[发明专利]多材质输水管道附着生物膜的模拟实验装置及实验方法

权利要求书

1.一种多材质输水管道附着生物膜的模拟实验装置，其特征在于：包括循环管路系统；所述循环管路系统上沿水流方向依次串联设置有管道增压泵（2）、进水接口（1）、多个生物膜生长模拟单元和出水接口（4）；所述进水接口（1）上连接有进水泵（6）；所述出水接口（4）上连接有出水泵（5）；

多个生物膜生长模拟单元串联设置，每个生物膜生长模拟单元包括若干可拆装的监测管节（3）和两个第一隔断阀门（7）；所述两个第一隔断阀门（7）分别位于所述若干监测管节（3）的进水端与出水端；多个生物膜生长模拟单元的监测管节（3）的材质均不相同；

每个生物膜生长模拟单元的进水端和出水端分别设置有旁路接头（8）；所述旁路接头（8）上均设置有旁路阀（9）；

模拟实验时，管道增压泵（2）对管道内的水流加压，进水泵（6）经一级循环管路系统的进水接口（1）向管道增压泵（2）的出口端输送水；然后依次进入多个生物膜生长模拟单元；

从多个生物膜生长模拟单元流过的水，一部分经出水泵（5）后排放；另一部分循环流至管道增压泵（2）的进口端；

当一个生物膜生长模拟单元停用时，将该生物膜生长模拟单元两端的旁路接头（8）连通，打开该生物膜生长模拟单元两端的旁路阀（9）；关闭该生物膜生长模拟单元的两个第一隔断阀门（7）。

2. 根据权利要求1所述的多材质输水管道附着生物膜的模拟实验装置，其特征在于：所述管道增压泵（2）控制出口处的水流速

v_1m= v_1p/γ

其中v_1m是管道增压泵（2）出口处的水流速，v_1p是被模拟的原型管道的水流速；γ是模型比尺，且

γ= d_1p/d_1m

其中d_1p 是原型管道的直径，d_1m是循环管路系统的管径；

进水接口（1）与出水接口（4）之间的管段长度为

L_m=Q_m×t/S_m

其中L_m为进水接口（1）与出水接口（4）之间的管段长度，Q_m为进水泵（6）的进水流量，t为被模拟的原型管道的水停留时间，S_m为循环管路系统的管道截面积。

3.根据权利要求2所述的多材质输水管道附着生物膜的模拟实验装置，其特征在于：每个生物膜生长模拟单元的两个第一隔断阀门（7）之间的管段上还设置有第一放空阀（14）。

4.根据权利要求2所述的多材质输水管道附着生物膜的模拟实验装置，其特征在于：所述旁路接头（8）均设置在管道顶部。

5.根据权利要求3所述的多材质输水管道附着生物膜的模拟实验装置，其特征在于：所述管道增压泵（2）与进水接口（1）之间依次设置有单向阀（10），第二放空阀（11）、流量控制阀（12）和压力表（13）。

6.根据权利要求4所述的多材质输水管道附着生物膜的模拟实验装置，其特征在于：末端的生物膜生长模拟单元与管道增压泵（2）之间还设置有第二隔断阀门（15）。

7.根据权利要求5所述的多材质输水管道附着生物膜的模拟实验装置，其特征在于：每个所述监测管节（3）的两端通过法兰连接在循环管路上。

8. 根据权利要求6所述的多材质输水管道附着生物膜的模拟实验装置，其特征在于：还包括PLC控制器（16）；所述PLC控制器（16）用于控制进水泵（6）和出水泵（5）的流量。

9.一种多材质输水管道附着生物膜的模拟实验方法，其特征在于：包括

开启第二隔断阀门（15）和所有第一隔断阀门（7），关闭第二放空阀（11）和所有第一放空阀（14），开启一个旁路阀（9）并关闭其他旁路阀（9）；

将循环管路系统注满水以后，关闭所有旁路阀（9）；

开启管道增压泵（2），调节循环管路系统的循环流量至设定值；

待流量调节至设定流量以后，开启出水泵（5）和进水泵（6），并将进出水流量均调节至预设值，至此，该模拟实验装置即可连续自动运行，随着运行时间的增加，在模拟管道内壁就会形成管壁生物膜；

当一个生物膜生长模拟单元停用时，将该生物膜生长模拟单元两端的旁路接头（8）连通，打开该生物膜生长模拟单元两端的旁路阀（9）；关闭该生物膜生长模拟单元的两个第一隔断阀门（7）；取出该生物膜生长模拟单元的监测管节（3），即可实现管壁生物膜的取样。