[发明专利]一种河岸过滤系统室内模拟实验柱体和装置

说明书

本发明公开一种河岸过滤系统室内模拟实验柱体和装置，所述实验柱体包括柱体本体，所述柱体本体的顶部和底部均配有密封盖，所述密封盖盖体内依次布置有橡胶垫圈和尼龙网；所述密封盖盖体两侧配有微型广式拉手，通过翻起或扣下所述微型广式拉手实现密封盖的打开或关闭，进而实现所述密封盖与所述柱体本体的气密性连接或分离；所述密封盖盖体外布置有宝塔接头，用于与其他所述实验柱体进行连接；所述实验柱体为中空结构，用于填充河岸过滤系统原位含水层介质及原位地表水新鲜样品。本发明提高了模拟装置构建的规范性及其组装的便捷性，可形成不同长度和水力停留时间的模拟系统，形成不同的实验方案，提高了室内中试实验的完整性和多样性。

技术领域

本发明属于水资源高效利用及地下水环境保护领域，涉及一种河岸过滤系统室内模拟实验柱体和装置。

背景技术

河岸过滤(Riverbank Filtration，RBF)，指地表水向地下水渗滤过程中被沉积层净化的过程。河岸过滤系统是指地表水经河道、河岸渗滤进入含水层，再经傍河取水而产生水力梯度不断入渗的局部水力循环区域。该区域是水流携带物质发生物理反应、地球化学反应及生物反应的活跃区域。其中，稀释作用、吸附作用、化学沉淀、氧化还原反应以及生物降解作用是实现水质改善及污染物去除的主要作用，环境微生物多样性及活性、水体及其介质环境的pH、温度、营养物质可利用性及氧化还原条件等是影响这些作用效应的主要因素。河岸过滤系统物质组成及颗粒级配不同，对地表水中污染物的去除效率也存在差异。例如，粘粒含量较高的河流沉积层对化学需氧量和氨氮的去除率较高，对磷、金属的去除效果也较好。苯胺等有机污染物在河岸过滤系统沉积物介质上的吸附量受沉积物有机质含量影响，高有机质含量有利于其去除，且随沉积层厚度的增加而提高。

河岸过滤作为一种以地表水源作为饮用水源的饮用水预处理方法，与活性炭吸附、慢砂滤等传统工艺相比具有维护简单、成本低廉等特点，在有机微污染物去除方面有着巨大的优势和应用潜力，已被很多国家应用在饮用水处理及供给实践中。许多欧洲重要河流(例如莱茵河，易北河，多瑙河等)沿岸的城市对河岸过滤这一天然处理过程的实践和应用已有一个多世纪的历史。荷兰作为最早应用河岸过滤技术的国家之一，野外河岸过滤场址处理的水量在全国饮用水供给中所占比例达7％左右(80Mm³/a)。同样的，德国约有16％的饮用水采用河岸过滤技术。美国应用河岸过滤技术供给饮用水也有超过50年的历史，受益人口达到6700万。通常，河岸过滤系统能够有效去除硝酸盐氮、天然有机物、微生物颗粒物质、浊度及病原微生物(病毒、细菌、原生动物等)。目前，河岸过滤系统对频繁检出的新兴有机污染物的去除效果也逐渐成为研究热点。例如，环境中的抗生素对微生物进行诱导选择，导致抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes，ARGs)、移动性遗传单元(mobilegenetic elements，MGEs)及耐药菌的广泛分布及传播，河岸过滤系统也是环境微生物抗药性诱导产生的关键区域。

河岸过滤技术对多种污染物都有较好的去除效果。但是，不同种类有机微污染物在河岸过滤系统中的去除率存在较大差异，去除量、去除机制及其影响因素尚无一致结论，一定程度上影响了河岸过滤技术面对新兴环境污染物的适用性及可推广性。因此，深入解析河岸过滤系统中典型污染物迁移转化特征及其影响因素，有助于提升河岸过滤技术的稳定性及可持续性。

虽然目前已有较多野外尺度的河岸过滤研究，能够较为真实地反映原位水动力条件和污染物迁移转化行为，但是由于河岸过滤系统水力停留时间较长，且监测的时间、人力、资金投入成本均较高，且可复制性不强，因此仍然需要借助室内模拟系统开展相关的机理研究。目前开展河岸过滤室内模拟研究所用的模拟装置多为柱实验系统，但是柱体规格、材质及填料均参差不齐。Abdelrady A等采用直径4.2cm、长度50cm的PVC柱，填料为石英砂。KahWin等采用直径6.1cm，长度40cm的塑料柱，填料为胆酸颗粒。C.Bertelkamp等采用直径36mm、长度1m的不锈钢柱，填料为石英砂和河岸过滤原位介质。现有模拟装置的组合方式多为一次成型，对密封性没有明确要求。因此，需要开发组合形式灵活、气密性良好、规格相对统一、原位模拟能力较强的河岸过滤系统室内柱模拟装置。