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论文技巧案例-悬浮物对模式微生物堵塞影响的实验研究
时间:2021-03-17 15:14:52

   地下水人工回灌已经成为缓解水资源短缺、优化水资源配置、解决地下水超采引发的环境地质问题和极端气候条件下水问题的有效方法之一。然而人工回灌过程中的堵塞问题严重制约了这一技术的发展和推广。按照成因分析,地下水人工回灌堵塞一般分为物理堵塞、化学堵塞和微生物堵塞。在实际人工回灌工程中,微生物堵塞的产生仅次于物理堵塞。考虑到回灌水源的复杂性,研究回灌水源中悬浮物对微生物堵塞的影响具有重要意义。

 
  本次研究采用室内砂柱模拟实验,以粘性土颗粒为悬浮物,选择铜绿假单胞菌为模式微生物,采用高纯石英砂作为含水介质,研究悬浮物存在条件下微生物在多孔介质中的迁移-沉积规律,分析其影响机理,并在已有基础上总结悬浮物存在条件下微生堵塞预防与治理方法。主要研究成果如下:
 
  (1)单一微生物堵塞中,入渗介质的渗透性随时间和空间的变化均呈现下降趋势。从时间上看,该趋势表现出典型的三段特征:平缓期、下降期和稳定期。渗流前期,由于微生物活性较低,介质渗透系数变化较平缓,随着渗流时间的延长,微生物堵塞形成,介质的渗透性迅速降低,到渗流后期,含水介质渗透性降低到一定程度,变化趋于稳定。从空间上看,在靠近注水口的位置介质的渗透性下降幅度大,而距离注水口越远,含水介质渗透性下降的幅度越缓慢。
 
  (2)悬浮物影响下微生物堵塞中,不同悬浮物浓度对微生物堵塞开始的时间、堵塞发展的深度、堵塞速率和堵塞程度均有明显影响。悬浮物浓度越大,堵塞发生的时间提前,堵塞深度越深,堵塞速率加快,堵塞程度减轻,但堵塞类型均为表面-内部堵塞。从砂柱中堵塞物质滞留量显示,悬浮物和微生物多集中累积在多孔介质表层,其累积量和累积深度受悬浮物浓度影响。随着悬浮物浓度的增大,悬浮物和微生物的累积量和累积深度都逐渐增大,悬浮物的沉降速度逐渐降低。
 
  (3)综合分析悬浮物对微生物迁移-滞留的影响机理。渗流前期,悬浮物与微生物相互快速吸附团聚形成大颗粒沉积过滤,造成堵塞发生时间提前。由于微生物活动促进了悬浮物的溶解,入渗后期堵塞程度有一定的缓解。堵塞速率加快,主要原因是悬浮物溶解产生阳离子,溶解产生的阳离子促进微生物活动的同时中和微生物与悬浮物表面的负电荷,促进悬浮物与微生物及石英砂之间的吸附,悬浮物与微生物相互吸附进而团聚形成粒径较大的复合体,造成介质前期堵塞速率加快。
 
  地下水人工回灌已经成为缓解水资源短缺、优化水资源配置、解决地下水超采引发的环境地质问题和极端气候条件下水问题的有效方法之一。然而人工回灌过程中的堵塞问题严重制约了这一技术的发展和推广。按照成因分析,地下水人工回灌堵塞一般分为物理堵塞、化学堵塞和微生物堵塞。在实际人工回灌工程中,微生物堵塞的产生仅次于物理堵塞。考虑到回灌水源的复杂性,研究回灌水源中悬浮物对微生物堵塞的影响具有重要意义。
 
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  (1)单一微生物堵塞中,入渗介质的渗透性随时间和空间的变化均呈现下降趋势。从时间上看,该趋势表现出典型的三段特征:平缓期、下降期和稳定期。渗流前期,由于微生物活性较低,介质渗透系数变化较平缓,随着渗流时间的延长,微生物堵塞形成,介质的渗透性迅速降低,到渗流后期,含水介质渗透性降低到一定程度,变化趋于稳定。从空间上看,在靠近注水口的位置介质的渗透性下降幅度大,而距离注水口越远,含水介质渗透性下降的幅度越缓慢。
 
  (2)悬浮物影响下微生物堵塞中,不同悬浮物浓度对微生物堵塞开始的时间、堵塞发展的深度、堵塞速率和堵塞程度均有明显影响。悬浮物浓度越大,堵塞发生的时间提前,堵塞深度越深,堵塞速率加快,堵塞程度减轻,但堵塞类型均为表面-内部堵塞。从砂柱中堵塞物质滞留量显示,悬浮物和微生物多集中累积在多孔介质表层,其累积量和累积深度受悬浮物浓度影响。随着悬浮物浓度的增大,悬浮物和微生物的累积量和累积深度都逐渐增大,悬浮物的沉降速度逐渐降低。
 
  (3)综合分析悬浮物对微生物迁移-滞留的影响机理。渗流前期,悬浮物与微生物相互快速吸附团聚形成大颗粒沉积过滤,造成堵塞发生时间提前。由于微生物活动促进了悬浮物的溶解,入渗后期堵塞程度有一定的缓解。堵塞速率加快,主要原因是悬浮物溶解产生阳离子,溶解产生的阳离子促进微生物活动的同时中和微生物与悬浮物表面的负电荷,促进悬浮物与微生物及石英砂之间的吸附,悬浮物与微生物相互吸附进而团聚形成粒径较大的复合体,造成介质前期堵塞速率加快。
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