近年来国内地下水源热泵发展非常迅速,在沈阳市城区的使用面积已超过5 500万平方米,然而由于目前国内地下水回灌技术还不成熟,回灌堵塞难题成为了该技术发展的瓶颈。当前,对于物理、生物等单因素堵塞的研究已经相当成熟,而对于生化复合型堵塞的研究却鲜有涉及。本次通过探究生化复合堵塞机理,为堵塞研究开拓了新的方向;同时对堵塞防治及安全保障技术进行了研究,保障了项目运行的回灌效率和水源热泵管理及运行的安全,对推动水源热泵发展具有重要的理论及实际意义。本文以沈阳盛京医院地下水源热泵工程为例,通过布置监测点进行监测,运用空间变异理论,分析了沈阳城区及研究项目所在地的地下水位,水温及溶质的空间变化特征。建立了水流,水温及水质数学模型,模拟了地铁9号线投产对于该项目的影响,针对存在的安全隐患提出了相应的安全保障技术措施。对该项目运行中存在的回灌问题进行了试验分析,得出了主要的堵塞影响因素,并通过室内回灌试验,分析了生化复合堵塞机理以及铁细菌和铁、锰离子含量对于生化堵塞的影响,针对项目情况提出了生化复合堵塞防治技术及措施。通过以上理论及试验研究,得出以下结论:(1)沈阳城区三分之二的地区铁离子浓度超过0.3mg/L,四分之一的地区锰离子浓度超过0.1mg/L。其中,铁西区与和平区属于高铁高锰地区;项目所在地属于高锰低铁地区,锰离子超标达10倍以上。(2)地铁9号线投产运行后,有7眼回灌井在水位上超出地面高程,存在安全隐患;水温及溶质均较稳定且在标准限值内。对研究项目回灌井位置进行重新布置,水位模拟结果低于安全限值,可以保障运行回灌安全。(3)对项目水样及结垢物质进行检测,分析得出二者中均有铁、锰沉淀物以及铁细菌存在,并且试验得出铁细菌具有促进二价铁离子氧化的作用。由此可以得出,铁细菌和铁、锰离子是该项目堵塞的主要影响因素。(4)通过室内回灌试验结果得出,在铁细菌的作用下,铁、锰离子氧化的速率较纯化学反应速率提升5倍以上,且发生明显堵塞的时间会提前;回灌水中的铁细菌有少部分截留在多孔介质内部并繁殖生长,但在出水中的数量并无一定规律。随着铁离子含量的升高,堵塞的程度也逐渐加剧,且回灌井周围的铁细菌数量也随之增加。锰离子含量的升高也会使铁细菌数增加,但对其与堵塞程度的影响较差。铁、锰离子浓度与铁细菌数对数呈正相关关系,且相关性好。由此得出,铁细菌与铁、锰离子之间存在相互作用,该项目堵塞是生物与化学复合作用的结果;铁细菌是生化复合堵塞的关键因素,且铁、锰离子含量及铁细菌数增加都会使堵塞程度加剧,发生明显堵塞的时间提前。(5)针对研究项目的生化复合堵塞情况,可采用在出水口设置除铁、锰离子的装置以及外加电流阴极保护回灌井来治理堵塞;同时,配合旋转高压水射流洗井以及定期适量的回扬以达到削减堵塞程度,保证回灌效率的目的。这些技术也可推广至其他因生化复合因素造成的堵塞治理中。选择合适的过滤器材料,在回灌过滤器内部加涂防腐材料,优化工程选址以及合理设计回灌工艺都是预防生化复合堵塞的有效方法。本次研究首次探究了生化复合堵塞的作用机理,分析了铁细菌和铁、锰离子对该种堵塞的影响。并且,在完成国家自然科学基金项目回灌堵塞理论研究的基础上,结合实际研究项目——沈阳盛京医院地下水源热泵工程的特点,提出了具有针对性的行之有效的防治措施。