專利名稱：一種顆粒自由沉降和過濾組合式實驗裝置的制作方法
技術領域：
本專利涉及一種顆粒自由沉降和過濾組合式實驗裝置，屬于環境工程技術領域。
背景技術：
廢水中懸浮顆粒，依據性質和濃度其沉淀過程可分為自由沉淀、絮凝沉淀、成層沉淀和壓實沉淀四類。顆粒自由沉淀實驗用沉淀柱進行，沉淀柱實驗是廢水處理工程中設計沉淀池的重要依據。自由沉淀實驗是根據沉速不變的非凝聚顆粒在平流沉淀池中的沉降理論，用顆粒沉速與顆粒去除率P之間的曲線來表示實驗結果。設沉淀柱有效水深為H，通過不同的沉淀時間t可求得不同的沉速U，即u = H/t。對于給定沉淀時間&或某一給定的表面負荷率C/A，存在U(l，Utl=HAm顆粒沉速等于或大于Uci的均可全部除去，而沉速小于U。的顆粒則按UAitl的比例去除一部分，若以Ptl表示沉速小于Utl的各種顆粒所占總顆粒的重量比，其沉速小于Utl的各種顆粒的去除率為/ p。。(Ut/U(l)dP，則總去除率n為n = (1-P。) +(l/u。)f Po0utdPo過濾是廢水處理中一種物理處理方法，用于懸浮液等固液混合物的分離。在處理過程中，一般以石英砂等顆粒狀濾粒構成過濾池中的濾層，截留去除水中的懸浮物質，使處理后水達到澄清。隨著過濾過程的進行，濾層中截留的懸浮顆粒物的量也不斷增加，導致濾速等水力條件發生改變，濾料之間的空隙率減少，過濾水頭損失增加。如果過濾后水質不能達到要求，濾池必須進行反沖洗，清除濾層中截留的污染物，使濾池重新恢復過濾能力。濾池總水頭損失H可分為流經干凈濾料層的水頭損失；流經墊層與集水系統的水頭損失；流經流量控制閥的水頭損失；出水管內流速水頭；剩余水頭。過濾剛開始時H=H0+h1+h0+(V2/2g)+h2O過濾至t時H=HJhfht+(V2/2g)+h2。濾層水頭損失與濾速成正比。現有的顆粒自由沉淀實驗裝置和過濾實驗裝置都是單獨自成一體，功能單一。
實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種既能夠進行顆粒自由沉淀實驗又能進行過濾實驗的一體式組合實驗裝置。本實用新型裝置由沉降柱13、水箱15、過濾柱16、側壓板17和控制閥門組成；其中，水箱外裝有水泵14，通過連接管分別為沉降柱13和過濾柱16供水，過濾柱16與側壓板17相連。水箱、水泵、相應連接管道和閥門，用于給沉降柱和過濾柱這些主體裝置提供進水。沉降柱用于顆粒自由沉淀實驗；過濾柱中裝填濾料，進行過濾實驗，與過濾柱連接的測壓管、流量計、連接管道用于測定過濾柱濾床壓力損失和濾速，分析之間的關系。主要部件的連接關系與作用水箱和水泵組成進水系統處于整套裝置的中間位置，左側為沉降柱，右側為過濾柱和測壓管系統。沉降柱和過濾柱系統共用一套水箱和水泵，水泵安裝于水箱旁邊，控制閥4是水泵放空閥，控制閥6是水泵進水閥，控制閥7是水泵回流閥，控制閥8是水箱排空閥。沉降柱通過控制閥2、7和水泵和水箱通過管道相連，控制閥I是排空閥，控制閥2是進水閥，控制閥3是沉降柱進水分支閥。過濾柱與測壓板用硅膠管或者橡膠管連接，過濾柱通過控制閥5、12和水泵通過管道相連，控制閥12是過濾柱進水閥，控制閥5、9分別是濾柱反沖洗進出水閥，控制閥12、11分別是濾柱過濾進出水閥，控制閥10是過濾柱排空閥。整個裝置中水泵流量0 lm3/h。沉淀柱高度1. 5 2. 0m，直徑100 150mm，柱體取樣口布置5 7個，取樣口之間間隔0. 15 0. 2m，柱體溢流口高度1. 3 1. 8m，沉淀柱底部錐體角度45 60°C。水箱有效容積1. 5 3m3。過濾柱高度1. 5 2m，過濾柱底部錐體角度45 60°C，柱體測壓管口布置3 5個，測壓管口之間間隔0.1 0. 2m，柱體溢流口高度1. 3 1. 8m。過濾柱濾層總高度0. 8 1. 2m,直徑100 150mm,其中底部承托層裝填鵝軟石，中間層為粗砂，最上層為細砂。承托層鵝軟石粒徑20 50mm，密度1500 2500kg/m3，鵝軟石加入量為濾層體積的1/4 1/3。中間層粗砂粒徑I 2mm，密度1200 1500kg/m3，粗砂加入量為濾層體積的1/4 1/3。最上層細砂粒徑20 40目，密度1500 2000kg/m3，細砂加入量為濾層體積的1/4 1/2。本實用新型所有管道、管道連接、箱體板材、柱體等都用塑料板材、有機玻璃材料加工制作，箱體和管道連接可以使用塑料焊接。柱體、水箱和測壓板的支撐用不銹鋼鋼材制作。本實用新型提供了一種顆粒自由沉淀實驗和過濾實驗一體式組合裝置，采用了設計優化合理，充分發揮實驗裝置的使用效率，操作簡便可行的裝置系統組合，以獲得相關數據。本裝置測試具有操作簡便快速的特點，設備易于加工制作，可以根據實驗室現場具體情況，靈活排布管道系統，以利于柱體布置。本實用新型的裝置可以標準化、規模化加工制造。本實用新型將兩者進行組合，克服原來功能單一的缺點，建立了一套包含水箱、水泵、沉降柱、過濾柱、濾料、測壓管、連接管以及相關控制閥門組成的顆粒沉降和過濾實驗測試一體式裝置。
圖1本實用新型裝置圖(I 12 :各控制閥門；13 :沉降柱；14 :水泵；15 :水箱；16 過濾柱；17:測壓板)
具體實施方式
實施例1(I)關閉閥門1、3、4、5、8，在水箱內配置好某非絮凝性顆粒物懸浮溶液，濃度Ig/L。關閉閥門1、2、8，打開閥門6、7，開動水泵，循環攪拌。循環攪拌數分鐘后，水箱內溶液即達到混合均勻的狀態；(2)循環攪拌數分鐘后，關閉閥門7，打開閥門2，向沉降柱內注入水樣(3)水樣在沉降柱升至溢流口，溢流幾分鐘后，打開閥門7，調節閥門7控制沉降柱內液面穩定在&流口中心位直；(4)同時關閉閥門2和電動機,顆粒自由沉降實驗開始，當t=3、5、10、20、30、45、60、90、120分鐘時，從取樣口取樣測定懸浮物濃度數據；(5)實驗結束時，打開閥門1、8，排空沉降柱，準備下次實驗。某非絮凝性顆粒物運用本組合式實驗裝置進行自由沉淀實驗，可得到顆粒物最小沉降速度分別依次為 40. 77cm/min、24. 36cm/min、12. 12cm/min、6. 03cm/min、4. 00cm/min、2. 65cm/min、l. 98cm/min時，沉速小于上述最小沉降速度的顆粒的總去除率依次為28. 57%,43. 90%,75. 61%,94. 31%,96. 94%,98. 32%,98. 96%。進一步計算可獲得沉速分布曲線、沉降曲線。實施例2(I)水箱放水，開動水泵，進水，快濾5分鐘使砂面保持穩定；(2)調節閥門7、11、12使出水流量約70L/h，待測壓管中水位穩定后，記錄最高最低兩根測壓管水位置；(3)增加濾速，使過濾流量依次為70、105、140、175、210、245L/h，分別測量記錄最
高最低兩根測壓管水位置；(4)量出濾層厚度；(5)關閉閥門11、12，打開閥門5、9反沖洗。某實驗運用清水進行過濾實驗，了解濾床清潔砂層過濾時水頭損失變化，獲得水頭損失變化規律，并進行濾柱反沖洗，了解濾料水力篩分現象。當過濾平均流量依次為70、105、140、175、210、245L/h時，實驗測得水頭損失平均值依次分別為14. 50,21. 77,29. 07、36. 43,44. 17,51. 30cm。進一步計算可獲得濾速水頭損失與濾速之間的關系。
權利要求1.一種顆粒自由沉降和過濾組合式實驗裝置，其特征在于，由沉降柱(13)、水箱(15)、過濾柱(16)、側壓板(17)和控制閥門組成；其中，水箱外裝有水泵(14)，通過連接管分別為沉降柱(13)和過濾柱(16)供水，過濾柱(16)與側壓板(17)相連。
2.根據權利要求1所述裝置，其特征在于，沉降柱用于顆粒的自由沉降。
3.根據權利要求1所述裝置，其特征在于，過濾柱用于裝填濾料，進行過濾實驗。
4.根據權利要求1所述裝置，其特征在于，測壓管、流量計、連接管用于測定過濾柱濾床壓力損失和濾速。
5.根據權利要求1所述裝置，其特征在于，沉淀柱高度1.5 2. Om,直徑100 150_，柱體取樣口布置5 7個，取樣口之間間隔O. 15 O. 2m,柱體溢流口高度1. 3 1. 8m，沉淀柱底部錐體角度45 60°C ;過濾柱高度1. 5 2m，過濾柱底部錐體角度45 60°C，柱體測壓管口布置3 5個，測壓管口之間間隔O.1 O. 2m，柱體溢流口高度1. 3 1. 8m ;過濾柱濾層總高度O. 8 1. 2m,直徑100 150_。
6.根據權利要求1所述裝置，其特征在于，濾柱底部承托層裝填鵝軟石，中間層為粗砂，最上層為細砂；承托層鵝軟石粒徑20 50 mm，密度1500 2500 kg /m3，鵝軟石加入量為濾層體積的1/4 1/3 ;中間層粗砂粒徑I 2 mm，密度1200 1500 kg /m3，粗砂加入量為濾層體積的1/4 1/3 ;最上層細砂粒徑20 40目，密度1500 2000 kg /m3，細砂加入量為濾層體積的1/4 1/2。
專利摘要本實用新型是一種顆粒自由沉降和過濾組合式的實驗設備裝置。本實用新型給出了組合式實驗裝置加工設計制造的特有關鍵技術，本裝置系統包含進水系統、沉降柱、過濾柱、濾料、測壓管、連接管、流量計以及相關控制閥門組成。實驗室時通過靈活控制管道閥門系統，分別達到進行顆粒自由沉降和過濾實驗的目的。通過調節閥門開度，控制系統流量的變化和穩定。本實用新型裝置，設計加工制造可以因地制宜、靈活方便，不需要單獨建設完整獨立的顆粒自由沉降和過濾實驗兩套裝置，其中通過自身的循環系統不再需要安裝一般顆粒自由沉降裝置所需要的攪拌系統，具有新穎性。本實用新型對于環境工程、給水排水工程的教學及科研應用具有重要實踐意義。
文檔編號B01D36/04GK202860273SQ20122023867
公開日2013年4月10日 申請日期2012年5月24日 優先權日2012年5月24日
發明者張一波, 王業青, 陳藝陽 申請人:江南大學