[发明专利]一种傍河取水化学堵塞现象的研究系统

说明书

本发明公开了一种傍河取水化学堵塞现象的研究系统，包括：箱体、位于所述箱体内的填充有水和石英砂的实验柱体组，所述实验柱体组包括至少一个实验柱体；其中，所述箱体的上方包括活动门，所述箱体的上底面包括压力测量口，所述箱体的前面包括至少一个采样口和至少一个手套口，所述箱体的背面包括至少一个压力传感器连接口，所述箱体的侧面包括入水口、出水口、进气口和出气口；所述实验柱体组通过所述压力传感器连接口与压力传感器连接；所述箱体通过所述压力测量口与真空压力表连接。根据本发明实施例的傍河取水化学堵塞现象的研究系统，可以确认诱发和影响化学堵塞现象的主要因素。

技术领域

本发明涉及环境地球化学领域，特别涉及一种傍河取水化学堵塞现象的研究系统及其使用方法。

背景技术

傍河取水作为一种地表水与地下水联合利用的取水模式，已逐渐受到不同国家的青睐。其供水能力在各国供水比例中占有一席之地。1810年，英国建立了世界上第一个傍河水源地，1870s，德国、荷兰等国也采取相同的取水技术，并沿用至今(Grischek et al.,2002；Schmidt et al.,2003)。通过丰富的应用经验得知，在傍河水源地长期运行过程中，堵塞现象是无法避免的(Riesen,1975；Ray and Prommer,2006)。傍河取水的渗滤作用可有效去除入渗河水中所携带的悬浮颗粒物、化学、微生物污染物，然而堵塞现象往往也伴随着这样的渗滤作用逐渐显著(Schubert,2006)。

Schubert(2006)以杜塞尔多夫弗莱埃自来水厂为例，指出河水中可悬浮颗粒物浓度的变化控制着傍河水源地堵塞程度。研究区初始渗透系数为2×10^-2～4×10^-3m/s，Schubert通过长时间序列的采样分析和野外监测，发现研究区渗透系数最终呈现出三个分区，其中最低值为1×10^-8m/s而，平均相对渗透率低于50％，表明悬浮颗粒物对河岸带物理堵塞程度明显。

Ruemenapp等(2013)通过利用溶解性铁离子浓度为7.9mg/L的原水进行堵塞实验，发现孔隙介质对溶解性铁离子的吸附作用显著。由于铁离子转变为沉淀或胶体等难溶性物质吸附于介质中，使35cm长的实验柱体中的前10cm段出现严重堵塞现象，导致剩余长度内溶解性铁离子浓度基本为0，堵塞区渗透系数在6天内下降超过90％。Engesgaard等(2006)通过超过40天的室内实验发现，超过80％的生物量富集于渗透介质中，使相对移动孔隙率(移动孔隙度与总孔隙度的比值)低于20％，相对渗透系数(当前渗透系数与初始渗透系数比值)由最初的100％下降到低于0.1％，体现出实验期内剧烈的生物堵塞作用，同时也证明生物堵塞作用对傍河取水的潜在影响力不可忽视。

在我国，傍河取水是农耕区、干旱半干旱地区重要的取水模式。然而，在傍河水源地运行过程中，人们往往对堵塞现象在傍河取水过程中的潜在影响力未给予足够的重视，忽略了它在傍河水源地运行和管理中的重要地位。相较于西方国家在傍河水源地管理上积累的经验，我国对傍河取水化学堵塞现象的认知还远远不足，对堵塞现象的产生机理需要进行深入的探究。

目前，堵塞现象的研究重点多集中于含水层人工回灌(Aquifer ArtificialRecharge)过程中的堵塞和人工湿地基质的堵塞两个方面，具体如下：

(1)含水层人工回灌技术在地表水和地下水联合调度中发挥着日益重要的作用(张蔚榛等1998)，然而任何一种人工回灌方式都会遇到回灌设施或回灌地层堵塞的问题。现行的研究方式主要通过室内实验模拟含水层人工回灌过程，通过建立含水介质渗透性与时间、典型目标离子之间的相关性，分析形成堵塞现象的机理，探究堵塞的原因(李璐等，2010)。然而在研究过程中，未实现研究单一堵塞现象的特征规律与产生机理。且在初始水质的选取上与傍河取水化学堵塞现象的研究也有差异。地下水人工回灌的堵塞问题研究对傍河取水化学堵塞现象有一定的启示作用，但无法准确真实地反映其堵塞机制。