多孔介質(zhì)中微生物淤堵與滲流關(guān)系試驗(yàn)研究.pdf

1、生物修復(fù)技術(shù)具有處理效果好、投資和運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，然而，由于微生物的生長(zhǎng)繁殖和代謝活動(dòng)，使?jié)B流受阻，修復(fù)效率降低甚至失效，這個(gè)過(guò)程稱作微生物淤堵。對(duì)微生物在多孔介質(zhì)中的淤堵機(jī)理進(jìn)行研究，可以更好地解決生物修復(fù)系統(tǒng)中的淤堵問(wèn)題，使其獲得更持久的修復(fù)效果。
　　本研究通過(guò)柱試驗(yàn)分別觀測(cè)了連續(xù)流和間斷流條件下，在生物淤堵的一維多孔介質(zhì)中，滲流速度、滲透系數(shù)、水動(dòng)力彌散系數(shù)、孔隙率等水力學(xué)參數(shù)和細(xì)菌總數(shù)、糖類濃度、氣體體積比等生物化學(xué)參

2、數(shù)的變化規(guī)律。在生物淤堵過(guò)程中，孔隙率明顯減小，其變化規(guī)律遵循冪指數(shù)關(guān)系；滲流速度和滲透系數(shù)在初始階段迅速減小，之后持續(xù)減小，變化規(guī)律符合負(fù)指數(shù)關(guān)系；彌散系數(shù)先增大后減小，其變化符合有理式的分式關(guān)系。在連續(xù)流條件下，氣體的產(chǎn)生主要發(fā)生在中后期，而在間斷流條件下則主要發(fā)生在前期。
　　根據(jù)水力學(xué)和生物化學(xué)參數(shù)的變化規(guī)律和相互關(guān)系，總結(jié)出了一維多孔介質(zhì)中生物淤堵過(guò)程的四個(gè)發(fā)展階段：(1)滲透性能和孔隙性能的驟減及營(yíng)養(yǎng)注入口的局部淤堵階

3、段；(2)彌散性能的驟增和淤堵范圍的擴(kuò)大化階段；(3)彌散性能的驟減階段；(4)淤堵?tīng)顟B(tài)的穩(wěn)定階段。
　　本研究將micro-CT應(yīng)用到生物淤堵研究中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)砂柱內(nèi)部細(xì)觀結(jié)構(gòu)變化的無(wú)損監(jiān)測(cè)，通過(guò)CT圖像反演出砂柱內(nèi)部不同部位的孔隙變化情況，進(jìn)一步確認(rèn)了砂柱中淤堵程度最嚴(yán)重的是營(yíng)養(yǎng)注入口處。
　　本課題還研究了供水方式、碳源濃度和多孔介質(zhì)的填充顆粒尺寸對(duì)生物淤堵產(chǎn)生的影響，即：連續(xù)供給低濃度的營(yíng)養(yǎng)比間斷供給高濃度的營(yíng)養(yǎng)更利于

4、微生物的生長(zhǎng)和淤堵的發(fā)生；在一定范圍內(nèi)，碳源濃度越高，淤堵越嚴(yán)重；從短期來(lái)看，填充介質(zhì)的顆粒尺寸越大，淤堵越嚴(yán)重；但長(zhǎng)期效應(yīng)則剛好相反，即填充介質(zhì)越小，淤堵程度越嚴(yán)重。
　　研究還進(jìn)行了二維砂箱的生物淤堵試驗(yàn)，監(jiān)測(cè)了滲流速度、水頭高度、滲透系數(shù)、彌散系數(shù)和微生物量等參數(shù)的變化，滲流速度和滲透系數(shù)在初期迅速減小，之后呈現(xiàn)總體穩(wěn)定的狀態(tài)；彌散系數(shù)初期比較穩(wěn)定，之后發(fā)生劇烈變化。研究總結(jié)出二維多孔介質(zhì)中的生物淤堵經(jīng)歷了兩個(gè)階段：(1)滲