CN104677802B - 集污水分时取样与透水系数测试为一体的多功能联动装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及土木工程材料测试技术领域,尤其涉及一种集污水分时取样与透水系数测试为一体的多功能联动装置及其工作方法。该装置主要分为两个部分。第一部分为装置A,它主要由供水通道、圆筒溢流口、水圆筒、溢流水槽、水槽溢流口、试样支架、试样、刻度表、污水取样管、高精度流量计、电子温度计和工作台等组成。第二部分为装置B,它主要由工作水桶、排水桶、螺旋桨、水泵、电源开关、水泵电控、螺旋桨电控、导杆旋转驱动器和工作台等组成。装置A和装置B之间用一根给水导管和两根排水导管连接,形成一个多功能联动装置。本发明可模拟真实环境中透水路面遭遇污水渗透的情况,在不同时刻取得经过试样过滤后污水的样品,同时测出试样的透水系数,水源循环利用,操作简单。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程材料测试技术领域,尤其涉及一种透水水泥混凝土污水分时取样和透水系数联合测试技术。
背景技术
目前,关于透水水泥混凝土路面领域暂无国家标准,一般参考近几年编制的行业标准和北京市地方标准。透水系数是衡量透水混凝土透水性能的一个重要指标,行业标准和地方标准分别给出了两种不同的测试方法。《透水水泥混凝土路面技术规程》(CJJ/T135-2009)是该领域的行业标准,在附录A中给出了利用定水头法测量透水系数的试验装置、操作步骤和计算公式,这种方法适用于实验室透水试块检测。《透水混凝土路面技术规程》(DB11/T 775-2010)是北京市地方标准,在附录B中给出了利用变水头法测量透水系数的试验装置、试验步骤、结果计算和评定方法,该方法适用于透水混凝土试块及路面的透水性检测。在实验室研究阶段,我们参照行业标准对试块的透水性进行检测,但发现了不少问题,比如直接利用自来水供水,其水压不容易稳定,影响数据精度;用钢直尺测量水位差,由于水位波动,不容易测准;测量结束,水圆筒上的溢流口和溢流水槽上的溢流口中流出的水直接倒掉,试块孔隙大或者数量多的话,会浪费大量的水资源等等。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足,公开了一种集污水分时取样与透水系数测试为一体的多功能联动装置及其工作方法。该装置可模拟真实环境中透水路面遭遇污水渗透的情况,在不同时刻取得经过试样过滤后污水的样品,同时测出试样的透水系数,水源循环利用,操作简单。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的,一种集污水分时取样与透水系数测试为一体的多功能联动装置,设有工作台A、工作台B、工作水桶、排水桶、水泵、溢流水槽、水圆筒、试样取样管、电源开关;
所述工作台A上设置溢流水槽,工作台B上设置所述工作水桶,工作台A、B之间设置所述排水桶;溢流水槽、排水桶、工作水桶底部分别设有可控制放水阀;所述工作台A的高度高于所述排水桶、工作水桶的高度;
所述溢流水槽上部设有溢流口,溢流口通过第一排水导管分别连接所述工作水桶、排水桶,所述第一排水导管与所述溢流水槽溢流口之间设有流量计,工作水桶与所述排水桶之间的第一排水导管上设有第二排水控制阀,在第一排水导管引入排水桶的支管上设有第四排水控制阀;溢流水槽内设有电子温度计;所述溢流水槽底板上设有试样支架,试样支架的高度低于所述溢流水槽溢流口下边缘高度;
所述水圆筒设置在所述试样支架上,水圆筒内的试样支架上设有试样,水圆筒下端低于所述溢流水槽溢流口,水圆筒上端伸出所述溢流水槽外;水圆筒上部设有溢流口,水圆筒上的溢流口通过第二排水导管分别连接所述工作水桶、排水桶,工作水桶与所述排水桶之间的第二排水导管上设置第一排水控制阀,在第二排水导管引入排水桶的支管上设有第三排水控制阀;所述水圆筒侧壁上设有垂直设置的刻度尺;
所述试样取样管设置在所述溢流水槽内,试样取样管下端伸入试样支架内并位于试样下方,试样取样管上端伸出所述溢流水槽外;
所述工作水桶内设有螺旋桨,螺旋桨通过导杆固定在工作水桶底部中心,导杆由导杆旋转驱动器驱动,导杆旋转驱动器位于工作水桶上方;所述工作水桶经由给水导管连接所述水泵,水泵经由给水导管、供水通道连接所述水圆筒;
所述电源开关上设有水泵电控和螺旋桨电控,水泵电控通过导线连接所述水泵,螺旋桨电控通过导线连接所述导杆旋转驱动器;
所述供水通道、水圆筒上的溢流口、水圆筒、溢流水槽、溢流水槽上的溢流口、试样支架、试样、刻度尺、污水取样管、流量计、电子温度计和工作台A构成装置A;
所述工作水桶、排水桶、螺旋桨、水泵、电源开关、水泵电控、螺旋桨电控、导杆旋转驱动器和工作台B构成装置B。
优选地,所述试样支架为管状,试样支架下部管壁上均匀分布有半圆形洞口,试样支架下部管壁上设有试样取样管洞口,试样支架上部内管壁上形成圆环状的上承台面,上承台面上方的试样支架内径大于上承台面下方试样支架内径,上承台面上方试样支架内径稍大于所述水圆筒外径,上承台面上方试样支架形成外边缘圈;试样搁置在上承台面上,水圆筒下端从试样的上表面套入,并和试样支架外边缘圈卡紧。
优选地,所述溢流水槽是由聚甲基丙烯酸甲酯PMMA有机玻璃浇筑管以及聚甲基丙烯酸甲酯PMMA有机玻璃圆形底板胶结而成,溢流水槽透明可视,胶结处不漏水,所述圆形底板的半径240-260mm,所述浇筑管的高度370-390mm。
优选地,所述水圆筒为聚甲基丙烯酸甲酯PMMA优质有机玻璃浇筑管,水圆筒内径控制在50mm-55mm之间。
优选地,所述溢流水槽溢流口与第一排水导管连接处设有螺纹套管;所述水圆筒上的溢流口与第二排水导管连接处装有螺纹套管。
优选地,所述刻度尺0刻度线在水圆筒上的溢流口下边缘水平线的上方,刻度尺刻度线的下端低于溢流水槽溢流口下边缘水平线。
优选地,所述电子温度计底部低于溢流水槽溢流口下边缘水平线,电子温度计的数显屏幕高于溢流水槽的上方,电子温度计精度为0.5℃。
优选地,所述流量计与溢流水槽上的溢流口之间通过弯把铜阀连接,流量计的精度至少能测出透水系数为0.1mm/s时水的流量。
利用上述集污水分时取样与透水系数测试为一体的多功能联动装置测试透水系数的方法,其特征在于,包括以下步骤:
A、所述工作水桶中装入大半桶无气水,温度控制在17-23℃,关紧工作水桶可控制放水阀;准备3个直径D为100mm,厚度L为50mm的圆柱体作为试样,并做好标记;
B、测量圆柱体试样的直径D和厚度L,分别测3次,取平均值,结果精确至1mm,计算试样的上表面积A,将试样的四周用水泥砂浆密封好,使其侧面不透水,水仅从试样的上下表面进行渗透;涂抹的时候不要堵塞试样上下表面的边缘,以免影响表面实际透水面积;
C、等到试样四周水泥砂浆凝结硬化以后,将试样放入抽真空装置,抽真空至85-95kPa,保持30min,同时加入足够的水将试样覆盖,并使水位高出试样100mm,此时停止抽真空,浸泡20min,将试样取出;
D、试样搁置在试样支架上,将水圆筒的下端从试样的上表面套入,并和试样支架上边缘卡住,使水圆筒、试样支架、试样皆处于稳定状态;试样上表面外边缘与水圆筒内壁之间的空隙用油灰密封,使水不能从边缘空隙中漏下去;
E、将试样支架放入溢流水槽的中心,调整水圆筒上的溢流口和溢流水槽上的溢流口的方向;关紧溢流水槽可控制放水阀、第三排水控制阀和第四排水控制阀;打开第一排水控制阀和第二排水控制阀;接通装置B电源,打开电源开关,调整水泵电控,利用水泵将工作水桶中水抽出,通过给水导管注入水圆筒;
F、等溢流水槽上的溢流口和水圆筒上的溢流口有水流出时,调整水泵电控,观察水位差和流量计,如果水位差波动在3mm之内,流量计数显跳动,记录流量计的初始读数Q1,记录刻度尺上的水位差,即水圆筒水位和溢流水槽水位之差H,精确至1mm,记录电子温度计的数显读数T,精确至0.5℃;记录300s时流量计最终读数Q2,试样在5min内流出的水量为(Q2-Q1);
G、整个测试的过程,由于水泵的运转,水一直是处于循环流动状态,装置B将水送入装置A,装置A又将水流回装置B,基本实现测试的半自动化;每个试样测试3次,取平均值作为该试样的测试值;
H、透水系数按照以下公式来计算,每一种试样的测试结果以3块试样的平均值表示,计算精确至1.0×10-2mm/s,
式中:kT--水温为T℃时试样的透水系数,mm/s;
Q2-Q1--时间t秒内渗透的水量,mm3,其中Q1指流量计初始读数,Q2指流量计最终读数;
L--试样的厚度,mm;
A--试样的上表面积,mm2;
H--水位差,mm;
t--时间,s,取300s;
试样以15℃水温为标准温度,标准温度下的透水系数按照以下公式进行换算:
式中:k15--标准温度时试样的透水系数,mm/s;
ηT--T℃时水的动力黏滞系数,kPa·s;
η15--15℃时水的动力黏滞系数,kPa·s;
--水的动力黏滞系数比。
利用上述多功能联动装置同时进行污水分时取样与透水系数测试的方法,其特征是:
试验水质为污水,使用到的仪器有装置A和装置B。
(1)透水系数测试:
A、所述工作水桶中装入大半桶水,温度控制在17-23℃,关紧工作水桶可控制放水阀;准备3个直径D为100mm,厚度L为50mm的圆柱体作为试样并标记;
B、测量圆柱体试样的直径D和厚度L,分别测3次,取平均值,结果精确至1mm,计算试样的计算试样的上表面积A,将试样的四周用水泥砂浆密封好,使其侧面不透水,水仅从试样的上下表面进行渗透;涂抹的时候不要堵塞试样上下表面的边缘,以免影响表面实际透水面积;
C、等到试样四周水泥砂浆凝结硬化以后,将试样放入抽真空装置,抽真空至85-95kPa,保持30min,同时加入足够的水将试样覆盖,并使水位高出试样100mm,此时停止抽真空,浸泡20min,将试样取出;
D、试样搁置在试样支架上,将水圆筒的下端从试样的上表面套入,并和试样支架上边缘卡住,使水圆筒、试样支架、试样皆处于稳定状态;试样上表面外边缘与水圆筒内壁之间的空隙用油灰密封,使水不能从边缘空隙中漏下去;
E、将试样支架放入溢流水槽的中心,调整水圆筒上的溢流口和溢流水槽上的溢流口的方向;关紧溢流水槽可控制放水阀、第三排水控制阀和第四排水控制阀;打开第一排水控制阀和第二排水控制阀;接通装置B电源,打开电源开关,调整水泵电控,利用水泵将工作水桶中的水抽出通过给水导管注入水圆筒;
F、等溢流水槽上的溢流口和水水圆筒上的溢流口有水流出时,调整水泵电控,观察水位差和流量计,如果水位差波动在3mm之内,流量计数显跳动,记录流量计初始读数Q1;记录刻度尺上看到的水位差,即水圆筒水位和溢流水槽水位之差H,精确至1mm;记录电子温度计的数显读数T,精确至0.5℃;记录300s时流量计最终读数Q2,那么,该试样在5min内流出的水量为(Q2-Q1);
G、整个测试的过程,由于水泵的运转,水一直是处于循环流动状态,装置B将水送入装置A,装置A又将水流回装置B,基本实现测试的半自动化;每个试样测试3次,取平均值作为该试样的测试值;
H、透水系数按照以下公式来计算,每一种试样的测试结果以3块试样的平均值表示,计算精确至1.0×10-2mm/s,
式中:kT--水温为T℃时试样的透水系数,mm/s;
Q2-Q1--时间t秒内渗透的水量,mm3,其中Q1指流量计初始读数,Q2指流量计最终读数;
L--试样的厚度,mm;
A--试样的上表面积,mm2;
H--水位差,mm;
t--时间,s,取300s;
试样以15℃水温为标准温度,标准温度下的透水系数按照以下公式进行换算:
式中:k15--标准温度时试样的透水系数,mm/s;
ηT--T℃时水的动力黏滞系数,kPa·s;
η15--15℃时水的动力黏滞系数,kPa·s;
--水的动力黏滞系数比;
(2)模拟持续高浓度污水透过试样的环境:
首先关紧工作水桶可控制放水阀,将a份质量杂质和b份质量清水投入到工作水桶内,接通电源,打开电源开关,调整螺旋桨电控,使螺旋桨转动,充分混合工作水桶内的污水,此时,桶内污水的浓度保持为不变;
关紧溢流水槽可控制放水阀、第一排水控制阀和第二排水控制阀,做到工作水桶内的污水只出不进,打开第三排水控制阀和第四排水控制阀,装置A中水圆筒上的溢流口和溢流水槽上的溢流口排出的水流向排水桶;
每分钟从污水取样管吸出25-35ml的污水,分别装入容量瓶,并贴上标签,加以区别;
在换取试样的过程中,关闭水泵电控,使污水停留在工作水桶内,关闭第四排水控制阀,使溢流水槽上的溢流口中的水不排入排水桶;
重新装入试样后,反复进行前面的步骤,3块试样,每块测3次,每次3分钟,分时取出3大组污水样品,共计27瓶;每大组的9瓶试样按照浓度的检测方法,分别测出每一瓶试样的浓度;将分时污水浓度和初始浓度比较,得出该试样在不同时刻对污水的净化效果;另外,试样每一次测完透水系数后,有3瓶不同浓度的污水,经数据处理,得到该次平均污水浓度,统计每一次的数据,得到在不同时刻下透水系数与污水浓度之间的关系;
(3)模拟试样长期过滤污水的环境:
首先关紧工作水桶可控制放水阀,将a份质量杂质和b份质量清水投入到工作水桶内,接通电源,打开电源开关,调整螺旋桨电控,使螺旋桨转动,充分混合工作水桶内的污水,此时,桶内污水的浓度保持为不变;
关紧溢流水槽可控制放水阀、第三排水控制阀和第四排水控制阀,打开第一排水控制阀和第二排水控制阀,装置A中水圆筒上的溢流口和溢流水槽上的溢流口排出的水流向工作水桶;装置A和工作水桶在水泵和导管的协同工作下,实现水循环;
每10分钟从试样取样管的上端口吸出25-35ml的污水,分别装入容量瓶并标记;
每次污水分时取样的前3min内完成透水系数的测试;
同一个试样测60min,得到6组透水系数的数据和6组不同浓度污水的数据;将分时污水浓度和初始浓度比较,得出试样在长时间过滤污水的环境下,不同时刻对污水的净化效果;在不同时刻,6组对应的透水系数数据与污水浓度数据之间建立相应的关系图。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明考虑到现实环境中的透水路面存在污水渗透的现象,就此我们在原有透水系数仪器的基础上进行了改进,并加装了另外一套设备,形成了一种集污水分时取样与透水系数测试为一体的多功能联动装置。实时监测温度,反应灵敏,读数方便;
(2)通过水泵供水,水压稳定,大小可调节;
(3)刻度尺读数准确,水位变化易察觉;
(4)试样支架坚固稳定,不阻碍水流在试样下表面的渗透,给试样取样管提供一个支撑点;
(5)高精度流量计具备数显功能,且量测准确,省时省力;
(6)试样取样管配套洗耳球,很容易将不同浓度污水在某个时刻一次性吸出,且不影响水位差的变化;
(7)水泵实现了将工作桶中的水源向装置A供水的可能性,且水压大小可调节,随开随关;
(8)螺旋桨的应用有助于将污水的浓度均匀化,不至于杂质沉淀,提高试验数据的准确性;
(9)设置排水桶以及排水控制阀,作为工作水桶的辅助设施,有助于在不同检测模式下进行切换;
(10)装置A和装置B联动起来,一方面可用清水单测透水系数,另一方面可用污水联测透水系数和污水分时取样,实现了联动装置的多功能化和半自动化等。
附图说明
图1是集污水分时取样与透水系数测试为一体的多功能联动装置示意图;
图中:1-供水通道;2-水圆筒上的溢流口;3-水圆筒;4-溢流水槽;5-溢流水槽上的溢流口;6-试样支架;7-试样;8-流量计;9-水位差;10-电子温度计;11-刻度尺;12-试样取样管;13-溢流水槽可控制放水阀;14-工作台A;15-第一排水控制阀;16-第二排水控制阀;17-第三排水控制阀;18-第四排水控制阀;19-排水桶;20-排水桶可控制放水阀;21-工作水桶;22-螺旋桨;23-工作水桶可控制放水阀;24-水泵;25-水泵电控;26-螺旋桨电控;27-电源开关;28-给水导管;29-第一排水导管;30-第二排水导管;31-工作台B;32-导杆旋转驱动器。
图2是试样支架俯视图;
图中:33-外边缘圈;34-上承台面。
图3是试样支架侧视图;
图中:33-外边缘圈;34-上承台面;35-半圆形洞口;36-试样取样管洞口。
具体实施方式
实施例1
如图1、2、3所示,一种集污水分时取样与透水系数测试为一体的多功能联动装置,主要部件由供水通道1;水圆筒上的溢流口2;水圆筒3;溢流水槽4;溢流水槽上的溢流口5;试样支架6;试样7;流量计8;水位差9;电子温度计10;刻度尺11;试样取样管12;溢流水槽可控制放水阀13;工作台A14;第一排水控制阀15;第二排水控制阀16;第三排水控制阀17;第四排水控制阀18;排水桶19;排水桶可控制放水阀20;工作水桶21;螺旋桨22;工作水桶可控制放水阀23;水泵24;水泵电控25;螺旋桨电控26;电源开关27;给水导管28;第一排水导管29;第二排水导管30;工作台B31;导杆旋转驱动器32等组成。这些部件分属两个部分,分别命名为装置A和装置B。
装置A各个部分的形状以及连接方式如下:溢流水槽4是由PMMA优质有机玻璃浇筑管以及PMMA优质有机玻璃圆形底板胶结而成,透明可视,胶结处不漏水,圆形底板的半径250mm左右,浇筑管的高度380mm左右。试样支架6由PMMA优质有机玻璃经特殊模具加工而成,支架周边具有半圆形洞口35,上承台面34中间处镂空,并设有试样取样管12洞口36,上承台面34的宽度10mm左右,正好可供试样7和水圆筒3搁置,支架的设计以不影响试样透水为标准。水圆筒3由PMMA优质有机玻璃浇筑管加工而成,圆筒的半径以内径为准,控制在50mm-55mm之间,防止试样7在制作的时候出现尺寸偏差,以及考虑试样7四周需要涂抹防水材料。在试样支架6的侧壁上钻一个半径5mm左右的圆孔,将一根同规格的软管一端穿过圆孔到达试样7的下方,另一端露出溢流水槽4的上边缘,并固定住,这根细软管就是试样取样管12。水圆筒上贴上刻度尺11,保证0刻度线在水圆筒上的溢流口2下边缘水平线的上方,刻度线的下端低于溢流水槽上的溢流口5下边缘水平线,刻度线应清楚易读。溢流水槽4的上边缘内侧壁固定一个电子温度计10,温度计的温控针头应能够置于水中,即低于溢流水槽上的溢流口5下边缘水平线,温度计的数显屏幕高于溢流水槽4的上方,精度为0.5℃,且便于读取。在溢流水槽上的溢流口5处加装一个高精度流量计8,两者之间通过弯把铜阀连接。在溢流水槽4靠近底板的侧壁安装溢流水槽可控制放水阀13,方便仪器搬动之前将水放出,减少对仪器的损耗。以上所述的各溢流口以及取样口的方向,应能保证与装置B顺利连接,并预留实验人员操作的空间和平台。
装置B中凡涉及到电路、开关和机器的,一律置于装置B工作台31之上,工作台应架空,防水防潮,电线从工作台底板上穿过,具备相应保护措施。装置B准备两个桶,一个是排水桶19,另一个是工作水桶21。排水桶19位于装置A工作台14和装置B工作台31之间,水桶下端设置一个排水桶可控制放水阀20。工作水桶21置于装置B工作台31上,远离排水桶19的一端。螺旋桨22通过导杆固定在工作水桶内侧中心下方,其导杆旋转驱动器以及连接电线应与水桶上方排水隔离,保证其正常工作。工作水桶21远离排水桶19的一端,侧壁靠近底板处设置工作水桶可控制放水阀23,需要放水时,可连接软管将水排走。工作水桶21靠近排水桶19的一端,连接一根导管,接口处做好防水密封处理,该导管穿过水泵24后与上方装置A中供水系统相连,将其命名为给水导管28。螺旋桨22和水泵24的连接导线穿过底板,最终汇集于装置B工作台侧壁上,水泵电控25和螺旋桨电控26接好线后布置在电源开关27中,只要接通电源,打开开关,调节相应的电控旋钮,这两台机器就能正常工作。
装置A和装置B通过导管连接,从水圆筒上的溢流口2出发,形成第二排水导管30,分别在排水桶19和工作水桶21的上方设置支管,其中在排水桶19的支管上安装第三排水控制阀17,在过了第三排水控制阀17后不远处,第二排水导管30上安装第一排水控制阀15。从溢流水槽上的溢流口5出发,形成第一排水导管29,分别在排水桶19和工作水桶21的上方设置支管,其中在排水桶19的支管上安装第四排水控制阀18,在过了第四排水控制阀18后不远处,第一排水导管29上安装第二排水控制阀16。并且注意,给水导管28、第一排水导管29和第二排水导管30应能与溢流口有效连接,连接处装有螺纹套管,方便拆装,更换试样,且能在空中通过一定辅助设施架立起来。
实施例2
污水分时取样与透水系数测试同时进行,模拟试样7长期过滤污水的环境。首先关紧工作水桶可控制放水阀23,按一定比例,将10份质量杂质和90份质量清水投入到工作水桶内,接通电源,打开电源开关27,调整螺旋桨电控26,使螺旋桨22以一定的速率转动,充分混合工作水桶21内的污水,此时,桶内污水的浓度保持为10%不变。关紧溢流水槽可控制放水阀13、第三排水控制阀17和第四排水控制阀18。打开第一排水控制阀15和第二排水控制阀16,装置A中水圆筒上的溢流口2和溢流水槽上的溢流口5排出的水流向工作水桶21。和清水测试一样,装置A和工作水桶21在水泵24和导管的协同工作下,实现水循环。准备一个30ml左右的洗耳球,对准试样取样管12的上口,每10分钟捏1次洗耳球,吸出30ml左右的污水,分别装入容量瓶,并贴上标签,加以区别。污水分时取样的前3min内完成透水系数的测试。同一个试样测60min,那么,我们得到6组透水系数的数据和6组不同浓度污水的数据。将分时污水浓度和初始浓度10%比较,可以得出,该试样在长时间过滤污水的环境下,不同时刻对污水的净化效果。
其中,单个试样测试一次透水系数的测试过程按照以下步骤进行:
A、工作水桶21中装入大半桶水,温度控制在20±3℃,关紧工作水桶可控制放水阀23。准备一个精度为1s的秒表。准备一个分度值为1mm的游标卡尺,其量程大于100mm。准备3个直径D为100mm,厚度L为50mm的圆柱体作为试样,并做好标记。
B、用游标卡尺测量圆柱体试样的直径D和厚度L,分别测3次,取平均值,结果精确至1mm,计算试样的上表面积A。将试样的四周用水泥砂浆密封好,使其侧面不透水,水仅从试样的上下表面进行渗透。涂抹的时候注意不要堵塞试样上下表面的边缘,以免影响表面实际透水面积。
C、等到试样四周水泥砂浆凝结硬化以后,将试样放入抽真空装置,抽真空至90kPa左右,保持30min,同时加入足够的水将试样覆盖,并使水位高出试样100mm,此时停止抽真空,浸泡20min,将其取出。该过程属于试样的准备步骤,为了节省时间,可将所有待测试样同时进行。
D、试样7搁置在试样支架6上,将水圆筒3的下端从试样7的上表面套入,并和试样支架6上边缘卡住,使其处于稳定状态。用手将油灰搓成细条状,并塞入试样7上表面外边缘与水圆筒3内壁之间的空隙,密封好,使水不能从边缘空隙中漏下去。
E、双手托住试样支架6,放入溢流水槽4的中心,调整水圆筒上的溢流口2和溢流水槽上的溢流口5的方向。关紧溢流水槽可控制放水阀13、第三排水控制阀17和第四排水控制阀18。打开第一排水控制阀15和第二排水控制阀16。接通装置B电源,打开电源开关27,调整水泵电控25,利用水泵24将工作水桶21中原先注入的水以一定的速率抽出,抽出的水通过给水导管28注入水圆筒3。
F、等溢流水槽上的溢流口5和水圆筒上的溢流口2有水流出时,调整水泵电控25,观察水位差9和高精度流量计8,如果水位差9保持一定水位,高精度流量计8工作正常,此时,按下秒表的同时,记录高精度流量计初始读数Q1。记录刻度尺11上看到的水位差9,即水圆筒水位和溢流水槽水位之差H,精确至1mm。记录电子温度计10的数显读数T,精确至0.5℃。等到秒表显示靠近300s的时候,注意观察高精度流量计8,一到300s,记录高精度流量计最终读数Q2,那么,该试样在5min内流出的水量为(Q2-Q1)。
G、整个测试的过程,由于水泵24的运转,水一直是处于循环流动状态,装置B将水送入装置A,装置A又将水流回装置B,基本实现测试的半自动化。
H、透水系数按照以下公式来计算,计算精确至1.0×10-2mm/s。
式中:kT--水温为T℃时试样的透水系数(mm/s);
Q2-Q1--时间t秒内渗透的水量(mm3),其中Q1指高精度流量计初始读数,Q2指高精度流量计最终读数;
L--试样的厚度(mm);
A--试样的上表面积(mm2);
H--水位差(mm);
t--时间(s),取300s;
注意:试样以15℃水温为标准温度,标准温度下的透水系数按照以下公式进行换算。
式中:k15--标准温度时试样的透水系数(mm/s);
ηT--T℃时水的动力黏滞系数(kPa·s);
η15--15℃时水的动力黏滞系数(kPa·s);
--水的动力黏滞系数比。
实施例2中试验参数如下表所示:
实施例3
一种集污水分时取样与透水系数测试为一体的多功能联动装置的使用方法:
(1)单测透水系数。试验水质为清水,使用到的仪器有装置A、水泵24和工作水桶21,其具体操作步骤如下:
A、工作水桶21中装入大半桶水,温度控制在20±3℃,关紧工作水桶可控制放水阀23。准备一个精度为1s的秒表。准备一个分度值为1mm的游标卡尺,其量程大于100mm。准备3个直径D为100mm,厚度L为50mm的圆柱体作为试样,并做好标记。
B、用游标卡尺测量圆柱体试样的直径D和厚度L,分别测3次,取平均值,结果精确至1mm,计算试样的上表面积A。将试样的四周用水泥砂浆密封好,使其侧面不透水,水仅从试样的上下表面进行渗透。涂抹的时候注意不要堵塞试样上下表面的边缘,以免影响表面实际透水面积。
C、等到试样四周水泥砂浆凝结硬化以后,将试样放入抽真空装置,抽真空至90kPa左右,保持30min,同时加入足够的水将试样覆盖,并使水位高出试样100mm,此时停止抽真空,浸泡20min,将其取出。该过程属于试样的准备步骤,为了节省时间,可将所有待测试样同时进行。
D、试样7搁置在试样支架6上,将水圆筒3的下端从试样7的上表面套入,并和试样支架6上边缘卡住,使两者皆处于稳定状态。用手将油灰搓成细条状,并塞入试样7上表面外边缘与水圆筒3内壁之间的空隙,密封好,使水不能从边缘空隙中漏下去。
E、双手托住试样支架6,放入溢流水槽4的中心,调整水圆筒上的溢流口2和溢流水槽上的溢流口5的方向。关紧溢流水槽可控制放水阀13、第三排水控制阀17和第四排水控制阀18。打开第一排水控制阀15和第二排水控制阀16。接通装置B电源,打开电源开关27,调整水泵电控25,利用水泵24将工作水桶21中原先注入的水以一定的速率抽出,抽出的水通过给水导管28注入水圆筒3。
F、等溢流水槽上的溢流口5和水圆筒上的溢流口2有水流出时,调整水泵电控25,观察水位差9和高精度流量计8,如果水位差9保持一定水位,高精度流量计8工作正常,此时,按下秒表的同时,记录高精度流量计初始读数Q1。记录刻度尺11上看到的水位差9,即水圆筒水位和溢流水槽水位之差H,精确至1mm。记录电子温度计10的数显读数T,精确至0.5℃。等到秒表显示靠近300s的时候,注意观察高精度流量计8,一到300s,记录高精度流量计最终读数Q2,那么,该试样在5min内流出的水量为(Q2-Q1)。
G、整个测试的过程,由于水泵24的运转,水一直是处于循环流动状态,装置B将水送入装置A,装置A又将水流回装置B,基本实现测试的半自动化。每个试样测试3次,取平均值作为该试样的测试值。
H、透水系数按照以下公式来计算,每一种试样的测试结果以3块试样的平均值表示,计算精确至1.0×10-2mm/s。
式中:kT--水温为T℃时试样的透水系数(mm/s);
Q2-Q1--时间t秒内渗透的水量(mm3),其中Q1指高精度流量计初始读数,Q2指高精度流量计最终读数;
L--试样的厚度(mm);
A--试样的上表面积(mm2);
H--水位差(mm);
t--时间(s),取300s;
注意:试样以15℃水温为标准温度,标准温度下的透水系数按照以下公式进行换算。
式中:k15--标准温度时试样的透水系数(mm/s);
ηT--T℃时水的动力黏滞系数(kPa·s);
η15--15℃时水的动力黏滞系数(kPa·s);
--水的动力黏滞系数比。
(2)污水分时取样与透水系数测试同时进行。试验水质为污水,使用到的仪器有装置A和装置B,关于透水系数测试的操作流程可参照(1),这里就不在赘述。具体说明在测试透水系数的同时,如何实现污水分时取样。
1)模拟持续高浓度污水透过试样7的环境。首先关紧工作水桶可控制放水阀23,按一定比例,将a份质量杂质和b份质量清水投入到工作水桶内,接通电源,打开电源开关27,调整螺旋桨电控26,使螺旋桨22以一定的速率转动,充分混合工作水桶21内的污水,此时,桶内污水的浓度保持为不变。关紧溢流水槽可控制放水阀13、第一排水控制阀15和第二排水控制阀16,做到工作水桶21内的污水只出不进。打开第三排水控制阀17和第四排水控制阀18,装置A中水圆筒上的溢流口2和溢流水槽上的溢流口5排出的水流向排水桶19。准备一个30ml左右的洗耳球,对准试样取样管12的上口,每分钟捏1次洗耳球,吸出30ml左右的污水,分别装入容量瓶,并贴上标签,加以区别。注意,在换取试样的过程中,关闭水泵电控25,使污水停留在工作水桶21内,关闭第四排水控制阀18,使溢流水槽上的溢流口5中的水不排入排水桶19。重新装入试样后,反复进行前面的步骤,3块试样,每块测3次,每次3分钟,也就是说,至少可以分时取出3大组污水样品,共计27瓶。每大组的9瓶试样按照浓度的检测方法,分别测出每一瓶试样的浓度。那么,我们可以将分时污水浓度和初始浓度比较,可以得出,该试样在不同时刻对污水的净化效果。另外,试样每一次测完透水系数后,有3瓶不同浓度的污水,经数据处理,得到该次平均污水浓度,统计每一次的数据,那么,我们可以归纳出在不同时刻下,透水系数与污水浓度之间的关系。值得注意的是,由于30ml污水对于装置A中的污水而言,基本不会影响水位差9的改变,因此可以忽略不计,不必考虑分时取样对透水系数的影响。
2)模拟试样7长期过滤污水的环境。首先关紧工作水桶可控制放水阀23,按一定比例,将a份质量杂质和b份质量清水投入到工作水桶内,接通电源,打开电源开关27,调整螺旋桨电控26,使螺旋桨22以一定的速率转动,充分混合工作水桶21内的污水,此时,桶内污水的浓度保持为不变。关紧溢流水槽可控制放水阀13、第三排水控制阀17和第四排水控制阀18。打开第一排水控制阀15和第二排水控制阀16,装置A中水圆筒上的溢流口2和溢流水槽上的溢流口5排出的水流向工作水桶21。和1中清水测试一样,装置A和工作水桶21在水泵24和导管的协同工作下,实现水循环。准备一个30ml左右的洗耳球,对准试样取样管12的上口,每10分钟捏1次洗耳球,吸出30ml左右的污水,分别装入容量瓶,并贴上标签,加以区别。污水分时取样的前3min内完成透水系数的测试。同一个试样测60min,那么,我们得到6组透水系数的数据和6组不同浓度污水的数据。将分时污水浓度和初始浓度比较,可以得出,该试样在长时间过滤污水的环境下,不同时刻对污水的净化效果。另外,在不同时刻,6组对应的透水系数数据与污水浓度数据之间可以建立相应的关系,从而为试样在长期污水作用下,改善孔隙结构,以达到更好的透水性能和更优的去污效果,提供数据支持。值得注意的是,只要电力供应正常,不必担心水资源的浪费,整个过程水都是自动循环,因此,只要试验设计合理,我们甚至可以对试样进行更长期的观察。
Claims (10)
1.一种集污水分时取样与透水系数测试为一体的多功能联动装置,其特征是,设有工作台A(14)、工作台B(31)、工作水桶(21)、排水桶(19)、水泵(24)、溢流水槽(4)、水圆筒(3)、试样取样管(12)、电源开关(27);
所述工作台A(14)上设置溢流水槽(4),工作台B(31)上设置所述工作水桶(21),工作台A、B之间设置所述排水桶(19);溢流水槽(4)、排水桶(19)、工作水桶(21)底部分别设有可控制放水阀(13、20、23);所述工作台A(14)的高度高于所述排水桶(19)、工作水桶(21)的高度;
所述溢流水槽(4)上部设有溢流口(5),溢流口(5)通过第一排水导管(29)分别连接所述工作水桶(21)、排水桶(19),所述第一排水导管(29)与所述溢流水槽(4)溢流口(5)之间设有流量计(8),工作水桶(21)与所述排水桶(19)之间的第一排水导管(29)上设有第二排水控制阀(16),在第一排水导管(29)引入排水桶(19)的支管上设有第四排水控制阀(18);溢流水槽(4)内设有电子温度计(10);所述溢流水槽(4)底板上设有试样支架(6),试样支架(6)的高度低于所述溢流水槽(4)溢流口(5)下边缘高度;
所述水圆筒(3)设置在所述试样支架(6)上,水圆筒(3)内的试样支架(6)上设有试样(7),水圆筒(3)下端低于所述溢流水槽(4)溢流口(5),水圆筒上端伸出所述溢流水槽(4)外;水圆筒(3)上部设有溢流口(2),水圆筒(3)上的溢流口(2)通过第二排水导管(30)分别连接所述工作水桶(21)、排水桶(19),工作水桶(21)与所述排水桶(19)之间的第二排水导管(30)上设置第一排水控制阀(15),在第二排水导管(30)引入排水桶(19)的支管上设有第三排水控制阀(17);所述水圆筒(3)侧壁上设有垂直设置的刻度尺(11);
所述试样取样管(12)设置在所述溢流水槽(4)内,试样取样管(12)下端伸入试样支架内并位于试样下方,试样取样管(12)上端伸出所述溢流水槽(4)外;
所述工作水桶(21)内设有螺旋桨(22),螺旋桨(22)通过导杆固定在工作水桶(21)底部中心,导杆由导杆旋转驱动器(32)驱动,导杆旋转驱动器(32)位于工作水桶(21)上方;所述工作水桶(21)经由给水导管(28)连接所述水泵(24),水泵(24)经由给水导管(28)、供水通道(1)连接所述水圆筒(3);
所述电源开关(27)上设有水泵电控(25)和螺旋桨电控(26),水泵电控通过导线连接所述水泵(24),螺旋桨电控(26)通过导线连接所述导杆旋转驱动器(32);
所述供水通道(1)、水圆筒上的溢流口(2)、水圆筒(3)、溢流水槽(4)、溢流水槽上的溢流口(5)、试样支架(6)、试样(7)、刻度尺(11)、试样取样管(12)、流量 计(8)、电子温度计(10)和工作台A(14)构成装置A;
所述工作水桶(21)、排水桶(19)、螺旋桨(22)、水泵(24)、电源开关(27)、水泵电控(25)、螺旋桨电控(26)、导杆旋转驱动器(32)和工作台B(31)构成装置B。
2.根据权利要求1所述的集污水分时取样与透水系数测试为一体的多功能联动装置,其特征是,所述试样支架(6)为管状,试样支架(6)下部管壁上均匀分布有半圆形洞口(35),试样支架(6)下部管壁上设有污水取样管洞口(36),试样支架(6)上部内管壁上形成圆环状的上承台面(34),上承台面(34)上方的试样支架(6)内径大于上承台面(34)下方试样支架(6)内径,上承台面(34)上方试样支架(6)内径稍大于所述水圆筒(3)外径,上承台面(34)上方试样支架(6)形成外边缘圈(33);试样(7)搁置在上承台面(34)上,水圆筒(3)下端从试样(7)的上表面套入,并和试样支架(6)外边缘圈(33)卡紧。
3.根据权利要求1所述的集污水分时取样与透水系数测试为一体的多功能联动装置,其特征是,所述溢流水槽(4)是由聚甲基丙烯酸甲酯PMMA有机玻璃浇筑管以及聚甲基丙烯酸甲酯PMMA有机玻璃圆形底板胶结而成,溢流水槽(4)透明可视,胶结处不漏水,所述圆形底板的半径为240-260mm,所述浇筑管的高度为370-390mm。
4.根据权利要求1所述的集污水分时取样与透水系数测试为一体的多功能联动装置,其特征是,所述水圆筒(3)为聚甲基丙烯酸甲酯PMMA优质有机玻璃浇筑管,水圆筒内径控制在50mm-55mm之间。
5.根据权利要求1所述的集污水分时取样与透水系数测试为一体的多功能联动装置,其特征是,所述溢流水槽(4)溢流口(5)与第一排水导管(29)连接处设有螺纹套管;所述水圆筒(3)溢流口(2)与第二排水导管(30)连接处装有螺纹套管。
6.根据权利要求1所述的集污水分时取样与透水系数测试为一体的多功能联动装置,其特征是,所述刻度尺(11)0刻度线在水圆筒上的溢流口(2)下边缘水平线的上方,刻度尺刻度线的下端低于溢流水槽(4)溢流口(5)下边缘水平线。
7.根据权利要求1所述的集污水分时取样与透水系数测试为一体的多功能联动装置,其特征是,所述电子温度计(10)底部低于溢流水槽(4)溢流口(5)下边缘水平线,电子温度计的数显屏幕高于溢流水槽(4)的上方,电子温度计(10)精度为0.5℃。
8.根据权利要求1所述的集污水分时取样与透水系数测试为一体的多功能联动装置,其特征是,所述流量计(8)与溢流水槽(4)上的溢流口(5)之间通过弯把铜阀连接,流量计(8)的精度至少能测出透水系数为0.1mm/s时水的流量。
9.利用权利要求1所述的一种集污水分时取样与透水系数测试为一体的多功能联动装置 的测试透水系数的方法,其特征在于,包括以下步骤:
A、所述工作水桶(21)中装入大半桶无气水,温度控制在17-23℃,关紧工作水桶(21)可控制放水阀(23);准备3个直径D为100mm,厚度L为50mm的圆柱体作为试样,并做好标记;
B、测量圆柱体试样的直径D和厚度L,分别测3次,取平均值,结果精确至1mm,计算试样的上表面积A,将试样的四周用水泥砂浆密封好,使其侧面不透水,水仅从试样的上下表面进行渗透;涂抹的时候不要堵塞试样上下表面的边缘,以免影响表面实际透水面积;
C、等到试样四周水泥砂浆凝结硬化以后,将试样放入抽真空装置,抽真空至85-95kPa,保持30min,同时加入足够的水将试样覆盖,并使水位高出试样100mm,此时停止抽真空,浸泡20min,将试样取出;
D、试样(7)搁置在试样支架(6)上,将水圆筒(3)的下端从试样(7)的上表面套入,并和试样支架(6)上边缘卡住,使水圆筒、试样支架、试样皆处于稳定状态;试样(7)上表面外边缘与水圆筒(3)内壁之间的空隙用油灰密封,使水不能从边缘空隙中漏下去;
E、将试样支架(6)放入溢流水槽(4)的中心,调整水圆筒上的溢流口(2)和溢流水槽上的溢流口(5)的方向;关紧溢流水槽可控制放水阀(13)、第三排水控制阀(17)和第四排水控制阀(18);打开第一排水控制阀(15)和第二排水控制阀(16);接通装置B电源,打开电源开关(27),调整水泵电控(25),利用水泵(24)将工作水桶(21)中水抽出,通过给水导管(28)注入水圆筒(3);
F、等溢流水槽上的溢流口(5)和水圆筒上的溢流口(2)有水流出时,调整水泵电控(25),观察水位差(9)和流量计(8),如果水位差(9)波动在3mm之内,流量计(8)数显跳动,记录流量计的初始读数Q1,记录刻度尺(11)上的水位差(9),即水圆筒水位和溢流水槽水位之差H,精确至1mm,记录电子温度计(10)的数显读数T,精确至0.5℃;记录300s时流量计最终读数Q2,试样在5min内流出的水量为(Q2-Q1);
G、整个测试的过程,由于水泵(24)的运转,水一直是处于循环流动状态,装置B将水送入装置A,装置A又将水流回装置B,基本实现测试的半自动化;每个试样测试3次,取平均值作为该试样的测试值;
H、透水系数按照以下公式来计算,每一种试样的测试结果以3块试样的平均值表示,计算精确至1.0×10-2mm/s,
式中:kT--水温为T℃时试样的透水系数,mm/s;
Q2-Q1--时间t秒内渗透的水量,mm3,其中Q1指流量计初始读数,Q2指流量计最终读数;
L--试样的厚度,mm;
A--试样的上表面积,mm2;
H--水位差,mm;
t--时间,s,取300s;
试样以15℃水温为标准温度,标准温度下的透水系数按照以下公式进行换算:
式中:k15--标准温度时试样的透水系数,mm/s;
ηT--T℃时水的动力黏滞系数,kPa·s;
η15--15℃时水的动力黏滞系数,kPa·s;
--水的动力黏滞系数比。
10.利用权利要求1所述多功能联动装置同时进行污水分时取样与透水系数测试的方法,其特征是:
试验水质为污水,使用到的仪器有装置A和装置B;
(1)透水系数测试:
A、所述工作水桶(21)中装入大半桶水,温度控制在17-23℃,关紧工作水桶(21)可控制放水阀(23);准备3个直径D为100mm,厚度L为50mm的圆柱体作为试样并标记;
B、测量圆柱体试样的直径D和厚度L,分别测3次,取平均值,结果精确至1mm,计算试样的计算试样的上表面积A,将试样的四周用水泥砂浆密封好,使其侧面不透 水,水仅从试样的上下表面进行渗透;涂抹的时候不要堵塞试样上下表面的边缘,以免影响表面实际透水面积;
C、等到试样四周水泥砂浆凝结硬化以后,将试样放入抽真空装置,抽真空至85-95kPa,保持30min,同时加入足够的水将试样覆盖,并使水位高出试样100mm,此时停止抽真空,浸泡20min,将试样取出;
D、试样(7)搁置在试样支架(6)上,将水圆筒(3)的下端从试样(7)的上表面套入,并和试样支架(6)上边缘卡住,使水圆筒(3)、试样支架(6)、试样(7)皆处于稳定状态;试样(7)上表面外边缘与水圆筒(3)内壁之间的空隙用油灰密封,使水不能从边缘空隙中漏下去;
E、将试样支架(6)放入溢流水槽(4)的中心,调整水圆筒上的溢流口(2)和溢流水槽上的溢流口(5)的方向;关紧溢流水槽可控制放水阀(13)、第三排水控制阀(17)和第四排水控制阀(18);打开第一排水控制阀(15)和第二排水控制阀(16);接通装置B电源,打开电源开关(27),调整水泵电控(25),利用水泵(24)将工作水桶(21)中的水抽出通过给水导管(28)注入水圆筒(3);
F、等溢流水槽上的溢流口(5)和水圆筒上的溢流口(2)有水流出时,调整水泵电控(25),观察水位差(9)和流量计(8),如果水位差(9)波动在3mm之内,流量计(8)数显跳动,记录流量计初始读数Q1;记录刻度尺(11)上看到的水位差(9),即水圆筒水位和溢流水槽水位之差H,精确至1mm;记录电子温度计(10)的数显读数T,精确至0.5℃;记录300s时流量计最终读数Q2,那么,该试样在5min内流出的水量为(Q2-Q1);
G、整个测试的过程,由于水泵(24)的运转,水一直是处于循环流动状态,装置B将水送入装置A,装置A又将水流回装置B,基本实现测试的半自动化;每个试样测试3次,取平均值作为该试样的测试值;
H、透水系数按照以下公式来计算,每一种试样的测试结果以3块试样的平均值表示,计算精确至1.0×10-2mm/s,
式中:kT--水温为T℃时试样的透水系数,mm/s;
Q2-Q1--时间t秒内渗透的水量,mm3,其中Q1指流量计初始读数,Q2指流量计最终读数;
L--试样的厚度,mm;
A--试样的上表面积,mm2;
H--水位差,mm;
t--时间,s,取300s;
试样以15℃水温为标准温度,标准温度下的透水系数按照以下公式进行换算:
式中:k15--标准温度时试样的透水系数,mm/s;
ηT--T℃时水的动力黏滞系数,kPa·s;
η15--15℃时水的动力黏滞系数,kPa·s;
--水的动力黏滞系数比;
(2)模拟持续高浓度污水透过试样(7)的环境:
首先关紧工作水桶可控制放水阀(23),将a份质量杂质和b份质量清水投入到工作水桶内,接通电源,打开电源开关(27),调整螺旋桨电控(26),使螺旋桨(22)转动,充分混合工作水桶(21)内的污水,此时,桶内污水的浓度保持为不变;
关紧溢流水槽可控制放水阀(13)、第一排水控制阀(15)和第二排水控制阀(16),做到工作水桶(21)内的污水只出不进,打开第三排水控制阀(17)和第四排水控制阀(18),装置A中水圆筒上的溢流口(2)和溢流水槽上的溢流口(5)排出的水流向排水桶(19);
每分钟从试样取样管(12)吸出25-35ml的污水,分别装入容量瓶,并贴上标签,加以区别;
在换取试样的过程中,关闭水泵电控(25),使污水停留在工作水桶(21)内,关闭第四排水控制阀(18),使溢流水槽上的溢流口(5)中的水不排入排水桶(19);
重新装入试样后,反复进行前面的步骤,3块试样,每块测3次,每次3分钟,分时取出3大组污水样品,共计27瓶;每大组的9瓶试样按照浓度的检测方法,分别测出每一瓶试样的浓度;将分时污水浓度和初始浓度比较,得出该试样在不同时刻对污水的净化效果;另外,试样每一次测完透水系数后,有3瓶不同浓度的污水,经数据处理,得到该次平均污水浓度,统计每一次的数据,得到在不同时刻下透水系数与污水浓度之间的关系;
(3)模拟试样(7)长期过滤污水的环境:
首先关紧工作水桶可控制放水阀(23),将a份质量杂质和b份质量清水投入到工作水桶内,接通电源,打开电源开关(27),调整螺旋桨电控(26),使螺旋桨(22)转动,充分混合工作水桶(21)内的污水,此时,桶内污水的浓度保持为不变;
关紧溢流水槽可控制放水阀(13)、第三排水控制阀(17)和第四排水控制阀(18),打开第一排水控制阀(15)和第二排水控制阀(16),装置A中水圆筒上的溢流口(2)和溢流水槽上的溢流口(5)排出的水流向工作水桶(21);装置A和工作水桶(21)在水泵(24)和导管的协同工作下,实现水循环;
每10分钟从试样取样管(12)的上端口吸出25-35ml的污水,分别装入容量瓶并标记;
每次污水分时取样的前3min内完成透水系数的测试;
同一个试样测60min,得到6组透水系数的数据和6组不同浓度污水的数据;将分时污水浓度和初始浓度比较,得出试样在长时间过滤污水的环境下,不同时刻对污水的净化效果;在不同时刻,6组对应的透水系数数据与污水浓度数据之间建立相应的关系图。
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2015
- 2015-03-05 CN CN201510098903.2A patent/CN104677802B/zh active Active
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