CN112920942A - 一种多工况变换的供水管网生物膜生长模拟装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多工况变换的供水管网生物膜生长模拟装置，涉及环境技术和水处理技术领域，包括水箱，水箱顶部固定连接有进水口，水箱内设有搅拌器，水箱一侧固定连接有出水管，出水管连接蠕动泵，蠕动泵通过进水管连接外筒内壁挂片式管道生物膜反应器，外筒内壁挂片式管道生物膜反应器由可编程式无刷变频直流电机驱动，外筒内壁挂片式管道生物膜反应器下方设有出水口，并连接排水管。本发明结构简单，可设置多种剪切力和变流方式的组合来模拟管网生物膜生长环境，可联合进行水质、水龄和水力条件等多工况变换研究，具有良好的稳定性、较多的挂片位置，可同时进行多工况变换研究，模拟更加真实的管网流态，在该研究领域内可大量推广。

Description

一种多工况变换的供水管网生物膜生长模拟装置
技术领域
本发明涉及环境技术和水处理技术领域，具体为一种多工况变换的供水管网生物膜生长模拟装置。
背景技术
绝大部分的家用水都是由自来水厂经供水管网输送，所以当供水管网受到污染时，用户的终端用水就没有保障。目前的现实情况是，水源经过了自来水厂的净化，已经达到了饮用水的标准。但出厂水经过庞大的地下供水管网输送过程中，仍会产生微生物再生长及相关的水质二次污染的问题。管网内壁表面的无机和有机沉积物，为微生物的再生长提供了相对良好的环境。管网中微生物的生长形式以附着生长在管壁上形成生物膜占优势。生物膜即是生长在管壁表面的一层纤维状的缠结结构，其胞外多聚物对使得整个生物膜处于一个相对稳定的环境中，减缓了外界条件的干扰。供水管网中生物膜的生长将引发饮用水二次污染的问题，降低了饮用水的生物安全性，如导致致病菌的生长、色度的提高等水质问题。故此，针对管网中生物膜的研究是保障饮用水安全的一道重要的关口。
故当前对于供水管网中的生物膜研究是一个亟待解决的问题，目前用于研究多工况下模拟管道生物膜的生长条件，国际通用的主要装置是生物膜挂片环形反应装置（简称BAR外筒内壁挂片式管道生物膜反应器）。当前主流的BAR外筒内壁挂片式管道生物膜反应器主要是对剪切力、水质、管材等工况进行研究，除此之外，还有水的滞留等工况也会对生物膜产生一定的影响，在21世纪初，美国环境保护署（EPA）发布了一份报告，介绍了高水龄如何造成饮用水的化学性质，感官性质和微生物安全的恶化。管网的流速等水力条件会发生变化，并且随着水龄变长，消毒剂浓度、浊度等水质恶化的水质问题更会促进管网生物膜的生长，进而加剧管网水的二次污染，如此恶性循环会直接影响公共卫生。但目前BAR外筒内壁挂片式管道生物膜反应器对水龄、水力条件和水质（如消毒剂浓度、浊度等）水质等多工况变换却鲜有研究。
其次，利用生物膜挂片环形反应装置来模拟饮用水输送系统，生物膜反应器由固定的外筒和旋转的转子组成，由配套的无刷变频直流电机驱动转子转动，转子上有若干挂片。根据流体力学原理，挂片挂在该装置转子的外壁上，通过无刷变频直流电机带动转子从而产生的涡旋流来模拟管网的水流环境，该生物膜挂片环形反应装置（简称BAR外筒内壁挂片式管道生物膜反应器）是在一个密闭的环境中运行，没有产生与外界交流流动的水体，而且真实的流态更接近于平行流的流态，所述平行流是指水途径平行生物膜挂片的方向流动。
近年来，针对生物膜挂片环形反应装置也出现了一些装置来模拟BAR外筒内壁挂片式管道生物膜反应器，但仍然存在着一些可进步的空间，例如中国专利公开号为CN202126304U，名为一种供水管道微生物生长模拟外筒内壁挂片式管道生物膜反应器的专利中，该装置提出挂片放置在载板上，解决了外筒内壁挂片式管道生物膜反应器外圈内无死角的问题，且因为挂片在外壁可以提高放置挂片的数量，但是水中的搅拌器只能提供水一种螺旋的切力，产生的流态为切向流，更加真实的管网环境趋向于平行流，故该装置不能模拟真实的管网环境，且只通过载板来固定挂片也有一定的安全隐患，在高速的水流下，挂片极其不稳定，实验的安全性和稳定性能较低，该装置是在一个封闭系统中进行，整体装置在运行过程中没有与外界水流交换，也没有提到水龄等问题的研究，研究工况过于单一不够复合。中国专利公开号为CN210246302U，名为可探究自来水管壁腐蚀、微生物生长电化学反应系统的专利中，该系统提出用电化学的思路来研究微生物的生长情况，同时也是把挂片放置在内筒的外壁上，可增加挂片的数量，也考虑了外部水体与内部交换的流动过程，但是没有考虑到挂片容易受到水流冲击的影响，没有对挂片增强固定，安全性能较低，同时利用该种系统的搅拌扇叶只能产生螺旋的切力，不能够准确模拟管网内部水流的情况，也没有提到多种工况复合变换研究的问题。
本发明技术方案的目的是克服当前生物膜挂片环形反应装置模拟管网环境不够真实等不足而设计的一种结构简单稳固、能够模拟更加真实的多工况变换控制水质、水龄和水力条件等管网环境的供水管网生物膜生长模拟装置，是基于国家自然科学基金青年基金（No.51606176）和江西省自然科学基金（No. 20161BAB216116）项目的延伸研究成果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多工况变换的供水管网生物膜生长模拟装置，以解决上述技术背景中的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多工况变换的供水管网生物膜生长模拟装置，包括水箱，所述水箱顶部固定连接有进水口与投药口，所述投药口上连接有投药器，所述投药器通过第一导线固定连接有自动投药控制装置，所述水箱内设有水质监测器，所述水质监测器通过第二导线反馈到所述自动投药控制装置上，所述水箱一侧固定连接有出水管，所述出水管一端固定连接有蠕动泵，所述蠕动泵远离所述出水管的一端通过进水管连接外筒内壁挂片式管道生物膜反应器，所述外筒内壁挂片式管道生物膜反应器内设有可编程式无刷变频直流电机，所述外筒内壁挂片式管道生物膜反应器下方固定连接有外筒内壁挂片式管道生物膜反应器出水口，所述外筒内壁挂片式管道生物膜反应器出水口一端固定连接有排水管。
作为本发明进一步方案：所述水箱内设有搅拌器与水质监测器，所述水质监测器通过第二导线与所述自动投药控制装置电性连接。
作为本发明进一步方案：所述可编程式无刷变频直流电机位于外筒内壁挂片式管道生物膜反应器内，所述可编程式无刷变频直流电机底部设有搅拌扇叶，且所述可编程式无刷变频直流电机与搅拌扇叶通过轴承连接。
作为本发明进一步方案：所述外筒内壁挂片式管道生物膜反应器内设有支撑板与外筒，所述外筒内壁固定连接有固定柱，所述可编程式无刷变频直流电机设置在所述支撑板上，所述外筒内设有内筒，所述内筒顶部与底部固定连接有曲板，所述内筒位于所述外筒的内部中心位置，所述内筒底部固定连接有底板，所述底板内还固定连接有硅胶垫，所述外筒内壁内部偏下方的位置上设有底托，所述底托上设有外筒插槽，所述外筒插槽内可拆卸连接有挂片，所述外筒内壁挂片式管道生物膜反应器出水口设置在所述底板的下方，所述外筒一侧固定连接有外筒内壁挂片式管道生物膜反应器进水口。
作为本发明进一步方案：所述外筒内壁挂片式管道生物膜反应器内设有下圆底与上圆顶，所述上圆顶顶部固定连接有顶板，所述顶板通过支架与所述支撑板固定连接，所述底托位于下圆底上方，且紧贴外筒内壁，所述外筒上的外筒插槽上下面成梯形，且梯形靠近外筒的一边较短，远离外筒的一边较长。
作为本发明进一步方案：所述挂片设置在所述外筒内壁的中部位置，所述挂片上均设有小圆孔，所述挂片上还配合有挂钩。
作为本发明进一步方案：所述外筒内壁挂片式管道生物膜反应器还设有螺母，所述上圆顶与下圆底内贯穿连接有通杆螺丝杆，所述螺母设置在所述下圆底的顶面、底板的底面与所述上圆顶的顶面，且所述螺母固定连接在通杆螺丝杆上，所述内筒顶部与所述曲板和所述上圆顶焊接，所述内筒的底面与所述下圆底焊接。
作为本发明进一步方案：所述出水管上设有第一阀门，所述外筒内壁挂片式管道生物膜反应器进水口与所述进水管固定连接，所述进水管上有第三阀门，所述外筒内壁挂片式管道生物膜反应器出水口一端固定连接有排水管，所述排水管上有第二阀门。
有益效果：
1.本发明内中的水箱内还设有水质监测器，可以在水箱中调节好需要模拟供水管网生物膜生长的浊度等相关工况，通过投药器向投药口中投药，通过水质监测器来反应水箱中水质的情况，水质情况通过第二导线传导到自动投药控制装置，自动投药控制装置通过第一导线再去调节投药器，从而达到实验所需的水质情况，这样通过反馈调节可以较为准确地控制水箱中的水质情况进行实验。
2.本发明中可通过蠕动泵控制整体装置的水流速度，从而控制整体装置的水力停留时间（即水龄），通过控制实验环境水龄的不同来探究水龄对供水管网中生物膜生长的影响，比如要探究高水龄对供水管道生物膜生长的影响，就可以通过蠕动泵加速整体装置进水的流速从而延长水龄，反之就通过蠕动泵减慢整体装置进水的流速从而降低水龄，从而可以探究不同的水龄实验条件对管网生物膜生长情况的影响。
3.本发明中可通过可编程式无刷变频直流电机来达到调节反应器中的水力情况，包括水力的大小和水流速变化的快慢，可以供给研究不同水力同一变化冲刷工况下培养生物膜的生长情况，也可以供给研究同一水力不同变化冲刷工况下培养生物膜的生长情况，更可设置低剪切力慢变流、高剪切力慢变流、高剪切力快变流等多种剪切力和变流方式的组合来供研究水力冲刷供水管网生物膜生长的影响，通过可编程式无刷变频直流电机水流速的大小和水流速变化的快慢，使得本发明中的生物膜在生长模拟的过程，自由控制水的流速和变流，便于调节生物膜生长环境中的水的流速和变流，使得生物膜更加契合本发明模拟的管网生物膜生长的水力环境。
4.本发明可以通过水质监测器、自动投药控制装置和投药器来控制实验中的水质情况，通过蠕动泵来控制实验中的水龄情况，通过可编程式无刷变频直流电机来控制实验中的水力情况，假定可以配置3种水质情况、3种水龄情况、3种水力情况，则共可研究工况可达27种，可将工况进行单一变量不断实验，也可将多种工况互相组合实验，从而可达到探究多种工况复合变换进行实验，更加符合真实管网中的生物膜生长情况。
5.本发明中的内部循环水流利用可编程式无刷变频直流电机带动搅拌扇叶在内筒和外筒的循环中产生了平行流来模拟管网内部的水流流态，在现在普遍的生物膜环形外筒内壁挂片式管道生物膜反应器主要是利用无刷变频直流电机带动搅拌扇叶产生切向流来模拟管网内部的整体流态，而由平行流模拟的水流流态相比于模拟的切向流更加切合真实管网内部的水流流态，同时平行流的水流也能更加的符合大自然中的生物膜生长的水流环境的模拟，同时也能适应生物膜的繁殖与培养，便于实现本发明模拟更加真实的管网水流环境的目的。
6.本发明在下底板的上部加了底托，外筒插槽位于底托上方，可避免挂片处于装置的死水区部分，整体挂片位置处于外筒的中部，放置挂片后，挂片与上顶板也有一段距离，也避免了外筒上部的死水区，底托的高度设置由测得外筒内壁的各个位置的流速而确定，避免了外筒下部的死水区，能够使得挂片接触的水流尽量和真实的管网系统中的类似，且使挂片所受的流速接近，避免某一位置流速过低的情况出现，该发明中的挂片接触到的模拟管网水流更加稳定，也和真实管网系统中的水流更加相似，进一步的模拟了生物膜生长的真实环境。
7.本发明是采用的流动水态进行实验是先将水源通入水箱中，储存有一定的水量后再将水通入外筒内壁挂片式管道生物膜反应器中汇集，等外筒内壁挂片式管道生物膜反应器充满后再降低水速由水箱持续通入水源，外筒内壁挂片式管道生物膜反应器出水口持续通过排水管排水，使得整体装置成一个能够与外界进行交换的流动的水态，防止生物膜生长的水域为死水，便于生物膜吸收养分与生长。
8.本发明中的上圆顶中心部分设有轴承，可使得可编程式无刷变频直流电机带动搅拌扇叶通过轴承到达内筒的中部位置，故可达到当可编程式无刷变频直流电机工作时，不会影响到上圆顶，且能够使上圆顶气密性完好，确保生物膜的生长环境不受外界的杂菌与杂质的干扰。
9.本发明中的底板下方固定连接有外筒内壁挂片式管道生物膜反应器出水口，外筒一侧固定连接有外筒内壁挂片式管道生物膜反应器进水口，这样的设计能够在实验开始时自然地让水源流入外筒内壁挂片式管道生物膜反应器中，且在实验结束后能够合理地让水从外筒内壁挂片式管道生物膜反应器中流干净，不用靠外界加压，节约了能源成本,且外筒内壁挂片式管道生物膜反应器出水口与排水管固定连接，外筒内壁挂片式管道生物膜反应器进水口与水管固定连接，水箱中的水通过水管进入外筒内壁挂片式管道生物膜反应器中，而外筒内壁挂片式管道生物膜反应器中水则通过排水管排出，且水的流进与排出通过第一阀门、第二阀门和第三阀门控制，使得本发明中的生物膜的生长环境中所需的水源的输入与输出可控制，便于生物膜生长模拟过程的进行。
10.本发明中底板内设有硅胶垫，可增加装置的稳定性和气密性，避免了下圆底和底板在外筒内壁挂片式管道生物膜反应器运行时可能会发生的碰撞而产生对实验的影响，同时也能很好的保护本发明的整体结构。
11.本发明的主要支撑装置为螺母和通杆螺丝杆，且该支撑装置容易拆卸，方便从打开装置的上圆顶，配合挂钩可以方便地从装置中将挂片取出，使得外筒内壁挂片式管道生物膜反应器的整体结构便于拆卸与清洗，同时当外筒内壁挂片式管道生物膜反应器中的零部件有损坏时，可通过拆出螺母和通杆螺丝杆的方法，将损坏的零部件拆出并及时更换，保证外筒内壁挂片式管道生物膜反应器能便于下次的使用。
附图说明
图1为本发明中的一种多工况变换的供水管网生物膜生长模拟装置的结构示意图；
图2为本发明中的水箱的结构结构示意图；
图3为本发明中的外筒内壁挂片式管道生物膜反应器的正视结构示意图；
图4为本发明中的可编程式无刷变频直流电机俯视的结构示意图
图5为本发明中的外筒内壁挂片式管道生物膜反应器、外筒内壁挂片式管道生物膜反应器进水口、外筒内壁挂片式管道生物膜反应器出水口和排水管正视的结构示意图；
图6为本发明中的外筒正视的结构示意图；
图7为本发明中的内筒正视的结构示意图；
图8为本发明中的整体装置俯视的结构示意图；
图9为本发明中的底座俯视的结构示意图；
图10为本发明中的外筒俯视的结构示意图；
图11为本发明中的挂片正视的结构示意图；
图12为本发明中的挂片俯视的结构示意图；
图13为本发明中的挂片侧视的结构示意图；
图14为本发明中的挂钩正视的结构示意图；
图中：1.水箱，1-1.投药口，1-2.进水口，1-3.投药器，1-4.水质监测器，1-5.搅拌器，2.第一阀门，3.外筒内壁挂片式管道生物膜反应器，3-1.螺母，3-2.通杆螺丝杆，3-3.可编程式无刷变频直流电机，3-4.支撑板，3-5.顶板，3-6.轴承，3-7.上圆顶，3-8.下圆底，3-9.内筒，3-10.外筒，3-11.底托，3-12.底板，3-13.外筒内壁挂片式管道生物膜反应器进水口，3-14.外筒内壁挂片式管道生物膜反应器出水口，3-15.支架，3-16.固定柱，3-17.搅拌扇叶，3-18.硅胶垫，3-19.外筒插槽，3-20.曲板，4.第二阀门，5.排水管， 6.蠕动泵，7.出水管，8.进水管，9.第三阀门，10.自动投药控制装置，11.第一导线，12.第二导线，13.挂钩，14.挂片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供如下技术方案：
如图1-14所示，一种多工况变换的供水管网生物膜生长模拟装置，包括水箱1，水箱1顶部固定连接有进水口1-2与投药口1-1，投药口1-1上连接有投药器1-3，投药器1-3通过第一导线11固定连接有自动投药控制装置10，水箱1一侧固定连接有出水管7，出水管7一端固定连接有蠕动泵6，蠕动泵6远离出水管7的一端通过进水管8连接外筒内壁挂片式管道生物膜反应器3，本发明中可通过蠕动泵6控制整体装置的水流速度，从而控制整体装置的水力停留时间即水龄，通过控制实验环境水龄的不同来探究水龄对供水管网中生物膜生长的影响，外筒内壁挂片式管道生物膜反应器3内设有可编程式无刷变频直流电机3-3，且本发明可以通过蠕动泵6来控制实验中的水龄情况，通过可编程式无刷变频直流电机3-3来控制实验中的水力情况，假定可以配置3种水质情况、3种水龄情况、3种水力情况，则共可研究工况可达27种，从而可达到探究多种工况复合变换进行实验，更加符合真实管网中的生物膜生长情况，外筒内壁挂片式管道生物膜反应器3下方固定连接有外筒内壁挂片式管道生物膜反应器出水口3-14，外筒内壁挂片式管道生物膜反应器出水口3-14一端固定连接有排水管5，本发明结构简单，可设置低剪切力慢变流、高剪切力慢变流、高剪切力快变流等多种剪切力和变流方式的组合来模拟管网生物膜生长的环境，可供研究水力条件变换供水管网生物膜生长的影响，也可调控水质和水龄等工况进行研究，具有良好的稳定性、较多的挂片位置、可模拟更加真实的管网流态，可在该研究领域内可大量推广。
作为本发明进一步方案，水箱1内设有搅拌器1-5与水质监测器1-4，水质监测器1-4通过第二导线12与自动投药控制装置10电性连接，通过水质监测器1-4的，可以在水箱1中调节好需要模拟供水管网生物膜生长的浊度、消毒剂如余氯等相关工况，通过投药器向投药口1-1中投药1-3，通过水质监测器1-4来反应水箱1中水质的情况，水质情况通过第二导线12传导到自动投药控制装置10，自动投药控制装置10通过第一导线11再去调节投药器1-3，从而达到实验所需的水质情况，这样通过反馈调节可以较为准确地控制水箱1中的水质情况进行实验。
作为本发明进一步方案，可编程式无刷变频直流电机3-3位于外筒内壁挂片式管道生物膜反应器3内，可编程式无刷变频直流电机3-3底部设有搅拌扇叶3-17，且可编程式无刷变频直流电机3-3与搅拌扇叶3-17通过轴承3-6连接，可编程式无刷变频直流电机3-3位于反应器3的上方，本发明中可通过可编程式无刷变频直流电机3-3来达到调节反应器中的水力情况，包括水力的大小和水流速变化的快慢，可以供给研究不同水力同一变化冲刷工况下培养生物膜的生长情况，也可以供给研究同一水力不同变化冲刷工况下培养生物膜的生长情况，更可设置低剪切力慢变流、高剪切力慢变流、高剪切力快变流等多种剪切力和变流方式的组合供研究水力冲刷供水管网生物膜生长的影响。
作为本发明进一步方案，外筒内壁挂片式管道生物膜反应器3内设有支撑板3-4与外筒3-10，外筒3-10内壁固定连接有固定柱3-16，可编程式无刷变频直流电机3-3设置在支撑板3-4上，外筒3-10内设有内筒3-9，内筒3-9顶部与底部固定连接有曲板3-20，内筒3-9位于外筒3-10的内部中心位置，内筒3-9底部固定连接有底板3-12，底板3-12内还固定连接有硅胶垫3-18，外筒3-10内壁内部偏下方的位置上设有底托3-11，底托3-11上设有外筒插槽3-19，外筒插槽3-19内可拆卸连接有挂片14，外筒内壁挂片式管道生物膜反应器出水口3-14设置在底板3-12的下方，外筒3-10一侧固定连接有外筒内壁挂片式管道生物膜反应器进水口3-13本发明中的内部循环水流利用可编程式无刷变频直流电机3-3带动搅拌扇叶3-17在内筒3-9和外筒3-10的循环中产生了平行流来模拟管网内部的水流流态，平行流的水流也能更加的符合大自然中的生物膜生长的水流环境的模拟，同时也能适应生物膜的繁殖与培养，便于实现本发明模拟更加真实的管网水流环境的目的。
作为本发明进一步方案，外筒内壁挂片式管道生物膜反应器3内设有下圆底3-8与上圆顶3-7，上圆顶3-7顶部固定连接有顶板3-5，顶板3-5通过支架15与支撑板3-4固定连接，底托3-11位于下圆底3-8上方，且紧贴外筒3-10内壁，外筒3-10上的外筒插槽3-19上下面成梯形，且梯形靠近外筒3-10的一边较短，远离外筒3-10的一边较长，梯形的设计有利于增加挂片14位置的稳固性，提高装置的安全性，且能够方便挂片14的放置与取出。
作为本发明进一步方案，挂片14设置在外筒3-10内壁的中部位置，挂片14上均设有小圆孔，挂片14上还配合有挂钩13可供模拟生物膜在不同管材生长情况，且因为各种管材不同，也可分别按照不同规格来契合外筒插槽3-19，可在实验时使用所需的管材进行研究，大大节约了由于不同管材而更换装置的成本，而小圆孔的设置，可方便挂钩13将挂片14勾出，避免取出挂片14时影响了挂片14上的生物膜，保护了挂片14上的生物膜不被破坏，保障实验的可靠性、准确性，片14设置在外筒3-10内壁的中部位置，外筒3-10内壁的中部位置的水流最稳定且与外筒3-10内壁接触面最大，可以模拟更加真实的供水管道中的环境，方便了生物膜的生长。
作为本发明进一步方案，外筒内壁挂片式管道生物膜反应器3还设有螺母3-1，上圆顶3-7与下圆底3-8内贯穿连接有通杆螺丝杆3-2，螺母3-1设置在下圆底3-8的顶面、底板3-12的底面与上圆顶3-7的顶面，且螺母3-1固定连接在通杆螺丝杆3-2上，内筒3-9顶部与曲板3-20和上圆顶3-7焊接，内筒3-9的底面与下圆底3-8焊接，螺母3-1设置在下圆底3-8的顶面、底板3-12的底面与上圆顶3-7的顶面，螺母3-1和通杆螺丝杆3-2组成了外筒内壁挂片式管道生物膜反应器3中的支撑结构，且该支撑装置容易拆卸，方便从打开上圆顶3-7，配合挂钩13可以方便将挂片14取出，使得外筒内壁挂片式管道生物膜反应器3的整体结构便于拆卸与清洗，同时当外筒内壁挂片式管道生物膜反应器3中的零部件有损坏时，可通过拆出螺母3-1和通杆螺丝杆3-2的方法，将损坏的零部件拆出并及时更换，保证外筒内壁挂片式管道生物膜反应器3能便于下次的使用，而内筒3-9顶部与曲板3-20和上圆顶3-7焊接，内筒3-9的底与下圆底3-8焊接，如此设置，一方面便于提升本发明中的外筒内壁挂片式管道生物膜反应器3的整体结构的稳定性，另一方面能够保证外筒内壁挂片式管道生物膜反应器3内处于封闭的环境，确保生物膜的生长环境不受外界的杂菌与杂质的干扰。
作为本发明进一步方案，出水管7上设有第一阀门2，外筒内壁挂片式管道生物膜反应器进水口3-13与进水管8固定连接，进水管8上有第三阀门9，外筒内壁挂片式管道生物膜反应器出水口3-14一端固定连接有排水管5，排水管5上有第二阀门4，通过第一阀门2、第二阀门4与第三阀门9的设置，第一阀门2与第三阀门9控制水箱1中的水进入外筒内壁挂片式管道生物膜反应器3中，而第二阀门4控制外筒内壁挂片式管道生物膜反应器3中的水排出，使得本发明中的生物膜的生长环境中所需的水源可控制，便于生物膜生长模拟过程的进行。
工作原理：在本发明的一种多工况变换的供水管网生物膜生长模拟装置中，图3所示的箭头方向为装置内部的水流方向，实验中也可将水质监测器换成二氧化碳监测器、浊度监测器、余氯监测器等等，以下以浊度监测器为例（以下浊度监测器等于之前所叙述的水质监测器），关闭第一阀门2，通过进水口1-2往水箱1内蓄水，并且利用投药器1-3通过投药口1-1调节水箱1内的浊度情况，利用浊度监测器1-4通过第二导线12进行反馈给自动投药控制装置10，在又其通过第一导线11反馈给投药器1-3，当实验所需的浊度达到且水箱1内的水蓄满后，在选取所需材质的挂片14上挂上生物膜，取下螺母3-1，将上圆顶3-7托起放置在一边，将挂片14插入外筒插槽3-19，将上圆顶3-7盖上，拧紧螺母3-1，关闭第二阀门4，打开外筒内壁挂片式管道生物膜反应器进水口3-13，打开第一阀门2和第三阀门9，打开蠕动泵6，往外筒内壁挂片式管道生物膜反应器3内注水，直到将本装置注得有本装置容量的六分之五，打开外筒内壁挂片式管道生物膜反应器出水口3-14和第二阀门4，接通电源并且降低水在整体装置中的流速，使整体装置的水一直处于与外界有交换的流动当中，打开本装置的可编程式无刷变频直流电机3-3开关，设置一定的转速，来调整外筒内壁挂片式管道生物膜反应器3内水的平行流流速，水流在本装置内部在外筒内壁3-10和内筒3-9外壁之间产生平行流模拟真实管网中的流态，实验用水在装置内持续流动，以南方某城市供水管网的流速为例，利用蠕动泵6设置以70ml/min的流速持续更新，保证水力停留6小时，本装置共有20个外筒插槽3-19，可定期在关闭可编程式无刷变频直流电机3-3并打开上圆顶3-7后用挂钩13从本装置中取出挂片14，本装置中的水不用排出，以便模拟管网中时刻充满水的液体环境，取完实验所需的挂片14后，将上圆顶3-6盖到原来位置，继续打开可编程式无刷变频直流电机3-3开关，继续模拟管网系统中水的流态，重复操作直至挂片14全部取出，之后关闭可编程式无刷变频直流电机3-3，将本装置内的水都排净，关闭蠕动泵6，再对水箱1、外筒内壁挂片式管道生物膜反应器3和培养了生物膜的挂片14进行清洗与消毒，等其干燥后可再次使用。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种多工况变换的供水管网生物膜生长模拟装置，包括水箱(1)，其特征在于：所述水箱(1)顶部固定连接有进水口(1-2)与投药口(1-1)，所述投药口(1-1)上连接有投药器(1-3)，所述投药器(1-3)通过第一导线(11)固定连接有自动投药控制装置(10)，所述水箱(1)一侧固定连接有出水管(7)，所述出水管(7)一端固定连接有蠕动泵(6)，所述蠕动泵(6)远离所述出水管(7)的一端通过进水管(8)连接外筒内壁挂片式管道生物膜反应器(3)，所述外筒内壁挂片式管道生物膜反应器(3)内设有可编程式无刷变频直流电机(3-3)，所述外筒内壁挂片式管道生物膜反应器(3)下方固定连接有外筒内壁挂片式管道生物膜反应器出水口(3-14)，所述外筒内壁挂片式管道生物膜反应器出水口(3-14)一端固定连接有排水管(5)。
2.根据权利要求1所述的一种多工况变换的供水管网生物膜生长模拟装置，其特征在于：所述水箱(1)内设有搅拌器(1-5)与水质监测器(1-4)，所述水质监测器(1-4)通过第二导线(12)与所述自动投药控制装置(10)电性连接。
3.根据权利要求1所述的一种多工况变换的供水管网生物膜生长模拟装置，其特征在于：所述可编程式无刷变频直流电机(3-3)位于外筒内壁挂片式管道生物膜反应器(3)内，所述可编程式无刷变频直流电机(3-3)底部设有搅拌扇叶(3-17)，且所述可编程式无刷变频直流电机(3-3)与搅拌扇叶(3-17)通过轴承(3-6)连接。
4.根据权利要求1所述的一种多工况变换的供水管网生物膜生长模拟装置，其特征在于：所述外筒内壁挂片式管道生物膜反应器(3)内设有支撑板(3-4)与外筒(3-10)，所述外筒(3-10)内壁固定连接有固定柱(3-16)，所述可编程式无刷变频直流电机(3-3)设置在所述支撑板(3-4)上，所述外筒(3-10)内设有内筒(3-9)，所述内筒(3-9)顶部与底部固定连接有曲板(3-20)，所述内筒(3-9)位于所述外筒(3-10)的内部中心位置，所述内筒(3-9)底部固定连接有底板(3-12)，所述底板(3-12)内还固定连接有硅胶垫(3-18)，所述外筒(3-10)内壁内部偏下方的位置上设有底托(3-11)，所述底托(3-11)上设有外筒插槽(3-19)，所述外筒插槽(3-19)内可拆卸连接有挂片(14)，所述外筒内壁挂片式管道生物膜反应器出水口(3-14)设置在所述底板(3-12)的下方，所述外筒(3-10)一侧固定连接有外筒内壁挂片式管道生物膜反应器进水口(3-13)。
5.根据权利要求4所述的一种多工况变换的供水管网生物膜生长模拟装置，其特征在于：所述外筒内壁挂片式管道生物膜反应器(3)内设有下圆底(3-8)与上圆顶(3-7)，所述上圆顶(3-7)顶部固定连接有顶板(3-5)，所述顶板(3-5)通过支架(15)与所述支撑板(3-4)固定连接，所述底托(3-11)位于下圆底(3-8)上方，且紧贴外筒(3-10)内壁，所述外筒(3-10)上的外筒插槽(3-19)上下面成梯形，且梯形靠近外筒(3-10)的一边较短，远离外筒(3-10)的一边较长。
6.根据权利要求5所述的一种多工况变换的供水管网生物膜生长模拟装置，其特征在于：所述挂片(14)设置在所述外筒(3-10)内壁的中部位置，所述挂片(14)上均设有小圆孔，所述挂片(14)上还配合有挂钩(13)。
7.根据权利要求6所述的一种多工况变换的供水管网生物膜生长模拟装置，其特征在于：所述外筒内壁挂片式管道生物膜反应器(3)还设有螺母(3-1)，所述上圆顶(3-7)与下圆底(3-8)内贯穿连接有通杆螺丝杆(3-2)，所述螺母(3-1)设置在所述下圆底(3-8)的顶面、底板(3-12)的底面与所述上圆顶(3-7)的顶面，且所述螺母(3-1)固定连接在通杆螺丝杆(3-2)上，所述内筒(3-9)顶部与所述曲板(3-20)和所述上圆顶(3-7)焊接，所述内筒(3-9)的底面与所述下圆底(3-8)焊接。
8.根据权利要求4所述的一种多工况变换的供水管网生物膜生长模拟装置，其特征在于：所述出水管(7)上设有第一阀门(2)，所述外筒内壁挂片式管道生物膜反应器进水口(3-13)与所述进水管(8)固定连接，所述进水管(8)上有第三阀门(9)，所述外筒内壁挂片式管道生物膜反应器出水口(3-14)一端固定连接有排水管(5)，所述排水管(5)上有第二阀门(4)。
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