CN106568726B - 一种傍河取水化学堵塞现象的研究系统 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
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。
(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。
为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出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；所述实验柱体组的一端与所述入水口连接，另一端与所述出水口连接。
根据本发明实施例的傍河取水化学堵塞现象的研究系统，可以得知不同富氧环境下，傍河取水化学堵塞现象产生及持续时间，典型特征离子的浓度变化特征，以及介质渗透性下降幅度之间的关系，从而确认诱发和影响化学堵塞现象的主要因素。
另外，根据本发明上述实施例提出的傍河取水化学堵塞现象的研究系统还可以具有如下附加的技术特征：
具体地，所述箱体和所述实验柱体组的材质为有机玻璃。
根据本发明的一个实施例，所述箱体的长为800mm、宽为600mm、高为700mm，所述箱体的材质厚度为10mm，所述箱体的可抽真空度为-800Pa至+800Pa，可保压时间为12小时；所述实验柱体组包括串联连接的4个填充有水和灭菌处理过的粒径小于2mm的石英砂的有机玻璃柱，每个有机玻璃柱的高为200mm、外径为60mm、内径为50mm、厚度为10mm。
根据本发明的一个实施例，所述有机玻璃柱的顶部表面和底部表面分别包括深度为8mm、宽度为8mm的顶凹槽和底凹槽，所述顶凹槽和所述底凹槽分别依次放置有橡胶垫圈和尼龙网，其中所述尼龙网覆盖所述有机玻璃柱的底面；所述有机玻璃柱的顶部表面和底部表面还分别包括外径为80mm、内径为60mm的密封盖，所述密封盖通过螺纹与所述有机玻璃柱连接；所述密封盖的外表面的中心处还包括直径为6mm的宝塔接头，所述宝塔接头连接直径为6mm的橡胶管以用于连接其他有机玻璃柱、所述进水口或所述出水口。
根据本发明的一个实施例，所述手套口的数量为2个，所述压力传感器连接口的数量为4个，所述采样口的数量为4个，所述压力测量口、所述出水口、所述入水口、所述出气口和所述进气口各1个；所述活动门为长方形，其长为710mm、宽为260mm；所述进气口包括带阀门的直径为6mm的宝塔接头，所述出气口包括带阀门的直径为12mm的宝塔接头；所述进水口和所述出水口的直径均为8mm；所述压力传感器连接口和所述采样口的直径均为8mm，所述手套口的外径为150mm。
为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种傍河取水化学堵塞现象的研究系统的使用方法，包括：将取样接头通过所述采样口连接至所述实验柱体断面的一侧以获取采样水体，将所述压力传感器通过所述压力传感器连接口连接至所述断面的另一侧以获取所述实验柱体组的压力水位值；利用真空泵通过所述出气口将所述箱体中的空气抽空，并通过所述进气口注入惰性气体以调整所述箱体的氧气浓度；通过所述入水口将水体持续注入到所述实验柱体组，直至所述实验柱体组的压力水位值稳定；通过所述采样水体获取预设氧气浓度下的水体特征离子，并通过所述实验柱体组的压力水位值获取预设氧气浓度下的水体渗透系数。
根据本发明实施例的傍河取水化学堵塞现象的研究系统的使用方法，可以得知不同富氧环境下，傍河取水化学堵塞现象产生及持续时间，典型特征离子的浓度变化特征，以及介质渗透性下降幅度之间的关系，从而确认诱发和影响化学堵塞现象的主要因素。
根据本发明的一个实施例，所述通过所述采样水体获取预设氧气浓度下的水体特征离子包括：用邻菲罗啉分光光度法对所述采样水体中的Fe2+、总铁离子、其他溶解性铁离子分别进行测定；用高碘酸钾分光光度法对所述采样水体中的总锰进行测定；用纳氏试剂分光光度法对所述采样水体中的氨氮进行测定；用重铬酸钾滴定法对所述采样水体中的COD(Chemical Oxygen Demand，化学需氧量)进行测定。
根据本发明的一个实施例，所述使用方法还包括：获取冷冻的实验柱体，沿所述断面将所述冷冻的所述实验柱体切开以获取扫描电镜样品；根据SEM(Scanning ElectronMicroscopy，扫描电镜)的操作方法对所述扫描电镜样品进行扫描，并进行相应的能谱分析。
根据本发明的一个实施例，所述使用方法还包括：将所述实验柱体中所述断面处的石英砂研磨成粉末，利用压片机将所述粉末进行压片以获取实验样品；利用同步辐射XAFS(X-rays absorption fine structure,X射线吸收精细结构法)对所述实验样品成分及其价态分布进行分析。
根据本发明的一个实施例，所述通过所述进气口注入惰性气体而调整所述研究系统的氧气浓度包括：通过所述进气口缓慢持续注入氩气直至所述箱体内气压略高于大气压；调节所述氩气的注入速率与注入量以调整所述箱体的氧气浓度。
根据本发明的一个实施例，所述通过所述入水口将水体持续注入到所述实验柱体组，直至所述实验柱体组的压力水位值稳定之前，还包括：使用0.2μm的滤膜滤除天然水体中所含悬浮颗粒物，并将过滤后的水体作为进水水样储存于水箱中；利用蠕动泵持续抽取水箱中的进水水样使之通过所述进水口注入到所述实验柱体组。
附图说明
图1A为根据本发明一个实施例的箱体的正面示意图；
图1B为根据本发明一个实施例的箱体的背面示意图；
图2A为根据本发明一个实施例的实验柱体组的连接示意图；
图2B为根据本发明一个实施例的实验柱体组的另一连接示意图；
图3为根据本发明另一个实施例的实验柱体的结构示意图；
图4为根据本发明实施例的傍河取水化学堵塞现象的研究系统的使用方法的流程图；
图5为根据本发明实施例的傍河取水化学堵塞现象的研究系统的使用方法的又一流程图；
图6为根据本发明实施例的傍河取水化学堵塞现象的研究系统的使用方法的又一流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图来描述本发明实施例的傍河取水化学堵塞现象的研究系统。
图1A和图1B为根据本发明一个实施例的傍河取水化学堵塞现象的研究系统中箱体的正面示意图和背面示意图。
如图1A和图1B所示，所述傍河取水化学堵塞现象的研究系统包括：箱体以及位于所述箱体内的实验柱体组。其中，所述实验柱体组包括至少一个实验柱体，所述实验柱体内填充有水和石英砂。
所述箱体的材质为有机玻璃，其体积参数具体为：外部长800mm、宽600mm、高700mm，材质厚度为10mm。所述箱体的可抽真空度为-800Pa至+800Pa，可保压时间为12小时。
如图2A所示，所述实验柱体组可以包括串联连接的4个填充有水和灭菌处理过的粒径小于2mm的石英砂的有机玻璃柱，每个有机玻璃柱的高为200mm、外径为60mm、内径为50mm、厚度为10mm。所述有机玻璃柱的顶部表面和底部表面还分别包括深度为8mm、宽度为8mm的顶凹槽和底凹槽，所述顶凹槽和所述底凹槽分别依次放置有橡胶垫圈和尼龙网，其中所述尼龙网能够覆盖所述有机玻璃柱的底面。
如图3所示，所述有机玻璃柱的顶部表面和底部表面还分别包括外径为80mm、内径为60mm的密封盖，所述密封盖通过螺纹与所述有机玻璃柱连接。优选的，所述密封盖的外表面的中心处还包括直径为6mm的宝塔接头，所述宝塔接头连接直径为6mm的橡胶管以用于连接其他有机玻璃柱、所述进水口或所述出水口。
所述箱体的上方可以包括活动门，前面可以包括至少一个手套口。通过所述活动门和所述手套口可以实现有机玻璃柱等相关实验装置的放置或取出。在本实施例中，所述活动门优选为长方形，其长为710mm、宽为260mm；所述手套口的外径为150mm，数量为2个。优选的，所述手套口处可以连接普通黑色橡胶手套，用以在不同氧化还原环境下对有机玻璃柱的不同断面进行样品采集。
所述箱体的上底面还包括压力测量口，所述箱体通过所述压力测量口与真空压力表连接。在本实施例中，所述真空压力表的数量为1个，其量程可以为-0.1MPa至0.06MPa。
优选的，所述箱体的前面可以包括4个采样口，所述箱体的背面可以包括4个压力传感器连接口。所述压力传感器连接口和所述采样口的直径均为8mm。具体的，所述实验柱体组可以通过所述压力传感器连接口与压力传感器连接。所述压力传感器可以为CY201数字压力传感器。
所述箱体的侧面可以包括1个进气口和1个出气口，所述进气口还包括带阀门的直径为6mm的宝塔接头，所述出气口还包括带阀门的直径为12mm的宝塔接头。
所述箱体的侧面还包括1个入水口和1个出水口，所述实验柱体组的一端与所述入水口连接，另一端与所述出水口连接。所述进水口和所述出水口的直径均为8mm。优选的，如图2B所示，所述进水口的一端还可以与BT600-2J型蠕动泵相连，另一端与箱体内的实验柱体组的一端连接。蠕动泵持续给实验柱体注水，实现模拟傍河取水过程。所述出水口的一端连接箱体内实验柱体组的另一端，所述出水口的另一端连接￠8mm橡胶管将水体引出。
根据本发明实施例的傍河取水化学堵塞现象的研究系统，可以得知不同富氧环境下，傍河取水化学堵塞现象产生及持续时间，典型特征离子的浓度变化特征，以及介质渗透性下降幅度之间的关系，从而确认诱发和影响化学堵塞现象的主要因素。
如图4所示，一种前述傍河取水化学堵塞现象的研究系统的使用方法，包括如下步骤：
S401：将取样接头通过所述采样口连接至所述实验柱体断面的一侧以获取采样水体，将所述压力传感器通过所述压力传感器连接口连接至所述断面的另一侧以获取所述实验柱体组的压力水位值。
在本实施例中，所述实验柱体组包括4个实验柱体，所述串联的实验柱体组的具体准备工作包括：
首先，通过的橡胶管将所有实验柱体的顶部和底部的宝塔接头连接，以形成串联结构。
接着，将所述实验柱体竖直放置，同时须先在所述实验柱体的底部凹槽处铺设1层50目的圆形尼龙网，所述圆形尼龙网的直径应略大于有机玻璃柱内径，以保证实验过程中实验柱体内的填充物不会泄露。
然后，在所述实验柱体内装填灭菌处理过的粒径小于2mm的白色石英砂。石英砂填充完毕后，在实验柱体的顶部凹槽处铺设1层50目的圆形尼龙网，尼龙网直径应略大于有机玻璃柱内径，以保证填充的石英砂不随水流进入相邻的柱体中，避免实验结果的影响。
在所述实验柱体组的准备工作完成后，通过所述取样接头获取获取采样水体，并通过所述压力传感器获取所述实验柱体组的压力水位值。
S402：利用真空泵通过所述出气口将所述箱体中的空气抽空，并通过所述进气口注入惰性气体以调整所述箱体的氧气浓度。
首先，利用真空泵将箱体中空气抽空，直至所述真空压力表显示所述箱体处于真空状态。
接着，通过进气口向所述箱体中缓慢持续注入惰性气体氩气，直至所述箱体内的气压略高于大气压，以保证空气不会进入到操作箱中。
然后，根据拟定的氧化还原环境，调节氩气的注入速率与注入量，形成不同梯度的含氧环境。例如，无氧环境、少氧环境(低于大气含氧率)、平氧环境(与大气含氧率一致)、富氧环境(高于大气含氧率)等。
S403：通过所述入水口将水体持续注入到所述实验柱体组，直至所述实验柱体组的压力水位值稳定。
串联的实验柱体组总长度为800mm，水体从实验柱体的底部注入，以保证所述石英砂与入渗水体能够充分接触。
为排除物理堵塞对实验的干扰，本实验可以先用0.2μm的滤膜滤除天然水体中所含悬浮颗粒物，并将过滤后的水体作为进水水样储存于水箱中。
接着，为调整进水水样的速率，可以利用蠕动泵以特定速率(如50rpm)持续抽取水箱中的水体。这样，水箱中的水体通过所述进水口进入到实验柱体中，并从所述出水口排出。如图2所示，由于4个实验柱体均在“中间断面”处设置了测压孔和采样孔，即距每个实验柱体的底部为10cm的位置，因此，采样断面和测压断面位置距入水口分别为100mm、300mm、500mm、700mm。
S404：通过所述采样水体获取预设氧气浓度下的水体特征离子，并通过所述实验柱体组的压力水位值获取预设氧气浓度下的水体渗透系数。
在本实施例中，所述通过所述采样水体获取预设氧气浓度下的水体特征离子具体可以包括：
用邻菲罗啉分光光度法对所述采样水体中的Fe2+、总铁离子、其他溶解性铁离子分别进行测定；
用高碘酸钾分光光度法对所述采样水体中的总锰进行测定；
用纳氏试剂分光光度法对所述采样水体中的氨氮进行测定；
用重铬酸钾滴定法对所述采样水体中的化学需氧量COD进行测定。
通过所述实验柱体组的压力水位值获取预设氧气浓度下的水体渗透系数具体可以包括：
首先，运行蠕动泵，将所有实验柱体注满水后，利用CY201高精度数字压力传感器对不同渗透距离(即距入水口分别为100mm、300mm、500mm、700mm的位置)处的压力水位进行实时监测，数据采集频率为1次/秒。
然后，将压力水位数据采集的第一个值作为初始值，进而根据达西定律(公式1-3)，将压力水位数据转换为渗透系数，用以更直观的表征傍河取水过程中介质渗透性变化，具体各式如下：
I＝HW/L＝ΔH/L 1
HW＝h＝H1-H2 2
K＝Q/AI 3
式中：I——水力梯度
L——测压孔之间距离，m；
H1，H2——不同测压点的测管水头，m
Q——渗流流量，m3/s；
A——过水断面面积，m3；
k——渗透系数m/s
通过对比试验数据，可以得知不同富氧环境下，傍河取水化学堵塞现象产生及持续时间，典型特征离子的浓度变化特征，以及介质渗透性下降幅度之间的关系，从而确认诱发和影响化学堵塞现象的主要因素。
优选的，如图5所示，前述傍河取水化学堵塞现象的研究系统的使用方法还可以包括以下步骤：
S501：获取冷冻的实验柱体，沿所述断面将所述冷冻的所述实验柱体切开以获取扫描电镜样品。
首先，需要制备冷冻样品，具体包括：上述步骤S1-S4之后，保证箱体内氧化还原环境不变，先将箱体内的水体排尽，然后调节气压，再将操作箱内实验柱取出，并储存于-10℃的环境中。
接着，将所述冷冻样品沿采样断面切开，进行冷冻干燥，制备合格的“扫描电镜样品”。
S502：根据SEM的操作方法对所述扫描电镜样品进行扫描，并进行相应的能谱分析。
具体的，根据扫描电镜的操作方法(此处不再赘述)，对“扫描电镜样品”的各目标断面进行扫描，并进行相应的能谱分析。
通过SEM可以得知采样断面处介质颗粒的表面形态变化，可以对比实验前后介质颗粒表面附着物形态，推断介质孔隙度的下降幅度，验证化学堵塞现象的程度。同时，还能通过SEM的能谱分析结果揭示出特征离子价态分布，判断出诱发化学堵塞现象的主要特征离子价态，给予氧化还原反应对化学堵塞现象影响的数据支持。
如图6所示，前述傍河取水化学堵塞现象的研究系统的使用方法还包括以下步骤：
S601：将所述实验柱体中所述断面处的石英砂研磨成粉末，利用压片机将所述粉末进行压片以获取实验样品。
S602：利用同步辐射XAFS对所述实验样品成分及其价态分布进行分析。
鉴于样品所分析的指标均为化学指标，因此选择透射XAFS法进行样品分析。参照透射法对样品处理的要求，先对样品进行前处理，具体为：将断面处石英砂研磨至符合要求的粉末细度，利用压片机将粉末压片制样，获取“实验样品”，进而对该“实验样品”完成样品分析。
XAFS的结果可以揭示出所形成的沉淀、交替或者难溶物的成分组成，其价态分布等，了解各特征离子对化学堵塞现象的贡献率，且精度较SEM更高。因此，借助室内实验以及后续的样品分析，可以全方面的掌握傍河取水化学堵塞现象产生的机理。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种傍河取水化学堵塞现象的研究系统，其特征在于，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；
所述实验柱体组的一端与所述入水口连接，另一端与所述出水口连接；
上述傍河取水化学堵塞现象的研究系统的使用方法，包括：将取样接头通过所述采样口连接至所述实验柱体断面的一侧以获取采样水体，将所述压力传感器通过所述压力传感器连接口连接至所述断面的另一侧以获取所述实验柱体组的压力水位值；利用真空泵通过所述出气口将所述箱体中的空气抽空，并通过所述进气口注入惰性气体以调整所述箱体的氧气浓度；通过所述入水口将水体持续注入到所述实验柱体组，直至所述实验柱体组的压力水位值稳定；通过所述采样水体获取预设氧气浓度下的水体特征离子，并通过所述实验柱体组的压力水位值获取预设氧气浓度下的水体渗透系数。
2.如权利要求1所述的傍河取水化学堵塞现象的研究系统，其特征在于，所述箱体和所述实验柱体组的材质为有机玻璃。
3.如权利要求2所述的傍河取水化学堵塞现象的研究系统，其特征在于，所述箱体的长为800mm、宽为600mm、高为700mm，所述箱体的材质厚度为10mm，所述箱体的可抽真空度为-800Pa至+800Pa，可保压时间为12小时；
所述实验柱体组包括串联连接的4个填充有水和灭菌处理过的粒径小于2mm的石英砂的有机玻璃柱，每个有机玻璃柱的高为200mm、外径为60mm、内径为50mm、厚度为10mm。
4.如权利要求3所述的傍河取水化学堵塞现象的研究系统，其特征在于，所述有机玻璃柱的顶部表面和底部表面分别包括深度为8mm、宽度为8mm的顶凹槽和底凹槽，所述顶凹槽和所述底凹槽分别依次放置有橡胶垫圈和尼龙网，其中所述尼龙网覆盖所述有机玻璃柱的底面；
所述有机玻璃柱的顶部表面和底部表面还分别包括外径为80mm、内径为60mm的密封盖，所述密封盖通过螺纹与所述有机玻璃柱连接；
所述密封盖的外表面的中心处还包括直径为6mm的宝塔接头，所述宝塔接头连接直径为6mm的橡胶管以用于连接其他有机玻璃柱、所述入水口或所述出水口。
5.如权利要求4所述的傍河取水化学堵塞现象的研究系统，其特征在于，所述手套口的数量为2个，所述压力传感器连接口的数量为4个，所述采样口的数量为4个，所述压力测量口、所述出水口、所述入水口、所述出气口和所述进气口各1个；
所述活动门为长方形，其长为710mm、宽为260mm；
所述进气口包括带阀门的直径为6mm的宝塔接头，所述出气口包括带阀门的直径为12mm的宝塔接头；
所述入水口和所述出水口的直径均为8mm；
所述压力传感器连接口和所述采样口的直径均为8mm，所述手套口的外径为150mm。
6.如权利要求1所述的傍河取水化学堵塞现象的研究系统，其特征在于，所述通过所述采样水体获取预设氧气浓度下的水体特征离子包括：用邻菲罗啉分光光度法对所述采样水体中的Fe2+、总铁离子、其他溶解性铁离子分别进行测定；用高碘酸钾分光光度法对所述采样水体中的总锰进行测定；用纳氏试剂分光光度法对所述采样水体中的氨氮进行测定；用重铬酸钾滴定法对所述采样水体中的COD进行测定。
7.如权利要求1所述的傍河取水化学堵塞现象的研究系统，其特征在于，所述使用方法还包括：获取冷冻的实验柱体，沿所述断面将所述冷冻的所述实验柱体切开以获取扫描电镜样品；根据SEM的操作方法对所述扫描电镜样品进行扫描，并进行相应的能谱分析。
8.如权利要求1所述的傍河取水化学堵塞现象的研究系统，其特征在于，所述使用方法还包括：将所述实验柱体中所述断面处的石英砂研磨成粉末，利用压片机将所述粉末进行压片以获取实验样品；利用同步辐射XAFS对所述实验样品成分及其价态分布进行分析。
9.如权利要求1所述的傍河取水化学堵塞现象的研究系统，其特征在于，所述通过所述进气口注入惰性气体而调整所述研究系统的氧气浓度包括：通过所述进气口缓慢持续注入氩气直至所述箱体内气压略高于大气压；调节所述氩气的注入速率与注入量以调整所述箱体的氧气浓度。
10.如权利要求1所述的傍河取水化学堵塞现象的研究系统，其特征在于，所述通过所述入水口将水体持续注入到所述实验柱体组，直至所述实验柱体组的压力水位值稳定之前，还包括：使用0.2μm的滤膜滤除天然水体中所含悬浮颗粒物，并将过滤后的水体作为进水水样储存于水箱中；利用蠕动泵持续抽取水箱中的进水水样使之通过所述入水口注入到所述实验柱体组。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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