[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

说明书

本发明提出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，包括进水泵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、管道增压泵、若干可拆装的监测管节和出水接口；出水接口上连接有出水泵；模拟实验时，进水泵经一级循环管路系统的进水接口向一级循环管路系统输送水；管道增压泵对管道内的水流加压，然后进入监测管节；从上一级循环管路系统的监测管节流过的水，一部分经出水泵后，由下一级循环管路系统的进水接口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处。本发明可以模拟多级输水官网；模拟不同长度、不同停留时间条件下长距离输水管道管壁生物膜生长过程。

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体地说是涉及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。

背景技术

缺水城市的用水通常需从水质相对较好的水源地取水，然后经长距离输水来保障城市饮用水安全。长距离输水使得原水在管道中停留时间长，原水中含有的各种微生物会在输水管路的管壁上形成生物膜，生物膜需要不断从原水中吸收营养物质以满足自身代谢与繁殖的需要，从而去除了原水中部分氮、磷、有机物等污染物质，同时当生物膜生长到一定阶段时又会老化脱落，影响原水水质，生物膜是管壁结垢和腐蚀的诱因, 有时甚至能发生孔蚀穿透的情况，管壁结垢和腐蚀不仅会使水质变坏，同时也会降低管网的过水能力、增加二级泵站的动力消耗。因此，掌握长距离原水输水管路水质变化，有效利用长距离输水过程中生物膜的净水作用，控制和避免其所产生的负面影响，在实验室中模拟长距离输水管道管壁生物膜生长过程具有重要研究意义。

目前，国内外对于长距离输水管道管壁生物膜生长模拟实验装置均是采用定量水在一段管路循环反复流通，无法模拟出水流量的汇入和流出，以及多级长距离输水管网之间的连接，与真实的水体存在较大的差异性，模拟的效果存在一定的局限性。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出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，可以模拟多级输水管网；有效模拟不同长度、不同停留时间条件下长距离输水管道管壁生物膜生长过程，实验装置操作简单、可自动运行；通过管壁生物膜生长模拟单元，可以将不同生长阶段的生物膜完整取出，生物膜生长状况直观、明了，便于管壁生物膜的取样。

技术方案：本发明提出一种长输水管道管壁生物膜生长模拟实验装置，包括进水泵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、管道增压泵、若干可拆装的监测管节和出水接口；所述出水接口上连接有出水泵；

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

从上一级循环管路系统的监测管节流过的水，一部分经出水泵，由下一级循环管路系统的进水接口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处；

末级循环管路系统的经出水泵排出；

进水泵的进水流量与每级循环管路系统上的出水泵的出水流量均相同。

本发明实现水流的不断循环，即可以模拟任意长度的管道，可采用正态水力模拟，即模型与实际管道的长度和管径采用相同的比尺；

进一步，每级的所述管道增压泵控制出口处的水流速

v_1m= v_1p/γ

其中v_1m是管道增压泵出口处的水流速，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；