CN204705574U - 活性炭反冲膨胀率测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及水处理设备技术领域，具体涉及活性炭反冲膨胀率测量装置，包括水箱(4)和管柱体(6)，水箱(4)内设置有潜水泵(10)、电加热器(17)和水箱温度计(16)；管柱体(6)柱身设置有管柱体温度计(12)和两个以上测压口(11)，管柱体(6)包括上段式管柱体(61)和下段式管柱体(62)，所述上段式管柱体靠近顶部的柱身设置有溢流口(5)；潜水泵(10)和下段式管柱体底端连接形成进液管路，进液管路上设置有流量调节阀(1)和流量计(2)；溢流口(5)与水箱(4)连通，形成回液管路。该装置可调节反冲洗水的温度，测定活性炭层反冲洗时床层压降，采用一体化设计，避免移动过程的拆卸和组装，对空间的需求较低，灵活性好。

Description

活性炭反冲膨胀率测量装置

技术领域

本实用新型涉及水处理设备技术领域，主要涉及活性炭反冲洗设备技术领域，具体涉及活性炭反冲膨胀率测量装置。

背景技术

活性炭由于极度发育的孔隙结构和巨大的比表面积，对水的浊度、色度、嗅味及水中的铁、锰、有机质、氨氮等去除效果显著，已广泛应用于饮用水深度净化工艺。饮用水净化的活性炭滤池运行过程中杂质会不断积累在活性炭表面和颗粒间的空隙内，影响滤池的过滤能力，因此，活性炭滤池需定时进行反冲洗，以除去炭床层和活性炭颗粒间的杂质，恢复滤池的过滤能力。

冲洗强度对活性炭的反冲洗至关重要，如果选择不合适会造成活性炭冲洗不干净或活性炭随反冲洗水流失，此外，活性炭的反冲膨胀率是活性炭滤池设计和运行参数确定的重要基础数据。反冲洗过程中，在一定的反冲洗强度下，活性炭会发生膨胀。如果反冲洗时炭层的膨胀率不足，下层炭粒不易悬浮，活性炭层就冲洗不干净；如果膨胀率过大，水流剪力相对就较小，炭粒之间不易碰撞，达不到冲洗效果，同时会造成炭粒的流失。中华人民共和国国标GB50013-2006公开了室外给水设计规范，提及：20℃下，单层砂滤料冲洗膨胀度取值需为45％。文献(陈默,刘文君,谭古今等.上向流活性炭床膨胀率影响因素研究[J].城镇给排水,2013,39(3):115-120.)公开了活性炭粒径、反冲洗运行时间及温度等因素对膨胀率有很大影响。不同季节的温度不同，水的粘度也不同，进而对水与活性炭间的剪切作用造成影响，使得活性炭的膨胀率发生变化，如果反冲洗强度调节不当会导致活性炭的流失或冲洗不彻底。

实用新型内容

本实用新型发明人发现，我国用于饮用水净化的活性炭在销售时不提供反冲膨胀率数据，活性炭滤池设计时通常采用反冲膨胀率经验值。少数水厂有采用简单的活性炭柱测试反冲膨胀率的实践，也有直接在生产用的活性炭滤池中进行反冲膨胀率测定的情况。显然，这些测试过程不标准、不规范，试样品种及规格少、工艺参数(反冲水流流速、水温等)难以调节或调节范围窄，也不能同时测出床层压降。

即，本实用新型解决的技术问题是：(1)目前没有标准、规范地检测活性炭反冲洗膨胀率的方法，更没有可以独立、高效、准确地检测活性炭反冲膨胀率的一体化可移动装置；(2)现有活性炭反冲洗膨胀率的检测方法不能调节、控制反冲洗水的温度，没有考虑到温度对活性炭反冲膨胀率的影响；(3)现有活性炭反冲洗膨胀率的检测方法不能测定活性炭层反冲洗时的床层压降。

本实用新型的目的是：提供一种可以模拟活性炭池反冲膨胀过程、对颗粒活性炭反冲膨胀率进行测定的装置；该装置能同时测定活性炭层反冲洗时的床层压降，能控制调节水温，实现整体循环。

具体来说，针对现有技术的不足，本实用新型提供了如下技术方案：

本实用新型提供一种活性炭反冲膨胀率测量装置，包括水箱4和管柱体6，其特征在于，所述水箱4内设置有潜水泵10、电加热器17和水箱温度计16；所述管柱体6柱身设置有管柱体温度计12和两个以上测压口11，所述管柱体6包括上段式管柱体61和下段式管柱体62，所述上段式管柱体靠近顶部的柱身设置有溢流口5；

所述潜水泵10和下段式管柱体底端连接形成进液管路，所述进液管路上设置有流量调节阀1和流量计2；

所述溢流口5与水箱4连通，形成回液管路。

优选的，上述测量装置中，所述管柱体6为有机玻璃柱，柱身设有刻度。

优选的，上述测量装置中，所述水箱4内设置有搅拌器9。

优选的，上述测量装置中，所述测压口11与测压管19连接，所述测压管19外壁设有刻度，固定在测压板20上。

优选的，上述测量装置中，所述测压口11设置在活性炭床层顶部、床层底部、以及床层顶部和底部之间，所述测压口11孔内插入装有进出水旋塞112的玻璃管113，所述玻璃管113通过橡胶软管114与测压管19连接。

优选的，上述测量装置中，所述下段式管柱体62包括圆柱形管部621和位于底端的圆锥形管部622，所述圆锥形管部622和圆柱形管部621通过内部设置有滤网的穿孔板14连接。

优选的，上述测量装置中，所述下段式管柱体的圆柱形管部在靠近圆锥形管部一端的柱身设置有取样口13。

优选的，上述测量装置中，所述进液管路在靠近下段式管柱体62的一端设置有第一阀门8。

优选的，上述测量装置中，所述进液管路上，在第一阀门8与下段式管柱体62底端进液口之间设置有排液歧管，所述排液歧管上设置有第二阀门15。

优选的，上述测量装置中，所述水箱4底部设置有出水口18，所述水箱4部设置有固定框架3，所述固定框架3底部设置有滑轮。

本实用新型的有益效果是：(1)本实用新型所述装置可通过添加冰块量或控制加热时间来调节水箱中的反冲洗水的温度，采用大功率电加热管可以缩短加热时间，及时对温度变化进行补偿；(2)本装置中水箱和有机玻璃柱体同时设有温度计用于水温的测量监控，避免水在输送过程中的温度变化对测试结果的影响；(3)水箱中的水流经潜水泵和有机玻璃柱体，最终流回水箱，实现水的整体循环，节约用水的同时，维持了水的温度基本恒定，避免了电加热管的长时间运行；(4)本实用新型所述装置采用一体化设计，避免了移动过程的拆卸和组装，同时对空间的需求较低，灵活性好。

附图说明

图1是本实用新型所述活性炭反冲膨胀率测量装置的结构图；

图中：1为流量调节阀，2为流量计，3为固定框架，4为水箱，5为溢流口，6为管柱体，7为管柱体连接法兰，8为第一阀门(也称为防倒吸阀)，9为搅拌器，10为潜水泵，11为测压口，12为管柱体温度计，13为取料口，14为穿孔板，15为第二阀门(也称为放空阀)，16为水箱温度计，17为电加热器，18为水箱出水口，19为测压管，20为测压板。

图2是实施例1所述活性炭反冲膨胀率测量装置的管柱体的结构图；

其中，虚线为标注线，61为上段式管柱体，62为下段式管柱体，621为下段式管柱体的圆柱形管部，622为下段式管柱体的圆锥形管部。

图3为测压口的局部放大图；

其中，111为测压口的孔，112为进出水旋塞，113为玻璃管，114为橡胶软管。

图4是实施例1所述活性炭反冲膨胀率测量装置填装后的结构图。

图5是实施例1中所述活性炭的膨胀率随冲洗强度的变化曲线。

图6为实施例1中所测床层压降随冲洗强度的变化曲线。

具体实施方式

鉴于目前活性炭反冲膨胀率的检测装置不能独立、准确、高效地检测活性炭反冲膨胀率，且未考虑到水温对膨胀率的影响，本实用新型提供了一种活性炭反冲膨胀率测定装置。

在一种优选的实施方式中，本实用新型所述装置能同时测定活性炭层反冲洗时的床层压降；本装置中水的输送通过潜水泵完成，潜水泵置于水箱内部，节约空间的同时，对扬水管无特殊要求；水箱中的水流经潜水泵和有机玻璃柱体(活性炭层)，最终流回水箱，实现水的整体循环；水流速度通过管路中的阀门调节，水流量由流量计读取，水箱中的水温通过加入冰块或内置在装置上的电加热器进行调节，水箱和有机玻璃柱体同时设有数字温度计用于水温的测量监控；本装置的水温可在5～70℃的范围内调节，水流速度在7～70m/h的范围内调节；本装置中有机玻璃柱体采用两段式，中间通过法兰连接，充填承托层和活性炭层时将上段柱体取下，避免了因测量所处的空间高度对物料添加带来的限值，方便加料；本装置中柱体优选为有机玻璃柱体，顶部为敞开式，底部设有取料口，反冲洗结束后活性炭在下向水流的作用下由取料口流出，避免了卸料时将玻璃柱体拆卸，方便活性炭颗粒的取出；优选的，有机玻璃柱体底部连接防倒吸阀和放空阀，水泵停止时，防倒吸阀避免水的回流对水泵的伤害，放空阀将柱体内部充填的水放出，方便取料口的打开。

在另一种优选的实施方式中，颗粒物料以人工加入的方式充填于有机玻璃柱6中，柱体外壁标有刻度用于物料厚度的测量，有机玻璃穿孔板14起支撑作用。PVC水箱4中水的温度通过加入冰块或内置电加热器17调节，变速搅拌器9加速水的升温或降温，水箱数字温度计16检测水的温度情况。水的反冲洗强度由流量调节阀1控制，转子流量计2测量。实际通过有机玻璃柱体(活性炭层)的水的温度由柱体数字温度计12测定，柱体不同高度的水的压强由测压管19测量。接通电源，水以循环的方式流经每个部分。

需要说明的是，本实用新型所述活性炭反冲膨胀率测量装置，不仅适用于检测活性炭的膨胀率，而且适用于检测其他由颗粒物组成过滤床层的反冲洗膨胀率及压降的测定，如砂滤床层、无烟煤滤料床层、天然焦滤料床层、硅藻土滤料床层、沸石分子筛过滤吸附床层、等等，其尺寸和材料不受限制，在应用过程中，可根据实际情况改变各原件尺寸、功率或材料。

本实用新型所述活性炭反冲膨胀率测量装置中，所述测压口11可以设置在管柱体6柱身的任意位置，数量至少为两个，可以检测管柱体6上任意两点的压降，优选为活性炭床层顶部和底部之间的压降。

下面结合附图和各个实施例，对本实用新型及其有益技术效果进行详细说明。

实施例1

本实用新型的一种的优选实施方式中，所述活性炭反冲膨胀率测量装置的结构如图1所示，包括以下元件：

水箱4：所述水箱内部设置有潜水泵10、搅拌器9、水箱温度计16，水箱底部设置有电加热器17，水箱底部的出水口18与外界相通，以便水箱内水的排出。水箱4置于固定框架3内，所述固定框架底部设置有滑轮，方便移动。

管柱体6：如图2所示，包括上段式管柱体61和下段式管柱体62，中间通过连接法兰7连接；下段式管柱体62包括圆柱形管部621和圆锥形管部622，通过穿孔板14连接，穿孔板内部设置有滤网，防止管柱体内的物料进入管路、并使反冲水流的分布更加均匀。管柱体6柱身设有刻度，上段式管柱体61外壁安装有管柱温度计12，柱身设置有多个测压口11，每个测压口都与测压管19连接，所有测压管19都固定在测压板20上。管柱体6靠近顶端的柱身设有溢流口5，与水箱相通，用于冲洗水的回流；下段式管柱体62的圆柱形管部621靠近底端的柱身设置有取料口13。

其中，测压口的局部放大图如图3所示，所述测压口11的孔111内插入安装有进出水旋塞112的玻璃管113，玻璃管113通过橡胶软管114与测压管19连接。需要说明的是，所述橡胶软管也可以是其他材质的管线，比如不锈钢管线等。

进液管路：所述潜水泵10与下段式管柱体62的底端进液口连接，形成进液管路。进液管路上设置有流量调节阀1和流量计2；在靠近下段式管柱体62的底端的管路上设置有第一阀门8，也称防倒吸阀，防止冲洗水倒吸；在第一阀门8和下段式管柱体62底端入口之间设置有排液歧管，所述排液歧管上设置有第二阀门15，也称放空阀，用于排出管柱体中的冲洗水。

回液管路：所述管柱体6顶部的溢流口与水箱相通，形成回液管路。

本实施例中所述管柱体6为有机玻璃柱体，上段管柱体61高1000mm，下段管柱体62的圆柱形管部621高800mm，外径110mm，壁厚5mm。所述流量计2为转子流量计，所述管柱温度计12和水箱温度计16都为数字温度计，所述穿孔板14为有机玻璃穿孔板，所述水箱4为PVC水箱。

本实施例所述活性炭反冲膨胀率测量装置的运行过程如下：

取下有机玻璃柱体6的上段管柱体61，将粒径为6-13mm的砾石采用人工添加的方式由下端管柱体62的顶部加入，装填厚度为0.1m；将我国某典型水处理用8×30目颗粒活性炭(大同丰华活性炭有限责任公司)以同样的方式加入，填装厚度为0.5m，即，活性炭床层高度为0.5m，将上段管柱体61安装后，从上段管柱体61顶部预先充入一定体积的水，使水面低于溢流口，填装后的装置结构图如图4所示。

启动电加热器17对水箱中的水进行加热，同时打开变速搅拌器9使水加热均匀，用水箱温度计16检测水温，使其达到20℃。接通电源，启动潜水泵10，将水输入进液管道，流经转子流量计2、流量调节阀1反冲进入有机玻璃柱体6，若管柱中液位高于溢流口5，将从溢流口5回流入水箱4。实时监测柱体温度计12，当其温度值偏离20℃时，向水箱中加入冰块或调节水箱加热器17，使柱体温度保持在20℃。用流量调节阀1调节流量，用转子流量计2记录流量，即冲洗强度；通过管柱体6上设有的刻度检测活性炭床层的厚度变化，检测活性炭膨胀率；用固定在测压板20上的外壁设有刻度的测压管19检测床层压降。

在冲洗结束后，关闭第一阀门8，防止管柱体6内的冲洗水倒流，同时打开第二阀门15，将管柱体6内的冲洗水排出；随后将上段管柱体61取下，将下段管柱体62中的活性炭和砾石通过取料口13排出。

其中，膨胀率通过活性炭床层在反冲过程的厚度变化程度来表示，计算公式为：

$e=\frac{L-L_0}{L_0}\×100\%$

其中：L₀为活性炭床层初始厚度，单位cm；L为活性炭床层反冲膨胀后厚度，单位cm；e为反冲膨胀率。

床层压降的检测方法为：利用U管压差计的原理测量每个测压口处的水压，压降为顶部测压口和底部测压口的测量结果的差值减去两个测压口之间的高度差，单位取cm。计算公式为：

Δp＝h_W-h_D-H

其中h_W为底部测压口测量值，单位cm；h_D为顶部测压口测量值，单位cm；H为两测压口间的高度差，单位cm。

本实施例中膨胀率的检测结果如表1所示，膨胀率随冲洗强度的变化曲线图如图5所示。

表1 20℃下我国某典型水处理用活性炭(8×30目)反冲膨胀率测量值

由此可知，本实施例所述活性炭反冲膨胀率测量装置可成功测量活性炭的膨胀率随冲洗强度的变化，其膨胀率随冲洗强度的增加而增大，对实际工程应用具有指导意义。

本实施例中，目标位置的两个测压口分别为图4中从上往下第一个测压口(即，顶部测压口h_D)和第五个测压口(即，底部测压口h_W)，两测压口之间的高度差为80cm。

压降的检测结果如表2所示，压降随冲洗强度的变化曲线图如图6所示。

表2 20℃下我国某典型水处理用活性炭(8×30目)反冲压降测量值

由此可知，本实施例所述活性炭反冲膨胀率测量装置可成功测量活性炭床层压降随冲洗强度的变化，测定活性炭床层膨胀率的同时测定压降(水头损失)，可为反冲洗流体输送设备(水泵)的选择提供基础数据，对实际工程应用具有指导意义。

实施例2

实施例2所述活性炭反冲膨胀率测量装置与实施例1相同，运行过程类似，区别仅在于，实施例2中反冲洗水的温度控制在30℃，用与实施例1相同的检测方法可检测得到，53.5m/h的反冲洗强度下，活性炭的膨胀率为28.57％。

实施例3

实施例3所述活性炭反冲膨胀率测量装置与实施例1类似，运行过程类似，区别仅在于，实施例3中活性炭床层高度为0.6m，两个目标测压口分别为图4中从上往下第4个测压口(即，活性炭床层顶部测压口)和第7个测压口(即，活性炭床层底部测压口)，温度控制在20℃，用与实施例1相同的检测方法可检测得到，53.5m/h反冲洗强度下，活性炭床层的压降为18.2cm。

综上所述，本实用新型所述活性炭反冲膨胀率测量装置不仅可以快速、准确地检测活性炭反冲膨胀率，而且可精确调节、控制反冲洗系统的温度，测量不同温度下活性炭反冲洗膨胀率的变化，实时监控床层压降。本装置一体化设计，操作、移动方便，对元件尺寸没有限定，可适用于实验室操作，也可应用于工程操作，具有广阔的应用前景。

Claims (10)

1.一种活性炭反冲膨胀率测量装置，包括水箱(4)和管柱体(6)，其特征在于，所述水箱(4)内设置有潜水泵(10)、电加热器(17)和水箱温度计(16)；所述管柱体(6)柱身设置有管柱体温度计(12)和两个以上测压口(11)，所述管柱体(6)包括上段式管柱体(61)和下段式管柱体(62)，所述上段式管柱体靠近顶部的柱身设置有溢流口(5)；

所述潜水泵(10)和下段式管柱体底端连接形成进液管路，所述进液管路上设置有流量调节阀(1)和流量计(2)；

所述溢流口(5)与水箱(4)连通，形成回液管路。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述管柱体(6)为有机玻璃柱，柱身设有刻度。

3.根据权利要求2所述的测量装置，其中，所述水箱(4)内设置有搅拌器(9)。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述测压口(11)与测压管(19)连接，所述测压管(19)外壁设有刻度，固定在测压板(20)上。

5.根据权利要求4所述的测量装置，其中，所述测压口(11)设置在活性炭床层顶部、床层底部、以及床层顶部和底部之间，所述测压口(11)孔内插入装有进出水旋塞(112)的玻璃管(113)，所述玻璃管(113)通过橡胶软管(114)与测压管(19)连接。

6.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述下段式管柱体(62)包括圆柱形管部(621)和位于底端的圆锥形管部(622)，所述圆锥形管部(622)和圆柱形管部(621)通过内部设置有滤网的穿孔板(14)连接。

7.根据权利要求6所述的测量装置，其中，所述下段式管柱体的圆柱形管部在靠近圆锥形管部一端的柱身设置有取样口(13)。

8.根据权利要求7所述的测量装置，其中，所述进液管路在靠近下段式管柱体(62)的一端设置有第一阀门(8)。

9.根据权利要求8所述的测量装置，其中，所述进液管路上，在第一阀门(8)与下段式管柱体(62)底端进液口之间设置有排液歧管，所述排液歧 管上设置有第二阀门(15)。

10.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述水箱(4)底部设置有出水口(18)，所述水箱(4)外部设置有固定框架(3)，所述固定框架(3)底部设置有滑轮。