趙雪,王照熙,張文倩,呂暢,牛文全

水磁化處理對(duì)水肥溶液中黏性顆粒絮凝沉降的影響

趙雪1,2,王照熙1,2,張文倩1,2,呂暢1,2,牛文全1,3,4*

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌 712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水利與建筑工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100；3.中國(guó)科學(xué)院 水利部水土保持研究所，陜西 楊凌 712100；4.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所，陜西 楊凌 712100）

【】探究水磁化處理對(duì)富含黏性顆粒水肥溶液絮凝沉降過(guò)程的影響。配置5種質(zhì)量濃度的高嶺土懸浮液（0.5、1.0、1.5、3.0、5.0 g/L）和3種質(zhì)量濃度（0.25、0.5 g/L和0.75 g/L）的硫酸鉀、尿素、復(fù)合肥混合液共14種，分別在4種不同磁化強(qiáng)度（W0：0 T、W1：0.2 T、W2：0.4 T和W3：0.6 T）下，測(cè)定4 h內(nèi)沉降量筒底端10 cm高處的濁度、中值沉速、沉降泥沙機(jī)械組成、水樣zeta電位、pH值、電導(dǎo)率和黏滯系數(shù)等的變化。與未磁化處理相比，磁化后黏性顆粒的絮凝作用有所增強(qiáng)、沉降速率加快（<0.01）；磁化強(qiáng)度為0.4 T（W2）時(shí)，黏性顆粒的絮凝作用最強(qiáng)，沉降泥沙的中值粒徑比未磁化處理最高可增加14.7%，其黏粒占比最高可減少25.0%，zeta電位最高可降低68.7%。當(dāng)水中加入不同肥料時(shí)，磁化對(duì)沉降泥沙中值粒徑、黏粒占比和水樣zeta電位值的影響不同，施加硫酸鉀肥時(shí)磁化的影響效果最大，施加尿素時(shí)的影響效果最小。灌溉水磁化處理可顯著促進(jìn)黏性顆粒的絮凝作用和沉降速率，建議用磁化水灌溉或者輸水時(shí)，應(yīng)定期沖洗管網(wǎng)系統(tǒng)，排除管網(wǎng)中的沉降泥沙。

磁化；絮凝；沉降；黏性顆粒；肥料

0 引言

【研究意義】滴灌是目前干旱缺水地區(qū)最有效的灌溉方式之一，但灌水器堵塞問(wèn)題會(huì)直接影響灌水均勻度，甚至使整個(gè)滴灌系統(tǒng)失效[1-2]。根據(jù)水質(zhì)可將灌水器堵塞類(lèi)型分為物理堵塞、化學(xué)堵塞和生物堵塞3種[3-5]，其中物理堵塞最為明顯，顆粒的絮凝與沉降是造成灌水器物理堵塞的直接原因[6]。多年來(lái)，黃河流域的寧夏、內(nèi)蒙古等地段和新疆等地區(qū)受高含沙水流影響，嚴(yán)重制約著滴灌技術(shù)的應(yīng)用，而此流段泥沙量較高且細(xì)微粒量比例較大[7]。黏性泥沙極小的粒徑使其具有較強(qiáng)的電化學(xué)性質(zhì)，一定條件下會(huì)碰撞黏結(jié)形成泥沙絮團(tuán)[8-10]，從而加劇滴頭堵塞。研究滴灌水源流經(jīng)磁場(chǎng)后水中黏性顆粒絮凝沉降過(guò)程的變化規(guī)律，對(duì)滴灌管網(wǎng)系統(tǒng)的管理和滴頭堵塞的防治有重要意義?！狙芯窟M(jìn)展】磁化后水分子間氫鍵斷裂，水分子由團(tuán)簇狀變成單個(gè)極性水分子[11]，水中溶解氧量提高4～6 mg/L，溶解度提高20%～70%，水的電導(dǎo)率至少提高2%，澄清速度提高20%～90%[12]，水的性質(zhì)發(fā)生改變。磁化后水中游離的離子內(nèi)能增加[13]，碰撞概率增大，從而會(huì)影響?zhàn)ば灶w粒的絮凝沉降過(guò)程。李建軍等[14]研究表明，磁化處理減小了固體顆粒表面水化膜厚度和zeta電位值，從而加速了其絮凝沉降作用。王新民等[15]研究發(fā)現(xiàn)磁化處理可以加速全尾砂料漿（SiO2量56.18%，Al2O3量6.53%）沉降。汪虎等[16]研究發(fā)現(xiàn)，磁化絮凝技術(shù)使得浸出液中的固體懸浮物快速沉降。磁化水灌溉可促進(jìn)植物生長(zhǎng)、提高植物根系活力，改變鹽漬化土壤中水鹽的分布、減少土壤鹽分、增強(qiáng)土壤保水能力[17-21]。磁處理水技術(shù)在促進(jìn)土壤脫鹽、提高植物耐鹽性和土壤養(yǎng)分有效性、促進(jìn)植物生長(zhǎng)等方面具有廣泛的作用效果[22-24]?！厩腥朦c(diǎn)】磁化水應(yīng)用已經(jīng)引起廣泛的關(guān)注，但目前關(guān)于磁化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的研究多集中在作物與土壤中，將磁化與水肥一體化滴灌過(guò)程中的絮凝沉降過(guò)程相結(jié)合的研究較少?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本文探討了4種磁化強(qiáng)度下，14種不同高嶺土量和肥料質(zhì)量濃度組合的黏性顆粒絮凝沉降的變化規(guī)律，為磁化水肥一體化滴灌系統(tǒng)的滴頭堵塞防治提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與裝置

試驗(yàn)于2020年9月23日—11月27日在陜西省楊凌示范區(qū)西北農(nóng)林科技大學(xué)北校區(qū)灌溉水力學(xué)大廳內(nèi)進(jìn)行室內(nèi)溫度（20±0.5）℃。張慶河等[25]指出絮凝的臨界粒徑為0.01～0.03 mm，故本試驗(yàn)選用白陶土煅燒水洗高嶺土粉，具有高度分散性的白色粉末狀物質(zhì)，高嶺土粒徑級(jí)配見(jiàn)圖1。

圖1 試驗(yàn)用高嶺土粒徑級(jí)配

試驗(yàn)選用3種可溶性肥料：尿素（分子式CO(NH2)2極易溶于水的半透明無(wú)雜質(zhì)固體顆粒）；硫酸鉀（K2O≥52%）；復(fù)合肥（白色顆粒極易溶于水N-P2O5-K2O為19-19-19）。

試驗(yàn)用磁化器選用包頭磁性材料有限公司生產(chǎn)的磁化強(qiáng)度分別為0、0.2、0.4、0.6 T的永久性磁體。

磁化循環(huán)裝置由PVC輸水管道（外徑32 mm，內(nèi)徑26 mm）、磁化器、攪拌桶（10 L）、自吸式水泵（額定流量4 m3/h）和自動(dòng)攪拌機(jī)(額定轉(zhuǎn)速500 r/min)組成，見(jiàn)圖2。

1.自吸式水泵；2.磁化器；3.自動(dòng)攪拌機(jī)；4.攪拌桶

滴灌管網(wǎng)中水流平均速度為0.1～1.2 m/s[26]，經(jīng)計(jì)算本試驗(yàn)輸水管路中水流流速約為0.5 m/s，與實(shí)際滴灌管網(wǎng)流速相符。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)1：根據(jù)實(shí)地考察，寧夏黃河水引水渠口含沙量在0.6～1.1 g/L之間[27]，為增加試驗(yàn)效果，本試驗(yàn)配置5種高嶺土質(zhì)量濃度分別為0.5、1.0、1.5、3.0 g/L和5.0 g/L，分別記為S1、S2、S3、S4、S5與4種磁化強(qiáng)度進(jìn)行全組合試驗(yàn)，共20個(gè)處理，每個(gè)處理共計(jì)4次重復(fù)。

試驗(yàn)2：以試驗(yàn)1中位泥沙質(zhì)量濃度為依據(jù)，將泥沙質(zhì)量濃度固定為1.5 g/L，選擇3種肥料：硫酸鉀（K）、尿素（N）和復(fù)合肥（F），各設(shè)置3種肥料質(zhì)量濃度，分別為0.25、0.5 g/L和0.75 g/L，并分別記為K1、K2、K3、N1、N2、N2、F1、F2、F3，與4種磁化強(qiáng)度（包含對(duì)照組）進(jìn)行全組合試驗(yàn)，共36個(gè)處理，每個(gè)處理共計(jì)4次重復(fù)。

1.3 試驗(yàn)方法

采用水質(zhì)檢測(cè)儀（意大利哈納HI5522）測(cè)量不同磁化循環(huán)時(shí)間后沉降桶表層位置處水的電導(dǎo)率，重復(fù)測(cè)試3次。測(cè)得初始電導(dǎo)率為835.6 μS/cm，每間隔5 min時(shí)，測(cè)水樣電導(dǎo)率值并計(jì)算電導(dǎo)率在相同間隔時(shí)間內(nèi)的變化率即電導(dǎo)率變化率，圖3為不同磁化循環(huán)時(shí)間水的電導(dǎo)率變化率。磁化循環(huán)時(shí)間為15 min時(shí)，水的電導(dǎo)率變化率最大，故本試驗(yàn)確定的磁化循環(huán)時(shí)間為15 min。試驗(yàn)用水泵循環(huán)流量為4 m3/h，故循環(huán)15 min時(shí)，水樣大約被磁化100次。

圖3 不同磁化處理循環(huán)時(shí)間后電導(dǎo)率變化率

將試驗(yàn)用肥料、高嶺土與水混合均勻以配置試驗(yàn)用水樣，其中尿素與復(fù)合肥為全溶于水，硫酸鉀為52%溶于水，故配置硫酸鉀懸浮液時(shí)，將肥料倒入水中，攪拌均勻，靜置后取上清液作為試驗(yàn)水樣（上清液濃度為0.25、0.5 g/L和0.75 g/L）。采用磁化循環(huán)裝置，將配置好的水樣置于10 L攪拌桶內(nèi)，循環(huán)磁化15 min，循環(huán)過(guò)程中，采用自動(dòng)攪拌機(jī)持續(xù)性對(duì)試驗(yàn)水樣進(jìn)行攪拌，以減小顆粒物提前絮凝產(chǎn)生的誤差。考慮到水循環(huán)過(guò)程中的進(jìn)水、出水、攪拌等過(guò)程會(huì)對(duì)水動(dòng)力學(xué)條件產(chǎn)生影響，故本試驗(yàn)將未磁化處理組也重復(fù)相同的循環(huán)操作，以減小水動(dòng)力學(xué)條件不同所帶來(lái)的誤差。循環(huán)處理后，取1 000 mL水樣放置于量筒（高30 cm，內(nèi)徑6.5 cm，1 000 mL玻璃量筒）靜置，進(jìn)行絮凝沉降測(cè)試。水經(jīng)磁化處理后，試驗(yàn)測(cè)得約6 h內(nèi)其性質(zhì)會(huì)保持穩(wěn)定[28]。故本試驗(yàn)分別在靜置0、5、10、15、30、60、90、120 min和240 min時(shí)，采用移液管法在距量筒底1/3處取10 mL水樣，置于濁度儀（奧立龍AQ3700）中，測(cè)量懸液濁度，每組試驗(yàn)重復(fù)4次。沉降試驗(yàn)過(guò)程中，從攪拌桶中取適量水樣置于烏氏黏度計(jì)（合肥申誼玻璃制品有限公司）中測(cè)量黏滯系數(shù)，并用水質(zhì)測(cè)試儀（意大利哈納HI5522）測(cè)量懸液溫度、電導(dǎo)率和pH值等。待沉降4 h后，將沉降底泥倒入錫紙碗中，置于105 ℃烘箱（上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司）內(nèi)烘干，12 h后取出底泥，裝入自封袋，用MS2000型激光分析粒度儀（馬爾文公司APA2000）測(cè)量絮凝沉降泥沙的機(jī)械組成，并分析其中值粒徑和黏粒占比等，用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡（日本日立公司）觀(guān)測(cè)儀觀(guān)測(cè)沉降泥沙微觀(guān)結(jié)構(gòu)。

為減小測(cè)量含沙量時(shí)的操作及儀器誤差，本試驗(yàn)用懸液濁度代替相對(duì)含沙量。試驗(yàn)開(kāi)始前，配置不同相對(duì)含沙量的泥沙懸濁液，并測(cè)定其濁度與相對(duì)含沙量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，每組處理均測(cè)試9組以進(jìn)行擬合，每次測(cè)試共計(jì)3次重復(fù)。濁度和相對(duì)含沙量的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表1。二者呈顯著線(xiàn)性關(guān)系。

表1 濁度與相對(duì)含沙量對(duì)應(yīng)關(guān)系

注 **代表<0.01。

計(jì)算中值沉速來(lái)反映泥沙沉降速度[29]，即根據(jù)各水深處含沙量為初始含沙量50%的沉降歷時(shí)平均值0.5得到的沉速50，可表示為：

式中：為取樣深度（cm）；0.5為泥沙量達(dá)到初始量50%時(shí)所用時(shí)間（min）。

用Omni型納米粒度電位分析儀（美國(guó)布魯克海文儀器公司）測(cè)量水樣zeta電位值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 23.0軟件ANOVA法進(jìn)行顯著性分析及方差分析（<0.05）。采用Orign 2020軟件線(xiàn)性擬合濁度與相對(duì)含沙量的關(guān)系，采用MATLAB2016軟件“5次多項(xiàng)式擬合”擬合泥沙相對(duì)質(zhì)量濃度與沉降時(shí)間曲線(xiàn)的關(guān)系確定中值沉速。采用Origin 2020軟件繪制圖形。

2 結(jié)果與分析

2.1 磁化對(duì)水樣性質(zhì)的影響

2.1.1 水質(zhì)指標(biāo)

表2為磁化后水樣pH值、電導(dǎo)率和黏滯系數(shù)的變化情況。磁化后水樣的pH值、電導(dǎo)率、黏滯系數(shù)較未磁化處理相比均有不同程度的增加，其中磁化對(duì)電導(dǎo)率的影響達(dá)到極顯著水平（<0.01），對(duì)黏滯系數(shù)的影響達(dá)到顯著水平（<0.05）。磁化后水樣pH值、電導(dǎo)率和黏滯系數(shù)較未磁化處理相比增幅分別為：0.2%～3.3%、0.2%～16.8%和0.9%～16.7%。未施肥時(shí)，水樣pH值隨高嶺土質(zhì)量濃度的增加而增加，電導(dǎo)率和黏滯系數(shù)隨高嶺土質(zhì)量濃度的改變無(wú)顯著變化趨勢(shì)；施加硫酸鉀肥和復(fù)合肥時(shí)，水中離子濃度增加，水樣電導(dǎo)率呈明顯的增加趨勢(shì)，較未施肥相比平均增幅分別為165.7%和43.2%，且隨施肥質(zhì)量濃度的升高，變幅逐漸增大；由于尿素為分子態(tài)，施加尿素后，水樣電導(dǎo)率和黏滯系數(shù)無(wú)明顯改變，但pH值有所增加，增幅范圍為2.2%～2.8%。不同處理下，水樣pH值和電導(dǎo)率均隨磁化強(qiáng)度的增加呈先增后減趨勢(shì)，磁化強(qiáng)度為0.4 T（W2）時(shí)，水樣pH值和電導(dǎo)率的增幅最大分別為3.3%和16.8%，磁化強(qiáng)度為0.6T（W3）時(shí)，水樣黏滯系數(shù)的增幅最大為16.7%。

2.1.2 zeta電位

zeta電位是對(duì)懸液體系中顆粒之間相互排斥或吸引力強(qiáng)度的度量，zeta電位絕對(duì)值越低，越傾向于凝聚，反之傾向于分散[30]。磁化后黏性顆粒zeta電位絕對(duì)值減小（圖4），基本隨磁化強(qiáng)度的增加呈先減后增的趨勢(shì)。磁化強(qiáng)度為0.4 T（W2）時(shí)，zeta電位絕對(duì)值最小，較未磁化相比平均變化率為52.0%，此時(shí)懸液體系中黏性顆粒最傾向于凝聚。磁化對(duì)不同處理下水樣zeta電位值的影響效果不同，硫酸鉀肥處理下，磁化后水樣zeta電位值的降幅最大，為8.8%～68.7%，復(fù)合肥和未施肥處理下，磁化對(duì)水樣zeta電位的影響效果相近，變化率平均值分別為35.6%和31.6%，施加尿素時(shí)，磁化對(duì)水樣zeta值的影響效果最小，變化率為20.5%～39.4%。

表2 磁化條件下不同渾水水樣性質(zhì)

注 表中不同小寫(xiě)字母表示同行處理間差異顯著（<0.05），下同。

圖4 磁化強(qiáng)度對(duì)不同混合液zeta電位的影響

2.2 磁化強(qiáng)度對(duì)黏性顆粒間絮凝作用的影響

2.2.1 沉降泥沙粒徑

1）黏粒占比

Mehta等[31]認(rèn)為黏性泥沙和非黏性泥沙的分界粒徑可取為20 μm，因此本文將用沉降4 h后底泥中黏性泥沙與非黏性泥沙的比值即黏粒占比來(lái)表示不同處理后底泥粒徑機(jī)械組成情況。

由圖5可知，磁化強(qiáng)度、施肥特性對(duì)黏粒占比的影響達(dá)到了極顯著水平（<0.01），二者間的交互作用對(duì)黏粒占比的影響達(dá)到了顯著水平（<0.05）。

磁化后沉降泥沙黏粒占比減小，即絮凝作用加強(qiáng)，當(dāng)磁化強(qiáng)度為0.4 T（W2）時(shí)，黏粒占比最小。磁化對(duì)沉降泥沙黏粒占比的影響隨泥沙質(zhì)量濃度的增加呈增大趨勢(shì)，泥沙質(zhì)量濃度為5 g/L（S5）時(shí)，磁化對(duì)黏粒占比的影響最大，黏粒占比由1.52降至1.14，降低了25.0%。

圖5 磁化強(qiáng)度對(duì)不同渾水沉降后沉降泥沙黏粒占比影響

不同施肥條件下磁化對(duì)沉降泥沙黏粒占比的影響不同，施加硫酸鉀肥時(shí)，磁化對(duì)沉降泥沙黏粒占比的影響效果最大，其平均值由1.70減小到1.55降低了8.8%，且磁化作用效果隨硫酸鉀質(zhì)量濃度的增加而增加，如當(dāng)磁化強(qiáng)度為0.4 T（W2）時(shí)，磁化對(duì)0.75 g/L的硫酸鉀懸液（K3）的作用比0.25 g/L（K1）的硫酸鉀懸液的作用增加4.2%；施加復(fù)合肥和尿素時(shí)，磁化后沉降泥沙的黏粒占比值較未磁化相比分別降低了7.6%和4.6%，且磁化的作用效果隨復(fù)合肥和尿素質(zhì)量濃度的改變無(wú)明顯變化趨勢(shì)。

2）中值粒徑

表3為磁化強(qiáng)度對(duì)不同渾水沉降泥沙中值粒徑的影響。磁化強(qiáng)度、泥沙質(zhì)量濃度和肥料類(lèi)型對(duì)沉降4 h后沉降泥沙中值粒徑的影響均達(dá)到了極顯著水平（<0.01）。

由表3可知，磁化后沉降泥沙中值粒徑增加，未施肥時(shí)，中值粒徑平均值由14.72 μm增大到15.68 μm，增加了6.5%，施肥后，沉降泥沙中值粒徑增幅為0.7%～14.7%。不同處理下，沉降泥沙的中值粒徑增幅均在磁化強(qiáng)度為0.4 T（W2）時(shí)最大，未施肥時(shí)，平均增幅為9.4%，施肥處理后，沉降泥沙中值粒徑增幅最高可達(dá)14.7%。肥料類(lèi)型及質(zhì)量濃度對(duì)沉降泥沙中值粒徑大小的影響不同，未磁化時(shí)，硫酸鉀懸液沉降泥沙的中值粒徑最大，平均為14.84 μm，復(fù)合肥懸液最小，平均為13.97 μm，磁化后，硫酸鉀肥與復(fù)合肥懸液沉降泥沙中值粒徑增幅平均值分別為7.6%和6.2%，且磁化對(duì)沉降泥沙中值粒徑的影響效果隨硫酸鉀質(zhì)量濃度的增加而增加，隨復(fù)合肥質(zhì)量濃度的增加而減小，隨尿素質(zhì)量濃度的增減無(wú)明顯變化趨勢(shì)，磁化后，不同質(zhì)量濃度尿素處理下的平均變幅為5.1%。

表3 不同磁化強(qiáng)度下不同渾水沉降泥沙中值粒徑

2.2.2 沉降泥沙微觀(guān)形貌

磁化后沉降泥沙微觀(guān)形貌有所改變。磁化強(qiáng)度為0.4 T（W2），泥沙質(zhì)量濃度為1.5 g/L（S3），肥料質(zhì)量濃度為0.75 g/L時(shí)，沉降泥沙微觀(guān)結(jié)構(gòu)的掃描電鏡觀(guān)測(cè)結(jié)果（2.00 K倍）見(jiàn)圖6。未磁化組顆粒整體較為分散，顆粒大小不一，大顆粒周?chē)坞x著許多小顆粒結(jié)構(gòu)。磁化后微觀(guān)顆粒整體間距變大，單顆粒結(jié)構(gòu)的尺度變大，形成較多致密堆積體，呈較大團(tuán)塊結(jié)構(gòu)，且顆粒周?chē)嬖诙鄬有鯛罱Y(jié)構(gòu)咬合在堆積體外側(cè)。

圖6 磁化處理對(duì)沉降泥沙微觀(guān)形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響

2.3 磁化強(qiáng)度對(duì)黏性顆粒沉降過(guò)程的影響

2.3.1 磁化強(qiáng)度對(duì)未施肥的泥沙懸浮液沉降過(guò)程的影響

圖7為磁化強(qiáng)度對(duì)泥沙懸浮液沉降過(guò)程的影響。沉降初期泥沙相對(duì)質(zhì)量濃度急劇下降，為快速沉降階段，中后期泥沙相對(duì)質(zhì)量濃度平緩下降，為緩慢沉降階段。隨著泥沙質(zhì)量濃度的升高，快速沉降階段與緩慢沉降階段的臨界點(diǎn)提前。泥沙質(zhì)量濃度越高，沉降240 min后，泥沙相對(duì)質(zhì)量濃度越低。

磁化強(qiáng)度對(duì)黏性顆粒沉降過(guò)程的影響隨泥沙質(zhì)量濃度和沉降時(shí)間而改變。除泥沙質(zhì)量濃度為0.5 g/L時(shí)，磁化均加速沉降，沉降4 h時(shí)，泥沙相對(duì)質(zhì)量濃度較未磁化處理減少10.0%～27.8%。磁化強(qiáng)度為0.4 T（W2）時(shí)對(duì)泥沙懸液沉降過(guò)程的加劇作用最大，相同沉降時(shí)間的泥沙相對(duì)質(zhì)量濃度較未磁化處理相比最高下降29.3%。

圖7 磁化強(qiáng)度對(duì)泥沙懸液中黏性顆粒沉降過(guò)程的影響

表4為磁化強(qiáng)度對(duì)黏性顆粒中值沉速的影響。磁化強(qiáng)度、泥沙質(zhì)量濃度及二者間的交互作用對(duì)中值沉速的影響達(dá)到了極顯著水平（<0.01）。

表4 磁化強(qiáng)度對(duì)未施肥的泥沙懸液中黏性顆粒中值沉速的影響

泥沙質(zhì)量濃度越高，中值沉速越大。磁化后黏性顆粒沉降過(guò)程的中值沉速平均值由0.744 8 cm/min增至0.865 8 cm/min，增加了16.2%，說(shuō)明磁化后黏性顆粒沉速加快。磁化對(duì)黏性顆粒沉降時(shí)中值沉速的影響效果隨磁化強(qiáng)度的增加呈先增后減的趨勢(shì)，磁化強(qiáng)度為0.4 T（W2）時(shí)，對(duì)黏性顆粒中值沉速的影響達(dá)到最大，其平均值比非磁化處理增加了23.9%。

2.3.2 磁化強(qiáng)度對(duì)肥沙混合液中黏性顆粒沉降過(guò)程的影響

表5為磁化強(qiáng)度對(duì)肥沙混合液中黏性顆粒中值沉速的影響。磁化強(qiáng)度和施肥特性及二者交互作用對(duì)中值沉速的影響均達(dá)到極顯著水平（<0.01）。

表5 磁化強(qiáng)度對(duì)肥沙混合液中黏性顆粒中值沉速的影響

磁化加快了黏性顆粒的中值沉速，磁化強(qiáng)度為0.4 T（W2）時(shí)，對(duì)硫酸鉀懸液黏性顆粒的加速作用最大，其中值沉速為0.435 2 cm/min，比未磁化處理增加了67.58%。磁化對(duì)不同肥沙混合液的影響不同，對(duì)硫酸鉀懸液中值沉速的影響效果最大，復(fù)合肥次之，尿素的最小，磁化后其中值沉速最高增幅分別為67.6%、52.5%和40.1%。

圖8為磁化后肥沙混合液中黏性顆粒的沉降過(guò)程曲線(xiàn)。磁化對(duì)黏性顆粒沉降過(guò)程有一定的加速作用，且沉降時(shí)間越長(zhǎng)，磁化加速沉降的效果越顯著。硫酸鉀懸液中，磁化強(qiáng)度為0.4 T（W2）時(shí)，磁化作用效果最顯著，磁化后降幅最大為20.29%；尿素與復(fù)合肥懸液中，不同磁化強(qiáng)度間差異不顯著。磁化對(duì)黏性顆粒沉降過(guò)程的加速作用隨硫酸鉀質(zhì)量濃度升高而增加，隨復(fù)合肥質(zhì)量濃度升高而減小，隨尿素質(zhì)量濃度改變無(wú)明顯差異。

3 討論

磁化顯著加強(qiáng)了水中黏性顆粒的絮凝沉降（<0.05）。導(dǎo)致絮凝的直接動(dòng)力是顆粒間的碰撞[32-33]，當(dāng)富含黏性顆粒的泥沙懸浮液經(jīng)過(guò)磁化處理后，磁場(chǎng)對(duì)粒子做功，增大了粒子內(nèi)能[13]，增加了懸浮液中離子的流動(dòng)性和擴(kuò)散遷移率，使粒子更活躍，碰撞概率增加。泥沙絮凝作用的強(qiáng)弱由顆粒間的碰撞頻率以及碰撞后的黏結(jié)概率決定[34]。磁化可減小黏性顆粒間的靜電斥力，從而降低顆粒表面的水化膜作用[13]，水化斥力降低，離子更傾向于吸引和凝結(jié)。

絮團(tuán)在水中的沉降速度，取決于絮團(tuán)受力狀況，絮團(tuán)向下的重力、向上的浮力和阻力與絮團(tuán)的密度、比表面積、懸浮液黏滯系數(shù)及溫度等有關(guān)。磁化處理使水的pH值增大，電導(dǎo)率升高，zeta電位值降低[35-36]，本試驗(yàn)亦得出相似結(jié)果。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)磁化后渾水黏滯系數(shù)增加，謝蔚等[13]認(rèn)為黏滯系數(shù)的增減始終存在爭(zhēng)議，這可能是由于磁化對(duì)不同粒徑的泥沙顆粒的作用效果不同導(dǎo)致，還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。此外，渾水zeta電位的降低可反映懸浮液更傾向于凝聚，而電導(dǎo)率的增加加強(qiáng)了黏性顆粒的絮凝作用。但pH值和黏滯系數(shù)的增加，會(huì)阻礙絮凝作用與沉降速率，使磁化處理對(duì)黏性顆粒絮凝沉降過(guò)程的影響更為復(fù)雜。本試驗(yàn)觀(guān)測(cè)到磁化后絮團(tuán)致密性增強(qiáng)，密度加大。因此，絮團(tuán)沉降速度加快。一般來(lái)說(shuō)，絮團(tuán)密度越大或絮團(tuán)直徑越大，沉速越快，但研究表明，絮團(tuán)有效密度與絮團(tuán)大小呈冪函數(shù)關(guān)系，且冪指數(shù)為負(fù)值[37-38]，絮團(tuán)尺度越大，密度反而越小，而冪指數(shù)又與水環(huán)境和受力歷史等密切相關(guān)[25]，二者表現(xiàn)出明顯負(fù)相關(guān)趨勢(shì)。磁化處理后溶液密度稍有減小，且磁化強(qiáng)度越大密度越小[39]，懸浮液密度變小，則絮團(tuán)相對(duì)密度變大，故沉速加快。

水肥一體化過(guò)程會(huì)一定程度上增加灌溉水質(zhì)的復(fù)雜程度，進(jìn)而加速灌水器堵塞過(guò)程[40]。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)磁化的效果隨硫酸鉀質(zhì)量濃度的增加而增加，這是因?yàn)榱蛩徕泴購(gòu)?qiáng)電解質(zhì)溶液[41-42]，當(dāng)懸液中加入電解質(zhì)后，電解質(zhì)的陽(yáng)離子能中和泥沙顆粒表面的負(fù)電荷，減小泥沙顆粒表面雙電層厚度，降低泥沙顆粒之間的電荷斥力，增加泥沙顆粒碰撞后的黏結(jié)機(jī)會(huì)[43]，當(dāng)磁場(chǎng)作用于硫酸鉀懸液時(shí)，會(huì)使水中離子更為活躍，且離子濃度越大，磁化效果越強(qiáng)。尿素分子以氫鍵連接，具有疏水性，泥沙顆粒間不容易團(tuán)聚[44-48]，當(dāng)尿素溶液流經(jīng)磁場(chǎng)后，可能會(huì)破壞尿素分子間的氫鍵結(jié)構(gòu)，減弱其疏水性能。且磁化后尿素溶液的電導(dǎo)率增加，zeta電位絕對(duì)值減小，故磁化后黏性顆粒在尿素懸浮液中更易聚集。本試驗(yàn)所用復(fù)合肥為氨基酸螯合態(tài)，高鉀型，隨著施肥質(zhì)量濃度升高，懸浮液中離子濃度增大，螯合劑與重金屬配位作用強(qiáng)，絡(luò)合了肥液中的重金屬等離子，并在泥沙顆粒間形成膠團(tuán)，導(dǎo)致泥沙的團(tuán)聚[49]，當(dāng)?shù)唾|(zhì)量濃度復(fù)合肥通過(guò)磁場(chǎng)后，磁場(chǎng)對(duì)其陽(yáng)離子產(chǎn)生影響，隨著復(fù)合肥質(zhì)量濃度升高，膠團(tuán)趨于穩(wěn)定，磁場(chǎng)對(duì)膠團(tuán)破壞能力較小，故隨著復(fù)合肥質(zhì)量濃度升高磁化作用效果減小。

本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)磁化強(qiáng)度越大，磁化的作用效果并非越好。這是因?yàn)殡S著磁場(chǎng)的增強(qiáng)，水系統(tǒng)呈周期性變化[50]。不同磁化強(qiáng)度對(duì)灌溉水性質(zhì)的改變程度不同，如劉芳玲等[51]發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)水表面張力系數(shù)的影響存在多個(gè)“谷”值，呈波動(dòng)變化。王全九等[20]研究發(fā)現(xiàn)，磁化強(qiáng)度為0.4 T時(shí)土壤累積入滲量最大、入滲用時(shí)最短，磁電一體活化水的含水率、脫鹽率、鹽分淋洗效率達(dá)到最大，含鹽量和土壤滯留鹽分濃度最低，這與本試驗(yàn)研究結(jié)果基本一致。徐莉等[52]發(fā)現(xiàn)不同磁化強(qiáng)度下鹽漬化土壤的脫鹽效果不同，且不同試驗(yàn)對(duì)象適宜的最佳磁化強(qiáng)度有所差異，對(duì)最佳磁感應(yīng)強(qiáng)度的確定今后還需進(jìn)一步深入探究。

此外，泥沙絮凝沉降受顆粒物質(zhì)量濃度的影響，黏性顆粒質(zhì)量濃度越高，顆粒間相互碰撞凝結(jié)形成絮團(tuán)的概率越大，其絮凝作用越強(qiáng)，沉降速度越大。磁化對(duì)不同質(zhì)量濃度黏性顆粒的絮凝沉降過(guò)程雖均有加速趨勢(shì)，但不同質(zhì)量濃度間加速程度并無(wú)顯著性差異。

綜上，灌溉水磁化后可增強(qiáng)懸浮顆粒的沉降，如果能夠適當(dāng)應(yīng)用，則會(huì)減少進(jìn)入滴頭流道泥沙的數(shù)量，降低滴頭堵塞。但由于磁化處理增強(qiáng)沉降，故管網(wǎng)系統(tǒng)中泥沙的沉降量會(huì)增多，建議定期沖洗灌溉管網(wǎng)，提高灌溉系統(tǒng)的效能。

但本試驗(yàn)磁化強(qiáng)度及肥料質(zhì)量濃度梯度設(shè)置較少，并未考慮到磁化處理的滯后效應(yīng)等因素，將來(lái)還需進(jìn)一步研究綜合考慮磁化強(qiáng)度、磁化時(shí)間、磁化處理滯后效應(yīng)的影響。

4 結(jié)論

1）磁化處理可以增強(qiáng)黏性顆粒的絮凝作用，加快黏性泥沙沉降。

2）隨著磁化強(qiáng)度增大，黏性顆粒絮凝作用呈先增后減的趨勢(shì)，本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)磁化強(qiáng)度為0.4 T時(shí)，對(duì)黏性顆粒絮凝沉降的影響效果最顯著。

3）黏性顆粒沉降速度隨顆粒物質(zhì)量濃度的增加而增加，不同黏性顆粒質(zhì)量濃度下，磁化對(duì)沉降的加速效果無(wú)顯著差異。

4）肥料類(lèi)型不同，渾水磁化對(duì)黏性顆粒沉降的加速程度不同，施加硫酸鉀肥時(shí)，磁化的加速作用最大，復(fù)合肥次之，尿素最小，其中值沉速比未磁化處理分別最高增加67.6%、52.5%和40.1%。磁化的作用效果隨硫酸鉀濃度增加而增加，隨復(fù)合肥質(zhì)量濃度升高而減小，基本不受尿素質(zhì)量濃度的影響。

5）利用磁化水滴灌時(shí)，應(yīng)充分考慮磁化加劇黏性顆粒沉降的特點(diǎn)，合理制定抗堵塞管理措施。

[1] LIU H J, HUANG G H. Laboratory experiment on drip emitter clogging with fresh water and treated sewage effluent[J]. Agricultural Water Management, 2008, 96(5): 745-756.

[2] PEIY, LI Y, LIU Y, et al. Eight emitters clogging characteristics and its suitability under on-site reclaimed water drip irrigation[J]. Irrigation Science, 2014, 32(2): 141-157.

[3] BUCKS D A, NAKAYAMA F S, GILBER R G. Trickle irrigation water quality and preventive maintenance[J]. Agricultural Water Management, 1979, 2(2): 149-162.

[4] 劉燕芳. 硬水滴灌灌水器堵塞特性和機(jī)理研究[D]. 楊凌: 西北農(nóng)林科技大學(xué), 2018.

LIU Yanfang. Characteristics and mechanism of emitter clogging in drip irrigation with hard water[D]. Yangling: Northwest Sci-tech University of Agriculture and Forestry, 2018.

[5] 李云開(kāi), 周博, 楊培嶺. 滴灌系統(tǒng)灌水器堵塞機(jī)理與控制方法研究進(jìn)展[J]. 水利學(xué)報(bào), 2018, 49(1): 103-114.

LI Yunkai, ZHOU Bo, YANG Peiling. Research advances in drip irrigation emitterclog gingmechanism and controlling methods[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2018, 49(1): 103-114.

[6] 牛文全, 劉璐. 渾水特性與水溫對(duì)滴頭抗堵塞性能的影響[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2012, 43(3): 39-45.

NIU Wenquan, LIU Lu. Influences of sediment concentration and water temperature of muddy wateron emitter clogging[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Machinery, 2012, 43(3): 39-45.

[7] 于健, 史吉?jiǎng)? 李瑋, 等. 引黃灌區(qū)規(guī)?；l(fā)展滴灌投資與效益[J].節(jié)水灌溉, 2020(9): 12-15.

YU Jian, SHI Jigang, LI Wei, et al. Investment and benef it of scale development of drip irrigation in Yellow River irrigation area[J]. Water Saving Irrigation, 2020(9): 12-15.

[8] VERNEY R, LAFITE R, BRUN-COTTAN J C, et al. Behavior of a floc population during a tidal cycle: Laboratory experiments and numerical modelling[J]. Continental Shelf Research, 2011. 31(10): S64-S83.

[9] 方紅衛(wèi), 尚倩倩, 趙慧明, 等. 泥沙顆粒生長(zhǎng)生物膜后沉降的試驗(yàn)研究- H沉降速度計(jì)算[J]. 水利學(xué)報(bào), 2012, 43(4): 386-391.

FANG Hongwei, SHANG Qianqian, ZHAO Huiming, et al. Experimental study on sedimentation of sediment particles after biofilm growth-H sedimentation velocity calculation[J] Journal of Hydraulic Engineering, 2012, 43(4): 386-391.

[10] 柴朝暉, 方紅衛(wèi), 姚仕明, 等. 黏性泥沙絮凝-沉降-再懸浮運(yùn)動(dòng)過(guò)程數(shù)學(xué)模型研究[J]. 水利學(xué)報(bào), 2016, 47(12): 1 540-1 547.

CHAI Zhaohui, FANG Hongwei, YAO Shiming, et al. A model for the flocculation-settling-resuspension process of cohesivesediment[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2016, 47(12): 1 540-1 547.

[11] 王洪波, 王成福, 吳旭, 等. 磁化水滴灌對(duì)土壤鹽分及玉米產(chǎn)量品質(zhì)的影響[J]. 土壤, 2018, 50(4): 762-768.

WANG Hongbo, WANG Chengfu, WU Xu, et al. Effects of drip irrigation with different magnetic water on soil salinity, maize yield and quality [J]. Soil, 2018, 50(4): 762-768.

[12] 王克寧, 楊興中. 磁化技術(shù)在水處理方面的應(yīng)用[J]. 北方環(huán)境, 2000(1): 42-43.

WANG Kening, YANG Xingzhong. Application of magnetization technology in water treatment[J]. Northern Environment, 2000(1): 42-43.

[13] 謝蔚. 高濁度礦物污水的預(yù)磁化-磁絮凝沉降機(jī)理研究[D]. 淮南: 安徽理工大學(xué), 2019.

XIE Wei. Pre-magnetization-magnetic flocculation sedimentation mechanism of highturbidity mineral wastewater[D]. Huainan: Anhui University of Science and Technology, 2019.

[14] 李建軍, 喬尚元, 朱金波, 等. 煤泥水磁化改性及磁化-絮凝沉降研究[J]. 潔凈煤技術(shù), 2015,21(4):1-4, 11.

LI Jianjun, QIAO Shangyuan, ZHU Jinbo, et al. Magnetization modification and pre-magnetization flocculation and sedimentation of slime water[J]. Clean Coal Technology, 2015, 21(4): 1-4, 11.

[15] 王新民, 柯愈賢, 張欽禮, 等. 磁化處理全尾砂料漿沉降規(guī)律及其參數(shù)優(yōu)化[J]. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2017, 46(4): 803-808.

WANG Xinmin, KE Yuxian, ZHANG Qinli, et al. Settling law and parameter optimization of magnetized full tailing slurry[J]. Journal of China University of Mining & Technology, 2017, 46(4): 803-808.

[16] 汪虎, 左恒, 陳超. 磁化絮凝技術(shù)去除釩浸出液中固體懸浮物試驗(yàn)研究[J]. 中國(guó)資源綜合利用, 2020, 38(6): 20-22.

WANG Hu, ZUO Heng, CHEN Chao. Experimental study on removal of solid suspended matter in vanadium leachate by magnetic flocculation[J]. China Resources Comprehensive Utilization, 2020, 38(6): 20-22.

[17] 王曉帆, 吳勇, 張鐘莉莉, 等. 不同水源磁化處理對(duì)生菜光合和礦質(zhì)元素及產(chǎn)量的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2021, 40(3): 40-47.

WANG Xiaofan, WU Yong, ZHANG Zhonglili, et al. Effects of magnetization irrigation on photosynthesis, mineral elements and yield of lettuce vary with water sources[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(3): 40-47.

[18] ZHOU B B, YANG L, CHEN X P, et al. Effect of magnetic water irrigation on the improvement of salinized soil and cotton growth in Xinjiang[J]. Agricultural Water Management, 2021, 248.

[19] 王艷會(huì), 孫昊蔚, 衛(wèi)朝輝, 等. 活化水對(duì)小麥生長(zhǎng)及根系活力的影響[J]. 華北農(nóng)學(xué)報(bào), 2021, 36(1): 124-133.

WANG Yanhui, SUN Haowei, WEI Zhaohui, et al. Effects of activated wateron growthand root activity of wheat[J]. North China Agricultural Journal, 2021, 36(1): 124-133.

[20] 王全九, 李宗昱, 張繼紅, 等. 磁化強(qiáng)度對(duì)磁電一體活化水土壤水鹽運(yùn)移特征的影響[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2020, 51(8): 278-284.

WANG Quanjiu, LI Zongyu, ZHANG Jihong, et al. Effect of magnetization intensity on characteristics of soil water and salt transport in magnetization-de-electronic activation water[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Machinery, 2020, 51(8): 278-284.

[21] 張瑩瑩, 宋妮, 單志杰, 等. 磁化水灌溉對(duì)冬小麥產(chǎn)量和水分利用效率的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2020, 39(6): 60-66.

ZHANG Yingying, SONG Ni, SHAN Zhijie, et al. Effects of magnetic treatment of irrigation water on yield and water use efficiency of winter wheat[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2020, 39(6): 60-66.

[22] SHIMOKAWA S, YOKONO T, MIZUNO T, et al. Effect of far-infrared light irradiation on water as observed by X-ray diffraction measurements[J]. Japanese Journal of Applied Physics, 2004, 43(4): 545-547.

[23] MAHESHWARI B L, GREWAL H S. Magnetic treatment of irrigation water: Its effects on vegetable crop yield and water productivity[J]. Agricultural Water Management, 2009, 96(8): 1 229-1 236.

[24] VASHISTH A, NAGARAJANS. Effect on germination and early growth characteristics in sunflower (Helianthus annuus) seeds exposed to static magnetic field[J]. Journal of Plant Physiology, 2010, 167(2): 149-l56.

[25] 張慶河, 王殿志, 吳永勝, 等. 粘性泥沙絮凝現(xiàn)象研究述評(píng)(1):絮凝機(jī)理與絮團(tuán)特性[J]. 海洋通報(bào), 2001(6): 80-90.

ZHANG Qinghe, WANG Dianzhi, WU Yongsheng, et al. A review of the research on viscous sediment flocculation (1): Flocculation mechanism and floc characteristics[J]. Ocean Bulletin, 2001(6): 80-90.

[26] 喻黎明. 滴灌灌水器水力特性及抗堵塞研究[D]. 楊凌: 西北農(nóng)林科技大學(xué), 2009.

YU Liming. Study on hydraulic characteristics and anti-clogging of drip irrigation emitters[D]. Yangling: Northwest A&F University, 2009.

[27] 張文倩, 牛文全, 李學(xué)凱, 等. 減緩滴頭堵塞風(fēng)險(xiǎn)的毛管首次沖洗時(shí)間及周期的確定[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2019, 35(7): 70-77.

ZHANG Wenqian, NIU Wenquan, LI Xuekai, et al. Determination of first lateral flushing time and period to mitigate risk of emitter clogging in drip irrigation[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2019, 35(7): 70-77.

[28] 韓建偉, 李永明. 磁化水的物理化學(xué)性質(zhì)及機(jī)理初探[J]. 才智, 2009(28): 47.

HAN Jianwei, LI Yongming. The physical and chemical properties and mechanism of magnetized water[J]. Caizhi, 2009(28):47.

[29] 陳洪松, 邵明安. NaCl對(duì)細(xì)顆粒泥沙靜水絮凝沉降動(dòng)力學(xué)模式的影響[J]. 水利學(xué)報(bào), 2002, 33(8): 63-67.

CHEN Hongsong, SHAO Ming’an. Effect of NaCl concentration on dynamic model of fines sediment flocculation and settling in still water[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2002, 33(8): 63-67.

[30] 劉洋, 張珊慧, 陳武, 等. 聚硅酸鹽絮凝劑絮凝處理含油廢水機(jī)理[J]. 長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2017, 14(1): 17-21, 84.

LIU Yang, ZHANG Shanhui, CHEN Wu, et al. The mechanism of polysilicate flocculant flocculation to treat oily waste water[J]. Journal of Yangtze University (Natural Science Edition), 2017, 14(1): 17-21, 84.

[31] MEHTA A J, LEE S C. Problems in linking the threshold condition for the transport of cohesionless and cohesive sediment grain[J]. Coastal Res, 1993, 10(1):170-177.

[32] 蔣國(guó)俊, 姚炎明, 唐子文. 長(zhǎng)江口細(xì)顆粒泥沙絮凝沉降影響因素分析[J]. 海洋學(xué)報(bào), 2002, 24 (4): 51-57.

JIANG Guojun, YAO Yanming, TANG Ziwen. Analysis of influencing factors of fine sediment flocculation and settlement in the Yangtze River Estuary[J]. Journal of Oceanology, 2002, 24 (4): 51-57.

[33] 金鷹, 王義剛, 李宇. 長(zhǎng)江口粘性細(xì)顆粒泥沙絮凝試驗(yàn)研究[J]. 河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2002, 30 (3): 61-63.

JIN Ying, WANG Yigang, LI Yu. The analysis for influencing factors of fine sediment flocculation in the Changjiang Estuary[J] Journal of Hohai University (Natural Science Edition), 2002, 30(3): 61-63.

[34] 郭超, 何青. 黏性泥沙絮凝研究綜述與展望[J]. 泥沙研究, 2021, 46(2): 66-73.

GUO Chao, HE Qing. Review of the research on cohesive sediment flocculation[J]. Sediment Research, 2021, 46(2): 66-73.

[35] 張景艷, 冉家琪, 高大強(qiáng), 等. 磁化水理化性質(zhì)以及阻垢特性的研究[J].甘肅科學(xué)學(xué)報(bào), 2021, 33(4): 13-19.

ZHANG Jingyan, RAN Jiaqi, GAO Daqiang, et al. Study on the physical and chemical properties and scale inhibition properties of magnetized water[J]. Journal of Gansu Sciences, 2021, 33(4): 13-19.

[36] 向軍, 周文波, 熊瑋, 等. 磁化處理對(duì)微細(xì)粒赤鐵礦浮選的影響與機(jī)理研究[J]. 金屬礦山, 2020(8): 76-82.

XIANG Jun, ZHOU Wenbo, XIONG Wei, et al. Study on the Effect and Mechanism of Magnetization on Fine Grain Hematite Flotation[J]. Metal Mine, 2020(8): 76-82.

[37] GIBBS R J. Estuarine flocs: their size, settling velocity, and density[J]. Journal of Gcophysical Resarch Oceans, 1985, 90(C2): 3 249-3 251.

[38] ALLDREDGE A, GOTSCHALK C. Insitu scttling behaviour of marinc snow[J]. Limnology and Oceanography, 1988, 33: 339-351.

[39] 朱元保, 顏流水, 曹祉祥, 等. 磁化水的物理化學(xué)性能[J]. 湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 1999(1): 22-26, 33.

ZHU Yuanbao, YAN Liushui, CAO Zhixiang, et al. Physical and chemical properties of magnetized water[J]. Journal of Hunan University (Natural Science Edition), 1999(1): 22-26, 33.

[40] 楊曉奇, 王珍, 劉宏權(quán), 等. 微咸水滴灌條件下氮磷肥協(xié)同施入對(duì)灌水器堵塞的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2020, 39(7): 68-76.

YANG Xiaoqi, WANG Zhen, LIU Hongquan, et al. Effect of phosphorus and nitrogen fertigation on clogging in drip emitters applying saline water[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2020, 39(7): 68-76.

[41] 巴拉諾夫, 考列尼科夫. 鉀肥及其施用[M]. 王統(tǒng)正, 譯. 北京: 科學(xué)技術(shù)出版社,1957(1) :43-56.

BARANOV, KOLENIKOV. Potash fertilizer and its application[M]. WANG Tongzheng, translated. Beijing: Science and Technology Press, 1957(1): 43-56.

[42] 薛仲卿, 胡雙啟, 曹雄. 硫酸鉀對(duì)高濃度硝酸銨溶液熱安全性的影響[J]. 中北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2015, 36(5): 549-552.

XUE Zhongqing, HU Shuangqi, CAO Xiong. The effect of potassium sulfate on the thermal safety of high-concentration ammonium nitrate solution[J]. Journal of North University of China (Natural Science Edition), 2015, 36(5): 549-552.

[43] 柴朝暉, 方紅衛(wèi), 王茜, 等. 水流和電解質(zhì)對(duì)黏性泥沙絮凝沉降影響試驗(yàn)[J]. 水科學(xué)進(jìn)展, 2017, 28(2): 285-292.

CHAI Zhaohui, FANG Hongwei, WANG Qian, et al. Effect of flow and electrolyte on the flocculation-settling of cohesive sedimen[J]. Advances in Water Science, 2017, 28(2): 285-292.

[44] 張建合. 疏水凝膠及疏水相互作用研究進(jìn)展[J]. 信陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2004(2): 237-243.

ZHANG Jianhe. Research progress of hydrophobic gel and hydrophobic interaction[J]. Journal of Xinyang Normal University (Natural Science Edition), 2004(2): 237-243.

[45] 王鏡和. 含無(wú)機(jī)鹽和尿素的直鏈烷基苯磺酸鈉濃溶液的粘度性質(zhì)[J].高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào), 1995(2): 287-289.

WANG Jinghe. Viscosity Properties of Concentrated Sodium Linear Alkylbenzene Sulfonate Solution Containing Inorganic Salt and Urea[J]. Chemical Journal of Chinese Universities, 1995(2): 287-289.

[46] RUPLRY J A. The effect of urea and amides upon water structure[J]. The Journal of Chinese Universities, 1995, 16(2): 287-289.

[47] PASUPATI M, ASHOKA R. The effect of urea on micelle formation and hydrophobic bonding[J]. Journal of Physical Chemistry, 1963, 67(1): 190-192.

[48] 官雅輝, 牛文全, 劉璐, 等. 肥料類(lèi)型及濃度對(duì)水肥一體化渾水滴灌滴頭輸沙能力的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2018, 34(1): 78-84.

GUAN Yahui, NIU Wenquan, LIU Lu, et al. Effects of fertilizer type and concentration on sediment transport capacity of dripperin drip fertigation with muddy water[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2018, 34(1): 78 -84.

[49] 官雅輝. 肥料類(lèi)型及濃度對(duì)水肥一體化渾水滴灌滴頭輸沙能力的影響[D]. 楊凌: 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 2018.

GUAN Yahui. Effect of fertilizer type and concentration on sediment transport capacity of dripper in drip fertigation with muddy water[D]. Yangling: University of Chinese Academy of Sciences, 2018.

[50] 楊明, 劉偉, 徐革聯(lián). 磁化對(duì)水的性質(zhì)影響的研究[J]. 化工時(shí)刊, 2007, 4(6):14-17.

YANG Ming, LIU Wei, XU Gelian. Study on the influence of magnetization on the properties of water[J]. Chemical Industry Times，2007, 4(6): 14-17.

[51] 劉芳玲, 蔣佩琳. 磁場(chǎng)處理?xiàng)l件與水的表面張力關(guān)系的研究[J]. 四川師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，1997(5): 128-132.

LIU Fangling, JIANG Peilin. Research on the relationship between magnetic field treatment conditions and water surface tension[J]. Journal of Sichuan Normal University (Natural Science Edition), 1997(5): 128-132.

[52] 徐莉, 唐金, 陳淑英. 不同磁化水處理下鹽漬化土壤脫鹽效果研究[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2019, 37(5): 211-217.

XU Li, TANG Jin, CHEN Shuying. Effects of different magnetized-water treatments on soil desalinization[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2019, 37(5): 211-217.

The Efficacy of Magnetization in Enhancing Flocculation and Sedimentation of Clay Particles

ZHAO Xue1,2, WANG Zhaoxi1,2, ZHANG Wenqian1,2, LYU Chang1,2, NIU Wenquan1,3,4*

(1. Key Laboratory of Agricultural Soil and Water Engineering in Arid Areas, Northwest A&F University, Yangling 712100, China; 2. School of Water Conservancy and Civil Engineering, Northwest A&F University, Yangling 712100, China;3. Institute of Soil and Water Conservation, Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources, Yangling 712100, China;4. Institute of Soil and Water Conservation, Northwest A&F University, Yangling 712100, China)

】Sedimentation and particle clogging is a phenomenon often occurring in irrigation pipe networks. The purpose of this paper is to investigate the feasibility and efficacy of magnetization on enhancing particle flocculation so as to alleviate sedimentation.【】We used suspension of kaolin clay at concentration of 0.5, 1, 1.5, 3 and 5 g/L as the testing particles, and mixed them with potassium sulfate at concentration of 0.25 g/L, urea at 0.5 g/L and compounded fertilizer at 0.75 g/L. Each solution was magnetized at strength at 0.2 T (W1), 0.4 T (W2) and 0.6 T (W3), respectively, with non-magnetization taken as the control (CK). We then let the suspension to settle in a cylinder, during which we measured the turbidity and median sedimentation velocity at the height of 10 cm, as well as the change in sedimentation composition, zeta potential, pH, conductivity and viscosity of the sample.【】Compared with CK, magnetization enhanced flocculation of the kaolin particles and increased its sedimentation as a result (<0.01). When the magnetization intensity was 0.4 T, the flocculation of the particles peaked and it associated sedimentation maximized. Compared with CK, magnetization also increased the median particle size by 14.7%, reduced the proportion of clay particles by 25.0% and the zeta potential by 68.7%. The efficacy of magnetization on the median size of the sediments, proportion of the clay particles and the zeta potential all varied with fertilizer application, with the impact maximizing after potassium sulfate was applied and minimizing when urea was applied.【】Magnetizing irrigation water can significantly promote flocculation and sedimentation of clay particles; it can be used to alleviate clogging of irrigation pipe network by colloids and fine particles.

magnetization; flocculation; sedimentation, clay particles; fertilizer

2021-07-14

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（52079112，51679205）；山東省重大創(chuàng)新工程項(xiàng)目（2020CXGC010808）

趙雪（1997-），女。碩士研究生，主要從事灌溉排水新技術(shù)的研究。E-mail: zhaoxueer1016@163.com

牛文全（1971-），男。研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事節(jié)水灌溉理論與技術(shù)研究。E-mail: nwq@nwafu.edu.cn

1672 - 3317（2022）03 - 0114 - 11

S275.6

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021300

趙雪, 王照熙, 張文倩, 等. 水磁化處理對(duì)水肥溶液中黏性顆粒絮凝沉降的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2022, 41(3): 114-124.

ZHAO Xue, WANG Zhaoxi, ZHANG Wenqian, et al. The Efficacy of Magnetization in Enhancing Flocculation and Sedimentation of Clay Particles[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2022, 41(3): 114-124.

責(zé)任編輯：白芳芳