[发明专利]一种追溯人工回灌过程中含水层微生物堵塞优势菌种来源的方法

权利要求书

1.一种追溯人工回灌过程中含水层微生物堵塞优势菌种来源的方法，其特征在于，采用人工回灌模拟装置，该装置包括有机玻璃柱，有机玻璃柱的顶部进口通过进水管与进水槽连通，在进水管上设置有定水头装置，有机玻璃柱的底部出口通过出水管与出水槽连通，在有机玻璃柱的一侧上部设置有溢流口，在有机玻璃柱的另一侧上下间隔连接有测压管，在测压管的末端处设置有测压板；

该方法包括以下步骤：

(1)将灭菌后的石英砂装填到有机玻璃柱内；

(2)从回灌井中抽取两份地下水水样，一份水样用于地下水微生物测序，记为水样一，另一份水样用于回灌模拟，记为水样二；并从河水中采集两份河水水样，一份水样用于河水微生物测序，记为水样三，另一份水样用于回灌模拟，记为水样四；

(3)在实验室配制灭菌营养液；

(4)将步骤(2)中的水样二和水样四，以及步骤(3)中的灭菌营养液作为回灌液，通过人工回灌模拟装置来模拟不同的回灌方式进行回灌；

进水槽中的回灌液经定水头装置由有机玻璃柱的顶部进口进入，流经有机玻璃柱，从有机玻璃柱的底部出口排出；每隔一段时间，记录人工回灌模拟装置的出水体积和各测压管水头，进而计算饱和渗透系数，通过相对饱和渗透系数的变化反映有机玻璃柱的柱体内介质的堵塞情况；

(5)对水样一、水样三和回灌试验后采集的砂样进行微生物学分析；

(6)通过对比不同回灌方式下含水层介质的饱和渗透系数和微生物群落特征，对堵塞过程中的优势菌进行溯源；

步骤(4)中，回灌方式包括四种：第一种，河水回灌地下水饱水含水层，即采用水样二饱柱，采用水样四回灌；第二种，灭菌营养液回灌地下水饱水含水层，即采用水样二饱柱，采用灭菌营养液回灌；第三种，河水回灌灭菌去离子水饱水含水层，即采用灭菌去离子水饱柱，采用水样四回灌；第四种，灭菌营养液回灌灭菌去离子水饱水含水层，即采用灭菌去离子水饱柱，采用灭菌营养液回灌；

步骤(4)中，采用介质的相对饱和渗透系数(K_sⁱ)′表征回灌堵塞情况，即t时的K_stⁱ值与其初始值，即零时的K_sⁱ值之比；

当(K_sⁱ)′值降至0.1时，即砂柱的饱和渗透系数降低至初始值的10％时，认为砂柱发生堵塞；将砂柱拆下并取样进行微生物群落分析；

步骤(5)中，分别将水样一和水样三，用0.45μmPES微孔滤膜过滤，将微孔滤膜立即转移到无菌离心管中，保存在-80℃；

回灌试验结束后，用消毒勺采集砂柱表层砂样，立即转移至无菌离心管中，并保存在-80℃；

采用高通量测序，利用测序结果进行微生物群落多样性、丰富度和相关性分析比较，筛选出优势菌种来源；

步骤(4)中：饱和渗透系数的计算公式为

式中，上标i指的是砂柱中的某层；K_sⁱ表示第i层的K_s，具体地K_s¹对应于距砂柱顶部4至6cm区间的饱和渗透系数，K_s²对应于距砂柱顶部6至8cm的饱和渗透系数，K_s³对应于距砂柱顶部8至10cm的饱和渗透系数，K_s⁴对应于距砂柱顶部10至20cm的饱和渗透系数，K_s^1-4对应于距砂柱顶部4至20cm的饱和渗透系数；Q是渗透流量，即通过砂柱各断面的体积流量mL/s，Lⁱ是渗透途径，即液压头间过水断面的距离cm，A是过水断面的横断面积cm²，(ΔH)ⁱ是过水断面水头差cm。

2.根据权利要求1所述的一种追溯人工回灌过程中含水层微生物堵塞优势菌种来源的方法，其特征在于：所述有机玻璃柱高20cm，内径5cm；溢流口设置在有机玻璃柱的柱体左侧距离顶部2cm处，有机玻璃柱的柱体右侧距离顶部4、6、8、10和20cm处分别设置与测压管相连通的端口；有机玻璃柱的有效填充高度为16cm；所述定水头装置为蠕动泵。