CN104990845B - 一种悬浮颗粒沉速分级装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种悬浮颗粒沉速分级装置，包括沉降筒，还包括与沉降筒侧壁连接的分级收集单元，所述分级收集单元包括：密封容纳腔，设有与沉降筒侧壁连通的进出口；多个沉泥盒，安装在容纳等待腔内用于收集悬浮颗粒，各沉泥盒沿垂直方向分布且可沿水平方向通过进出口在密封容纳腔和沉降筒之间移动；驱动机构，用于驱动所述沉泥盒移动；本发明还公开了一种悬浮颗粒沉速分级方法；本发明装置的结构简单，制造成本较低，可以收集到不同沉速区间的悬浮颗粒；使用本发明装置的沉速分级方法可将悬浮颗粒任意分为多个连续的沉速区间，回收率较高且稳定。

Description

一种悬浮颗粒沉速分级装置和方法

技术领域

本发明涉及悬浮颗粒沉淀特性研究领域，特别涉及一种悬浮颗粒沉速分级装置和方法。

背景技术

城市地表沉积物、排水系统内的沉积物等在雨水径流的冲刷下排入受纳水体，是城市水环境污染的一个不可忽视的来源。这些颗粒以及附着其上的其他污染物(如N、P、油脂类物质、带有毒性的油烃(PHC)和多环芳烃(PAHS)、重金属等)一旦进入水体，一是本身会增加水体浊度，二是附着的有毒有害污染物质恶化水质，三是沉积为江河湖海的底泥，影响底部断面，破坏底层生物的栖息地。

沉速是指单个泥沙颗粒在无边界影响的静止清水中均匀沉降的速度，它的大小反映了颗粒的粗细程度，因此也称水力粗度，泥沙颗粒的沉降速度，是泥沙的重要水力特性，在水库、河道的冲淤计算，沉沙池及引洪淤灌工程的设计等实际问题中都具有重要的意义。

沉速同时也是颗粒物随雨水径流输运的影响因素，是颗粒特性的重要指标之一，也是径流中悬浮颗粒截留设施(沉淀池等)的设计参数。因此，对这些作为城市面源主要污染物之一的颗粒进行沉淀特性研究，测定其沉速，以及不同沉速的颗粒的污染特性很有必要。

目前，对这些沉积物、以及江河湖海底泥的研究主要基于分粒级研究，或是对其沉速分布情况。例如公开号为CN103529237A的专利文献公开了一种泥沙群体沉速测量方法采用的测量装置，该装置包括沉降筒、多个测压设备和计算机三部分；沉降筒为垂直放置的任意截面形状的柱状容器，边壁沿垂向均匀布置多个测压孔，测压孔的个数不少于3个；测压设备垂直安装在测压孔中，并与边壁密封，测压设备的感压元件的中心与测压孔中心齐平；各测压设备与计算机相连，在计算机的控制下同步测量压强，并将测量结果实时传回计算机进行分析和存储。上述装置通过测量压强的变化过程计算出泥沙浓度的变化过程，进而计算出泥沙的群体沉降速，实现自动、无干扰、准确地测量含沙水体中泥沙群体沉降速度。

但是上述装置和方法仅仅对悬浮液中的颗粒沉速进行测量，无法对沉速分级的悬浮颗粒进行收集，也就无法对悬浮颗粒的污染特性进行研究到，现有技术中缺少将沉积物按沉速进行分级的装置和方法。

发明内容

本发明提供了一种悬浮颗粒沉速分级装置，可将悬浮颗粒任意分为多个沉速区间，可以同时收集不同沉速的悬浮颗粒，经过试验研究证实，本装置的悬浮颗粒回收率较高且较稳定。

一种悬浮颗粒沉速分级装置，包括沉降筒，还包括与沉降筒侧壁连接的分级收集单元，所述分级收集单元包括：

密封容纳腔，设有与沉降筒侧壁连通的进出口；

多个沉泥盒，安装在密封容纳腔内用于收集悬浮颗粒，各沉泥盒沿垂直方向分布且可沿水平方向通过进出口在密封容纳腔和沉降筒之间移动；

驱动机构，用于驱动所述沉泥盒移动。

使用本发明装置，通过设置分级收集单元，分时段移动一个沉泥盒进入沉降筒，可以收集到不同沉速区间的悬浮颗粒，沉泥盒的数量可以根据需要设定。

为了可以平稳、缓慢地移动沉泥盒，优选的，所述驱动机构采用丝杆机构。根据需要设计丝杆机构的螺纹，可以达到需要的移动速度，螺纹越密，移动越缓慢和平稳。

需要取出沉泥盒，可以是拆下整个分级收集单元，即将分级收集单元设置成可拆卸，然后再取出沉泥盒，本发明为了便于取出沉泥盒，优选的，所述密封容纳腔设有与所述进出口相对布置的拆卸口，所述分级收集单元还包括密封该拆卸口的抽屉盖，所有沉泥盒安装在抽屉盖上。

为了方便拆卸和安装，同时保证密封效果，优选的，所述抽屉盖与拆卸口通过法兰连接。

为了方便调节丝杆机构，优选的，所述丝杆机构的丝杆与沉泥盒螺纹配合，所述丝杆的驱动端穿过所述抽屉盖伸出密封容纳腔且固定有转动把手。正反向旋转转动把手即可实现沉泥盒的在两个方向上的移动。

为了在完成沉降后，方便快速地排出液体，所述沉降筒在不高于密封容纳腔的侧壁上设有放水阀门。

在排水时，为了降低水流对沉泥盒中悬浮颗粒的影响，优选的，所述沉降筒在与密封容纳腔顶面齐平或者略高于的侧壁上设有初步放水阀门。排水时，先打开初步放水阀门排水，待水位降到密封容纳腔上方后，再打开放水阀门排水，从而避免一开始就打开放水阀门排水时，由于水压高，水流冲力大，对沉泥盒中悬浮颗粒产生冲击，影响悬浮颗粒收集的准确性。

为了保证沉降筒内的水柱的高度远远大于密封容纳腔的高度，优选的，所述沉降筒高于密封容纳腔的高度与密封容纳腔高度的比值大于10。

本发明还提供了一种悬浮颗粒沉速分级方法，使用上述悬浮颗粒沉速分级装置获取沉速不同的悬浮颗粒，回收率较高且较稳定。

一种悬浮颗粒沉速分级方法，使用上述的悬浮颗粒沉速分级装置，包括以下步骤：

(1)向沉降筒注入工作液体，将预处理好的悬浮颗粒均匀撒在液面上；

(2)间隔预定的时间，由下往上依次将沉泥盒自密封容纳腔移动至沉降筒内；

(3)待最后进入沉降筒的沉泥盒收集完悬浮颗粒后，将工作液体排出；

(4)取出沉泥盒，从不同的沉泥盒内得到不同沉速区间的悬浮颗粒。

本发明设置多个垂直方向布置的沉泥盒，分时段收集不同沉速的悬浮颗粒，可以通过一次沉降实验，得到连续的不同沉速区间的悬浮颗粒，将其分别烘干称重，即可分析悬浮颗粒的沉速分布情况和回收率；测定不同沉速颗粒的理化指标，即可分析不同沉速的悬浮颗粒的特性，以及污染负荷随沉速的分布情况。

为了降低排水水流对沉泥盒中沉降的悬浮颗粒的影响，优选的，在将工作液体排出之前，移动所有沉泥盒至密封容纳腔内。

工作液体可以根据需要选用，一般为水。

为了计算方便，减小误差，所述密封容纳腔的高度宜尽量小，优选的，步骤(4)中，步骤(1)中，注入沉降筒的工作液体高于密封容纳腔的高度与密封容纳腔高度的比值大于10。此时，密封容纳腔内各沉泥盒可以认为在同一高度收集不同沉速区间的悬浮颗粒，便于计算，提高计算准确性。

本发明的有益效果：

(1)本发明装置的结构简单，制造成本较低，可以收集到不同沉速区间的悬浮颗粒。

(2)使用本发明装置的沉速分级方法可将悬浮颗粒任意分为多个连续的沉速区间进行收集，回收率较高且稳定。

附图说明

图1为本发明装置的立体结构示意图。

图2为本发明装置的分级收集单元的立体结构示意图。

图3为本发明装置的剖视示意图。

图中，1.沉降筒、2.抽屉式沉泥装置、3.沉泥盒、4.密封容纳腔、5.法兰、6.推杆、7.密封圈、8.放水阀门、9.抽屉盖。

具体实施方式

如图1～3所示，本实施例的悬浮颗粒沉速分级装置包括：矩形的沉降筒1，沉降筒1的一个侧面的底部连接有分级收集单元，本实施例中，分级收集单元采用抽屉式沉泥装置2。

抽屉式沉泥装置2包括：与沉降筒1侧面的进出口连通的密封容纳腔4，与密封容纳腔4的抽屉口通过法兰5连接的抽屉盖9，密封容纳腔4内垂直分布有五层可移动的沉泥盒3，各沉泥盒3用于收集不同沉速区间的悬浮颗粒，沉泥盒3由相应的不锈钢推杆6控制其水平位置，推杆6为丝杆，与对应的沉泥盒4螺纹配合，驱动端穿出抽屉盖9，推杆6穿出抽屉盖9的小孔处设防漏的密封圈7，使沉速分离过程中装置密闭不漏水。

在沉泥盒4的移动方向上，密封容纳腔4的宽度略大于沉降筒的宽度，以便上层沉泥盒位于密封容纳腔时不落入下层沉泥盒沉速的悬浮颗粒，密封容纳腔4的高度宜尽量小，占沉降筒1总高度的10％或是以下。

使用本实施例进行悬浮颗粒沉速分级方法包括以下步骤：

(1)向沉降筒1注入一定高度水柱，将预处理好的悬浮颗粒均匀撒在沉降筒1水面上；

(2)将最底下的沉泥盒移入沉降筒1内，其余沉泥盒置于密封容纳腔4内；

(3)根据水柱高度和所需沉速计算好的各个时间点，通过推杆6将沉泥盒3由下往上依次推入沉降筒1内；

(4)沉速分离完成后，打开放水阀门8放干装置内的水，打开法兰5，拧开螺纹，取出五个沉泥盒3，回收得到连续的、对应不同沉速区间的悬浮颗粒。

将悬浮颗粒分别烘干称重，即可分析悬浮颗粒的沉速分布情况和回收率；测定不同沉速颗粒的理化指标，即可分析不同沉速悬浮颗粒的特性以及污染负荷随沉速的分布情况。

Claims (9)

1.一种悬浮颗粒沉速分级装置，包括沉降筒，其特征在于，还包括与沉降筒侧壁连接的分级收集单元，所述分级收集单元包括：

密封容纳腔，设有与沉降筒侧壁连通的进出口；

多个沉泥盒，安装在密封容纳腔内用于收集悬浮颗粒，各沉泥盒沿垂直方向分布且可沿水平方向通过进出口在密封容纳腔和沉降筒之间移动；

驱动机构，用于驱动所述沉泥盒移动；

所述密封容纳腔设有与所述进出口相对布置的拆卸口，所述分级收集单元还包括密封该拆卸口的抽屉盖，所有沉泥盒安装在抽屉盖上。

2.如权利要求1所述的悬浮颗粒沉速分级装置，其特征在于，所述驱动机构采用丝杆机构。

3.如权利要求2所述的悬浮颗粒沉速分级装置，其特征在于，所述抽屉盖与拆卸口通过法兰连接。

4.如权利要求2或3所述的悬浮颗粒沉速分级装置，其特征在于，所述丝杆机构的丝杆与沉泥盒螺纹配合，所述丝杆的驱动端穿过所述抽屉盖伸出密封容纳腔且固定有转动把手。

5.如权利要求1～3任一权利要求所述的悬浮颗粒沉速分级装置，其特征在于，所述沉降筒在不高于密封容纳腔的侧壁上设有放水阀门。

6.如权利要求1～3任一权利要求所述的悬浮颗粒沉速分级装置，所述沉降筒高于密封容纳腔的高度与密封容纳腔高度的比值大于10。

7.一种悬浮颗粒沉速分级方法，其特征在于，使用如权利要求1～6任一权利要求所述的悬浮颗粒沉速分级装置，包括以下步骤：

(1)向沉降筒注入工作液体，将预处理好的悬浮颗粒均匀撒在液面上；

(2)间隔预定的时间，由下往上依次将沉泥盒自密封容纳腔移动至沉降筒内；

(3)待最后进入沉降筒的沉泥盒收集完悬浮颗粒后，将工作液体排出；

(4)取出沉泥盒，从不同的沉泥盒内得到不同沉速区间的悬浮颗粒。

8.如权利要求7所述的悬浮颗粒沉速分级方法，其特征在于，步骤(4)中，在将工作液体排出之前，移动所有沉泥盒至密封容纳腔内。

9.如权利要求7或8所述的悬浮颗粒沉速分级方法，其特征在于，步骤(1)中，注入沉降筒的工作液体高于密封容纳腔的高度与密封容纳腔高度的比值大于10。