專利名稱：一種模擬水中固體微粒沉降與懸浮過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及屬于水處理實(shí)驗(yàn)裝置領(lǐng)域，特別涉及一種室內(nèi)模擬水中固體微粒沉降與懸浮過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)前水污染問(wèn)題已成為我國(guó)城市環(huán)境最主要問(wèn)題之一，全國(guó)江河水域和湖泊普遍受到不同程度的污染，尤其是大中城市中下游河段污染更嚴(yán)重。然而，城市污染水體的治理相當(dāng)困難，治理工程量大，涉及面廣，現(xiàn)有的城市污染水體主要污染控制技術(shù)之一是向受污水體投加水處理劑。水處理劑是當(dāng)前水工業(yè)、污染治理與中水回用處理工程技術(shù)中應(yīng)用最廣泛、用量最大的特殊產(chǎn)品之一，其包括絮凝劑、阻垢分散劑、緩蝕劑、殺蟲劑等組份，其性能的優(yōu)劣在很大程度上決定處理流程的運(yùn)行狀況、最終出水質(zhì)量及成本費(fèi)用。水處理劑的發(fā)展方向是新型高效環(huán)保的綠色水處理劑，價(jià)格低廉，易再生，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。綠色水處理劑是水資源保護(hù)的重要環(huán)境材料，在水環(huán)境治理中發(fā)揮著重要作用，是環(huán)境工程的重要研究領(lǐng)域。因此，研究添加水處理劑后的水中固體微粒沉降與懸浮過(guò)程，對(duì)于水處理劑的處理效果評(píng)價(jià)顯得尤為重要。研究添加水處理劑后的水中固體微粒沉降與懸浮過(guò)程的方法主要有野外觀測(cè)和室內(nèi)模擬。野外觀測(cè)不可控性太強(qiáng)，重復(fù)性差，給理論分析帶來(lái)很大困難，因此常采用室內(nèi)模擬方法。室內(nèi)模擬天然水體的常用方法可分為三角瓶式、直管式和水槽式；三角瓶式體積太小，模擬天然水體具有很大的局限性，與實(shí)際情況相差較大；水槽式占地面積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，且水體的高度與實(shí)際有一定的差距，結(jié)果不準(zhǔn)確；直管式可滿足模擬水體的高度，但模擬實(shí)際水流的波動(dòng)造成沉積物懸浮的過(guò)程比較困難。實(shí)際水流的波動(dòng)造成沉積物懸浮的過(guò)程主要有旋漿式、活塞式、造波式和振蕩式四種方法。旋漿式是 通過(guò)旋漿在水體中擾動(dòng)帶動(dòng)水體運(yùn)動(dòng)而使沉積物再懸浮，然而由于其高度限制不適宜用在直管式裝置中，難以研究添加水處理劑后的水中固體微粒沉降過(guò)程；活塞式是通過(guò)置入水體中的活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)使沉積物產(chǎn)生懸浮，然而僅產(chǎn)生垂直方向的力因此也與實(shí)際情況差較大；造波式是用造波機(jī)產(chǎn)生的波浪使沉積物再懸浮，然而由于構(gòu)造及操作復(fù)雜造價(jià)高也難以推廣；振蕩式是將水體和沉積物放在振蕩器上使之再懸浮，然而該方法將外力同時(shí)作用于水體和懸浮物，與天然水體中懸浮物受水體擾動(dòng)而被動(dòng)受力的情況不相符。因此，此四種方法模擬實(shí)際水流的波動(dòng)造成沉積物懸浮均存在各種缺陷，且無(wú)法同時(shí)模擬不同水體環(huán)境下固體微粒及沉積物的懸浮。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:為了克服以上缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種模擬水中固體微粒沉降與懸浮過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置。技術(shù)方案:本發(fā)明提供的一種模擬水中固體微粒沉降與懸浮過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置，包括沉降裝置、振蕩裝置和進(jìn)料裝置；所述沉降裝置包括互相連接的柱身和底座，所述柱身底部設(shè)有排泥口，所述柱身下側(cè)壁設(shè)有進(jìn)水口，所述柱身側(cè)壁設(shè)有一組取樣口 ；所述振蕩裝置包括互相連接的振蕩器和振蕩柱，所述振蕩柱由三根平行設(shè)置的金屬桿以及固定于金屬桿上的一組振蕩網(wǎng)格組成；所述進(jìn)料裝置包括通過(guò)進(jìn)料管依次連接的進(jìn)料箱、計(jì)量泵和噴頭；所述振蕩柱設(shè)于柱身內(nèi)，所述噴頭設(shè)于振蕩器底部。作為改進(jìn)，還包括測(cè)速口和測(cè)速儀，所述測(cè)速口設(shè)于柱身側(cè)壁上，所述測(cè)速儀與測(cè)速口連接；利用測(cè)速儀可精確的測(cè)定水流速度，從而使模擬水流速度精確可控。作為優(yōu)選，所述一組取樣口沿柱身從上到下每隔300-500mm設(shè)置；合理設(shè)置一組取樣口相對(duì)距離可更準(zhǔn)確測(cè)定不同高度的固體微粒數(shù)量，從而對(duì)于水處理劑的處理效果評(píng)價(jià)更準(zhǔn)確。作為另一種優(yōu)選，所述柱身為有機(jī)玻璃管制成，其內(nèi)徑為200-300mm，高為2000-3000mm，壁厚為5_10mm ;采用有機(jī)玻璃管制成的柱身可直觀的觀察到沉降和懸浮過(guò)程。作為另一種優(yōu)選，所述底座為有機(jī)玻璃管制成，其厚度為10-20mm,直徑為300-400mm，傾角為 120-150。。作為另一種優(yōu)選，所述排泥口的直徑為10-30mm,所述進(jìn)水口直徑為15_25mm,所述進(jìn)水口距柱身底部距離為30-50mm ;所述取樣口直徑為10_20mm。作為另一種優(yōu)選，所述一組振蕩網(wǎng)格沿金屬桿從上到下每隔200-300mm設(shè)置；合理設(shè)置一組振蕩網(wǎng)格的相對(duì)距離可使振蕩更真實(shí)模擬實(shí)際水庫(kù)中情況，從而對(duì)于水處理劑的處理效果評(píng)價(jià)更準(zhǔn)確。作為另一種優(yōu)選，所述振蕩網(wǎng)格為三角形陣列網(wǎng)格，其網(wǎng)目尺寸40_50mm，所述振蕩網(wǎng)格的厚度8-lOmm;使 用三角形陣列網(wǎng)格的振蕩網(wǎng)格并合理設(shè)置其尺寸，從而可使振蕩更真實(shí)模擬實(shí)際水庫(kù)中情況，從而對(duì)于水處理劑的處理效果評(píng)價(jià)更準(zhǔn)確。作為另一種優(yōu)選，所述振蕩器的振幅18-70_，振蕩頻率0.21-4.0Hz ;可使振蕩更真實(shí)模擬實(shí)際水庫(kù)中情況，從而對(duì)于水處理劑的處理效果評(píng)價(jià)更準(zhǔn)確。作為另一種優(yōu)選，所述噴頭直徑為140-240mm;使撒藥更均勻。作為另一種改進(jìn)，還包括流量計(jì)設(shè)于計(jì)量泵和噴頭之間；還包括進(jìn)藥閥，所述進(jìn)藥閥設(shè)于計(jì)量泵和噴頭之間；從而使用藥量可準(zhǔn)確控制，從而對(duì)于水處理劑的處理效果評(píng)價(jià)更準(zhǔn)確。本發(fā)明還提供了上述一種模擬水中固體微粒沉降與懸浮過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置在水處理劑的處理效果評(píng)價(jià)中的應(yīng)用，包括以下步驟:(I)通過(guò)進(jìn)水口向柱身內(nèi)通入定量實(shí)驗(yàn)水樣；(2)調(diào)節(jié)振蕩器頻率，通過(guò)振蕩網(wǎng)格振蕩形成水波模擬實(shí)際水流的波動(dòng)，使水流速度達(dá)到預(yù)設(shè)的流速；(3)通過(guò)噴頭從柱身頂端向?qū)嶒?yàn)水樣中均勻加入含固體微粒水處理劑的藥液；(4)從取樣口采集水樣并測(cè)定水樣指標(biāo)，研究固體微粒沉降過(guò)程及再懸浮過(guò)程對(duì)水質(zhì)影響垂直分布規(guī)律，從而評(píng)價(jià)水處理劑的處理效果；(5)試驗(yàn)結(jié)束后從進(jìn)水口或排泥口放出實(shí)驗(yàn)水樣和水處理劑。該裝置可用于淺水湖泊及河流水體環(huán)境水下沉積物再懸浮的模擬，亦可用于模擬河流泥沙的沉降懸浮對(duì)污染物攜帶研究，化工領(lǐng)域藥劑的合成混合研究，污水處理廠藥劑的絮凝沉降研究等領(lǐng)域。有益效果:本發(fā)明提供的模擬水中固體微粒沉降與懸浮過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、占地面積小，可真實(shí)的模擬天然水體在不同的水流波動(dòng)下固體微粒沉降與懸浮過(guò)程對(duì)水質(zhì)的影響。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下突出的優(yōu)點(diǎn):(1)測(cè)量準(zhǔn)確:利用振蕩網(wǎng)格模擬不同的水流狀態(tài)，接近淺水湖泊及河流水體環(huán)境水流波動(dòng)的實(shí)際情況；通過(guò)振蕩器可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)頻更精確模擬自然水面情況，同時(shí)利用流速儀測(cè)定水流速度；(2)操作簡(jiǎn)單:該裝置可實(shí)現(xiàn)自控進(jìn)水樣、自控排泥、自控進(jìn)料，自上而下設(shè)置帶閥取樣口可實(shí)現(xiàn)不同深度水樣的采集，實(shí)驗(yàn)操作方便；該裝置可實(shí)現(xiàn)計(jì)量進(jìn)料，并使藥物微粒溶液均勻?yàn)⒃谥韮?nèi)的水面上，可真實(shí)模擬水中固體微粒的沉降過(guò)程；(3)應(yīng)用范圍廣:該裝置可用于模擬水中固體微粒沉降與懸浮過(guò)程對(duì)水質(zhì)影響，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水處理劑的處理效果評(píng)價(jià)；亦可應(yīng)用于淺水湖泊及河流水體環(huán)境水下沉積物再懸浮的模擬；亦可用于模擬河流泥沙的沉降與懸浮對(duì)污染物攜帶的研究、化工領(lǐng)域藥劑的合成混合研究、污水處理廠藥劑的絮凝沉降研究等領(lǐng)域。(4)生產(chǎn)成本低:該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、占地面積小，生產(chǎn)成本低。


圖1為本發(fā)明模擬水中固體微粒沉降與懸浮過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為振蕩柱 的俯視圖。
具體實(shí)施例方式模擬水中固體微粒沉降與懸浮過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置，見(jiàn)圖1至3，包括沉降裝置1、振蕩裝置2和進(jìn)料裝置3 ;沉降裝置包括互相連接的柱身11和底座12，柱身11底部設(shè)有排泥口13，柱身11下側(cè)壁設(shè)有進(jìn)水口 14，柱身11側(cè)壁設(shè)有一組取樣口 15 ;柱身11側(cè)壁上還設(shè)有測(cè)速口 16，測(cè)速口 16連接有測(cè)速儀17 ;振蕩裝置2包括互相連接的振蕩器21和振蕩柱，振蕩柱由三根平行設(shè)置的金屬桿22以及固定于金屬桿22上的一組振蕩網(wǎng)格23組成；進(jìn)料裝置3包括通過(guò)進(jìn)料管依次連接的進(jìn)料箱31、進(jìn)藥閥35、計(jì)量泵32、流量計(jì)34和噴頭33 ;振蕩柱設(shè)于柱身11內(nèi)，噴頭33設(shè)于振蕩器21底部。本發(fā)明中，一組取樣口 15沿柱身11從上到下每隔400mm設(shè)置，可選地也可以根據(jù)需求合理設(shè)置，優(yōu)選地為300-500mm。本發(fā)明中，柱身11為有機(jī)玻璃管制成，其內(nèi)徑為250mm，高為2500mm，壁厚為8mm，可選地也可以根據(jù)需求合理設(shè)置，優(yōu)選地其內(nèi)徑為200-300mm，高為2000-3000mm，壁厚為5-10mmo本發(fā)明中，底座12為有機(jī)玻璃管制成，其厚度為15mm，直徑為350mm，傾角為135°，可選地也可以根據(jù)需求合理設(shè)置，優(yōu)選地其厚度為10-20mm，直徑為300-400mm，傾角為 120-150°。本發(fā)明中，排泥口 13的直徑為20mm，進(jìn)水口 14直徑為20mm，進(jìn)水口 14距柱身11底部距離為40mm，取樣口 15直徑為15mm，可選地也可以根據(jù)需求合理設(shè)置，優(yōu)選地排泥口13的直徑為10-30mm，進(jìn)水口 14直徑為15_25mm，進(jìn)水口 14距柱身11底部距離為30_50mm，取樣口 15直徑為10-20mm。本發(fā)明中，測(cè)速口 16設(shè)置在沉降柱中間位置1250mm，可選地也可以根據(jù)需求合理設(shè)置，優(yōu)選地為1000-1500mm ;測(cè)速儀17為多普勒測(cè)速儀。本發(fā)明中，一組振蕩網(wǎng)格23沿金屬桿22從上到下每隔250mm設(shè)置，可選地也可以根據(jù)需求合理設(shè)置，優(yōu)選地為200-300mm。本發(fā)明中，振蕩網(wǎng)格23為三角形陣列網(wǎng)格，其網(wǎng)目尺寸45mm，振蕩網(wǎng)格23的厚度9mm，可選地也可以根據(jù)需求合理設(shè)置，優(yōu)選地其網(wǎng)目尺寸40-50mm，振蕩網(wǎng)格23的厚度8-10mmo本發(fā)明中,振蕩器21的振幅18_70mm，振蕩頻率0.21-4.0Hz0本發(fā)明中，噴頭33直徑為200mm，可選地也可以根據(jù)需求合理設(shè)置，優(yōu)選地為140_240mm。利用該模擬水中固體微粒沉降與懸浮過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置評(píng)價(jià)水處理劑的處理效果，包括以下步驟:
(I)根據(jù)試驗(yàn)需要，通過(guò)進(jìn)水口向柱身11內(nèi)通入定量實(shí)驗(yàn)水樣；(2)調(diào)節(jié)振蕩器21頻率，通過(guò)振蕩網(wǎng)格振蕩形成水波模擬實(shí)際水流的波動(dòng)，使測(cè)速儀17測(cè)得的水流速度達(dá)到預(yù)設(shè)的流速；(3)打開(kāi)計(jì)量泵32和進(jìn)藥閥35，通過(guò)噴頭33從柱身11頂端向?qū)嶒?yàn)水樣中均勻加入含固體微粒水處理劑的藥液，達(dá)到預(yù)設(shè)的流量值時(shí)關(guān)掉計(jì)量泵32和進(jìn)藥閥35，可分量分批次進(jìn)料，藥液中固體微粒在沉降與懸浮過(guò)程可吸附實(shí)驗(yàn)水樣中的污染物和懸浮物；(4)在預(yù)設(shè)的時(shí)間內(nèi)從不同深度取樣口采集水樣并測(cè)定水樣指標(biāo)，研究固體微粒沉降過(guò)程及再懸浮過(guò)程對(duì)水質(zhì)影響垂直分布規(guī)律，從而評(píng)價(jià)水處理劑的處理效果；(5)試驗(yàn)結(jié)束后從進(jìn)水口或排泥口放出實(shí)驗(yàn)水樣和水處理劑。
權(quán)利要求
1.一種模擬水中固體微粒沉降與懸浮過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:包括沉降裝置(I)、振蕩裝置(2)和進(jìn)料裝置(3);所述沉降裝置(I)包括互相連接的柱身(11)和底座(12)，所述柱身(11)底部設(shè)有排泥口( 13)，所述柱身(11)下側(cè)壁設(shè)有進(jìn)水口( 14)，所述柱身(11)側(cè)壁設(shè)有一組取樣口(15);所述振蕩裝置(2)包括互相連接的振蕩器(21)和振蕩柱，所述振蕩柱由三根平行設(shè)置的金屬桿(22)以及固定于金屬桿(22)上的一組振蕩網(wǎng)格(23)組成；所述進(jìn)料裝置(3)包括通過(guò)進(jìn)料管依次連接的進(jìn)料箱(31)、計(jì)量泵(32)和噴頭(33)；所述振蕩柱設(shè)于柱身(11)內(nèi)，所述噴頭(33 )設(shè)于振蕩器(21)底部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬水中固體微粒沉降與懸浮過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:還包括測(cè)速口( 16)和測(cè)速儀(17)，所述測(cè)速口( 16)設(shè)于柱身(11)側(cè)壁上，所述測(cè)速儀(17)與測(cè)速口(16)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬水中固體微粒沉降與懸浮過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述一組取樣口(15)沿柱身(11)從上到下每隔300-500mm設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利 要求1所述的一種模擬水中固體微粒沉降與懸浮過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述柱身(11)為有機(jī)玻璃管制成，其內(nèi)徑為200-300mm，高為2000-3000mm，壁厚為5-10mm;所述底座(12)為有機(jī)玻璃管制成，其厚度為10-20mm，直徑為300-400mm，傾角為120-150。。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬水中固體微粒沉降與懸浮過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述排泥口(13)的直徑為10-30mm，所述進(jìn)水口(14)直徑為15_25mm，所述進(jìn)水口(14)距柱身(11)底部距離為30-50mm ;所述取樣口( 15)直徑為10_20mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬水中固體微粒沉降與懸浮過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述一組振蕩網(wǎng)格(23)沿金屬桿(22)從上到下每隔200-300mm設(shè)置；所述振蕩網(wǎng)格(23)為三角形陣列網(wǎng)格，其網(wǎng)目尺寸40-50mm，所述振蕩網(wǎng)格(23)的厚度8_10mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬水中固體微粒沉降與懸浮過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述振蕩器(21)的振幅18-70mm，振蕩頻率0.21-4.0Hz。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬水中固體微粒沉降與懸浮過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述噴頭(33)直徑為140-240mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬水中固體微粒沉降與懸浮過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:還包括流量計(jì)(34)設(shè)于計(jì)量泵(32)和噴頭(33)之間；還包括進(jìn)藥閥(35)，所述進(jìn)藥閥(35 )設(shè)于計(jì)量泵(32 )和噴頭(33 )之間。
全文摘要
本發(fā)明提供的一種模擬水中固體微粒沉降與懸浮過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置，包括沉降裝置(1)、振蕩裝置(2)和進(jìn)料裝置(3)；所述沉降裝置(1)包括互相連接的柱身(11)和底座(12)，所述柱身(11)底部設(shè)有排泥口(13)，所述柱身(11)下側(cè)壁設(shè)有進(jìn)水口(14)，所述柱身(11)側(cè)壁設(shè)有一組取樣口(15)；所述振蕩裝置(2)包括互相連接的振蕩器(21)和振蕩柱，所述振蕩柱由三根平行設(shè)置的金屬桿(22)以及固定于金屬桿(22)上的一組振蕩網(wǎng)格(23)組成；所述進(jìn)料裝置(3)包括通過(guò)進(jìn)料管依次連接的進(jìn)料箱(31)、計(jì)量泵(32)和噴頭(33)；所述振蕩柱設(shè)于柱身(11)內(nèi)，所述噴頭(33)設(shè)于振蕩器(21)底部。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、占地面積小，可真實(shí)的模擬天然水體在不同的水流波動(dòng)下固體微粒沉降與懸浮過(guò)程對(duì)水質(zhì)的影響。
文檔編號(hào)G01N33/00GK103235090SQ201310140430
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月22日
發(fā)明者祝建中, 朱瑞瑞, 陳勝魯, 張毓珊 申請(qǐng)人:河海大學(xué)