專利名稱：一種顆粒自由沉降和過濾組合式實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利涉及一種顆粒自由沉降和過濾組合式實(shí)驗(yàn)裝置，屬于環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
廢水中懸浮顆粒，依據(jù)性質(zhì)和濃度其沉淀過程可分為自由沉淀、絮凝沉淀、成層沉淀和壓實(shí)沉淀四類。顆粒自由沉淀實(shí)驗(yàn)用沉淀柱進(jìn)行，沉淀柱實(shí)驗(yàn)是廢水處理工程中設(shè)計(jì)沉淀池的重要依據(jù)。自由沉淀實(shí)驗(yàn)是根據(jù)沉速不變的非凝聚顆粒在平流沉淀池中的沉降理論，用顆粒沉速與顆粒去除率P之間的曲線來表示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。設(shè)沉淀柱有效水深為H，通過不同的沉淀時間t可求得不同的沉速U，即u = H/t。對于給定沉淀時間&或某一給定的表面負(fù)荷率C/A，存在U(l，Utl=HAm顆粒沉速等于或大于Uci的均可全部除去，而沉速小于U。的顆粒則按UAitl的比例去除一部分，若以Ptl表示沉速小于Utl的各種顆粒所占總顆粒的重量比，其沉速小于Utl的各種顆粒的去除率為/ p。。(Ut/U(l)dP，則總?cè)コ蕁為n = (1-P。) +(l/u。)f Po0utdPo過濾是廢水處理中一種物理處理方法，用于懸浮液等固液混合物的分離。在處理過程中，一般以石英砂等顆粒狀濾粒構(gòu)成過濾池中的濾層，截留去除水中的懸浮物質(zhì)，使處理后水達(dá)到澄清。隨著過濾過程的進(jìn)行，濾層中截留的懸浮顆粒物的量也不斷增加，導(dǎo)致濾速等水力條件發(fā)生改變，濾料之間的空隙率減少，過濾水頭損失增加。如果過濾后水質(zhì)不能達(dá)到要求，濾池必須進(jìn)行反沖洗，清除濾層中截留的污染物，使濾池重新恢復(fù)過濾能力。濾池總水頭損失H可分為流經(jīng)干凈濾料層的水頭損失；流經(jīng)墊層與集水系統(tǒng)的水頭損失；流經(jīng)流量控制閥的水頭損失；出水管內(nèi)流速水頭；剩余水頭。過濾剛開始時H=H0+h1+h0+(V2/2g)+h2O過濾至t時H=HJhfht+(V2/2g)+h2。濾層水頭損失與濾速成正比?，F(xiàn)有的顆粒自由沉淀實(shí)驗(yàn)裝置和過濾實(shí)驗(yàn)裝置都是單獨(dú)自成一體，功能單一。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種既能夠進(jìn)行顆粒自由沉淀實(shí)驗(yàn)又能進(jìn)行過濾實(shí)驗(yàn)的一體式組合實(shí)驗(yàn)裝置。本實(shí)用新型裝置由沉降柱13、水箱15、過濾柱16、側(cè)壓板17和控制閥門組成；其中，水箱外裝有水泵14，通過連接管分別為沉降柱13和過濾柱16供水，過濾柱16與側(cè)壓板17相連。水箱、水泵、相應(yīng)連接管道和閥門，用于給沉降柱和過濾柱這些主體裝置提供進(jìn)水。沉降柱用于顆粒自由沉淀實(shí)驗(yàn)；過濾柱中裝填濾料，進(jìn)行過濾實(shí)驗(yàn)，與過濾柱連接的測壓管、流量計(jì)、連接管道用于測定過濾柱濾床壓力損失和濾速，分析之間的關(guān)系。主要部件的連接關(guān)系與作用水箱和水泵組成進(jìn)水系統(tǒng)處于整套裝置的中間位置，左側(cè)為沉降柱，右側(cè)為過濾柱和測壓管系統(tǒng)。沉降柱和過濾柱系統(tǒng)共用一套水箱和水泵，水泵安裝于水箱旁邊，控制閥4是水泵放空閥，控制閥6是水泵進(jìn)水閥，控制閥7是水泵回流閥，控制閥8是水箱排空閥。沉降柱通過控制閥2、7和水泵和水箱通過管道相連，控制閥I是排空閥，控制閥2是進(jìn)水閥，控制閥3是沉降柱進(jìn)水分支閥。過濾柱與測壓板用硅膠管或者橡膠管連接，過濾柱通過控制閥5、12和水泵通過管道相連，控制閥12是過濾柱進(jìn)水閥，控制閥5、9分別是濾柱反沖洗進(jìn)出水閥，控制閥12、11分別是濾柱過濾進(jìn)出水閥，控制閥10是過濾柱排空閥。整個裝置中水泵流量0 lm3/h。沉淀柱高度1. 5 2. 0m，直徑100 150mm，柱體取樣口布置5 7個，取樣口之間間隔0. 15 0. 2m，柱體溢流口高度1. 3 1. 8m，沉淀柱底部錐體角度45 60°C。水箱有效容積1. 5 3m3。過濾柱高度1. 5 2m，過濾柱底部錐體角度45 60°C，柱體測壓管口布置3 5個，測壓管口之間間隔0.1 0. 2m，柱體溢流口高度1. 3 1. 8m。過濾柱濾層總高度0. 8 1. 2m,直徑100 150mm,其中底部承托層裝填鵝軟石，中間層為粗砂，最上層為細(xì)砂。承托層鵝軟石粒徑20 50mm，密度1500 2500kg/m3，鵝軟石加入量為濾層體積的1/4 1/3。中間層粗砂粒徑I 2mm，密度1200 1500kg/m3，粗砂加入量為濾層體積的1/4 1/3。最上層細(xì)砂粒徑20 40目，密度1500 2000kg/m3，細(xì)砂加入量為濾層體積的1/4 1/2。本實(shí)用新型所有管道、管道連接、箱體板材、柱體等都用塑料板材、有機(jī)玻璃材料加工制作，箱體和管道連接可以使用塑料焊接。柱體、水箱和測壓板的支撐用不銹鋼鋼材制作。本實(shí)用新型提供了一種顆粒自由沉淀實(shí)驗(yàn)和過濾實(shí)驗(yàn)一體式組合裝置，采用了設(shè)計(jì)優(yōu)化合理，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)裝置的使用效率，操作簡便可行的裝置系統(tǒng)組合，以獲得相關(guān)數(shù)據(jù)。本裝置測試具有操作簡便快速的特點(diǎn)，設(shè)備易于加工制作，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場具體情況，靈活排布管道系統(tǒng)，以利于柱體布置。本實(shí)用新型的裝置可以標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；庸ぶ圃臁１緦?shí)用新型將兩者進(jìn)行組合，克服原來功能單一的缺點(diǎn)，建立了一套包含水箱、水泵、沉降柱、過濾柱、濾料、測壓管、連接管以及相關(guān)控制閥門組成的顆粒沉降和過濾實(shí)驗(yàn)測試一體式裝置。

圖1本實(shí)用新型裝置圖(I 12 :各控制閥門；13 :沉降柱；14 :水泵；15 :水箱；16 過濾柱；17:測壓板)
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1(I)關(guān)閉閥門1、3、4、5、8，在水箱內(nèi)配置好某非絮凝性顆粒物懸浮溶液，濃度Ig/L。關(guān)閉閥門1、2、8，打開閥門6、7，開動水泵，循環(huán)攪拌。循環(huán)攪拌數(shù)分鐘后，水箱內(nèi)溶液即達(dá)到混合均勻的狀態(tài)；(2)循環(huán)攪拌數(shù)分鐘后，關(guān)閉閥門7，打開閥門2，向沉降柱內(nèi)注入水樣(3)水樣在沉降柱升至溢流口，溢流幾分鐘后，打開閥門7，調(diào)節(jié)閥門7控制沉降柱內(nèi)液面穩(wěn)定在&流口中心位直；(4)同時關(guān)閉閥門2和電動機(jī),顆粒自由沉降實(shí)驗(yàn)開始，當(dāng)t=3、5、10、20、30、45、60、90、120分鐘時，從取樣口取樣測定懸浮物濃度數(shù)據(jù)；(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時，打開閥門1、8，排空沉降柱，準(zhǔn)備下次實(shí)驗(yàn)。某非絮凝性顆粒物運(yùn)用本組合式實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行自由沉淀實(shí)驗(yàn)，可得到顆粒物最小沉降速度分別依次為 40. 77cm/min、24. 36cm/min、12. 12cm/min、6. 03cm/min、4. 00cm/min、2. 65cm/min、l. 98cm/min時，沉速小于上述最小沉降速度的顆粒的總?cè)コ室来螢?8. 57%,43. 90%,75. 61%,94. 31%,96. 94%,98. 32%,98. 96%。進(jìn)一步計(jì)算可獲得沉速分布曲線、沉降曲線。實(shí)施例2(I)水箱放水，開動水泵，進(jìn)水，快濾5分鐘使砂面保持穩(wěn)定；(2)調(diào)節(jié)閥門7、11、12使出水流量約70L/h，待測壓管中水位穩(wěn)定后，記錄最高最低兩根測壓管水位置；(3)增加濾速，使過濾流量依次為70、105、140、175、210、245L/h，分別測量記錄最
高最低兩根測壓管水位置；(4)量出濾層厚度；(5)關(guān)閉閥門11、12，打開閥門5、9反沖洗。某實(shí)驗(yàn)運(yùn)用清水進(jìn)行過濾實(shí)驗(yàn)，了解濾床清潔砂層過濾時水頭損失變化，獲得水頭損失變化規(guī)律，并進(jìn)行濾柱反沖洗，了解濾料水力篩分現(xiàn)象。當(dāng)過濾平均流量依次為70、105、140、175、210、245L/h時，實(shí)驗(yàn)測得水頭損失平均值依次分別為14. 50,21. 77,29. 07、36. 43,44. 17,51. 30cm。進(jìn)一步計(jì)算可獲得濾速水頭損失與濾速之間的關(guān)系。
權(quán)利要求1.一種顆粒自由沉降和過濾組合式實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，由沉降柱(13)、水箱(15)、過濾柱(16)、側(cè)壓板(17)和控制閥門組成；其中，水箱外裝有水泵(14)，通過連接管分別為沉降柱(13)和過濾柱(16)供水，過濾柱(16)與側(cè)壓板(17)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，沉降柱用于顆粒的自由沉降。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，過濾柱用于裝填濾料，進(jìn)行過濾實(shí)驗(yàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，測壓管、流量計(jì)、連接管用于測定過濾柱濾床壓力損失和濾速。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，沉淀柱高度1.5 2. Om,直徑100 150_，柱體取樣口布置5 7個，取樣口之間間隔O. 15 O. 2m,柱體溢流口高度1. 3 1. 8m，沉淀柱底部錐體角度45 60°C ;過濾柱高度1. 5 2m，過濾柱底部錐體角度45 60°C，柱體測壓管口布置3 5個，測壓管口之間間隔O.1 O. 2m，柱體溢流口高度1. 3 1. 8m ;過濾柱濾層總高度O. 8 1. 2m,直徑100 150_。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，濾柱底部承托層裝填鵝軟石，中間層為粗砂，最上層為細(xì)砂；承托層鵝軟石粒徑20 50 mm，密度1500 2500 kg /m3，鵝軟石加入量為濾層體積的1/4 1/3 ;中間層粗砂粒徑I 2 mm，密度1200 1500 kg /m3，粗砂加入量為濾層體積的1/4 1/3 ;最上層細(xì)砂粒徑20 40目，密度1500 2000 kg /m3，細(xì)砂加入量為濾層體積的1/4 1/2。
專利摘要本實(shí)用新型是一種顆粒自由沉降和過濾組合式的實(shí)驗(yàn)設(shè)備裝置。本實(shí)用新型給出了組合式實(shí)驗(yàn)裝置加工設(shè)計(jì)制造的特有關(guān)鍵技術(shù)，本裝置系統(tǒng)包含進(jìn)水系統(tǒng)、沉降柱、過濾柱、濾料、測壓管、連接管、流量計(jì)以及相關(guān)控制閥門組成。實(shí)驗(yàn)室時通過靈活控制管道閥門系統(tǒng)，分別達(dá)到進(jìn)行顆粒自由沉降和過濾實(shí)驗(yàn)的目的。通過調(diào)節(jié)閥門開度，控制系統(tǒng)流量的變化和穩(wěn)定。本實(shí)用新型裝置，設(shè)計(jì)加工制造可以因地制宜、靈活方便，不需要單獨(dú)建設(shè)完整獨(dú)立的顆粒自由沉降和過濾實(shí)驗(yàn)兩套裝置，其中通過自身的循環(huán)系統(tǒng)不再需要安裝一般顆粒自由沉降裝置所需要的攪拌系統(tǒng)，具有新穎性。本實(shí)用新型對于環(huán)境工程、給水排水工程的教學(xué)及科研應(yīng)用具有重要實(shí)踐意義。
文檔編號B01D36/04GK202860273SQ20122023867
公開日2013年4月10日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月24日
發(fā)明者張一波, 王業(yè)青, 陳藝陽 申請人:江南大學(xué)