CN103235090B - 一种模拟水中固体微粒沉降与悬浮过程的实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种模拟水中固体微粒沉降与悬浮过程的实验装置，包括沉降装置（1）、振荡装置（2）和进料装置（3）；所述沉降装置（1）包括互相连接的柱身（11）和底座（12），所述柱身（11）底部设有排泥口（13），所述柱身（11）下侧壁设有进水口（14），所述柱身（11）侧壁设有一组取样口（15）；所述振荡装置（2）包括互相连接的振荡器（21）和振荡柱，所述振荡柱由三根平行设置的金属杆（22）以及固定于金属杆（22）上的一组振荡网格（23）组成；所述进料装置（3）包括通过进料管依次连接的进料箱（31）、计量泵（32）和喷头（33）；所述振荡柱设于柱身（11）内，所述喷头（33）设于振荡器（21）底部。该装置结构简单、操作方便、占地面积小，可真实的模拟天然水体在不同的水流波动下固体微粒沉降与悬浮过程对水质的影响。

Description

一种模拟水中固体微粒沉降与悬浮过程的实验装置

技术领域

本发明涉及属于水处理实验装置领域，特别涉及一种室内模拟水中固体微粒沉降与悬浮过程的实验装置。

背景技术

当前水污染问题已成为我国城市环境最主要问题之一，全国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严重。然而，城市污染水体的治理相当困难，治理工程量大，涉及面广，现有的城市污染水体主要污染控制技术之一是向受污水体投加水处理剂。水处理剂是当前水工业、污染治理与中水回用处理工程技术中应用最广泛、用量最大的特殊产品之一，其包括絮凝剂、阻垢分散剂、缓蚀剂、杀虫剂等组份，其性能的优劣在很大程度上决定处理流程的运行状况、最终出水质量及成本费用。水处理剂的发展方向是新型高效环保的绿色水处理剂，价格低廉，易再生，对环境无污染。绿色水处理剂是水资源保护的重要环境材料，在水环境治理中发挥着重要作用，是环境工程的重要研究领域。因此，研究添加水处理剂后的水中固体微粒沉降与悬浮过程，对于水处理剂的处理效果评价显得尤为重要。

研究添加水处理剂后的水中固体微粒沉降与悬浮过程的方法主要有野外观测和室内模拟。野外观测不可控性太强，重复性差，给理论分析带来很大困难，因此常采用室内模拟方法。室内模拟天然水体的常用方法可分为三角瓶式、直管式和水槽式；三角瓶式体积太小，模拟天然水体具有很大的局限性，与实际情况相差较大；水槽式占地面积大，结构复杂，造价高，且水体的高度与实际有一定的差距，结果不准确；直管式可满足模拟水体的高度，但模拟实际水流的波动造成沉积物悬浮的过程比较困难。

实际水流的波动造成沉积物悬浮的过程主要有旋浆式、活塞式、造波式和振荡式四种方法。旋浆式是通过旋浆在水体中扰动带动水体运动而使沉积物再悬浮，然而由于其高度限制不适宜用在直管式装置中，难以研究添加水处理剂后的水中固体微粒沉降过程；活塞式是通过置入水体中的活塞的往复运动使沉积物产生悬浮，然而仅产生垂直方向的力因此也与实际情况差较大；造波式是用造波机产生的波浪使沉积物再悬浮，然而由于构造及操作复杂造价高也难以推广；振荡式是将水体和沉积物放在振荡器上使之再悬浮，然而该方法将外力同时作用于水体和悬浮物，与天然水体中悬浮物受水体扰动而被动受力的情况不相符。因此，此四种方法模拟实际水流的波动造成沉积物悬浮均存在各种缺陷，且无法同时模拟不同水体环境下固体微粒及沉积物的悬浮。

发明内容

发明目的：为了克服以上缺陷，本发明的目的是提供一种模拟水中固体微粒沉降与悬浮过程的实验装置。

技术方案：本发明提供的一种模拟水中固体微粒沉降与悬浮过程的实验装置，包括沉降装置、振荡装置和进料装置；所述沉降装置包括互相连接的柱身和底座，所述柱身底部设有排泥口，所述柱身下侧壁设有进水口，所述柱身侧壁设有一组取样口；所述振荡装置包括互相连接的振荡器和振荡柱，所述振荡柱由三根平行设置的金属杆以及固定于金属杆上的一组振荡网格组成；所述进料装置包括通过进料管依次连接的进料箱、计量泵和喷头；所述振荡柱设于柱身内，所述喷头设于振荡器底部。

作为改进，还包括测速口和测速仪，所述测速口设于柱身侧壁上，所述测速仪与测速口连接；利用测速仪可精确的测定水流速度，从而使模拟水流速度精确可控。

作为优选，所述一组取样口沿柱身从上到下每隔300-500mm设置；合理设置一组取样口相对距离可更准确测定不同高度的固体微粒数量，从而对于水处理剂的处理效果评价更准确。

作为另一种优选，所述柱身为有机玻璃管制成，其内径为200-300mm，高为2000-3000mm，壁厚为5-10mm；采用有机玻璃管制成的柱身可直观的观察到沉降和悬浮过程。

作为另一种优选，所述底座为有机玻璃管制成，其厚度为10-20mm，直径为300-400mm，倾角为120-150°。

作为另一种优选，所述排泥口的直径为10-30mm，所述进水口直径为15-25mm，所述进水口距柱身底部距离为30-50mm；所述取样口直径为10-20mm。

作为另一种优选，所述一组振荡网格沿金属杆从上到下每隔200-300mm设置；合理设置一组振荡网格的相对距离可使振荡更真实模拟实际水库中情况，从而对于水处理剂的处理效果评价更准确。

作为另一种优选，所述振荡网格为三角形阵列网格，其网目尺寸40-50mm，所述振荡网格的厚度8-10mm；使用三角形阵列网格的振荡网格并合理设置其尺寸，从而可使振荡更真实模拟实际水库中情况，从而对于水处理剂的处理效果评价更准确。

作为另一种优选，所述振荡器的振幅18-70mm，振荡频率0.21-4.0Hz；可使振荡更真实模拟实际水库中情况，从而对于水处理剂的处理效果评价更准确。

作为另一种优选，所述喷头直径为140-240mm；使撒药更均匀。

作为另一种改进，还包括流量计设于计量泵和喷头之间；还包括进药阀，所述进药阀设于计量泵和喷头之间；从而使用药量可准确控制，从而对于水处理剂的处理效果评价更准确。

本发明还提供了上述一种模拟水中固体微粒沉降与悬浮过程的实验装置在水处理剂的处理效果评价中的应用，包括以下步骤：

（1）通过进水口向柱身内通入定量实验水样；

（2）调节振荡器频率，通过振荡网格振荡形成水波模拟实际水流的波动，使水流速度达到预设的流速；

（3）通过喷头从柱身顶端向实验水样中均匀加入含固体微粒水处理剂的药液；

（4）从取样口采集水样并测定水样指标，研究固体微粒沉降过程及再悬浮过程对水质影响垂直分布规律，从而评价水处理剂的处理效果；

（5）试验结束后从进水口或排泥口放出实验水样和水处理剂。

该装置可用于浅水湖泊及河流水体环境水下沉积物再悬浮的模拟，亦可用于模拟河流泥沙的沉降悬浮对污染物携带研究，化工领域药剂的合成混合研究，污水处理厂药剂的絮凝沉降研究等领域。

有益效果：本发明提供的模拟水中固体微粒沉降与悬浮过程的实验装置结构简单、操作方便、占地面积小，可真实的模拟天然水体在不同的水流波动下固体微粒沉降与悬浮过程对水质的影响。

本发明相对于现有技术，具有以下突出的优点：

（1）测量准确：利用振荡网格模拟不同的水流状态，接近浅水湖泊及河流水体环境水流波动的实际情况；通过振荡器可实现无级调频更精确模拟自然水面情况，同时利用流速仪测定水流速度；

（2）操作简单：该装置可实现自控进水样、自控排泥、自控进料，自上而下设置带阀取样口可实现不同深度水样的采集，实验操作方便；该装置可实现计量进料，并使药物微粒溶液均匀洒在柱身内的水面上，可真实模拟水中固体微粒的沉降过程；

（3）应用范围广：该装置可用于模拟水中固体微粒沉降与悬浮过程对水质影响，从而实现对水处理剂的处理效果评价；亦可应用于浅水湖泊及河流水体环境水下沉积物再悬浮的模拟；亦可用于模拟河流泥沙的沉降与悬浮对污染物携带的研究、化工领域药剂的合成混合研究、污水处理厂药剂的絮凝沉降研究等领域。

（4）生产成本低：该装置结构简单、操作方便、占地面积小，生产成本低。

附图说明

图1为本发明模拟水中固体微粒沉降与悬浮过程的实验装置的结构示意图；

图2为振荡柱的俯视图。

具体实施方式

模拟水中固体微粒沉降与悬浮过程的实验装置，见图1至3，包括沉降装置1、振荡装置2和进料装置3；沉降装置包括互相连接的柱身11和底座12，柱身11底部设有排泥口13，柱身11下侧壁设有进水口14，柱身11侧壁设有一组取样口15；柱身11侧壁上还设有测速口16，测速口16连接有测速仪17；振荡装置2包括互相连接的振荡器21和振荡柱，振荡柱由三根平行设置的金属杆22以及固定于金属杆22上的一组振荡网格23组成；进料装置3包括通过进料管依次连接的进料箱31、进药阀35、计量泵32、流量计34和喷头33；振荡柱设于柱身11内，喷头33设于振荡器21底部。

本发明中，一组取样口15沿柱身11从上到下每隔400mm设置，可选地也可以根据需求合理设置，优选地为300-500mm。

本发明中，柱身11为有机玻璃管制成，其内径为250mm，高为2500mm，壁厚为8mm，可选地也可以根据需求合理设置，优选地其内径为200-300mm，高为2000-3000mm，壁厚为5-10mm。

本发明中，底座12为有机玻璃管制成，其厚度为15mm，直径为350mm，倾角为135°，可选地也可以根据需求合理设置，优选地其厚度为10-20mm，直径为300-400mm，倾角为120-150°。

本发明中，排泥口13的直径为20mm，进水口14直径为20mm，进水口14距柱身11底部距离为40mm，取样口15直径为15mm，可选地也可以根据需求合理设置，优选地排泥口13的直径为10-30mm，进水口14直径为15-25mm，进水口14距柱身11底部距离为30-50mm，取样口15直径为10-20mm。

本发明中，测速口16设置在沉降柱中间位置1250mm，可选地也可以根据需求合理设置，优选地为1000-1500mm；测速仪17为多普勒测速仪。

本发明中，一组振荡网格23沿金属杆22从上到下每隔250mm设置，可选地也可以根据需求合理设置，优选地为200-300mm。

本发明中，振荡网格23为三角形阵列网格，其网目尺寸45mm，振荡网格23的厚度9mm，可选地也可以根据需求合理设置，优选地其网目尺寸40-50mm，振荡网格23的厚度8-10mm。

本发明中，振荡器21的振幅18-70mm，振荡频率0.21-4.0Hz。

本发明中，喷头33直径为200mm，可选地也可以根据需求合理设置，优选地为140-240mm。

利用该模拟水中固体微粒沉降与悬浮过程的实验装置评价水处理剂的处理效果，包括以下步骤：

（1）根据试验需要，通过进水口向柱身11内通入定量实验水样；

（2）调节振荡器21频率，通过振荡网格振荡形成水波模拟实际水流的波动，使测速仪17测得的水流速度达到预设的流速；

（3）打开计量泵32和进药阀35，通过喷头33从柱身11顶端向实验水样中均匀加入含固体微粒水处理剂的药液，达到预设的流量值时关掉计量泵32和进药阀35，可分量分批次进料，药液中固体微粒在沉降与悬浮过程可吸附实验水样中的污染物和悬浮物；

（4）在预设的时间内从不同深度取样口采集水样并测定水样指标，研究固体微粒沉降过程及再悬浮过程对水质影响垂直分布规律，从而评价水处理剂的处理效果；

（5）试验结束后从进水口或排泥口放出实验水样和水处理剂。

Claims (8)

1.一种模拟水中固体微粒沉降与悬浮过程的实验装置，其特征在于：包括沉降装置(1)、振荡装置(2)和进料装置(3)；所述沉降装置(1)包括互相连接的柱身(11)和底座(12)，所述柱身(11)底部设有排泥口(13)，所述柱身(11)下侧壁设有进水口(14)，所述柱身(11)侧壁设有一组取样口(15)；所述振荡装置(2)包括互相连接的振荡器(21)和振荡柱，所述振荡柱由三根平行设置的金属杆(22)以及固定于金属杆(22)上的一组振荡网格(23)组成；所述进料装置(3)包括通过进料管依次连接的进料箱(31)、计量泵(32)和喷头(33)；所述振荡柱设于柱身(11)内，所述喷头(33)设于振荡器(21)底部；所述振荡器(21)的振幅18-70mm，振荡频率0.21-4.0Hz。

2.根据权利要求1所述的一种模拟水中固体微粒沉降与悬浮过程的实验装置，其特征在于：还包括测速口(16)和测速仪(17)，所述测速口(16)设于柱身(11)侧壁上，所述测速仪(17)与测速口(16)连接。

3.根据权利要求1所述的一种模拟水中固体微粒沉降与悬浮过程的实验装置，其特征在于：所述一组取样口(15)沿柱身(11)从上到下每隔300-500mm设置。

4.根据权利要求1所述的一种模拟水中固体微粒沉降与悬浮过程的实验装置，其特征在于：所述柱身(11)为有机玻璃管制成，其内径为200-300mm，高为2000-3000mm，壁厚为5-10mm；所述底座(12)为有机玻璃管制成，其厚度为10-20mm，直径为300-400mm，倾角为120-150°。

5.根据权利要求1所述的一种模拟水中固体微粒沉降与悬浮过程的实验装置，其特征在于：所述排泥口(13)的直径为10-30mm，所述进水口(14)直径为15-25mm，所述进水口(14)距柱身(11)底部距离为30-50mm；所述取样口(15)直径为10-20mm。

6.根据权利要求1所述的一种模拟水中固体微粒沉降与悬浮过程的实验装置，其特征在于：所述一组振荡网格(23)沿金属杆(22)从上到下每隔200-300mm设置；所述振荡网格(23)为三角形阵列网格，其网目尺寸40-50mm，所述振荡网格(23)的厚度8-10mm。

7.根据权利要求1所述的一种模拟水中固体微粒沉降与悬浮过程的实验装置，其特征在于：所述喷头(33)直径为140-240mm。

8.根据权利要求1所述的一种模拟水中固体微粒沉降与悬浮过程的实验装置，其特征在于：还包括流量计(34)设于计量泵(32)和喷头(33)之间；还包括进药阀(35)，所述进药阀(35)设于计量泵(32)和喷头(33)之间。