再生水滴灌系统灌水器堵塞的微生物学机理及控制-IngentaConnect.PDF

第 29 卷 第 15 期 农 业 工 程 学 报 Vol.29 No.15 98 2013 年 8 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Aug. 2013 再生水滴灌系统灌水器堵塞的微生物学机理及控制方法研究 李云开，宋 鹏，周 博 （中国农业大学水利与土木工程学院，北京100083） 摘 要：滴灌因其精量、可控而被认为是再生水最安全、可靠的灌溉方式，然而再生水中含有大量的颗粒物、营 养盐分、有机物、微生物等物质使得灌水器堵塞机理变得更为复杂，堵塞风险也大幅度增加。该文在对灌水器堵 塞物质-生物膜结构、组分变化特征进行分析，基于生物膜组分：干物质量（DW ）、磷脂脂肪酸（PLFAs ）和胞外 聚合物（EPS ）含量与灌水器堵塞程度之间显著的“S 型曲线”关系明确了生物膜形成是诱发灌水器堵塞的根本原 因。灌水器堵塞过程中表现为：再生水中微生物首先在滴灌系统毛管内部固定形成生物膜，并不断摄取、消耗水 中的底物和营养物进行新陈代谢，分泌大量的胞外多聚物，并依靠胞外多聚物的黏性不断吸附微生物及固体悬浮 颗粒物而引起生物膜不断形成、生长与脱落以及堵塞沉积物的不断聚集，而最终导致灌水器堵塞。从流道结构形 式与几何参数、水体颗粒物特性、近壁面流动剪切力、灌溉水质以及灌水频率五个方面阐述生物膜的形成机制及 影响因素。并分别从灌水器流道结构优化（增强流道自清洗能力，促进生物膜脱落）、抗菌材料开发（抑制微生物 附着）、化学加氯、微生物拮抗与生长群体响应、微纳米气杀菌等多个角度出发提出了以生物膜形成为靶向目标的 灌水器堵塞控制技术体系。最后从滴灌灌水器内部附生生物膜的水动力学-微生物学耦合作用机制研究、滴灌灌水 器堵塞预报的综合模拟模型构建及灌水器设计参数合理阈值确定、协同考虑灌水器堵塞清除效应与土壤质量健康 长期可持续发展的堵塞控制模式建立三个方面出发提出了再生水滴灌系统灌水器堵塞控制领域未来急需解决的问 题。 关键词：再生水，滴灌灌水器，生物膜，堵塞，控制 doi ：10.3969/j.issn.1002-6819.2013.15.013 中图分类号：S275.6 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2013)-15-0098-10 李云开，宋 鹏，周 博. 再生水滴灌系统灌水器堵塞的微生物学机理及控制方法研究[J]. 农业工程学报，2013， 29(15)：98－107. Li Yunkai, Song Peng, Zhou Bo. Microbiology mechanism and controlling methods for emitter clogging in the reclaimed water drip irrigation system[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2013, 29(15): 98 －107. (in Chinese with English abstract) 大限度地利用水中的营养物质而污染风险降到最 0 引 言 低。滴灌技术采用一系列封闭式低压管道系统联合 再生水（二级处理出流）水质能满足《农田灌 灌水器直接灌溉作物根区土壤，具有明显的精量、 溉水质标准》要求，且含有植物生长需要的大量营 可控等优点，可以有效避免地表径流和深层渗漏的 养物质（氮、磷等），具有水源及肥源双重特征