CN103937660A - 一种给水管网微生物试验小试装置 - Google Patents

一种给水管网微生物试验小试装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种给水管网微生物试验小试装置，装置主要包括水箱(28)、进水干管(30)、出水干管(29)和支管a(25)、支管b(26)、支管c(27)。水箱(28)与进水干管(30)相串联，支管a(25)、支管b(26)、支管c(27)两端分别并联在进水干管(30)和出水干管(29)上。与现有技术相比，本发明可实现对不同原水、不同管材、不同水力条件、不同水龄、不同消毒剂等条件下的管壁和管网水中微生物的全面研究。

Description

一种给水管网微生物试验小试装置
技术领域
本发明属于市政给水管网技术领域，涉及一种给水管网微生物试验小试装置。
背景技术
给水管网作为整个供水体系中最为重要的一个环节，对水质安全起着关键作用。自20世纪30年代末，在使用加氯消毒的给水管网中发现细菌生长以来，给水管网中微生物的再生长及其引起的二次污染问题受到越来越多的关注。给水管网中的微生物主要是以附着在管壁上生长形成生物膜的形式而得以繁殖的，水源水中的某些微生物经水处理工艺处理后幸存下来进入管网系统，水中的溶解性微量有机物可使这部分微生物在管网中修复、重新生长，并在管壁形成生物膜。管壁生物膜会对给水管网水质产生不利影响，如色度和浊度升高、致病菌生长、加快管道腐蚀、减小过水断面导致输水能力下降和供水能耗的增加等，管壁腐蚀层和生物膜可为微生物提供有效的保护，使得冲洗、加大消毒剂用量等常规管网水质维护措施只能在短时间内改善水质，不能彻底去除作为污染源的微生物。此外，管网材质与管壁表面特征对生物膜生长也有着重要影响，一方面，金属管材内壁的腐蚀层能为微生物生长繁殖、躲避消毒剂的杀伤提供场所；此外，腐蚀还明显抑制了消毒剂对生物膜的消毒效果。因此，对给水管网生物膜形成机理、群落结构特征以及生长控制、管材选择等方面的研究成为市政供水领域的热点。
在实际给水管网中，由于微生物生长在管道内壁，从而难以取样，对实际给水管网微生物进行检测和研究的难度很大；并且，在实际运行的给水管网中难以实现对生物膜生长过程的全面监控，管网水水质条件不能人为改变。因此，有必要通过实验室中试装置来模拟实际给水管道生物膜的生长。
目前，在国外出现的一种生物膜环状反应器模拟系统，该系统外观是一个反应杯，中央设有一个转轴，转轴在电机驱动下旋转，上面挂有许多载片随转轴一起旋转。载片与水体交界面之间产生了剪切力，模拟了给水管网水力条件；并且，载片为生物膜提供了生长面。通过控制水中的水质参数，如AOC、BDOC、Cl2等来控制微生物的生长。但是，由于载片随着转轴的旋转，与实际给水管网水力条件不完全相似，必然会影响模拟研究结果。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术中存在的问题而提供的一种新型给水管网微生物试验小试装置，它可用于研究不同原水、不同管材、不同水力条件、不同水龄等条件下的管壁和管网水中的微生物。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种给水管网微生物试验小试装置，其特征在于，包括
水箱：调节水源和给水管网之间的流量平衡；
干管：包括进水干管和出水干管，其中进水干管连通水箱；
支管：包括支管a、支管b、支管c；所述的支管a、支管b、支管c两端分别并联在进水干管和出水干管上，形成给水管网；且在支管a、支管b、支管c上沿水流方向依次设有生物膜取样器、填料区和取样水嘴，分别用以研究管壁生物膜和管网水中的微生物。
所述的水箱上设有进水管、出水管、泄水管、溢流管、通气管和各管道上设置的若干阀门。
所述的进水管设有闸阀和浮球阀，其中浮球阀设置在进水管的出水口处；所述的进水管、出水管和泄水管的管径相同，所述的溢流管管径比泄水管管径大一级。
所述的进水干管上依次设有闸阀a、水泵、压力表、止回阀、浊度计和颗粒计数器，所述的止回阀和浊度计之间设有旁通管。
所述的出水干管上设有闸阀和余氯仪，其中闸阀与支管a、支管b、支管c的共同出水口相连，余氯仪设置在闸阀之前。
所述的支管a、支管b、支管c采用往复式布置形式，三支支管并列排列，各支管具有相同管径、相同长度且分别对应三种不同管材。
所述的支管a、支管b、支管c中起始端设有闸阀b、流量计前加氯点，中加氯点和后加氯点，各支管中的流量通过调节闸阀开启度进行调节。
所述的进水干管、出水干管和支管a、支管b、支管c的材质均不同，以减小材质对管网微生物的影响。
所述的生物膜取样器的材质、管径和其所在的支管一致，长度小于1倍管径，并且连接方式为卡箍连接。
所述的填料区与给水管之间均设有滤网，以固定填料；所述的取样水嘴设置在支管a、支管b、支管c末端，用以研究管网水中的微生物。
利用上述一种给水管网微生物试验小试装置进行模拟实验，其过程如下：
原水经进水管进入水箱，达到设计液位后，支管进水干管上的水泵开始运行，将原水输送到管网支管之中，通过调节支管上阀门开启度，保证三支平行支管中流量大小一致，支管水流连续流经生物膜取样器和填料之汇集到出水干管，水流排入下水道。经过一定时间的运行，即可对管壁微生物和管网水进行取样，按照试验计划，首先关闭生物膜取样器前后两端的闸阀，然后打开要取的管壁生物膜取样器两侧的卡箍，取下已长生物膜的生物膜取样器，换上新的生物膜取样器，取填料时，同样关闭填料区两侧的阀门，打开填料区两侧的卡箍，取走填料样品，重新组装各部件，取样完成。
与现有技术相比，本发明的特点及有益效果：
1.本发明所述的一种给水管网微生物试验小试装置支管部分采用往复式布置形式，可减少装置占地面积。
2.本发明所述的一种给水管网微生物试验小试装置可用于研究对不同原水对管网微生物的影响。
3.本发明所述的一种给水管网微生物试验小试装置可同时研究不同管材、不同水力条件、不同水龄等条件下的管网微生物。
4.本发明所述的一种给水管网微生物试验小试装置可用于研究不同消毒剂对管网中微生物的影响。
5.本发明所述的一种给水管网微生物试验小试装置可连续不循环运行。
附图说明
图1是本发明的平面示意图；
图2是本发明平面示意图中a-a剖面图；
图3是本发明平面示意图中b-b剖面图；
图4是本发明平面示意图中c-c剖面图；
图中标识：进水管1、泄水管2、溢流管3、通气管4、人孔5、浮球阀6、闸阀7、水泵8、压力表9、止回阀10、余氯仪11、浊度计12、颗粒计数器13、闸阀14，流量计15、填料区16、旁通管17、生物膜取样器18、卡箍19、取样水嘴20、钢架21、前加氯点22，中加氯点23、后加氯点24、支管25、支管26、支管27、水箱28，出水干管29、进水干管30。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步阐述，但并不限制本发明。
实施例1
如图1所示，一种给水管网微生物试验小试装置，包括
水箱28：调节水源和给水管网之间的流量平衡；
干管：包括进水干管30和出水干管29，其中进水干管30连通水箱28；
支管：包括支管a25、支管b26、支管c27；所述的支管a25、支管b26、支管c27两端分别并联在进水干管30和出水干管29上，形成给水管网；且在支管a25、支管b26、支管c27上沿水流方向依次设有生物膜取样器18、填料区16和取样水嘴20，分别用以研究管壁生物膜和管网水中的微生物。
所述的水箱28上设有进水管1、出水管、泄水管2、溢流管3、通气管4，人孔5，各管道上设置的若干阀门。
所述的进水管1设有闸阀和浮球阀6，其中浮球阀6设置在进水管1的出水口处。所述的进水管1、出水管和泄水管2的管径相同，所述的溢流管3管径比泄水管2管径大一级。
所述的进水干管上依次设有闸阀a7、水泵8、压力表9、止回阀10、浊度计12和颗粒计数器13，所述的止回阀10和浊度计12之间设有旁通管17。
所述的出水干管上设有闸阀和余氯仪11，其中闸阀与支管a25、支管b26、支管c27的共同出水口相连，余氯仪11设置在闸阀之前。
所述的支管a25、支管b26、支管c27采用往复式布置形式，各支管具有相同管径、相同长度且分别对应三种不同管材。
所述的支管a25、支管b26、支管c27中起始端设有闸阀b14和流量计15，各支管中的流量通过调节闸阀14开启度进行调节。
所述的进水干管30、出水干管29和支管a25、支管b26、支管c27的材质均不同，以减小材质对管网微生物的影响。
所述的生物膜取样器18的材质、管径和其所在的支管一致，长度小于1倍管径，并且连接方式为卡箍19连接。
所述的填料区16与给水管之间均设有滤网，以固定填料；所述的取样水嘴20设置在支管a25、支管b26、支管c27末端，用以研究管网水中的微生物。
原水经过进水管1进入水箱28，水面上升到一定液位，浮球阀6关闭，此时启动给水管网进水干管26上的水泵8，水箱28中的水先后经过闸阀7，水泵8，压力表9，止回阀10，浊度计12和颗粒计数器13被输送到支管25、支管26、支管27，最后汇入出水干管29，排入下水道。随着水箱28中的水被不断输送到给水管网中，其液面逐渐下降，浮球阀6打开，原水不断进入水箱28中，整个装置连续运行。如果水箱28中的水位过高，水可通过溢流管3流出，当需要放空水箱28中的水时，可通过泄水管2排空。支管a25、支管b26、支管c27是三支支管，其长度、管径均相同，但管材材质不同，每支支管中的水流先后经过闸阀14，流量计15，前加氯点22，生物膜取样器18，中加氯点23，后加氯点24，生物膜取样器18，填料区16和取样水嘴20。
经过一段时间的运行，管网中形成了生物膜，即可进行取样。
当取水样时，先对取样水嘴20消毒，然后打开取样水嘴20，放水一段时间，即可取一定体积的水样。
当取管壁生物膜时，首先关闭管壁生物膜取样器18两侧的闸阀，然后打开要取的管壁生物膜取样器18两侧的卡箍19，取下已长生物的管壁生物膜取样器18，换上新的管壁生物膜取样器18，打开管段两侧的闸阀，完成管壁生物膜取样。
当取填料生物膜时，首先关闭填料区两侧的闸阀，然后打开卡箍19，取出填料区16内的填料，之后重新组装好填料区管段，完成填料区生物膜取样。
本装置可研究不同消毒工艺对给水管网中微生物的影响，旁通管17中安装紫外消毒设备，可研究紫外消毒对给水管网中微生物的影响；向前加氯点22、中加氯点23和后加氯点24投加氯消毒剂，可以模拟实际给水管网中加氯消毒对管网中微生物的影响。
将上述所述的一种给水管网微生物试验小试装置应用到实际试验中，管网中通入不同原水，分别运行一段时间之后，通过检测管网中的微生物含量发现，管壁生物膜载体和填料上的微生物总细胞数达到106cells/cm2左右，管网水中的微生物细胞总数达到105cells/ml左右，和实际给水管网中的研究结果相近。所述的实验室给水管网模拟小试装置模拟结果良好。

Claims (10)

1.一种给水管网微生物试验小试装置，其特征在于，包括
水箱(28)：调节水源和给水管网之间的流量平衡；
干管：包括进水干管(30)和出水干管(29)，其中进水干管(30)连通水箱(28)；
支管：包括支管a(25)、支管b(26)、支管c(27)；所述的支管a(25)、支管b(26)、支管c(27)两端分别并联在进水干管(30)和出水干管(29)上，形成给水管网；且在支管a(25)、支管b(26)、支管c(27)上沿水流方向依次设有生物膜取样器(18)、填料区(16)和取样水嘴(20)，分别用以研究管壁生物膜和管网水中的微生物。
2.根据权利要求1所述的一种给水管网微生物试验小试装置，其特征在于，所述的水箱(28)上设有进水管(1)、出水管、泄水管(2)、溢流管(3)、通气管(4)和各管道上设置的若干阀门。
3.根据权利要求2所述的一种给水管网微生物试验小试装置，其特征在于，所述的进水管(1)设有闸阀和浮球阀(6)，其中浮球阀(6)设置在进水管(1)的出水口处；所述的进水管(1)、出水管和泄水管(2)的管径相同，所述的溢流管(3)管径比泄水管(2)管径大一级。
4.根据权利要求1所述的一种给水管网微生物试验小试装置，其特征在于，所述的进水干管上依次设有闸阀a(7)、水泵(8)、压力表(9)、止回阀(10)、浊度计(12)和颗粒计数器(13)，所述的止回阀(10)和浊度计(12)之间设有旁通管(17)。
5.根据权利要求1所述的一种给水管网微生物试验小试装置，其特征在于，所述的出水干管上设有闸阀和余氯仪(11)，其中闸阀与支管a(25)、支管b(26)、支管c(27)的共同出水口相连，余氯仪(11)设置在闸阀之前。
6.根据权利要求1所述的一种给水管网微生物试验小试装置，其特征在于，所述的支管a(25)、支管b(26)、支管c(27)采用往复式布置形式，三支支管并列排列，各支管具有相同管径、相同长度且分别对应三种不同管材。
7.根据权利要求1所述的一种给水管网微生物试验小试装置，其特征在于，所述的支管a(25)、支管b(26)、支管c(27)中起始端设有闸阀b(14)、流量计(15)前加氯点(22)，中加氯点(23)和后加氯点(24)，各支管中的流量通过调节闸阀(14)开启度进行调节。
8.根据权利要求1所述的一种给水管网微生物试验小试装置，其特征在于，所述的进水干管(30)、出水干管(29)和支管a(25)、支管b(26)、支管c(27)的材质均不同，以减小材质对管网微生物的影响。
9.根据权利要求1所述的一种给水管网微生物试验小试装置，其特征在于，所述的生物膜取样器(18)的材质、管径和其所在的支管一致，长度小于1倍管径，并且连接方式为卡箍(19)连接。
10.根据权利要求1所述的一种给水管网微生物试验小试装置，其特征在于，所述的填料区(16)与给水管之间均设有滤网，以固定填料；所述的取样水嘴(20)设置在支管a(25)、支管b(26)、支管c(27)末端，用以研究管网水中的微生物。
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