專利名稱：一種模擬水中固體微粒沉降與懸浮過程的實驗裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及屬于水處理實驗裝置領域，特別涉及一種室內模擬水中固體微粒沉降與懸浮過程的實驗裝置。
背景技術：
當前水污染問題已成為我國城市環(huán)境最主要問題之一，全國江河水域和湖泊普遍受到不同程度的污染，尤其是大中城市中下游河段污染更嚴重。然而，城市污染水體的治理相當困難，治理工程量大，涉及面廣，現(xiàn)有的城市污染水體主要污染控制技術之一是向受污水體投加水處理劑。水處理劑是當前水工業(yè)、污染治理與中水回用處理工程技術中應用最廣泛、用量最大的特殊產品之一，其包括絮凝劑、阻垢分散劑、緩蝕劑、殺蟲劑等組份，其性能的優(yōu)劣在很大程度上決定處理流程的運行狀況、最終出水質量及成本費用。水處理劑的發(fā)展方向是新型高效環(huán)保的綠色水處理劑，價格低廉，易再生，對環(huán)境無污染。綠色水處理劑是水資源保護的重要環(huán)境材料，在水環(huán)境治理中發(fā)揮著重要作用，是環(huán)境工程的重要研究領域。因此，研究添加水處理劑后的水中固體微粒沉降與懸浮過程，對于水處理劑的處理效果評價顯得尤為重要。研究添加水處理劑后的水中固體微粒沉降與懸浮過程的方法主要有野外觀測和室內模擬。野外觀測不可控性太強，重復性差，給理論分析帶來很大困難，因此常采用室內模擬方法。室內模擬天然水體的常用方法可分為三角瓶式、直管式和水槽式；三角瓶式體積太小，模擬天然水體具有很大的局限性，與實際情況相差較大；水槽式占地面積大，結構復雜，造價高，且水體的高度與實際有一定的差距，結果不準確；直管式可滿足模擬水體的高度，但模擬實際水流的波動造成沉積物懸浮的過程比較困難。實際水流的波動造成沉積物懸浮的過程主要有旋漿式、活塞式、造波式和振蕩式四種方法。旋漿式是 通過旋漿在水體中擾動帶動水體運動而使沉積物再懸浮，然而由于其高度限制不適宜用在直管式裝置中，難以研究添加水處理劑后的水中固體微粒沉降過程；活塞式是通過置入水體中的活塞的往復運動使沉積物產生懸浮，然而僅產生垂直方向的力因此也與實際情況差較大；造波式是用造波機產生的波浪使沉積物再懸浮，然而由于構造及操作復雜造價高也難以推廣；振蕩式是將水體和沉積物放在振蕩器上使之再懸浮，然而該方法將外力同時作用于水體和懸浮物，與天然水體中懸浮物受水體擾動而被動受力的情況不相符。因此，此四種方法模擬實際水流的波動造成沉積物懸浮均存在各種缺陷，且無法同時模擬不同水體環(huán)境下固體微粒及沉積物的懸浮。

發(fā)明內容
發(fā)明目的:為了克服以上缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種模擬水中固體微粒沉降與懸浮過程的實驗裝置。技術方案:本發(fā)明提供的一種模擬水中固體微粒沉降與懸浮過程的實驗裝置，包括沉降裝置、振蕩裝置和進料裝置；所述沉降裝置包括互相連接的柱身和底座，所述柱身底部設有排泥口，所述柱身下側壁設有進水口，所述柱身側壁設有一組取樣口 ；所述振蕩裝置包括互相連接的振蕩器和振蕩柱，所述振蕩柱由三根平行設置的金屬桿以及固定于金屬桿上的一組振蕩網格組成；所述進料裝置包括通過進料管依次連接的進料箱、計量泵和噴頭；所述振蕩柱設于柱身內，所述噴頭設于振蕩器底部。作為改進，還包括測速口和測速儀，所述測速口設于柱身側壁上，所述測速儀與測速口連接；利用測速儀可精確的測定水流速度，從而使模擬水流速度精確可控。作為優(yōu)選，所述一組取樣口沿柱身從上到下每隔300-500mm設置；合理設置一組取樣口相對距離可更準確測定不同高度的固體微粒數(shù)量，從而對于水處理劑的處理效果評價更準確。作為另一種優(yōu)選，所述柱身為有機玻璃管制成，其內徑為200-300mm，高為2000-3000mm，壁厚為5_10mm ;采用有機玻璃管制成的柱身可直觀的觀察到沉降和懸浮過程。作為另一種優(yōu)選，所述底座為有機玻璃管制成，其厚度為10-20mm,直徑為300-400mm，傾角為 120-150。。作為另一種優(yōu)選，所述排泥口的直徑為10-30mm,所述進水口直徑為15_25mm,所述進水口距柱身底部距離為30-50mm ;所述取樣口直徑為10_20mm。作為另一種優(yōu)選，所述一組振蕩網格沿金屬桿從上到下每隔200-300mm設置；合理設置一組振蕩網格的相對距離可使振蕩更真實模擬實際水庫中情況，從而對于水處理劑的處理效果評價更準確。作為另一種優(yōu)選，所述振蕩網格為三角形陣列網格，其網目尺寸40_50mm，所述振蕩網格的厚度8-lOmm;使 用三角形陣列網格的振蕩網格并合理設置其尺寸，從而可使振蕩更真實模擬實際水庫中情況，從而對于水處理劑的處理效果評價更準確。作為另一種優(yōu)選，所述振蕩器的振幅18-70_，振蕩頻率0.21-4.0Hz ;可使振蕩更真實模擬實際水庫中情況，從而對于水處理劑的處理效果評價更準確。作為另一種優(yōu)選，所述噴頭直徑為140-240mm;使撒藥更均勻。作為另一種改進，還包括流量計設于計量泵和噴頭之間；還包括進藥閥，所述進藥閥設于計量泵和噴頭之間；從而使用藥量可準確控制，從而對于水處理劑的處理效果評價更準確。本發(fā)明還提供了上述一種模擬水中固體微粒沉降與懸浮過程的實驗裝置在水處理劑的處理效果評價中的應用，包括以下步驟:(I)通過進水口向柱身內通入定量實驗水樣；(2)調節(jié)振蕩器頻率，通過振蕩網格振蕩形成水波模擬實際水流的波動，使水流速度達到預設的流速；(3)通過噴頭從柱身頂端向實驗水樣中均勻加入含固體微粒水處理劑的藥液；(4)從取樣口采集水樣并測定水樣指標，研究固體微粒沉降過程及再懸浮過程對水質影響垂直分布規(guī)律，從而評價水處理劑的處理效果；(5)試驗結束后從進水口或排泥口放出實驗水樣和水處理劑。該裝置可用于淺水湖泊及河流水體環(huán)境水下沉積物再懸浮的模擬，亦可用于模擬河流泥沙的沉降懸浮對污染物攜帶研究，化工領域藥劑的合成混合研究，污水處理廠藥劑的絮凝沉降研究等領域。有益效果:本發(fā)明提供的模擬水中固體微粒沉降與懸浮過程的實驗裝置結構簡單、操作方便、占地面積小，可真實的模擬天然水體在不同的水流波動下固體微粒沉降與懸浮過程對水質的影響。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術，具有以下突出的優(yōu)點:(1)測量準確:利用振蕩網格模擬不同的水流狀態(tài)，接近淺水湖泊及河流水體環(huán)境水流波動的實際情況；通過振蕩器可實現(xiàn)無級調頻更精確模擬自然水面情況，同時利用流速儀測定水流速度；(2)操作簡單:該裝置可實現(xiàn)自控進水樣、自控排泥、自控進料，自上而下設置帶閥取樣口可實現(xiàn)不同深度水樣的采集，實驗操作方便；該裝置可實現(xiàn)計量進料，并使藥物微粒溶液均勻灑在柱身內的水面上，可真實模擬水中固體微粒的沉降過程；(3)應用范圍廣:該裝置可用于模擬水中固體微粒沉降與懸浮過程對水質影響，從而實現(xiàn)對水處理劑的處理效果評價；亦可應用于淺水湖泊及河流水體環(huán)境水下沉積物再懸浮的模擬；亦可用于模擬河流泥沙的沉降與懸浮對污染物攜帶的研究、化工領域藥劑的合成混合研究、污水處理廠藥劑的絮凝沉降研究等領域。(4)生產成本低:該裝置結構簡單、操作方便、占地面積小，生產成本低。


圖1為本發(fā)明模擬水中固體微粒沉降與懸浮過程的實驗裝置的結構示意圖；圖2為振蕩柱 的俯視圖。
具體實施例方式模擬水中固體微粒沉降與懸浮過程的實驗裝置，見圖1至3，包括沉降裝置1、振蕩裝置2和進料裝置3 ;沉降裝置包括互相連接的柱身11和底座12，柱身11底部設有排泥口13，柱身11下側壁設有進水口 14，柱身11側壁設有一組取樣口 15 ;柱身11側壁上還設有測速口 16，測速口 16連接有測速儀17 ;振蕩裝置2包括互相連接的振蕩器21和振蕩柱，振蕩柱由三根平行設置的金屬桿22以及固定于金屬桿22上的一組振蕩網格23組成；進料裝置3包括通過進料管依次連接的進料箱31、進藥閥35、計量泵32、流量計34和噴頭33 ;振蕩柱設于柱身11內，噴頭33設于振蕩器21底部。本發(fā)明中，一組取樣口 15沿柱身11從上到下每隔400mm設置，可選地也可以根據(jù)需求合理設置，優(yōu)選地為300-500mm。本發(fā)明中，柱身11為有機玻璃管制成，其內徑為250mm，高為2500mm，壁厚為8mm，可選地也可以根據(jù)需求合理設置，優(yōu)選地其內徑為200-300mm，高為2000-3000mm，壁厚為5-10mmo本發(fā)明中，底座12為有機玻璃管制成，其厚度為15mm，直徑為350mm，傾角為135°，可選地也可以根據(jù)需求合理設置，優(yōu)選地其厚度為10-20mm，直徑為300-400mm，傾角為 120-150°。本發(fā)明中，排泥口 13的直徑為20mm，進水口 14直徑為20mm，進水口 14距柱身11底部距離為40mm，取樣口 15直徑為15mm，可選地也可以根據(jù)需求合理設置，優(yōu)選地排泥口13的直徑為10-30mm，進水口 14直徑為15_25mm，進水口 14距柱身11底部距離為30_50mm，取樣口 15直徑為10-20mm。本發(fā)明中，測速口 16設置在沉降柱中間位置1250mm，可選地也可以根據(jù)需求合理設置，優(yōu)選地為1000-1500mm ;測速儀17為多普勒測速儀。本發(fā)明中，一組振蕩網格23沿金屬桿22從上到下每隔250mm設置，可選地也可以根據(jù)需求合理設置，優(yōu)選地為200-300mm。本發(fā)明中，振蕩網格23為三角形陣列網格，其網目尺寸45mm，振蕩網格23的厚度9mm，可選地也可以根據(jù)需求合理設置，優(yōu)選地其網目尺寸40-50mm，振蕩網格23的厚度8-10mmo本發(fā)明中,振蕩器21的振幅18_70mm，振蕩頻率0.21-4.0Hz0本發(fā)明中，噴頭33直徑為200mm，可選地也可以根據(jù)需求合理設置，優(yōu)選地為140_240mm。利用該模擬水中固體微粒沉降與懸浮過程的實驗裝置評價水處理劑的處理效果，包括以下步驟:
(I)根據(jù)試驗需要，通過進水口向柱身11內通入定量實驗水樣；(2)調節(jié)振蕩器21頻率，通過振蕩網格振蕩形成水波模擬實際水流的波動，使測速儀17測得的水流速度達到預設的流速；(3)打開計量泵32和進藥閥35，通過噴頭33從柱身11頂端向實驗水樣中均勻加入含固體微粒水處理劑的藥液，達到預設的流量值時關掉計量泵32和進藥閥35，可分量分批次進料，藥液中固體微粒在沉降與懸浮過程可吸附實驗水樣中的污染物和懸浮物；(4)在預設的時間內從不同深度取樣口采集水樣并測定水樣指標，研究固體微粒沉降過程及再懸浮過程對水質影響垂直分布規(guī)律，從而評價水處理劑的處理效果；(5)試驗結束后從進水口或排泥口放出實驗水樣和水處理劑。
權利要求
1.一種模擬水中固體微粒沉降與懸浮過程的實驗裝置，其特征在于:包括沉降裝置(I)、振蕩裝置(2)和進料裝置(3);所述沉降裝置(I)包括互相連接的柱身(11)和底座(12)，所述柱身(11)底部設有排泥口( 13)，所述柱身(11)下側壁設有進水口( 14)，所述柱身(11)側壁設有一組取樣口(15);所述振蕩裝置(2)包括互相連接的振蕩器(21)和振蕩柱，所述振蕩柱由三根平行設置的金屬桿(22)以及固定于金屬桿(22)上的一組振蕩網格(23)組成；所述進料裝置(3)包括通過進料管依次連接的進料箱(31)、計量泵(32)和噴頭(33)；所述振蕩柱設于柱身(11)內，所述噴頭(33 )設于振蕩器(21)底部。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種模擬水中固體微粒沉降與懸浮過程的實驗裝置，其特征在于:還包括測速口( 16)和測速儀(17)，所述測速口( 16)設于柱身(11)側壁上，所述測速儀(17)與測速口(16)連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種模擬水中固體微粒沉降與懸浮過程的實驗裝置，其特征在于:所述一組取樣口(15)沿柱身(11)從上到下每隔300-500mm設置。
4.根據(jù)權利 要求1所述的一種模擬水中固體微粒沉降與懸浮過程的實驗裝置，其特征在于:所述柱身(11)為有機玻璃管制成，其內徑為200-300mm，高為2000-3000mm，壁厚為5-10mm;所述底座(12)為有機玻璃管制成，其厚度為10-20mm，直徑為300-400mm，傾角為120-150。。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種模擬水中固體微粒沉降與懸浮過程的實驗裝置，其特征在于:所述排泥口(13)的直徑為10-30mm，所述進水口(14)直徑為15_25mm，所述進水口(14)距柱身(11)底部距離為30-50mm ;所述取樣口( 15)直徑為10_20mm。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種模擬水中固體微粒沉降與懸浮過程的實驗裝置，其特征在于:所述一組振蕩網格(23)沿金屬桿(22)從上到下每隔200-300mm設置；所述振蕩網格(23)為三角形陣列網格，其網目尺寸40-50mm，所述振蕩網格(23)的厚度8_10mm。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種模擬水中固體微粒沉降與懸浮過程的實驗裝置，其特征在于:所述振蕩器(21)的振幅18-70mm，振蕩頻率0.21-4.0Hz。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種模擬水中固體微粒沉降與懸浮過程的實驗裝置，其特征在于:所述噴頭(33)直徑為140-240mm。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種模擬水中固體微粒沉降與懸浮過程的實驗裝置，其特征在于:還包括流量計(34)設于計量泵(32)和噴頭(33)之間；還包括進藥閥(35)，所述進藥閥(35 )設于計量泵(32 )和噴頭(33 )之間。
全文摘要
本發(fā)明提供的一種模擬水中固體微粒沉降與懸浮過程的實驗裝置，包括沉降裝置(1)、振蕩裝置(2)和進料裝置(3)；所述沉降裝置(1)包括互相連接的柱身(11)和底座(12)，所述柱身(11)底部設有排泥口(13)，所述柱身(11)下側壁設有進水口(14)，所述柱身(11)側壁設有一組取樣口(15)；所述振蕩裝置(2)包括互相連接的振蕩器(21)和振蕩柱，所述振蕩柱由三根平行設置的金屬桿(22)以及固定于金屬桿(22)上的一組振蕩網格(23)組成；所述進料裝置(3)包括通過進料管依次連接的進料箱(31)、計量泵(32)和噴頭(33)；所述振蕩柱設于柱身(11)內，所述噴頭(33)設于振蕩器(21)底部。該裝置結構簡單、操作方便、占地面積小，可真實的模擬天然水體在不同的水流波動下固體微粒沉降與懸浮過程對水質的影響。
文檔編號G01N33/00GK103235090SQ201310140430
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月22日 優(yōu)先權日2013年4月22日
發(fā)明者祝建中, 朱瑞瑞, 陳勝魯, 張毓珊 申請人:河海大學