CN212207259U - 一种管道沉积物仿真培养和冲刷试验一体化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种管道沉积物仿真培养和冲刷试验一体化装置，所述装置包括外管和可拆卸固定于所述外管内顶部的内管，其中：内管的左右两侧分别设有可拆卸的左管盖和右管盖，所述内管内左右两侧固定有沉积物挡板，所述右管盖上设有进水孔，所述进水孔可用于连接进水管，所述外管的顶部开设有进水及测验口，所述外管的左右两侧分别设有可拆卸的左侧端盖和右侧端盖，其中所述左侧端盖上连接有取样管，所述右侧端盖的底部连接有出水管、中部连接有进水管，两者通过水泵连接，当所述内管装配于所述外管内时，所述进水管的端部可密封插接于所述进水孔内。所述装置可实现不同条件下的管道沉积物微生物培养、管道沉积物抗冲刷性能实验，功能多样化。

Description

一种管道沉积物仿真培养和冲刷试验一体化装置

技术领域

本实用新型涉及水环境修复技术领域，特别是涉及一种管道沉积物仿真培养和冲刷试验一体化装置。

背景技术

城市排水管道在城市基础建设中的地位举足轻重，是充分确保人民群众日常生活的基础。城市雨水管道中沉积物的累积，一方面会导致雨水管道过流能力下降，降低管道排水容量，雨季时甚至会直接导致城市发生内涝，另一方面，城市分流制雨水管道由于历史原因大都存在雨污错接混接及管理疏漏的问题，使得生活污水直排进雨水管道，生活污水中的污染物会随悬浮物发生沉降聚集，雨水管道沉积物随即成为污染物的汇集场所。

在暴雨时管道沉积物中污染物随径流冲刷而进入水体，形成冲击性污染负荷，使非点源污染转化为点源污染，导致大部分城市河道大雨过后出现发黑发臭的现象。

现今，管道沉积物污染物入河污染成为制约河流水质的一个重要原因，管网沉积物沉积状况和污染特征受到越来越多的关注，但是鉴于排水管道深埋地下而难以开展相关研究，目前国内对于排水管网中沉积物污染规律研究较少。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的排水管沉积物污染实验难以展开的问题，而提供一种管道沉积物仿真培养和冲刷试验一体化装置。

一种管道沉积物仿真培养和冲刷试验一体化装置，包括外管和可拆卸固定于所述外管内顶部的内管，其中：

所述内管的长度小于外管的长度，所述内管的直径小于所述外管的直径；

所述内管的左右两侧分别设有可拆卸的左管盖和右管盖，所述内管内左右两侧固定有沉积物挡板，所述右管盖上设有进水孔；

所述外管的顶部开设有进水及测验口，所述外管的左右两侧分别设有可拆卸的左侧端盖和右侧端盖，其中所述左侧端盖上连接有取样管，取样管上设有阀门，所述右侧端盖的底部连接有出水管、中部连接有进水管，所述出水管和进水管上均设有阀门，所述出水管和进水管通过水泵连接，当所述内管装配于所述外管内时，所述进水管的端部可密封插接于所述进水孔内。

在上述技术方案中，所述外管的左右两侧分别固定有一外管法兰盘以分别连接所述左侧端盖和右侧端盖；所述内管的左右两侧分别固定有一内管法兰以分别连接所述左管盖和右管盖；每一外管法兰盘固定于所述外管的外部，每一内管法兰均固定于所述内管的内部。

在上述技术方案中，所述沉积物挡板固定于内管两端距离内管管口1～2cm处，所述进水孔距离右管盖底部0.5～1.5cm左右。

在上述技术方案中，所述沉积物挡板呈半圆形或弓形，当沉积物挡板为弓形时，弓形的弧边为劣弧，所述沉积物挡板的直径与内管内径相同，所述沉积物挡板靠近顶部部分打孔作为配水花墙。

在上述技术方案中，所述内管和所述外管的顶部对应位置开设有螺纹孔，所述内管和所述外管通过内外管连接螺丝固定连接。

在上述技术方案中，所述内管的内表面为粗糙面。

本实用新型的另一方面，利用所述管道沉积物仿真培养和冲刷试验一体化装置进行静态雨水管道沉积物仿真培养的方法，本方法只使用内管，包括以下步骤：

步骤1，将管道沉积物混匀后装填进内管中，沉积物装填高度不得高于沉积物挡板的高度；

步骤2，沉积物装填完毕后，将左管盖、右管盖分别装配于内管左右两侧，封闭内管，从右管盖的进水孔通入氮气，内管内部的氧气从内管顶部的螺丝孔排出，待内管内部充满氮气后，封堵进水孔和螺丝孔，使得内管内沉积物处于封闭状态；

步骤3，将封闭的内管放入到生化培养箱内培养。

本实用新型的另一方面，利用所述管道沉积物仿真培养和冲刷试验一体化装置进行动态沉积物仿真培养的方法，本方法外管与内管联合使用，包括以下步骤：

步骤1，将管道沉积物装填进内管，装填高度不得超过沉积物挡板；

步骤2，将装填沉积物的内管与外管连接，将右管盖与内管右侧的法兰连接，不装配左管盖，将左侧端盖和右侧端盖分别连接于所述外管的左右两侧的外管法兰盘上，这时右侧端盖上的所述进水管的端部可密封插接于所述进水孔内，进水管的另一端与出水管由水泵连接，关闭进水管、出水管及取样管上的阀门；

步骤3，装置连接完成后，通过外管顶部的进水及测验口向外管中注入定量含营养物的水，从进水及测验口中通入氮气用来排出内管和外管中的氧气，排除氧气完成后将进水及测验口用塞子塞住，使得模拟装置内部处于封闭环境；

步骤4，打开进水管与出水管上的阀门，水流经过水泵的抽吸作用，经过出水管、进水管进入到内管，在配水花墙均匀配置下水流较为均匀的通过沉积物表面，水流经过沉积物表面后在内管末端自流进入到外管中，此时水流完成一个循环，如此进行动态沉积物培养实验。

本实用新型的另一方面，利用所述管道沉积物仿真培养和冲刷试验一体化装置进行沉积物抗冲刷性实验的方法，包括以下步骤：

步骤1，将实际管道沉积物混匀后装填进内管中，沉积物装填高度不得高于沉积物挡板的高度；

步骤2，将装填沉积物的内管与外管连接，将右管盖与内管右侧的法兰连接，不装配左管盖，将左侧端盖和右侧端盖分别连接于所述外管的左右两侧的外管法兰盘上，这时右侧端盖上的所述进水管的端部可密封插接于所述进水孔内，关闭进水管、出水管及取样管上的阀门；

步骤3，从进水及测验口注入实验用水，打开进水管、出水管上的阀门，启动水泵后模拟装置开始运行，每隔一段时间打开取样管上的阀门，从取样管中取出水样检测水样中污染物含量，水样中泥沙含量以及泥沙粒径，考察沉积物的抗冲刷性能力及沉积物水界面污染物迁移转化规律。

本实用新型的另一方面，利用所述管道沉积物仿真培养和冲刷试验一体化装置进行沉积物氧气吸收速率实验的方法，包括以下步骤：

步骤1，将管道沉积物混匀后装填进内管中，沉积物装填高度不得高于沉积物挡板的高度；

步骤2，将装填沉积物的内管与外管连接，将右管盖与内管右侧的法兰连接，不装配左管盖，将左侧端盖和右侧端盖分别连接于所述外管的左右两侧的外管法兰盘上，这时右侧端盖上的所述进水管的端部可密封插接于所述进水孔内，关闭进水管、出水管及取样管上的阀门；

步骤3，从进水及测验口注入实验用水，然后从进水及测验口插入氮气管通入氮气，模拟装置中的氧气从进水及测验口排出，随即将溶氧仪从进水及测验口插入外管中，使得溶氧仪探头浸入水中，再使用胶塞封闭注水孔，保持装置内密闭环境；打开进水管、出水管上的阀门，启动水泵，水流在内管沉积物上进行循环，每隔一段时间读取溶氧仪示数，绘制水中溶解氧含量随时间变化曲线，求导后得到水中氧消耗速率随时间变化曲线。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.与传统排水管道模拟装置相比，占空间较小，便于携带，并且本装置功能多样化，具有四种实验方式，分别为：模拟雨水管道在非雨季时管道内基本无水流的实验；模拟市政污水管道中有断断续续的水流流动下，沉积物的仿真培养实验；排水管道沉积物抗冲刷性实验及沉积物-水界面污染物迁移转化规律实验和排水管道沉积物氧气吸收速率实验。

2.本模拟装置可营造密闭环境，进行无氧环境下的模拟实验。

3.本模拟装置盛装沉积物的内管可拆卸，单独的外管体积较小，方便放入培养箱控制沉积物培养所需的环境。内管和外管即可联合使用，内管也可单独使用，功能多样化。

附图说明

图1所示为本实用新型的内管和外管的连接示意图。

图2是内管纵剖面图。

图3是外管右视图(省略出水管和进水管)。

图4是内管右视图。

图中：1-内管，2-1-左管盖，2-2-右管盖，3-沉积物挡板，4-配水花墙，5-进水管，6-水泵， 7-内管法兰，8-外管，9-1-左侧端盖，9-2-右侧端盖，10-外管法兰盘，11-内外管连接螺丝，12- 进水及测验口，13-取样管，14-阀门，15-出水管，16-进水管，17-进水孔。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

一种管道沉积物仿真培养和冲刷试验一体化装置，包括外管8和可拆卸固定于所述外管 8内顶部的内管1，其中：

所述内管的长度小于外管的长度，所述内管的直径小于所述外管的直径；

所述内管1的左右两侧分别设有可拆卸的左管盖2-1和右管盖2-2，所述内管1内左右两侧固定有沉积物挡板3，所述右管盖上设有进水孔17，所述进水孔17可用于连接进水管5

所述外管的顶部开设有进水及测验口12，所述外管的左右两侧分别设有可拆卸的左侧端盖9-1和右侧端盖9-2，其中所述左侧端盖上连接有取样管13，取样管13上设有阀门14，所述右侧端盖的底部连接有出水管15、中部连接有进水管16，所述出水管15和进水管16通过水泵6连接，所述出水管15和进水管16上均设有阀门，当所述内管1装配于所述外管8内时，所述进水管16可密封插接于所述进水孔17内。进水孔17内嵌有橡胶垫圈，以密封连接进水管16的端部。

所述取样管13、出水管15和进水管16上设置的阀门可采用取样夹，所述内管可单独使用，也可与外管联合使用，联合使用时内管嵌套在外管内顶部，内进水孔17与进水管16在同一侧。

为便于拆装左侧端盖9-1和右侧端盖9-2，所述外管8的左右两侧分别固定有一外管法兰盘10以分别连接所述左侧端盖和右侧端盖。

为了便于拆装左管盖2-1和右管盖2-2，所述内管1的左右两侧分别固定有一内管法兰7 以分别连接所述左管盖2-1和右管盖2-2。

每一外管法兰盘10固定于所述外管8的外部，每一内管法兰7均固定于所述内管1的内部，如此便于内管1与外管8装配使用。

为了防止含水率较大的沉积物发生滑落，所述沉积物挡板3固定于内管两端距离内管管口1～2cm处。

更为优选的，所述沉积物挡板3呈半圆形或弓形，当沉积物挡板3为弓形时，弓形的弧边为劣弧，所述沉积物挡板3的直径与内管内径相同。其大小可由所需填装沉积物多小变化。

更为优选的，所述进水孔17距离右管盖2-2底部1cm左右。

为了更加均匀的布水，所述沉积物挡板3靠近顶部部分打孔作为配水花墙4。以防止水流冲击力太大，对内管中沉积物产生较大冲击。

为了便于将内管的拆装，所述内管和所述外管的顶部对应位置开设有螺纹孔，所述内管 1和所述外管8通过内外管连接螺丝11固定连接。

为了更贴合实际所用排水管道，所述内管的内表面为粗糙面，以模拟排水管道粗糙的混凝土表面。

实施例2

本实施例模拟雨水管道在非雨季时管道内基本无水流的实验，将内管1(图2)拆卸下来单独使用。内管1长度为45cm，内管1独立使用时刚好能够放入到实验室常用生化培养箱。

雨水管道沉积物仿真培养方法，包括以下步骤：

步骤1，将实际雨水管道中取回的沉积物混匀后装填进内管1中，沉积物装填高度不得高于沉积物挡板，防止含水率较大的沉积物发生滑落；

步骤2，沉积物装填完毕后，将左管盖、右管盖分别与内管1左右两侧的法兰连接，封闭内管1，从右管盖的进水孔通入氮气，内管1内部的氧气从内管1顶部的螺丝孔排出，待内管1内部充满氮气后，封堵进水孔和螺丝孔，使得内管1内沉积物处于封闭状态。

步骤3，将封闭的内管1放入到生化培养箱内培养。生化培养箱可提供适宜的温度。

实施例3

本实施例将外管与内管1联合使用，模拟市政污水管道中有断断续续的水流流动下，沉积物的仿真培养实验，所述仿真培养实验包括以下步骤：

步骤1，沉积物装填进内管1，装填高度不得超过沉积物挡板，防止含水率较大沉积物滑落；

步骤2，将装填沉积物的内管1通过螺丝与外管连接，将右管盖与内管1右侧的法兰连接，不使用左管盖，将左侧端盖和右侧端盖分别连接于所述外管的左右两侧的外管法兰盘10 上，右侧端盖上的进水管16与出水管15由水泵6连接，关闭进水管16与出水管15上的阀门14，关闭取样管13上的阀门14，水泵选择较小流量水泵，仅维持内管1中沉积物表面有小水流通过；

步骤3，装置连接完成后，通过外管顶部的进水及测验口12向外管中注入一定量含营养物的水，考虑到排水管道内部处于缺氧状态，从进水及测验口12中通入一定量的氮气用来排出模拟装置中的氧气，排除氧气完成后将进水及测验口12用塞子塞住，使得模拟装置内部处于封闭环境；

步骤4，打开进水管16与出水管15上的阀门14，水流经过水泵6的抽吸作用，经过出水管16，进水管15进入到内管1，在配水花墙均匀配置下水流较为均匀的通过沉积物表面。水流经过沉积物表面后在内管1末端自流进入到外管中，此时水流完成一个循环。循环水流进行定时更换以最大程度的模拟真实管道状态。

实施例4

利用实施例1的装置进行排水管道沉积物抗冲刷性实验及沉积物-水界面污染物迁移转化规律实验，包括以下步骤：

步骤1，沉积物装填进内管1，装填高度不得超过沉积物挡板，防止含水率较大沉积物滑落；

步骤2，将装填沉积物的内管1通过螺丝与外管连接，将右管盖与内管1右侧的法兰连接，不使用左管盖，将左侧端盖和右侧端盖分别连接于所述外管的左右两侧的外管法兰盘10 上，右侧端盖上的进水管16与出水管15由水泵6连接，关闭进水管16与出水管15上的阀门14，关闭取样管13上的阀门14，水泵选择较小流量水泵，仅维持内管1中沉积物表面有小水流通过；

步骤3，从进水及测验口注入实验用水，启动水泵后模拟装置开始运行，每隔一段时间从取样管13中取出水样检测水样中污染物含量，水样中泥沙含量以及泥沙粒径，考察沉积物的抗冲刷性能力及沉积物水界面污染物迁移转化规律。在此，可选择不同流量的水泵进行模拟，启动水泵后模拟装置开始运行。

实施例5

利用实施例1的装置进行排水管道沉积物氧气吸收速率实验，包括以下步骤：

步骤1，沉积物装填进内管1，装填高度不得超过沉积物挡板，防止含水率较大沉积物滑落；

步骤2，将装填沉积物的内管1通过螺丝与外管连接，将右管盖与内管1右侧的法兰连接，不使用左管盖，将左侧端盖和右侧端盖分别连接于所述外管的左右两侧的外管法兰盘10 上，右侧端盖上的进水管16与出水管15由水泵6连接，关闭进水管16与出水管15上的阀门14，关闭取样管13上的阀门14；

步骤3，从进水及测验口12注入实验用水，然后从进水及测验口12插入氮气管通入氮气，模拟装置中的氧气从进水及测验口12排出，随即将溶氧仪从进水及测验口12插入外管中，使得溶氧仪探头浸入水中，此时考虑到外管管径较大时，便携式溶氧仪探头浸入水中后，溶氧仪导线处于注水孔位置，这样就使得注水孔部位产生较大空隙，此时需要使用胶塞封闭注水孔，保持装置内密闭环境。启动水泵，水流在内管沉积物上进行循环，每隔一段时间读取溶氧仪示数，绘制水中溶解氧含量随时间变化曲线，求导后得到水中氧消耗速率随时间变化曲线。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种管道沉积物仿真培养和冲刷试验一体化装置，其特征在于，包括外管和可拆卸固定于所述外管内顶部的内管，其中：

所述内管的长度小于外管的长度，所述内管的直径小于所述外管的直径；

所述内管的左右两侧分别设有可拆卸的左管盖和右管盖，所述内管内左右两侧固定有沉积物挡板，所述右管盖上设有进水孔；

所述外管的顶部开设有进水及测验口，所述外管的左右两侧分别设有可拆卸的左侧端盖和右侧端盖，其中所述左侧端盖上连接有取样管，取样管上设有阀门，所述右侧端盖的底部连接有出水管、中部连接有进水管，所述出水管和进水管上均设有阀门，所述出水管和进水管通过水泵连接，当所述内管装配于所述外管内时，所述进水管的端部可密封插接于所述进水孔内。

2.如权利要求1所述的管道沉积物仿真培养和冲刷试验一体化装置，其特征在于，所述外管的左右两侧分别固定有一外管法兰盘以分别连接所述左侧端盖和右侧端盖。

3.如权利要求2所述的管道沉积物仿真培养和冲刷试验一体化装置，其特征在于，所述内管的左右两侧分别固定有一内管法兰以分别连接所述左管盖和右管盖。

4.如权利要求3所述的管道沉积物仿真培养和冲刷试验一体化装置，其特征在于，每一外管法兰盘固定于所述外管的外部，每一内管法兰均固定于所述内管的内部。

5.如权利要求1所述的管道沉积物仿真培养和冲刷试验一体化装置，其特征在于，所述沉积物挡板固定于内管两端距离内管管口1～2cm处。

6.如权利要求1所述的管道沉积物仿真培养和冲刷试验一体化装置，其特征在于，所述进水孔距离右管盖底部0.5～1.5cm左右。

7.如权利要求1所述的管道沉积物仿真培养和冲刷试验一体化装置，其特征在于，所述沉积物挡板呈半圆形或弓形，当沉积物挡板为弓形时，弓形的弧边为劣弧，所述沉积物挡板的直径与内管内径相同。

8.如权利要求1所述的管道沉积物仿真培养和冲刷试验一体化装置，其特征在于，所述沉积物挡板靠近顶部部分打孔作为配水花墙。

9.如权利要求1所述的管道沉积物仿真培养和冲刷试验一体化装置，其特征在于，所述内管和所述外管的顶部对应位置开设有螺纹孔，所述内管和所述外管通过内外管连接螺丝固定连接。

10.如权利要求1所述的管道沉积物仿真培养和冲刷试验一体化装置，其特征在于，所述内管的内表面为粗糙面。

Images