[发明专利]一种长输水管道管壁生物膜生长模拟实验装置及实验方法

权利要求书

1.一种长输水管道管壁生物膜生长模拟实验装置，其特征在于：包括进水泵（6）和至少两级循环管路系统；每级循环管路系统上沿水流方向依次串联设置有进水接口（1）、管道增压泵（2）、若干可拆装的监测管节（3）和出水接口（4）；所述出水接口（4）上连接有出水泵（5）；

模拟实验时，进水泵（6）经一级循环管路系统的进水接口（1）向一级循环管路系统输送水；管道增压泵（2）对管道内的水流加压，然后进入监测管节（3）；

从上一级循环管路系统的监测管节（3）流过的水，一部分经出水泵（5），由下一级循环管路系统的进水接口（1）进入下一级循环管路系统；另一部分循环流至上一级循环管路系统的进水接口（1）处；

末级循环管路系统的经出水泵（5）流出的水排出；

进水泵（6）的进水流量与每级循环管路系统上的出水泵（5）的出水流量均相同。

2.根据权利要求1所述的长输水管道管壁生物膜生长模拟实验装置，其特征在于：每级的所述管道增压泵（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是该级循环管路系统的管径；

每级的循环管路系统中进水接口（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为每级的循环管路系统中进水接口（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为该级循环管路系统的管道截面积。

3.根据权利要求2所述的长输水管道管壁生物膜生长模拟实验装置，其特征在于：每级循环管路系统的所述若干监测管节（3）的两端分别设置有第一阀门（7）和第二阀门（8）；所述出水接口（4）设置在第一阀门（7）与第二阀门（8）之间的管段；第一阀门（7）与第二阀门（8）之间的管段上还设置有第一放空阀（9）。

4.根据权利要求3所述的长输水管道管壁生物膜生长模拟实验装置，其特征在于：每级循环管路系统上，进水接口（1）流向出水接口（4），且位于第一阀门（7）与第二阀门（8）之外的管段上还设置有第一单向阀（10），第二放空阀（11）、流量控制阀（12）、压力表（13）和排气阀（14）。

5.根据权利要求4所述的长输水管道管壁生物膜生长模拟实验装置，其特征在于：每级循环管路系统上，出水接口（4）回流向进水接口（1）的管段上设置有第二单向阀（15）和第三阀门（16）。

6.根据权利要求5所述的长输水管道管壁生物膜生长模拟实验装置，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。

7.根据权利要求6所述的长输水管道管壁生物膜生长模拟实验装置，其特征在于：还包括PLC控制器（17）；所述PLC控制器（17）用于控制进水泵（6）和出水泵（5）的流量。

8.一种长输水管道管壁生物膜生长的模拟实验方法，其特征在于：首先开启各级循环管路系统的第一阀门（7）、第二阀门（8）和第三阀门（16），将各级循环管路系统注满原水；

各级循环管路系统注满原水以后，开启各级循环管路系统的管道增压泵（2），调节各级循环管路系统的循环流量至设定值；

待各级循环管路系统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；

待系统运行一段时间需对管道管壁生物膜进行取样鉴定的时候，关闭各级循环管路系统的出水泵（5）和进水泵（6）；

待水泵完全停止后，关闭第一阀门（7）和第二阀门（8），开启第一放空阀（9），待水排空以后，取出一段监测管节（3），将备用监测管节（3）更换上，即可实现管壁生物膜的取样，取样完毕以后重复第一步再重新启动该模拟实验装置。