环境的土壤厌氧氨氧化富集系统结构示意图；
图2是本发明的带孔圆盘结构示意图；
图3是本发明的喷头结构示意图； 图中进水箱1、蠕动泵2、时控器3、反应器主体4、喷头5、土柱6、带孔圆盘7、支 架8、排水管9、沉淀区10、排泥管11、填料层12、取泥口 13、圆盘圆孔14、喷头圆孔15。
具体实施例方式
如附图所示模拟自然环境的土壤厌氧氨氧化菌富集系统包括进水箱1、蠕动泵2、 时控器3、反应器主体4、喷头5、土柱6、带孔圆盘7、支架8、排水管9、沉淀区10、排泥管11、 填料层12、取泥口 13、圆盘圆孔14、喷头圆孔15，反应器主体4下部设有支架8，反应器主体 4内从上到下依次设有喷头5、土柱6、带孔圆盘7、填料层12、沉淀区10，反应器主体4底部 设有排水管9、排泥管11，在反应器主体4放土柱6的侧壁上设多个取泥口 13，喷头5上端 与蠕动泵2、进水箱1依次连接，蠕动泵2与时控器3连接。 所述的填料层12为不同大小形状的鹅卵石，粒径为10 40mm。所述的土柱6与 填料层12的体积比为5.5 6 : 1。所述的沉淀区IO为锥形，沉淀区10与反应器主体4 的体积比5 6%。所述的圆盘7的直径与反应器内径相同，圆盘内均匀分布孔径为3 5mm的小孔14。所述的多个取泥口 13的间距为8 9cm。所述的时控器3通过编程控制蠕 动泵2的定时通断电，使蠕动泵每隔3 3. 2h进一次水，每次进水时间2 3min。所述的 喷头5的直径与反应器内径相同，喷头布满喷嘴15，喷嘴直径为1 2mm。所述的反应器主 体4的高径比为所述的土柱6为水稻田的土壤。 本发明反应器主体由有机玻璃制成，外形呈圆筒状。反应器主体内从上到下依次 设有喷头、土柱、带孔圆盘、填料层、沉淀区。在土柱上部预留一定空间，用于暂时积存进水。 土柱层填充了不同深度的土层，维持土壤原生态系统，保证土壤菌群结构的原始存在状态， 有利于土壤中厌氧氨氧化菌的富集；填料层填充不同大小形状的鹅卵石，可有效防止反应 内水流的堵塞和土壤的大量流失，起到过滤和支撑作用，保证了反应器具有较好的生物持留能力。反应器主体底部设有沉淀区，可以沉淀运行初期上部带出的部分土壤，防止了出水 管的堵塞，沉淀区沉积的过多土壤，可从反应器底部的排泥管排出。并以天然湖水作为进 水，人为向其添加适量氨氮、亚硝氮和硝氮，目的是加快土壤厌氧氨氧化菌的富集。通过时 控器设置的命令控制蠕动泵实现反应器内间歇进水。进水经喷淋装置后形成大量小水滴， 均匀洒布于反应器土层表面。水体在土柱中慢慢下渗，经带圆孔的圆盘后进入填料层，部分 被带出的土壤可被填料所拦截，水体则继续下流，经出水管流出。整个富集系统实现了间歇 运行。
权利要求
一种模拟自然环境的土壤厌氧氨氧化菌富集系统，其特征在于包括进水箱(1)、蠕动泵(2)、时控器(3)、反应器主体(4)、喷头(5)、土柱(6)、带孔圆盘(7)、支架(8)、排水管(9)、沉淀区(10)、排泥管(11)、填料层(12)、取泥口(13)、圆盘圆孔(14)、喷头圆孔(15)，反应器主体(4)下部设有支架(8)，反应器主体(4)内从上到下依次设有喷头(5)、土柱(6)、带孔圆盘(7)、填料层(12)、沉淀区(10)，反应器主体(4)底部设有排水管(9)、排泥管(11)，在反应器主体(4)放土柱(6)的侧壁上设多个取泥口(13)，喷头(5)上端与蠕动泵(2)、进水箱(1)依次连接，蠕动泵(2)与时控器(3)连接。
2. 根据权利要求1所述的一种模拟自然环境的土壤厌氧氨氧化菌富集系统，其特征在于所述的填料层(12)为不同大小形状的鹅卵石，粒径为10 40mm。
3. 根据权利要求1所述的一种模拟自然环境的土壤厌氧氨氧化菌富集系统，其特征在于所述的土柱(6)与填料层(12)的体积比为5. 5 6 : 1。
4. 根据权利要求1所述的一种模拟自然环境的土壤厌氧氨氧化菌富集系统，其特征在于所述的沉淀区(10)为锥形，沉淀区(10)与反应器主体(4)的体积比5 6%。
5. 根据权利要求1所述的一种模拟自然环境的土壤厌氧氨氧化菌富集系统，其特征在于所述的圆盘(7)的直径与反应器内径相同，圆盘内均匀分布孔径为3 5mm的小孔(14)。
6. 根据权利要求1所述的一种模拟自然环境的土壤厌氧氨氧化菌富集系统，其特征在于所述的多个取泥口 (13)的间距为8 9cm。
7. 根据权利要求1所述的一种模拟自然环境的土壤厌氧氨氧化菌富集系统，其特征在于所述的时控器(3)通过编程控制蠕动泵(2)的定时通断电，使蠕动泵每隔3 3. 2h进一次水，每次进水时间2 3min。
8. 根据权利要求1所述的一种模拟自然环境的土壤厌氧氨氧化富集系统，其特征在于所述的喷头(5)的直径与反应器内径相同，喷头布满喷嘴(15)，喷嘴直径为1 2mm。
9. 根据权利要求1所述的一种模拟自然环境的土壤厌氧氨氧化富集系统，其特征在于所述的反应器主体(4)的高径比为4 5 : 1。
10. 根据权利要求1所述的一种模拟自然环境的土壤厌氧氨氧化富集系统，其特征在于所述的土柱(6)为水稻田的土壤。
全文摘要
本发明公开了一种模拟自然环境的土壤厌氧氨氧化菌富集系统。它包括进水箱、蠕动泵、时控器、反应器主体、喷头、土柱、带孔圆盘、支架、排水管、沉淀区、排泥管、填料层、取泥口、圆盘圆孔、喷头圆孔，反应器主体下部设有支架，反应器主体从上到下依次设有喷头、土柱、带孔圆盘、填料层、沉淀区，反应器主体底部设有排水管、排泥管，在反应器主体放土柱的侧壁上设多个取泥口，喷头上端与蠕动泵、进水箱依次连接，蠕动泵与时控器连接。本发明的优点1)取相应深度土层于土柱中，建立模拟自然环境的土柱，有利于土壤中厌氧氨氧化菌的富集；2)时控组件实现了反应器间歇进水；3)此富集系统完全模拟原生态，可富集土壤生态系统中的厌氧氨氧化菌。
文档编号C12M1/00GK101735947SQ20091015526
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月10日 优先权日2009年12月10日
发明者余燚, 张吉强, 沈李东, 胡宝兰, 郑平, 陈小光, 陈建伟 申请人:浙江大学