[发明专利]一种傍河取水化学堵塞现象的研究系统的使用方法

说明书

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 Artificial Recharge)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。

(2)人工湿地(Constructed Wetlands，CWs)是20世纪70年代兴起的一种新型生态污水处理技术，因其维护管理方便、基建和运行费用低、工艺设备简单、环境效益高等特点，正逐渐被应用于广大中小城镇和乡村地区的污水处理中(姚淑君等，2009)。但从已有的工程实践来看，因如果设计或管理不善，人工湿地在长期运行中极易造成湿地基质的堵塞(尧平凡等，2009)。然而，人工湿地的堵塞涉及物理、化学、生物等多方面因素，对于引起堵塞的主导因素尚未探明。同时，人工湿地的堵塞也面临着与含水层人工回灌相同的问题，即未实现研究单一堵塞现象的特征规律与产生机理，仅停留在符合堵塞机制层面上。

综上，国内外并没有出现探究傍河取水特定类型堵塞现象形成机理的方法。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种傍河取水化学堵塞现象的研究系统，通过可控氧化还原环境装置的设计，能够模拟傍河取水过程从而有效探究化学堵塞现象的形成规律及主要原因。

本发明的第二个目的在于提出一种傍河取水化学堵塞现象的研究系统的使用方法。