专利名称：一种颗粒自由沉降和过滤组合式实验装置的制作方法
技术领域：
本专利涉及一种颗粒自由沉降和过滤组合式实验装置，属于环境工程技术领域。
背景技术：
废水中悬浮颗粒，依据性质和浓度其沉淀过程可分为自由沉淀、絮凝沉淀、成层沉淀和压实沉淀四类。颗粒自由沉淀实验用沉淀柱进行，沉淀柱实验是废水处理工程中设计沉淀池的重要依据。自由沉淀实验是根据沉速不变的非凝聚颗粒在平流沉淀池中的沉降理论，用颗粒沉速与颗粒去除率P之间的曲线来表示实验结果。设沉淀柱有效水深为H，通过不同的沉淀时间t可求得不同的沉速U，即u = H/t。对于给定沉淀时间&或某一给定的表面负荷率C/A，存在U(l，Utl=HAm颗粒沉速等于或大于Uci的均可全部除去，而沉速小于U。的颗粒则按UAitl的比例去除一部分，若以Ptl表示沉速小于Utl的各种颗粒所占总颗粒的重量比，其沉速小于Utl的各种颗粒的去除率为/ p。。(Ut/U(l)dP，则总去除率n为n = (1-P。) +(l/u。)f Po0utdPo过滤是废水处理中一种物理处理方法，用于悬浮液等固液混合物的分离。在处理过程中，一般以石英砂等颗粒状滤粒构成过滤池中的滤层，截留去除水中的悬浮物质，使处理后水达到澄清。随着过滤过程的进行，滤层中截留的悬浮颗粒物的量也不断增加，导致滤速等水力条件发生改变，滤料之间的空隙率减少，过滤水头损失增加。如果过滤后水质不能达到要求，滤池必须进行反冲洗，清除滤层中截留的污染物，使滤池重新恢复过滤能力。滤池总水头损失H可分为流经干净滤料层的水头损失；流经垫层与集水系统的水头损失；流经流量控制阀的水头损失；出水管内流速水头；剩余水头。过滤刚开始时H=H0+h1+h0+(V2/2g)+h2O过滤至t时H=HJhfht+(V2/2g)+h2。滤层水头损失与滤速成正比。现有的颗粒自由沉淀实验装置和过滤实验装置都是单独自成一体，功能单一。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种既能够进行颗粒自由沉淀实验又能进行过滤实验的一体式组合实验装置。本实用新型装置由沉降柱13、水箱15、过滤柱16、侧压板17和控制阀门组成；其中，水箱外装有水泵14，通过连接管分别为沉降柱13和过滤柱16供水，过滤柱16与侧压板17相连。水箱、水泵、相应连接管道和阀门，用于给沉降柱和过滤柱这些主体装置提供进水。沉降柱用于颗粒自由沉淀实验；过滤柱中装填滤料，进行过滤实验，与过滤柱连接的测压管、流量计、连接管道用于测定过滤柱滤床压力损失和滤速，分析之间的关系。主要部件的连接关系与作用水箱和水泵组成进水系统处于整套装置的中间位置，左侧为沉降柱，右侧为过滤柱和测压管系统。沉降柱和过滤柱系统共用一套水箱和水泵，水泵安装于水箱旁边，控制阀4是水泵放空阀，控制阀6是水泵进水阀，控制阀7是水泵回流阀，控制阀8是水箱排空阀。沉降柱通过控制阀2、7和水泵和水箱通过管道相连，控制阀I是排空阀，控制阀2是进水阀，控制阀3是沉降柱进水分支阀。过滤柱与测压板用硅胶管或者橡胶管连接，过滤柱通过控制阀5、12和水泵通过管道相连，控制阀12是过滤柱进水阀，控制阀5、9分别是滤柱反冲洗进出水阀，控制阀12、11分别是滤柱过滤进出水阀，控制阀10是过滤柱排空阀。整个装置中水泵流量0 lm3/h。沉淀柱高度1. 5 2. 0m，直径100 150mm，柱体取样口布置5 7个，取样口之间间隔0. 15 0. 2m，柱体溢流口高度1. 3 1. 8m，沉淀柱底部锥体角度45 60°C。水箱有效容积1. 5 3m3。过滤柱高度1. 5 2m，过滤柱底部锥体角度45 60°C，柱体测压管口布置3 5个，测压管口之间间隔0.1 0. 2m，柱体溢流口高度1. 3 1. 8m。过滤柱滤层总高度0. 8 1. 2m,直径100 150mm,其中底部承托层装填鹅软石，中间层为粗砂，最上层为细砂。承托层鹅软石粒径20 50mm，密度1500 2500kg/m3，鹅软石加入量为滤层体积的1/4 1/3。中间层粗砂粒径I 2mm，密度1200 1500kg/m3，粗砂加入量为滤层体积的1/4 1/3。最上层细砂粒径20 40目，密度1500 2000kg/m3，细砂加入量为滤层体积的1/4 1/2。本实用新型所有管道、管道连接、箱体板材、柱体等都用塑料板材、有机玻璃材料加工制作，箱体和管道连接可以使用塑料焊接。柱体、水箱和测压板的支撑用不锈钢钢材制作。本实用新型提供了一种颗粒自由沉淀实验和过滤实验一体式组合装置，采用了设计优化合理，充分发挥实验装置的使用效率，操作简便可行的装置系统组合，以获得相关数据。本装置测试具有操作简便快速的特点，设备易于加工制作，可以根据实验室现场具体情况，灵活排布管道系统，以利于柱体布置。本实用新型的装置可以标准化、规模化加工制造。本实用新型将两者进行组合，克服原来功能单一的缺点，建立了一套包含水箱、水泵、沉降柱、过滤柱、滤料、测压管、连接管以及相关控制阀门组成的颗粒沉降和过滤实验测试一体式装置。
图1本实用新型装置图(I 12 :各控制阀门；13 :沉降柱；14 :水泵；15 :水箱；16 过滤柱；17:测压板)
具体实施方式
实施例1(I)关闭阀门1、3、4、5、8，在水箱内配置好某非絮凝性颗粒物悬浮溶液，浓度Ig/L。关闭阀门1、2、8，打开阀门6、7，开动水泵，循环搅拌。循环搅拌数分钟后，水箱内溶液即达到混合均匀的状态；(2)循环搅拌数分钟后，关闭阀门7，打开阀门2，向沉降柱内注入水样(3)水样在沉降柱升至溢流口，溢流几分钟后，打开阀门7，调节阀门7控制沉降柱内液面稳定在&流口中心位直；(4)同时关闭阀门2和电动机,颗粒自由沉降实验开始，当t=3、5、10、20、30、45、60、90、120分钟时，从取样口取样测定悬浮物浓度数据；(5)实验结束时，打开阀门1、8，排空沉降柱，准备下次实验。某非絮凝性颗粒物运用本组合式实验装置进行自由沉淀实验，可得到颗粒物最小沉降速度分别依次为 40. 77cm/min、24. 36cm/min、12. 12cm/min、6. 03cm/min、4. 00cm/min、2. 65cm/min、l. 98cm/min时，沉速小于上述最小沉降速度的颗粒的总去除率依次为28. 57%,43. 90%,75. 61%,94. 31%,96. 94%,98. 32%,98. 96%。进一步计算可获得沉速分布曲线、沉降曲线。实施例2(I)水箱放水，开动水泵，进水，快滤5分钟使砂面保持稳定；(2)调节阀门7、11、12使出水流量约70L/h，待测压管中水位稳定后，记录最高最低两根测压管水位置；(3)增加滤速，使过滤流量依次为70、105、140、175、210、245L/h，分别测量记录最
高最低两根测压管水位置；(4)量出滤层厚度；(5)关闭阀门11、12，打开阀门5、9反冲洗。某实验运用清水进行过滤实验，了解滤床清洁砂层过滤时水头损失变化，获得水头损失变化规律，并进行滤柱反冲洗，了解滤料水力筛分现象。当过滤平均流量依次为70、105、140、175、210、245L/h时，实验测得水头损失平均值依次分别为14. 50,21. 77,29. 07、36. 43,44. 17,51. 30cm。进一步计算可获得滤速水头损失与滤速之间的关系。
权利要求1.一种颗粒自由沉降和过滤组合式实验装置，其特征在于，由沉降柱(13)、水箱(15)、过滤柱(16)、侧压板(17)和控制阀门组成；其中，水箱外装有水泵(14)，通过连接管分别为沉降柱(13)和过滤柱(16)供水，过滤柱(16)与侧压板(17)相连。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，沉降柱用于颗粒的自由沉降。
3.根据权利要求1所述装置，其特征在于，过滤柱用于装填滤料，进行过滤实验。
4.根据权利要求1所述装置，其特征在于，测压管、流量计、连接管用于测定过滤柱滤床压力损失和滤速。
5.根据权利要求1所述装置，其特征在于，沉淀柱高度1.5 2. Om,直径100 150_，柱体取样口布置5 7个，取样口之间间隔O. 15 O. 2m,柱体溢流口高度1. 3 1. 8m，沉淀柱底部锥体角度45 60°C ;过滤柱高度1. 5 2m，过滤柱底部锥体角度45 60°C，柱体测压管口布置3 5个，测压管口之间间隔O.1 O. 2m，柱体溢流口高度1. 3 1. 8m ;过滤柱滤层总高度O. 8 1. 2m,直径100 150_。
6.根据权利要求1所述装置，其特征在于，滤柱底部承托层装填鹅软石，中间层为粗砂，最上层为细砂；承托层鹅软石粒径20 50 mm，密度1500 2500 kg /m3，鹅软石加入量为滤层体积的1/4 1/3 ;中间层粗砂粒径I 2 mm，密度1200 1500 kg /m3，粗砂加入量为滤层体积的1/4 1/3 ;最上层细砂粒径20 40目，密度1500 2000 kg /m3，细砂加入量为滤层体积的1/4 1/2。
专利摘要本实用新型是一种颗粒自由沉降和过滤组合式的实验设备装置。本实用新型给出了组合式实验装置加工设计制造的特有关键技术，本装置系统包含进水系统、沉降柱、过滤柱、滤料、测压管、连接管、流量计以及相关控制阀门组成。实验室时通过灵活控制管道阀门系统，分别达到进行颗粒自由沉降和过滤实验的目的。通过调节阀门开度，控制系统流量的变化和稳定。本实用新型装置，设计加工制造可以因地制宜、灵活方便，不需要单独建设完整独立的颗粒自由沉降和过滤实验两套装置，其中通过自身的循环系统不再需要安装一般颗粒自由沉降装置所需要的搅拌系统，具有新颖性。本实用新型对于环境工程、给水排水工程的教学及科研应用具有重要实践意义。
文档编号B01D36/04GK202860273SQ20122023867
公开日2013年4月10日 申请日期2012年5月24日 优先权日2012年5月24日
发明者张一波, 王业青, 陈艺阳 申请人:江南大学