一种带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统的制作方法

专利名称：一种带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及饮用水给水管网的试验模拟系统技术领域，特别涉及一种带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统。
背景技术：
给水管网是城市给水系统中的重要组成部分，其作用是把经水厂净化后的符合国家生活饮用水水质标准的水输送至用户终端。我国多数自来水厂出水水质的各项指标都能达到或优于国家饮用水水质标准，但通过管网输送至用户时，往往达不到标准甚至危及用户身体健康。资料表明，自来水厂的水从出厂到用户，水质呈现明显降低的趋势，主要表现在铁、锰、色度、浊度、细菌总数等在水中的含量增加，甚至超过国家标准，这在国内很多水厂的实际运行中都有所发现。此外，尽管水处理技术的飞速发展充分保证了处理后水质的安全、卫生，但是，管网中的二次污染问题已成为影响出水水质无法达标的主要因素，是水质研究工作和水质处理研究工作的重点。给水管网就像一个敏感的、动态的和具有自身特性的巨大反应器，水由于在管道内滞留时间过长，本身不断受到再次污染，在管道内发生着复杂的物理、化学及生物学变化，导致管道内卫生状况的下降。根据《城市供水行业2000年技术进步发展规划》中对国内34个主要城市管网水质资料进行统计，地表水水厂出厂水基本稳定的占21%，腐蚀性的占50 %，轻微结垢的占29 %。地下水水厂出厂水基本稳定的占50 %，有腐蚀性的占30 %，轻微腐蚀性的占20%。对占全国总供水量42. 44%的36个城市调查，出厂水平均浊度为1. 3 度，而管网水增加到1. 6度；色度由5. 2度增加到6. 7度；铁由0. 09mg/l增加到0. llmg/1 ； 细菌总数由6. 6cfu/ml增加到29. 2cfu/mL·某城市发现供水管中管垢的厚度达16 20mm， 赤色，有腥味，含16种金属元素，检出铁细菌、埃希氏大肠杆菌等6种微生物(详见秦秋莉、 陈景艳，我国城市供水安全状况分析及保障对策研究，水利经济，2001. 5)。根据上海、天津等市定期测定管网粗糙系数统计，发现无防腐措施的管道输水能力已降低了 1/3以上。管道结垢、输水水质恶化，管道输水能力下降已成为城市供水管网普遍存在的现象。随着我国城市建成区的扩大和城乡一体供水方式快速推进及社会的进步和人民生活水平的提高，居民对于饮用水的要求已经不再仅仅局限于压力和水量的保障，而是更多的关注水质问题，城市供水管网的水质稳定及安全问题日趋迫切。饮用水水质不仅要在出厂时达标，而且需要在用户水龙头处达标，符合饮用水水质标准。而作为饮用水输送中最重要，也是最敏感的环节-给水管网的卫生则是保障最终龙头出水水质安全的前提和基础。研究管网内水质变化机理，提出并验证相关应对技术措施，是确保管网内部卫生和保障最终管网末梢出水水质安全的关键所在。开展以上研究工作，管网试验研究是基本手段，可以通过三个层次的试验手段来实现。最直接的是开展现场试验，但存在外部条件不可控，很难开展针对性的定量研究的问题，更为关键的是试验管网涉及千家万户，不能轻易投加试验的药剂；最简单的是进行室内烧杯试验或搭建简单的局部反应器试验，但这类试验水样少，不能做长时间循环试验，与实际管道的真实工况比，存在严重的试验失真问题。因此国内外不少研究机构均倾向采用循环管网模型的试验装置对真实管网进行高仿真模拟，提供全景展示和分析。在现有技术中，国内外的循环管网水质模拟试验系统均采用开式循环方式，即循环管道回路中连接有一个低位蓄水池，水流经管路后流入蓄水池，然后通过提升泵，将水提升到管路系统中进行循环。该蓄水池即是试验原水调配水池又兼有排气作用，但建成的开式循环管网试验系统一般规模较小，循环设计都很简单，循环回路较短，实质意义上不能算高仿真的循环管网水质综合模拟试验系统。具体在设计上主要存在着如下很多技术问题1、水流条件仿真差每次循环水样流经蓄水池时均与空气大面积接触，会影响循环水质；并且原水水池参与管网循环试验，水流条件与实际管网存在一定差异。2、条件控制不足无法对循环管路内满管流加压控制，不能模拟真实的给水干管管网的有压运行环境；循环管路内试验水温度易受环境四季温度影响，无法控温以模拟埋在地下的真实给水干管管网的运行温度，；无法在循环管网试验初始化时确认管内空气排净，完全达到“满管流”，无法实时观察管内流态、生物和化学环境的改变，了解水质变化的情况。3、模拟工况单一无法实现多水源性质切换、双水源混合供水、外源污染性水质突变、管网二次加氯等各类复杂工况的模拟；无法在不影响长时间持续循环试验工况下观察管道内部腐蚀结垢和生物膜细菌生长情况，无法对管垢、生物膜细菌进行采样分析；无法考察管材使用年限对管网水质的影响，研究实际已运行多年的不同给水管道结垢和生物膜细菌脱落对水质的影响；无法模拟实际的市政给水管网某些支路的“死水”现象。4、模拟失真较大影响实际管网的余氯衰减最大影响因子是管网水温，若试验系统无法控温则与实际管网运行结果就会存在较大误差；对于循环管网中的试验水流量采用单一的电磁流量计检测作为系统的流量控制反馈，单一的电磁流量计不能在全量程范围内精确检测，如循环管网试验需要模拟实际给水管网的小流量运行工况时，其流量检测误差就会大大提高，从而影响试验的流量控制精度，产生较大的流量模拟失真。

发明内容
本发明提供了一种带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统，在整个带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统中，各部件相互配合，仿真度高、可模拟实际的给水干管管网系统。一种带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统，包括供水子系统以及通过带第一阀门的管道与供水子系统连接的独立循环管网子系统；所述的供水子系统包括第一供水水箱以及通过带第二阀门的管道与第一供水水箱连通的第二供水水箱，所述的第一供水水箱和第二供水水箱均设有进水口、出水口和药剂注入口 ；所述的独立循环管网子系统为包括通过管道串联的主循环泵、多通道流量切换校准装置、可视管段和高位补水排气水箱的回路；所述的回路设有进水口，所述的回路的进水口与供水子系统连通；所述的多通道流量切换校准装置包括并联的由第三阀门和第一电磁流量计串联组成的第一通道流量校准支路、由第四阀门和第二电磁流量计串联组成的第二通道流量校准支路和由第五阀门和第三电磁流量计串联组成的第三通道流量校准支路，所述的独立循环管网子系统、第一通道流量校准支路、第二通道流量校准支路和第三通道流量校准支路中的管道管径之比为3 3 2 1，所述的第一电磁流量计的量程>第二电磁流量计的量程>第三电磁流量计的量程；所述的可视管段的透光度大于90%，可视管段的管径与独立循环管网子系统的管道的管径相等；所述的回路在靠近高位补水排气水箱的进水口和靠近高位补水排气水箱的出水口的位置分别设有第六阀门和第七阀门；所述的回路连有与由第六阀门、高位补水排气水箱和第七阀门串联组成的支路并联的带第八阀门的第一管道支路、用于为回路补充水的补水系统、用于排出回路中水的放空支路、用于监测回路中水的水质的水质监测系统、用于调节回路中水温的温度控制系统、 置换管段支路和静止水管段；所述的补水系统包括串联的实验水加注罐和实验水加注泵，所述的实验水加注泵的出口与回路连通，所述的实验水加注罐的入口与供水子系统连通；所述的置换管段支路包括两端分别连有第九阀门和第十阀门的置换管段，所述的置换管段支路的两端通过三通管件与独立循环管网子系统的管道中的任意段并联，所述的任意段上设有第十一阀门；所述的静止水管段一端与独立管网子系统的管道相连，另一端与一端封闭的死水模拟管段连通，静止水管段上设有第十二阀门，死水模拟管段靠近死水模拟管段封闭端的一侧设有水龙头；所述的第一供水水箱、第二供水水箱和高位补水排气水箱的顶面接近于同一水平面，所述的水平面位于所述的带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统的水平最高位置，所述的主循环泵的放置位置低于第一供水水箱、第二供水水箱和高位补水排气水箱的放置位置；所述的高位补水排气水箱包括箱体和位于箱体内的活塞状浮盖，所述的活塞状浮盖与箱体内壁之间留有空隙；所述的活塞状浮盖的密度小于水的密度。为了达到本发明更好的发明效果，对本发明进行进一步的优选所述的第一供水水箱和第二供水水箱为带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统提供水源，所述的第一供水水箱的出水口和第二供水水箱的出水口分别位于第一供水水箱和第二供水水箱的底部，即第一供水水箱的底面位置或者靠近底面的第一供水水箱的侧壁，第二供水水箱的底面位置或者靠近底面的第二供水水箱的侧壁，这样，第一供水水箱和第二供水水箱中的水能更好地流动到独立循环管网子系统中，更好地为独立循环管网子系统供水。第一供水水箱和第二供水水箱的水源，一般采用自来水通过第一供水水箱和第二供水水箱的进水口直接供水或者储水车运来后通过第一供水水箱和第二供水水箱的进水口直接灌入第一供水水箱和第二供水水箱，也可以根据试验需要，通过第一供水水箱的药剂注入口和第二供水水箱的药剂注入口投加药剂进行按需调配，得到所需的供水水源。为了让供水水箱中的水不受污染和顺利地将供水水箱中的气体排出，所述的第一供水水箱的顶部盖有面积略大于第一供水水箱顶面的第一供水水箱防尘盖；所述的第一供水水箱的侧壁顶部设有用于排气的通孔；所述的第二供水水箱的顶部盖有面积略大于第二供水水箱顶面的第二供水水箱防尘盖；所述的第二供水水箱的侧壁顶部设有用于排气的通孔。所述的第一供水水箱连有带第一混合循环泵的第二管道支路，所述的第二管道支路的两端分别与第一供水水箱连通；所述的第二供水水箱连有带第二混合循环泵的第三管道支路，所述的第三管道支路的两端分别与第二供水水箱连通；所述的第二管道支路与第三管道支路通过带有第十三阀门的管道连通。所述的第二管道支路的两端之间和第三管道支路的两端之间分别均存在高度差，如第二管道支路的一端设在第一供水水箱底面或者靠近第一供水水箱底面的第一供水水箱侧壁，第二管道支路的另一端设在第一供水水箱顶面或者靠近第一供水水箱顶面的第一供水水箱侧壁。这样，第一供水水箱的第二管道支路的两端之间就有一定的高度差，在第一混合循环泵的作用下，第一供水水箱中的水从第二管道支路的一端(即第二管道支路的低端)出来，再从第二管道支路的另一端(即第二管道支路的高端)进去，使得供水水箱内的水在加药后能进行充分搅拌，最终混合均勻，第二供水水箱基于同样的原理进行混合循环。通过第二阀门的开闭可以实现第一供水水箱的水源与第二供水水箱的不同水源混合(两种水源可以按试验研究要求配置不同比例水量的试验原水)，第二管道支路与第三管道支路通过带有第十三阀门管道连通，就可以使第一供水水箱中的水和第二供水水箱中的水在第一混合循环泵或者第二混合循环泵的作用下，充分混合均勻。本发明可以实现多个回路单一水质的试验，模拟单一性质水源在管网内流动工况；也可以实现单一回路不同性质水源切换试验，模拟经过一段时间运行后切换不同性质水源用于研究不同性质水源导致管网内部生化环境的变化机理及其对水质的影响。所述的主循环泵为独立循环管网子系统的管道中的水循环运行提供动力，使得独立循环管网子系统的管道中的水能有稳定的流速，优选地，主循环泵的底面位于带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统的最低水平面，以便独立循环管网子系统的管道中充满来自供水子系统的试验水时，主循环泵内腔体也能充满水，启动主循环泵为独立循环管网子系统的管道中的水提供动力。流速的控制采用主循环泵的变频控制完成。流速的测量可采用多通道流量切换校准装置，所述的第一电磁流量计、第二电磁流量计和第三电磁流量计根据所在支路管径大小依次采用从大到小量程的电磁流量计；第一电磁流量计、第二电磁流量计和第三电磁流量计优选的量程比为9 4 1。试验时，根据不同的流速(流量)要求，多通道流量切换校准装置可为独立循环管网子系统切换不同管径的流量校准管道，选择对应的最佳量程段的电磁流量计监测反馈循环流量(由已知的管径截面可计算出对应流速)，以便主循环泵高精度的调节控制试验流速。在流量较大的情况下，选择大管径通路和其上的量程范围大的电磁流量计，在流量较小的情况下，选择小管径通路和其上的量程范围较小的电磁流量计。通过阀门和电磁流量计串联的支路可以并联多条。根据需要，还可以选择三条、四条、五条等，相对而言，选择条数越多，检测值与实际值之间的误差就会更小，但是条数较多，一会增加设备的成本，二是在实际操作中需要频繁的进行切换，导致操作过于繁琐，没有必要，优选地，可以选择三条，既能保证流量的精确控制，又能保证操作的简便性。所述的可视管段的透光度大于90%，可视管段的管径与独立循环管网子系统的管道的管径相等，可视管段的管材可选用高透光性有机玻璃(如聚甲基丙烯酸甲酯，透射率高达92 93 %，可透过可见光99 %，紫外光72 % )，由于可视管段对透光度有一定的要求， 与独立循环管网子系统的管道的材质上可能会存在差别，为了减少可视管段的存在对模拟试验的影响，并能使达到直观地实时观察管内的流态、生物、化学环境的改变，了解水质变化的情况，掌握污染物质(铁锈、沉淀物等)在管内的沉积现象和规律，可视管段一般不宜过长，约为独立循环管网子系统的管道管长的1/40，当独立循环管网子系统的管道为80m 左右时，可视管段的管长为约2m。所述的补水系统中可采用串联的实验水加注罐和实验水加注泵，同时还可以设置电磁流量计对补水量进行反馈，该补水系统主要是在初始化时可提供动力，使得进入循环管网子系统高位排气补水水箱中的试验原水液面高于供水水箱液面，这样供水子系统中的试验原水可大部分进入独立的循环管网子系统中，节约原水损耗。当水质监测系统由于监测采样的需要，造成独立循环管网子系统的管道中的水减少时，鉴于采样的水是非常少的， 可以通过高位排气补水水箱中的参与循环的蓄水完成补水，当循环管网子系统的管道水量补水量比较大时，即循环管网子系统的管道进行排气后需要补充较大量的水或者高位排气补水水箱的水位比较低时，可以采用补水系统进行补水，使得在高位排气补水水箱始终有蓄水，保持在合适水位，防止空气进入到循环管网子系统的管道中。所述的放空支路由放空阀和系统放空管组成，把做完模拟试验后的循环管网水全部排出，然后通过供水水箱再重新灌水，开始新的试验。虽然国内外管网模拟系统中设有水箱以排除管路内的空气，避免循环回路内出现真空进而产生失稳和振动。但是现有的水箱为敞口的箱体，这种结构的水箱将不可避免使得水样在循环过程中有与空气接触的机会，引起每次循环中水质性质的改变，导致管网模拟的仿真度下降，使研究结果出现较大的偏差。为此，在本发明带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统中，独立循环管网子系统中的高位补水排气水箱设有与底面形状相同的活塞状浮盖，所述的活塞状浮盖水平放置于高位补水排气水箱内，并与高位补水排气水箱内壁之间留有空隙，所述的活塞状浮盖的密度小于水的密度，这样活塞状浮盖就能在高位补水排气水箱中的水位上升或下降做活塞式运动，在确保排空管路内气体的同时尽可能的减少循环水流与管外空气接触的机会，保证模拟管路水质与真实管网一致。对密度的要求主要是为了使活塞状浮盖能上浮，所述的密度是指活塞状浮盖整体的密度，并非是活塞状浮盖的材质的密度，如活塞状浮盖可以采用由薄不锈钢板制成的中间充满空气的封闭式活塞式浮盖，这样的活塞式浮盖也能浮在水上，满足本发明对于活塞状浮盖的密度要求。所述的高位补水排气水箱，其壁面与底面垂直，是一个任一横截面的形状和面积都相等的立体。这样更方便形状与横截面相似、面积略小于横截面的活塞状浮盖能在竖直方向上做活塞运动，同时，所述的高位补水排气水箱的顶部盖有面积略大于高位补水排气水箱顶面的高位补水排气水箱防尘盖，所述的高位补水排气水箱防尘盖可以通过高位补水排气水箱箱体获得有效的支撑。所述的高位补水排气水箱的侧壁顶部设有用于排气的通孔，这样，既能大大减少水样在循环过程中与空气接触的机会，又能将独立循环管网子系统中的循环水中的空气顺利排出。优选的，可以选择高位补水排气水箱的箱体为圆柱形。为了能更好的排除独立循环管网子系统循环管路中的水中的气泡，所述的高位补水排气水箱的出水口位于高位补水排气水箱的底部，即位于接近高位补水排气水箱底面的高位补水排气水箱侧壁或者高位补水排气水箱底面，所述的高位补水排气水箱的进水口高于高位补水排气水箱的出水口且低于高位补水排气水箱箱高二分之一的位置。这样，高位补水排气水箱的进水口就高于高位补水排气水箱的出水口，独立循环管网子系统的管道中的水流过的时候就有一定的落差，这样气泡由于密度小，就会上升，易排出。所述的回路在靠近高位补水排气水箱的进水口和靠近高位补水排气水箱的出水口的位置分别设有第六阀门和第七阀门；所述的回路连有与由第六阀门、高位补水排气水箱和第七阀门串联组成的支路并联的带第八阀门的第一管道支路；基于上述的设计，本发明通过各阀门之间的开闭就能实现准封闭循环与封闭循环之间切换，当关闭第六阀门和第七阀门，开启第八阀门，就可以实现完全的封闭循环，并且，第八阀门为过程调节阀，可在主循环泵频率不变的情况下，通过开度调节控制封闭循环回路中的“满管流”压力，可以模拟实际管网运输的水质运输的不同水压。所述的独立循环管网子系统为多个且多个独立循环管网子系统的管道相同或不同；所述的独立循环管网子系统的管道为球墨铸铁管、聚乙烯管(PE管)、铜管或者不锈钢管。独立循环管网子系统的管道就是循环管网中的水流动的载体，也是运输环境，由于不同材质的管道对水的二次污染的程度不一样，具体发生的化学、物理和生物变化也会不同，因此，本发明选取了在实际管道中常用的球墨铸铁管、PE管、铜管、不锈钢管等作为独立循环管网子系统的管道，以研究不同的管道对运输管网内水质变化的影响，提出相关的应对技术措施，并验证相关应对技术措施的有效性。本发明中的供水子系统可以与多个独立循环管网子系统相连，多个独立循环管网子系统均可独立进行试验，如一个供水子系统与四个独立循环管网子系统相连，即一个供水子系统连接独立循环管网子系统的管道为球墨铸铁管的独立循环管网子系统、独立循环管网子系统的管道为PE管的独立循环管网子系统、独立循环管网子系统的管道为不锈钢管的独立循环管网子系统和独立循环管网子系统的管道为铜管的独立循环管网子系统。为了监测独立循环管网子系统的管道中的水质情况，独立循环管网子系统的管道接有用于监测回路中水的水质的水质监测系统，独立循环管网子系统的管道上取样用于水质监测的水量来说，是非常少的，几乎可以忽略不计，一般通过高位排气补水水箱中的蓄水就可以完成补水(特殊试验情况下，独立循环管网子系统的管道内的补水需求量超过高位排气补水箱中的可提供的最大补水量，还能通过补水系统及时地补水)。在补水需求量比较大的情况下，可以通过补水系统及时地补水。因此，一般情况下，水样经过水质监测系统可以直接排入地沟。但是为了尽量减少采集水样的水量对独立循环管网子系统的管道中水的影响；所述的水质监测系统由水质监测循环管道支路和水质监测不可循环管道支路组成； 所述的水质监测循环管道支路包括并联的电导率仪、PH仪和溶解氧测试仪，所述的水质监测循环管道支路的两端分别与独立循环管网子系统的管道连通。由于电导率监测、水体PH 监测和溶解氧监测都不涉及化学变化，就能监测，因此，上述经过监测的水样的水质和独立循环管网子系统的管道中水的水质基本相同，监测后的水样可以再次通过水质监测循环回路回到独立循环管网子系统的管道中，基于上述理由，电导率监测、水体PH监测和溶解氧监测都可以采用实时监测，即随时都可以进行监测，不会引起监测独立循环管网子系统的管道中的水流的失稳，其中，所述的电导率监测、水体PH监测和溶解氧监测都可以采用市售的仪器设备。所述的水质监测不可循环管道支路包括并联的余氯检测仪、浊度检测仪和颗粒含量检测仪，所述的水质监测不可循环管道支路的一端与独立循环管网子系统的管道连通， 另一端接入地沟。由于余氯监测、浊度监测和颗粒含量监测需添加药剂，改变了循环管道内试验水水质，或引水出来检测后失压无法再通过压力差回到独立循环管网子系统的管道内，因此，只能排入地沟中，其中余氯监测、浊度监测和颗粒含量监测都可以采用市售仪器进行监测，为了减少水样的损失，这三项指标的测试采取间歇定时监测的方式。可人为进行开启、关闭操作，也可以根据设定的初始时间、间隔时间自动开启，达到测试稳定所需时间并传输和显示读数信号后，自动关闭。为了模拟实际给水管网的二次消毒(如氯胺、二氧化氯、臭氧、次氯酸钠等)、外源污染物入侵、水质突变等多种工况，研究其水质变化规律，所述的独立循环管网子系统的管道上连有药剂加注系统，所述的药剂加注系统包括串联的药剂加注罐和药剂加注泵。通过药剂加注系统可以选择性地加入药剂，其中，药剂加注泵选用精密计量加注泵，精密计量加注泵可以根据设定的运行时间投加设定的药剂的量，从而实现精确控制药剂的加入时间和剂量。所述的药剂加注系统的个数可以根据需要增加或减少。在带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统进行模拟试验时，有时需要根据水质监测系统监测到的水质结果， 选择药剂进行加入，优选地药剂加注系统的个数为1个 5个。还可以根据水质监测系统监测加入药剂后的水质结果，如消毒后的消毒副产物的监测。另外，示踪剂也可以通过药剂加注系统加入，可以通过药剂加注泵准确地控制加注的示踪剂的量，保证每次试验条件的基础一致，在试验前通过投加示踪剂，来保证管路冲洗干净，从而不会对试验的结果造成干扰，保证试验结果的准确。实际的给水干管管网一般都埋在地下或者土壤中，用于试验模拟的循环管网一般是在室内，两者在不同空间会存在温度上的差异，还有，不同地方之间的实际给水管网的温度也会存在差别，这就需要用于试验模拟的循环管网中的水温与实际的地下、土壤中或者其他地方保持一致，这样才能更好的模拟实际管网，得到更准确的试验结果。为了使模拟试验的水温与运输管网中的实际工况下水温度相一致和研究不同水温对运输管网中的管网水质、管壁结构等的影响，本发明带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统，还包括了温度控制系统，所述的温度控制系统包括由串联的第十四阀门、板式换热器和温度控制系统循环泵组成的温度控制管道支路、第一温度变送器和第二温度变送器，所述的温度控制管道支路的两端分别与带有第十五阀门的独立循环管网子系统的管道连通；所述的温度控制管道支路与第十五阀门并联；所述的第一温度变送器和第二温度变送器分别位于靠近温度控制管道支路两端并远离第十五阀门的独立循环管网子系统的管道上。第一温度变送器用于检测独立循环管网子系统的管道中流经温度控制支路前的试验水的温度，第二温度变送器用于检测经过温度控制支路热交换后的二次水(经过温度控制支路中的板式换热器热交换后的水在此称为二次水，与之对应为给板式换热器提供冷热源的水在此称为一次水)回流入独立循环管网子系统的管道混合后的试验水的温度。第一温度变送器和第二温度变送器将检测到的温度数据及时反馈到控制系统，控制系统根据独立循环管网子系统的管道循环水试验设置温度，控制温度控制支路上的温度控制系统循环泵启停和第十四阀门的开闭。所述的板式换热器冷热交换的介质可采用多种，来源也很多，从效果、方便程度等多方面因素考虑，可以选用中央空调热泵机组为板式换热器提供冷热水源，板式换热器配有专用的温控器，专用的温控器可具体选用HoneyWell-T9275A1002，通过Honeywell温控器控制板式换热器中冷热交换的持续、停止和速率。由于实际的给水干管管网很难定期拆卸、观察管壁性状的改变过程，尤其还要不影响其长时间持续循环试验的工况，因此本发明设计了置换管段，通过对其的定期观察和测量，可了解材质管网管壁的腐蚀发展情况，掌握结垢层的产生、发展规律，研究生物膜各类细菌团的形成过程；同时，通过定期采样，应用X射线衍射(XRD，即x-ray diffraction 的缩写，)、扫描式电子显微镜(SEM)等方法分析不同时期管壁结垢层的性状，总结结垢层的特性改变规律和趋势，具有十分重要的意义。所述的置换管段支路包括两端分别连有第九阀门和第十阀门的置换管段，所述的置换管段支路的两端通过三通管件与独立循环管网子系统的管道中的任意段并联，所述的任意段上设有第十一阀门；优选的，置换管段的管径与独立循环管网子系统管道的管径相同，当独立循环管网子系统管道的长度为60 IOOm 时，置换管段管道长度可为5 6米，并且，置换管段支路可以根据要求设置多套，置换管段支路中的置换管段下方配有结构支撑平台，易于摆放置换管段。关闭第九阀门和第十阀门， 打开第十一阀门可将置换管段取下，观察检测置换管段内部腐蚀结垢情况，同时对管垢、生物膜进行采样分析，研究管垢组成、结构以及微生物种群分布等。将置换管段取下，还可以换上实际的城市市政给水管网拆卸下的旧管段(截取适合置换安装长度的管段通过两端辅助连接的直角弯管与第九阀门和第十阀门法兰液密封连接)，打开第九阀门和第十阀门， 关闭第十一阀门，本发明带置换管段的循环管网模拟试验系统就可以考察管材使用年限对管网水质的影响，研究实际已运行多年的不同给水管道结垢和生物膜细菌脱落对水质的影响。所述的独立循环管网子系统的管道上设有用于人工取水采样的出口，并在出口位置设有第十六阀门，当不取水样时，关闭第十六阀门，当需要取水样时，开启第十六阀门，可以直接从该出口取水样，采用化学反应的方法或者仪器分析法分析采样水的水质指标。由于实际的给水干管管网规模及用水量的不均，管网末梢容易出现水流过缓、甚至停滞现象，导致死水段的产生。死水段内由于水力条件及水体性质的改变，加速管道的腐蚀，水质的恶化，出现“红水”等现象。为了了解死水段内环境变化规律、避免死水段水质恶化，需要进行本发明带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统模拟死水段内出现的各种现象，所述的静止水管段一端与独立管网子系统的管道相连，另一端与一端封闭的死水模拟管段连通，静止水管段上设有第十二阀门，死水模拟管段靠近死水模拟管段封闭端的一侧设有用于排水采样水龙头，优选地，位于死水模拟管段的管壁水平最低面。死水模拟管段为可拆卸管段，每组独立循环管网子系统都可根据需要连接有静止水管段和死水模拟管段，并且管材保持一致。死水模拟管段上设有用于排水采样的水龙头，可以用于采样死水模拟管段的水样，放空静止水管段和死水模拟管段存在的试验水。打开第十二阀门，供水子系统中的试验水就会先通过独立循环管网子系统的管道注入静止水管段和死水模拟管段。 死水模拟管段与第十二阀门不连接的一端采用封闭的形式，封闭的形式可以有多种方式， 如通过法兰连接一片同材质的封闭盖或直接焊上一片同材质的封闭盖等，使得供水子系统中的试验水在死水模拟管段形成静止不流动，模拟死水段内出现的现象。试验过程中，我们可以通过死水模拟管段上的水龙头定期对其中的试验死水采样分析。还可以关闭十二阀门，打开水龙头，将死水模拟管段中的水放空，将死水模拟管段拆卸下来，观察研究死水管段管壁性状的改变过程。本发明具有如下优点本发明供水子系统采用双水源供水的供水子系统，并设计有单一循环搅拌和整体循环搅拌系统，单一循环搅拌系统可保证每个水箱内水质的均勻；整体循环搅拌系统可将两个水箱内的水循环搅拌，保证双水箱内不同原水能按比例充分混合。供水子系统能为循环管网水质综合模拟试验系统提供各种水质的自来水，并提供不同性质水源切换试验，可以满足循环管网水质综合模拟试验系统对不同水质水源的研究要求，以应对当前不同地方的不同水质的出厂自来水在管网运输中出现的不同水质变化和不同的二次污染问题，能更高仿真模拟实际的出厂水在管网运输中出现的问题，还能满足城市水源更换前的评估和检测需要。本发明高位补水排气水箱能很好的排净循环管网中的气泡，并能用高位补水排气水箱中实际参与循环的蓄水迅速补充试验中流失掉的水，当高位补水排气水箱中的液位较低时，可以通过补水系统进行补水，使得循环管网水质综合模拟试验更近似于实际和循环管网中的水流动稳定，从而确保了试验结果的准确性。本发明用于实现封闭循环的第一管道支路通过相关阀门之间的开闭就能实现准封闭循环与封闭循环之间切换，保证水质各项指标监测的要求前提下，使得本发明实现封闭循环回路模拟实际供水管线。并且，通过封闭循环支路上的过程调节阀开度调节，可在主泵频率不变的情况下，控制封闭循环回路中的“满管流”压力，使得通过本发明带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统进行试验模拟的各项结果最大限度地接近实际的有压干管给水运输，有助于管网水质污染的原因机理、影响因素、控制方法的相关研究，有助于更好的认识饮用水在管网内的物理变化、生物变化和化学变化。本发明的多通道流量切换校准装置能通过在不同流量时选择相应量程的流量仪和不同大小管径通路校准独立循环管网子系统管道中的水流量，大大提高了系统全量程范围(尤其小流量时)的流速可控精度，从而最大程度保证了本发明带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统进行模拟试验结果的准确性。本发明的可视管段使得试验人员可以实时观察管内生物环境、化学环境的改变， 实时观察管内的运行环境和水质变化，了解水质变化的情况，掌握污染物质(铁锈、沉淀物等)在管内的沉积现象和规律。可视管段的设计可帮助试验人员直观的了解试验进程和动态，进行循环管网内水质流动、变化及其污染物在管壁的沉积规律等研究，提高对循环管网内部运行状态的认识，体现了带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统的实用性。本发明水质监测系统和电磁流量计能很好地实现余氯监测、浊度监测、颗粒含量监测、余氯监测、浊度监测、颗粒含量监测和流量监测，确保了循环管网中水质的参数和运行状态的监测，从而对循环管网中的工况有全面的掌握，从而更有利于研究清楚其中的物理变化、化学变化和生物变化，如余氯衰减规律和动力学分析、管网内消毒副产物的形成迁移的生化机理、给水管网的生物稳定性和化学稳定性、管垢电化学机理及管内微生物生境等基础性研究提供高仿真的模拟硬件平台，为给水管网二次污染的防控提供基础理论数
13据。本发明药剂加注系统可以精确地控制加注时间和加注剂量，可以进行循环管网水质综合模拟试验系统二次加氯、三次加氯、外源污染物入侵、水质突变等工况的模拟，用于研究药剂加注时间、加注剂量以及外源污染物侵入后的水质变化规律和潜在危害等，以及验证应对措施的有效性，提升了带带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统的适应性，对改造现有饮用水处理流程、开发新技术和新工艺、建立管网内饮用水水质污染控制的方法和策略，提供安全优质饮用水具有重要的理论指导意义和工程应用价值。本发明温度控制系统精确的温度控制，可以根据需要模拟出与实际工况更接近的不同季节水质运输的温度条件，从而提高了试验数据的准确性和可信度，提高了试验系统的仿真性。同时，也使得本发明带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统可以进行更为广泛的研究，特别是可进行温度对管网水质、管壁结构等的影响。本发明多个置换管段的设计可以确保试验过程中在不影响循环试验工况的前提下定期对置换管段进行拆卸，观察、分析管内壁的结垢情况和生物膜细菌生长态势；在模拟多种流速工况时，可分析相同水质情况下水力条件改变对管壁生化反应的影响；可进行实际目标管段的更换试验，如将城市市政给水管段拆卸后，安装替换本发明的置换管段管道， 可考察管材使用年限对管网水质的影响，分析评价研究实际已运行多年的不同给水管道结垢和生物膜细菌脱落对水质的影响。这一设计也大大提高了本发明试验系统与试验人员的可交互性以及试验系统的可拓展性，使得本发明试验系统可进行模拟试验的范围更广、对象更多，对给水水质问题的研究具有战略性的意义。本发明静止水管段和死水模拟管段可使不同材质的各组独立循环管网子系统进行死水模拟管段的模拟试验。通过对死水模拟管段的定期采样，研究不同初始水质、不同管材、不同水温等影响因素下的死水模拟管段管内水质变化过程，可分析余氯、溶解氧、营养物质等水质指标的变化规律及相应条件下死水模拟管段管内微生物种群、优势菌群等生物特征；通过对死水模拟管段内管垢、生物膜、水样的定期采样分析，可掌握水体水质变化和管垢、生物膜生长之间的相互影响规律，分析不同管材死水模拟管段内两者相互作用的生物、化学机理，并在此基础上提出死水管段水质维持的方法和措施，避免水质恶化。由此，本发明静止水管段和死水模拟管段对开展不同条件下死水段内生境、水质变化过程规律及影响因素研究和死水管段内生境改变的生物、化学机理研究，都具有非常重要的意义。本发明带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统为开展管网水质污染的原因机理、影响因素、控制方法的相关研究提供了一个良好的平台，对改造现有处理流程、 建立管网水质污染控制的方法和策略。本发明带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统为给水水质稳定剂、防腐剂、消毒缓释剂等新型药剂，给水处理新型消毒技术和手段， 新型管材应用等新技术、新方法、新手段，提供安全性和有效性评价检测的硬件场所，为新技术、新方法对管网水质的影响提供鉴定与评估的标准方法和手段，对于给水水质问题的研究具有十分重要的意义及提供安全优质饮用水具有重要的理论指导意义和工程应用价值。


图1为本发明带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统的结构示意图。
具体实施例方式如图1所示，为本发明带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统，由1个供水子系统和4个通过供水子系统的管道2 (以下简称管道2)与供水子系统连接的独立循环管网子系统，四个独立循环管网子系统为第一独立循环管网子系统、第二独立循环管网子系统、第三独立循环管网子系统和第四独立循环管网子系统。供水子系统包括第一供水水箱1、第二供水水箱22、管道2、第一混合循环泵3、阀门4、阀门5、阀门19、第二混合循环泵23、阀门24、阀门25、阀门26、第二阀门27、第十三阀门28、阀门29、阀门30、阀门31、阀门32、阀门33和管道6，第一供水水箱1为圆柱形，体积为6000L，第一供水水箱1包括第一供水水箱1的出水口 101、第一供水水箱1的进水口 102、第一供水水箱1的药剂注入口 103、第一供水水箱1的出口 104、第一供水水箱1的进口 105和第一供水水箱防尘盖106，第一供水水箱1的出水口 101位于靠近第一供水水箱1 底面的第一供水水箱1的侧壁，第一供水水箱1的出水口 101连有阀门19 ；第一供水水箱1 的进水口 102和第一供水水箱1的药剂注入口 103位于第一供水水箱1的顶面，第一供水水箱1的出口 104位于靠近第一供水水箱1底面的第一供水水箱1的侧壁，第一供水水箱1 的进口 105位于靠近第一供水水箱1顶面的第一供水水箱1的侧壁，第一供水水箱防尘盖 106盖在第一供水水箱1的箱体上，第一供水水箱1的顶部侧壁设有排气通孔(未标注)。 第一供水水箱1的出口 104通过串接有阀门5的管道6与第一混合循环泵3的进口连通， 第一混合循环泵3的出口通过串接有阀门4的管道6与第一供水水箱的进口 105相连，管道2的内径为150mm，管道6的内径为80mm。第二供水水箱22为圆柱形，体积为6000L，第二供水水箱22包括第二供水水箱22 的出水口 2201、第二供水水箱22的进水口 2202、第二供水水箱22的药剂注入口 2203、第二供水水箱22的出口 2204、第二供水水箱22的进口 2205和和第二供水水箱防尘盖2206，第二供水水箱22的出水口 2201位于靠近第二供水水箱22底面的第二供水水箱22的侧壁， 第二供水水箱22的出水口 2201通过串接有阀门沈的管道2与独立循环管网子系统连接； 第二供水水箱22的进水口 2202和第二供水水箱22的药剂注入口 2203位于第二供水水箱22的顶面，第二供水水箱22的出口 2204位于靠近第二供水水箱22底面的第二供水水箱22的侧壁，第二供水水箱22的进口 2205位于靠近第二供水水箱22顶面的第二供水水箱22的侧壁。第二供水水箱防尘盖2206盖在第二供水水箱22的箱体上，第二供水水箱22 的顶部侧壁设有排气小通孔(未标注)。第二供水水箱22的出口 2204通过串接有阀门25 的管道6与第二混合循环泵23的进口连通，第二混合循环泵23的出口通过串接有阀门M 的管道6与第二供水水箱的进口 2205相连。第一供水水箱1和第二供水水箱22通过串接有第二阀门27的管道6连通，阀门4与第二混合循环泵3的出口之间与阀门M与第二混合循环泵23的出口之间通过接有第十三阀门观的管道6连通。第一供水水箱1的出水口 101通过管道2与第一独立循环管网子系统、第二独立循环管网子系统、第三独立循环管网子系统和第四独立循环管网子系统连通，第二供水水箱22的出水口 2201通过串接有阀门沈的管道2与第一独立循环管网子系统、第二独立循环管网子系统、第三独立循环管网子系统和第四独立循环管网子系统连通，管道2上分别依次设有阀门29、阀门30、阀门31、阀门32和阀门33，使得不管是第一供水水箱1与第二供水水箱22的单一水源，还是第一供水水箱1与第二供水水箱22混合的双水源，都能顺利地到达第一独立循环管网子系统、第二独立循环管网子系统、第三独立循环管网子系统和第四独立循环管网子系统。第一独立循环管网子系统包括主循环泵7、多通道流量切换校准装置8、可视管段 36、高位补水排气水箱9、独立循环管网子系统的管道10、补水系统11、放空支路12、水质监测系统13、第一药剂加注系统15、第二药剂加注系统16、温度控制系统34、置换管段38、静止水管段41、死水模拟段42、第六阀门18、阀门19、第七阀门20、第八阀门21、第九阀门39、 第十阀门40、第十一阀门37和第十二阀门43。主循环泵7、可视管段36、多通道流量切换校准装置8和高位补水排气水箱9通过独立循环管网子系统的管道10依次串联形成回路， 独立循环管网子系统的管道10的总长度为78m，独立循环管网子系统的管道10的内径为 150mmo多通道流量切换校准装置8包括并联的第一通道流量校准支路、第二通道流量校准支路和第三通道流量校准支路，第一通道流量校准支路由串联的第一电磁流量计801和第三阀门802组成，第二通道流量校准支路由串联的第二电磁流量计803和第四阀门804 组成，第三通道流量校准支路由串联的第三电磁流量计805和第五阀门806组成，第三阀门 802、第四阀门804和第五阀门806均采用电动阀，第一通道流量校准支路串接在循环管网子系统的管道10上，第二通道流量校准支路和第三通道流量校准支路并联后的两端与第一通道流量校准支路并联。第一通道流量校准支路中的管内直径为150mm，第二通道流量校准支路中的管内直径为100mm，第三通道流量校准支路中的管内直径为50mm，电磁流量计 801的量程最大，电磁流量计805的量程最小，第一电磁流量计801、第二电磁流量计803、第三电磁流量计805的量程比为9 4 1。可视管段36的透光度为99%，选用材料为聚甲基丙烯酸甲酯(俗称有机玻璃)，管道内径为150mm，管长为加。高位补水排气水箱9为圆柱形，体积为400L，高度与供水水箱1高度一致，高位补水排气水箱9内置有圆形的活塞状浮盖903，面积略小于高位补水排气水箱9，使得活塞状浮盖903水平放入的时候能与高位补水排气水箱9的内壁留有一定的空隙，活塞状浮盖903 的密度小于水的密度，当高位补水排气水箱9充满水的时候，活塞状浮盖903在水的浮力的作用下沿着高位补水排气水箱9水位的升高或降低上下做活塞运动。高位补水排气水箱9 的顶部盖有防尘盖904，防尘盖904的面积略大于高位补水排气水箱9的顶面，通过高位补水排气水箱9箱体获得有效支撑，在靠近高位补水排气水箱9顶面的高位补水排气水箱9 的侧壁设有用于排气的小通孔(未标出)，能顺利地将循环管路中的水中的空气排出。高位补水排气水箱9设有高位补水排气水箱的进水口 901和高位补水排气水箱的出水口 902， 高位补水排气水箱的进水口 901位于高位补水排气水箱箱高三分之一的位置，高位补水排气水箱的出水口 902位于靠近高位补水排气水箱底面的高位补水排气水箱侧壁。高位补水排气水箱的进水口 901和高位补水排气水箱的出水口 902通过独立循环管网子系统的管道 10接入回路，靠近高位补水排气水箱9的进水口 901的独立循环管网子系统的管道10上设有第六阀门18，靠近高位补水排气水箱9的出水口 902的独立循环管网子系统的管道10 上设有第七阀门20，第六阀门18为电动阀，即采用工业过程控制阀，采用工业过程控制阀， 可以调整开度，在主循环泵7频率不变的情况下，通过调整第六阀门18的开度也可以控制管道中的水的流量。可以通过调整开度较精确的控制回路中的水的流量。第八阀门21通过独立循环管网子系统的管道10接入独立循环管网子系统，串接有第八阀门21的第一管道支路通过独立循环管网子系统的管道10与由第六阀门18、高位补水排气水箱9和第七阀门20串联形成的支路并联。可在主循环泵7频率不变的情况下，通过调整第八阀门21的开度控制管道中的水的流量，从而实现管道中的压力控制，对于压力监测，可以采用独立循环管网子系统的管道10上第八阀门21附近处装有压力表来监测独立循环管网子系统的管道10中水压的大小，通过第八阀门21的开度调节控制封闭循环回路中的“满管流”压力， 从而使本发明带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统可以模拟实际有压干管管网运输的水质。第一供水水箱1、第二供水水箱22和高位补水排气水箱9的顶面位于带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统的水平最高水平面；主循环泵7的放置位置位于带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统的最低位置。独立循环管网子系统的管道10设有独立循环管网子系统的管道10的第一出口 1001、独立循环管网子系统的管道10的第二出口 1002、独立循环管网子系统的管道10的第三进口 1003(回路的进水口)、独立循环管网子系统的管道10的第四出口 1004、独立循环管网子系统的管道10的第五出口 1008、独立循环管网子系统的管道10的第一进口 1005、 独立循环管网子系统的管道10的第二进口 1006、独立循环管网子系统的管道10的第三进口 1007和独立循环管网子系统的管道10的第三进口 1009。水质监测系统13由水质监测循环管道支路1301和水质监测不可循环管道支路 1302组成，水质监测循环管道支路1301由在线电导率仪(未标出)、pH仪(未标出)和溶解氧测试仪(未标出)三者并联连通，水质监测循环管道支路1301通过内径为20mm的管道接入独立循环管网子系统的管道的第一出口 1001和独立循环管网子系统的管道的第一进口 1005。水质监测不可循环管道支路1302由余氯检测仪(未标出)、浊度检测仪(未标出)和颗粒含量检测仪(未标出)三者并联组成，水质监测不可循环回路1302的一端通过内径为20mm的管道接入独立循环管网子系统的管道的第一出口 1001，另一端接入地沟。独立循环管网子系统的管道10的第二出口 1002接有放空阀1201和系统放空管 1202串联组成的放空支路12，独立循环管网子系统的管道的第三进口 1003通过管道2与供水水箱的第一出口 101连通，独立循环管网子系统的管道10的第四出口 1004接有带第十六阀门(未标注)的取水口，在采集水样时打开第十六阀门，采集水样后进行所需的测试，在其他时间关闭第十六阀门，独立循环管网子系统的管道10的第二进口 1006接有第一药剂加注罐1501和第一精密计量加注泵1502串联组成的第一药剂加注系统15，独立循环管网子系统的管道10的第三进口 1007接有第二药剂加注罐1601和第二精密计量加注泵 1602串联组成的第二药剂加注系统16。温度控制系统34包括由温度控制系统循环泵3401、板式换热器3402、第十四阀门3403 (采用电动阀)组成的温度控制管道支路、第一温度变送器3405和第二温度变送器 3406，温度控制系统循环泵3401、板式换热器3402和第十四阀门3403通过管内径为50mm 的管道串联后接入独立循环管网子系统的管道10的第五出口 1008和独立循环管网子系统的管道10的第三进口 1009，独立循环管网子系统的管道10的第五出口 1008与独立循环管网子系统的管道10的第三进口 1009之间的独立循环管网子系统的管道10上设有第十五阀门35，温度控制系统34与第十五阀门35并联，在靠近独立循环管网子系统的管道10的第五出口 1008和独立循环管网子系统的管道10的第三进口 1009并远离第十五阀门35的独立循环管网子系统的管道10上分别设有第一温度变送器3405和第二温度变送器3406。 板式换热器3402用于接冷热源的两端分别与中央空调热泵机组相连通，板式换热器3402 中的冷热源水(一次水)来自于中央空调热泵机组的制冷或制热水输出。另外，板式换热器3402还配有专用温控器HoneyWell-T9275A1002，用来控制经过板式换热器热交换后的二次水温度。置换管段支路包括第九阀门39、置换管段38和第十阀门40，置换管段38的两端分别连有第九阀门39和第十阀门40，置换管段支路的两端通过三通管件(未标出)与独立循环管网子系统的管道10中的任意段并联，任意段上设有第十一阀门37 ；置换管段38的管径与独立循环管网子系统的管道10的管径一致，置换管段支路中的置换管段38下方配有结构支撑平台(未标出)，易于摆放置换管段38。置换管段支路可在独立循环管网子系统的管道10并排设置三套。供水子系统与第一独立循环管网子系统之间设有第一阀门14 ；第一阀门14与由补水系统的管道1101、实验水加注罐1102、实验水加注泵1103和电磁流量计1104串联组成的补水系统11并联，电磁流量计1104的出口通过补水系统的管道1101与独立循环管网子系统的管道10连通，实验水加注罐1102的入口通过补水系统的管道1101与管道2连通； 补水系统的管道1101的内径为50mm，实验水加注罐1102的体积为100L，内有一个浮球进水阀。死水模拟管段42—端封闭，另一端不封闭，静止水管段41 一端通过三通管件与独立循环管网子系统的管道10连接，静止水管段41管径与独立循环管网子系统的管道10 — 致，另一端与死水模拟管段42不封闭的一端通过法兰(未标出)连通，静止水管段41上设有第十二阀门43，死水模拟管段42靠近封闭端的一侧设有用于排水取样的水龙头44，静止水管段41和死水模拟管段42连接固定时具有一定的水平斜度，死水模拟管段42封闭端为水平较低的一端，以便试验水注入时死水管段内空气会向上排出进入独立循环管道。死水模拟管段42用于与水龙头连接的出口位于死水模拟管段42的较低位置。供水子系统通过上述的连接方式与第二独立循环管网子系统、第三独立循环管网子系统和第四独立循环管网子系统相连，第二独立循环管网子系统、第三独立循环管网子系统和第四独立循环管网子系统分别通过管道2上B端、C端、D端与供水子系统连通。每个独立循环管网子系统管路与设备都一样，不同之处，就在于独立循环管网子系统的管道不一样，第一独立循环管网子系统的独立循环管网子系统的管道为球墨铸铁管，第二独立循环管网子系统的独立循环管网子系统的管道为PE管，第三独立循环管网子系统的独立循环管网子系统的管道为不锈钢管，第四独立循环管网子系统的独立循环管网子系统的管道为球墨铸铁管。球墨铸铁管较为常用，在循环管网水质综合模拟试验对于水在球墨铸铁管中模拟的水质在运输过程中发生的物理、化学和生物的变化，意义十分重大， 由于有些循环管网水质综合模拟试验需要的时间比较长，而利用球墨铸铁管做循环管网水质综合模拟试验也比较多，为了满足试验的需要，试验中第一独立循环管网子系统的独立循环管网子系统的管道和第四独立循环管网子系统的独立循环管网子系统的管道都采用了球墨铸铁管，以满足试验需求。本发明带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统具体工作流程如下首先，通过供水水箱1的进水口 102往供水水箱1中加入2000升以上待进入管网循环试验并需研究其水质变化规律的原水。该步可用2种方式，第一种是直接用储水车运来待研究的自来水厂的出厂水，通过供水水箱1的进水口 102直接灌入供水水箱1。第二种是通过供水水箱1的进水口 102往供水水箱1加入2000升以上管网末端的自来水，再根据试验要研究的主要水质指标，通过供水水箱1的药剂注入口 103将配好浓度的药剂(如加入次氯酸钠模拟自来水出厂水进入管网前的加氯消毒，研究含有不同浓度氯离子的自来水在管网中长时间长距离运行流动后的水质变化物理规律)，灌入供水水箱1以实现人工调配试验原水。 其次，根据需要，可打开阀门4和阀门5，开动混合循环泵3，使得供水水箱1中的水从供水水箱1的出口 104出来，再回到供水水箱1的进口 105，使得供水水箱1中的水和注入的药液混合均勻。通过供水水箱22的进水口 2202往供水水箱22中加入2000升以上待进入管网循环试验并需研究其水质变化规律的原水。该步可用2种方式，第一种是直接用储水车运来待研究的自来水厂的出厂水，通过供水水箱22的进水口 2202直接灌入供水水箱22。第二种是通过供水水箱22的进水口 2202往供水水箱22加入2000升以上管网末端的自来水， 再根据试验要研究的主要水质指标，通过供水水箱22的药剂注入口 2203将配好浓度的药剂(如加入次氯酸钠模拟自来水出厂水进入管网前的加氯消毒，研究含有不同浓度氯离子的自来水在管网中长时间长距离运行流动后的水质变化物理规律)，灌入供水水箱22以实现人工调配试验原水。其次，根据需要，可打开阀门M和阀门25，开动混合循环泵23，使得供水水箱22中的水从供水水箱22的出口 2204出来，再回到供水水箱22的进口 2205，使得供水水箱22中的水和注入的药液混合均勻。还可以根据需要，将第一供水水箱1中的水与第二供水水箱22中的水混合均勻， 如开启阀门5、第十三阀门28、阀门M和第二阀门27，关闭阀门4和阀门25，启动第一混合循环泵3，在第一混合循环泵3的作用下，第一供水水箱1中的水从第一供水水箱1的出口 105出来，经过第一混合循环泵3，经过第十三阀门28、经过阀门M达到第二供水水箱22， 第二供水水箱22中的水经过第二阀门27达到第一供水水箱，通过这种方式的水循环，达到第一供水水箱中的水与第二供水水箱中的水混合均勻的目的，另一种实施方式是开启阀门 25、第十三阀门观和阀门4，关闭阀门5和阀门24，启动第二混合循环泵23。打开第一阀门14、第三阀门802、第六阀门18、第七阀门20、第十二阀门43，选择性打开阀门19、阀门26、阀门29、阀门30、阀门31、阀门32和阀门33的启闭组合，使得第一供水水箱1、第二供水水箱22或者第一供水水箱1和第二供水水箱22混合后的水在重力的作用下灌入管道10 (即独立循环管网子系统的管道10)和静止水管段41及死水模拟管段 42，待高位排气补水水箱9与跟其管路连通的第一供水水箱1或第二供水水箱22的液面恒定不变为同一水平面时，即可认定管道10中已基本充满试验水(当然还混有很多无法排出的空气泡)，然后关闭第一阀门14 (在模拟不同性质水源切换试验时，会在试验过程中再次开启第一阀门14，并一边开启放空阀1201放水，一边选择性打开阀门19、阀门26、阀门29、 阀门30、阀门31、阀门32和阀门33的启闭组合，关闭初始选择的供水水箱供水管路，连通另一个供水水箱管路往管道10中灌水)，开启补水系统11，在补水系统11的作用下，对循环管网子系统进行补水，使得高位排气补水水箱中的试验原水液面达到高位排气补水水箱箱高3/4处较高的液位(尽量让该水箱蓄积较多的试验原水，一般会高于供水水箱液面)，之后补水系统11关闭，根据补水的需要可再次开启。供水子系统中的原水会通过与其联通的管道2在重力势能下运输到实验水加注罐1102，直到罐内水位上升驱动其内的浮球阀关闭该罐进水口，而加注罐1102中的蓄水在补水系统11的实验水加注泵1103的作用下会注入到独立循环管网子系统的管道10中，电磁流量计1104可以显示实验水的补水流量，并累积补水流量。开始启动主循环泵7，主循环泵7为变频循环泵，循环回路流量通过调节主循环泵 7的频率实现，管道10中的水在主循环泵7的作用下，进行循环，管道10中的气泡会被循环水带到高位补水排气水箱9中排掉由于高位补水排气水箱9的进水口 901与高位补水排气水箱9的出水口 902之间存在着一定的高度差，水从高位补水排气水箱9的进水口 901 进来，再从高位补水排气水箱9的出水口 902被吸走，在高位补水排气水箱9中的运行轨迹自上而下，而被循环水带入的气泡从高位补水排气水箱9的进水口 901进来后，虽然一开始会在惯性作用下会随循环水运行轨迹自上而下向高位补水排气水箱9的出水口 902方向移动，但由于其密度很小，受到很大的上升浮力，会上升，在高位补水排气水箱9的进水口 901 与出水口 902之间足够大的高度差距离缓冲下，不会再被出水口 902吸入管道，而是会在上浮后通过活塞状浮盖903与高位补水排气水箱9的内壁存在着一定的空隙排出，并最终通过高位补水排气水箱9的箱体设有的用于排气的通孔排出。当高位补水排气水箱9中的水位由于排气水位较低时，可以采用补水系统11对其进行补水，使得高位补水排气水箱9 维持一定高的液位，防止空气再进入到独立循环管网子系统中。多通道流量切换校准装置 8中的电磁流量计会反馈主循环泵变频控制的管道10的管内循环流量，这样构成的独立循环管网子系统可使得管道10之内的试验原水在相对一个比较封闭的环境进行循环，即为准封闭循环，还可以通过打开第八阀门21，关闭第六阀门18和第七阀门20，使得循环水从准封闭切换到封闭循环，切换到封闭循环后，可以直接利用补水系统11进行补水，从而利用带多通道流量切换校准的循环管网水质综合模拟实验系统的模拟实验模拟出的各种情况和所得到的结果更接近实际。可视管段36使得试验人员在试验初始化时，可以实时观察向独立循环管网子系统加注试验水并循环排气的管内流态变化全过程，确认何时管内试验水排气干净达到完全的“满管流”；可以实时观察不同控制流速时的管内紊流、层流等流态运行状况；还可以实时观察管内生物环境、化学环境的改变，实时观察管内的运行环境和水质变化，了解水质变化的情况，掌握污染物质(铁锈、沉淀物等)在管内的沉积现象和规律。上述的循环管网多通道流量切换校准装置8可根据管道10中的流量的不同(由第一电磁流量计801、第二电磁流量计803和第三电磁流量计805的流量检测总和可以反馈得到)，通过多通道流量切换校准装置8中的电动阀第三阀门802、第四阀门804、第五阀门 806的自动启闭切换，可以实现管道10中的试验水在不同大小流量时能自动选择不同大小管径的第一通道流量校准支路、第二通道流量校准支路和第三通道流量校准支路，以实现高精度的流量控制。如当管道中的水流量在0 15m3/h时，选择切换到管径最小的第三通道流量校准支路，当管道中的水流量在15 60m3/h时，选择切换到管径居中的第二通道流量校准支路，当管道中的水流量在60 110m3/h(管道主循环泵可提供的管道循环最大流量为110m3/h)时，选择切换到管径最大的第一通道流量校准支路，这样循环管道不同大小的流量会选择途经不同大小管径的管道，并对应由不同大小量程的流量计检测流量，从而大大提高低流量时的流量检测准确度，为系统的流量高精度控制提供了全量程的校准。水质监测系统13由水质监测循环管道支路1301和水质监测不可循环管道支路 1302组成，水质监测循环管道支路1301由在线电导率仪(未标出)、PH仪(未标出)和溶解氧测试仪(未标出)三者并联连通，水质监测循环管道支路1301通过管内直径为20mm 的管道接入水质监测独立循环管网子系统的管道的第一出口 1001和独立循环管网子系统的管道的第一进口 1005，可以随时进行监测，由于在电导率监测、水体pH监测和溶解氧监测不需要加入试剂，不涉及化学变化，监测的水质基本可以看作不发生变化，也不会失压， 因此，上述的水样经过监测后还可以通过水质监测循环管道支路1301回到管道10中，而且监测可以在管路运行过程中随时进行。水质监测不可循环管道支路1302由在线余氯检测仪(未标出)、浊度检测仪(未标出)和颗粒含量检测仪(未标出)三者并联组成，水质监测不可循环回路1302的一端通过管内直径为20mm的管道接入独立循环管网子系统的管道10的第一出口 1001，另一端接入地沟。由于该设计的回路是涉及添加药剂，改变了循环管道内试验水水质，或引水出来检测后失压，无法再通过压力差回到循环主管内，为了不影响、不污染管道10中的水质，将用于余氯监测、浊度监测和颗粒含量监测的水样经监测后的失压的水，直接排入地沟，这样，管道10中的水会随之减少，虽然用于在线监测采样排出的水样的水量很小，但一直连续开启采样，累积损耗也会很大，从而影响试验精度，因此，为了减少水样的损失，余氯监测、浊度监测和颗粒含量监测的间隔时间可以根据需要设定，并且一般用于余氯、浊度和颗粒含量在线监测的水样的采集在满足试验数据要求的基础上不宜过于频繁。同时，高位补水排气水箱9中的参与循环的蓄水会随时进行补充(特殊试验情况下，管道10中的补水需求量超过高位排气补水箱9中的可提供的最大补水量，还能通过补水系统11迅速及时地补水)，从而使管道10中的循环水运行保持稳定。除了用水质监测系统13监测独立循环管网子系统的管道10中的电导率、水体pH、 溶解氧、余氯、浊度和颗粒含量外，还可以通过管道10的带有第十六阀门的第四出口 1004， 通过第十六阀门的打开和闭合，进行人工采样取水，然后再将采集到的水样转移到分析仪器中进行离线检测。对于水质监测系统13监测到的独立循环管网子系统的管道10中的电导率、水体 PH、溶解氧、余氯、浊度和颗粒含量的变化外，本发明带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统还可以通过第一药剂加注系统15与第二药剂加注系统16直接向管道10中的试验原水中投加药剂，可模拟实际给水管网途中的二次加消毒剂(如二次加氯)后的水质变化过程，药剂投放进第一药剂加注罐1501和第二药剂投放进药剂加注罐1601，然后在第一精密计量加注泵1502和第二精密计量加注泵1602(根据需要，设定加入的间隔时间和每次的加入量)的作用下，投放到独立循环管网子系统的管道10中。目前，国内自来水厂都只是一次性在出厂水中加入足量的氯气消毒剂，以保持出厂时水质达标的自来水经过管网长距离输送到达用户水龙头端时仍能保持较好的水质。但出厂水到管网用户水龙头末端的输送管道有长有短，为了使最长管道存留时间的自来水能保持水质，可能就需要在出厂时投加较多消毒剂，那就会带来很多较短管网连接的用户自来水消毒副产物超标的危害，若是投加少了，较长管网连接的用户自来水又有可能会有细菌、有机物超标水质无法保持达标的危害，这是个两难的问题。因此，国外很多先进城市通过管网优化分析，在较长管网连接的中途合适节点增设了二次加氯(也可投加其他消毒
21剂)的设备，以降低出厂水一次的加氯量，可以大幅降低自来水中消毒副产物的残留危害。 而本发明的第一药剂加注系统15与第二药剂加注系统16即可模拟管网的二次、三次加消毒剂的试验。再通过水质监测系统13和通过独立循环管网子系统的管道的第四出口 1004 接有的带第十六阀门的取水口对独立循环管网子系统的管道10中的水质进行监测，从而可以量化的分析其消毒效果、消毒后水质的状况和消毒产物及消毒副产物的衰减变化规律。本发明配置的第一药剂加注系统15与第二药剂加注系统16，还可通过它们加注不同的外源性污染原水模拟给水管网外源性污染的试验，研究外源污染进入管网后所引起的管网环境变化、对水质影响程度等国内外尚处研究空白领域的问题。温度控制系统34可以改变并控制管道10中的水的温度。当需要改变独立循环管网子系统的管道10中的水的温度时，可以打开第十四阀门3403，开启温度控制系统循环泵3401，在管道10中的部分试验水在温度控制系统循环泵3401作用下，进入板式换热器 3402，温度控制管道支路的管径较小，管径为50mm，管道10中的部分试验水就会进入板式换热器3402进行冷热交换，经过板式换热器3402换热后回到管道10中的水为二次水，通过二次水回流到管道10后，会加热或冷却管道10中的试验水，从而改变管道10中试验水的温度。板式换热器3402的冷热源由中央空调热泵机组提供，中央空调热泵机组提供不同温度的一次水，通过中央空调热泵机组中提供的不同温度的一次水与温度控制管道支路中的部分试验水通过冷热交换后，得到不同温度的换热二次水。通过板式换热器3402中配有的专用温控器HoneyWell-T9275A1002，可以控制换热后的二次水温度，如二次水温度过高或过低，Honeywell温控器会将信息反馈，就会关闭阀门阻止一次水进入板式换热器3402， 从而实现对二次水温度的控制，防止二次水温度过高或过低。第二温度变送器3406用于检测经过温度控制支路的二次水回流入管道10后的初步混合后的试验水的温度。第一温度变送器3405用于检测二次水回流入管道10后又循环近一圈与试验回路中水充分混合后的水温，这反映了独立循环管网子系统经过温度控制系统控温后的实际管网试验水温。置换管段支路在每个独立循环管网子系统中可以设置3套，每套都有置换管段 38。每套置换管段支路参与管网的循环试验工况是第九阀门39和第十阀门40全开状态， 第十一阀门37关闭状态，试验水会途经换置换管段38运行循环。而在此运行工况下，打开第十一阀门37，再关闭第九阀门39和第十阀门40，即可实现在不影响其所在的独立循环管网长时间持续循环试验的工况下，将置换管段38取下，置换管段38中的水可以排入水槽或者容器中，对置换管段38内部腐蚀结垢和生物膜细菌进行采样分析，研究管垢组分、结构以及细菌种群分布等。将置换管段38取下后，还可以换上运行多年的城市市政给水管网拆卸下的同管径旧管段，并截取合适的长度，通过两端直角弯管的辅助连接再与第九阀门 39和第十阀门40法兰液封闭连接，再打开第九阀门39和第十阀门40，关闭第十一阀门37， 本发明带置换管段的循环管网模拟试验系统就可以考察管材使用年限对管网水质的影响， 研究实际已运行多年的不同给水管道结垢和生物膜细菌脱落对水质的影响。死水模拟管段42为可拆卸管段，打开第十二阀门43，供水子系统中的试验水通过管道10就会注入静止水管段41和死水模拟管段42，由于静止水管段41和死水模拟管段 42安装固定时有一定斜度(死水模拟管段42的封闭端为相对水平低位)，试验水注入死水模拟管段42空管后，空管内空气会上浮进入独立循环管网子系统的管道10内，并在初始化时可随管道循环由高位排气补水水箱9排出。当死水模拟管段42灌满水，系统初始化完毕开启主循环泵7进行循环试验后，试验水在死水模拟管段42仍然会保持静止不流动，这样就可模拟“死水”工况。在试验过程中，可以通过水龙头44可以定期对死水模拟管段42中的试验死水采样分析，进行不同初始水质、不同管材、不同水温等影响因素下的管内死水水质变化过程的研究，分析余氯、溶解氧、营养物质等水质指标的变化规律及相应条件下死水管内微生物种群、优势菌群等生物特征。试验完，也可通过水龙头44排空静止水和死水模拟管段42内的试验水。若要在试验过程中拆下死水模拟管段42，可先关闭第十二阀门43， 开启水龙头44排水，再通过解除静止水管段41和死水模拟管段42之间的法兰连接，即可将死水模拟管段42拆卸，以便观察死水管段42管壁性状的改变过程，通过对死水模拟管段 42的定期观察和测量，了解死水模拟管段42管壁的腐蚀发展情况，掌握结垢层的产生、发展规律，研究生物膜层的形成过程，并研究管网末端管壁内物理、生物、化学变化过程。
权利要求
1.一种带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统，其特征在于，包括供水子系统以及通过带第一阀门的管道与供水子系统连接的独立循环管网子系统；所述的供水子系统包括第一供水水箱以及通过带第二阀门的管道与第一供水水箱连通的第二供水水箱，所述的第一供水水箱和第二供水水箱均设有进水口、出水口和药剂注入口 ；所述的独立循环管网子系统为包括通过管道串联的主循环泵、多通道流量切换校准装置、可视管段和高位补水排气水箱的回路；所述的回路设有进水口，所述的回路的进水口与供水子系统连通；所述的多通道流量切换校准装置包括并联的由第三阀门和第一电磁流量计串联组成的第一通道流量校准支路、由第四阀门和第二电磁流量计串联组成的第二通道流量校准支路和由第五阀门和第三电磁流量计串联组成的第三通道流量校准支路，所述的独立循环管网子系统、第一通道流量校准支路、第二通道流量校准支路和第三通道流量校准支路中的管道管径之比为3 3 2 1，所述的第一电磁流量计的量程>第二电磁流量计的量程> 第三电磁流量计的量程；所述的可视管段的透光度大于90%，可视管段的管径与独立循环管网子系统的管道的管径相等；所述的回路在靠近高位补水排气水箱的进水口和靠近高位补水排气水箱的出水口的位置分别设有第六阀门和第七阀门；所述的回路连有与由第六阀门、高位补水排气水箱和第七阀门串联组成的支路并联的带第八阀门的第一管道支路、用于为回路补充水的补水系统、用于排出回路中水的放空支路、用于监测回路中水的水质的水质监测系统、用于调节回路中水温的温度控制系统、置换管段支路和静止水管段；所述的补水系统包括串联的实验水加注罐和实验水加注泵，所述的实验水加注泵的出口与回路连通，所述的实验水加注罐的入口与供水子系统连通；所述的置换管段支路包括两端分别连有第九阀门和第十阀门的置换管段，所述的置换管段支路的两端通过三通管件与独立循环管网子系统的管道中的任意段并联，所述的任意段上设有第十一阀门；所述的静止水管段一端与独立管网子系统的管道相连，另一端与一端封闭的死水模拟管段连通，静止水管段上设有第十二阀门，死水模拟管段靠近死水模拟管段封闭端的一侧设有水龙头；所述的第一供水水箱、第二供水水箱和高位补水排气水箱的顶面接近于同一水平面， 所述的水平面位于所述的带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统的水平最高位置，所述的主循环泵的放置位置低于第一供水水箱、第二供水水箱和高位补水排气水箱的放置位置；所述的高位补水排气水箱包括箱体和位于箱体内的活塞状浮盖，所述的活塞状浮盖与箱体内壁之间留有空隙；所述的活塞状浮盖的密度小于水的密度。
2.根据权利要求1所述的带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统，其特征在于，所述的第一供水水箱的出水口位于第一供水水箱的底部；所述的第一供水水箱的顶部盖有面积略大于第一供水水箱顶面的第一供水水箱防尘盖；所述的第一供水水箱的侧壁顶部设有用于排气的通孔；所述的第一供水水箱连有带第一混合循环泵的第二管道支路，所述的第二管道支路的两端分别与第一供水水箱连通；所述的第二供水水箱的出水口位于第二供水水箱的底部；所述的第二供水水箱的顶部盖有面积略大于第二供水水箱顶面的第二供水水箱防尘盖；所述的第二供水水箱的侧壁顶部设有用于排气的通孔；所述的第二供水水箱连有带第二混合循环泵的第三管道支路，所述的第三管道支路的两端分别与第二供水水箱连通；所述的第二管道支路的两端之间和第三管道支路的两端之间均有高度差；所述的第二管道支路与第三管道支路通过带有第十三阀门的管道连通。
3.根据权利要求1所述的带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统，其特征在于，所述的高位补水排气水箱的壁面与底面垂直；所述的高位补水排气水箱的顶部盖有面积略大于高位补水排气水箱顶面的高位补水排气水箱防尘盖；所述的高位补水排气水箱的顶部设有用于排气的通孔。
4.根据权利要求1或3所述的带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统，其特征在于，所述的高位补水排气水箱的箱体为圆柱形。
5.根据权利要求1所述的带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统，其特征在于，所述的高位补水排气水箱的出水口位于高位补水排气水箱的底部，所述的高位补水排气水箱的进水口高于高位补水排气水箱的出水口且低于高位补水排气水箱箱高二分之一的位置。
6.根据权利要求1所述的带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统，其特征在于，所述的独立循环管网子系统为多个且多个独立循环管网子系统的管道相同或不同；所述的独立循环管网子系统的管道为球墨铸铁管、聚乙烯管、铜管或者不锈钢管。
7.根据权利要求1所述的带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统，其特征在于，所述的水质监测系统由水质监测循环管道支路和水质监测不可循环管道支路组成；所述的水质监测循环管道支路包括并联的电导率仪、PH仪和溶解氧测试仪，所述的水质监测循环管道支路的两端分别与独立循环管网子系统的管道连通；所述的水质监测不可循环管道支路包括并联的余氯检测仪、浊度检测仪和颗粒含量检测仪，所述的水质监测不可循环管道支路的一端与独立循环管网子系统的管道连通，另一端接入地沟。
8.根据权利要求1所述的带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统，其特征在于，所述的独立循环管网子系统的管道上连有药剂加注系统，所述的药剂加注系统包括串联的药剂加注罐和药剂加注泵。
9.根据权利要求1所述的带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统，其特征在于，所述的温度控制系统包括由串联的第十四阀门、板式换热器和温度控制系统循环泵组成的温度控制管道支路、第一温度变送器和第二温度变送器，所述的温度控制管道支路的两端分别与带有第十五阀门的独立循环管网子系统的管道连通；所述的温度控制管道支路与第十五阀门并联；所述的第一温度变送器位于温度控制管道支路进口处，所述的第二温度变送器位于温度控制管道支路出口处。
10.根据权利要求1所述的带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统，其特征在于，所述的主循环泵的底面位于带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统的最低水平面；所述的独立循环管网子系统的管道上设有带第十六阀门的用于人工取水采样的出口。
全文摘要
本发明公开了一种带静止水管段的循环管网水质综合模拟试验系统，包括供水子系统和独立循环管网子系统，供水子系统包括第一供水水箱和与第一供水水箱用带第二阀门的管道连通的第二供水水箱；独立循环管网子系统为包括通过管道串联的主循环泵、多通道流量切换校准装置、可视管段和高位补水排气水箱的回路；回路连有用于实现封闭循环的第一管道支路、补水系统、放空支路、水质在线监测系统、温度控制系统、置换管段支路和静止水管段。同时，该独立循环管网子系统的管道上还连有药剂加注系统。该循环管网水质综合模拟试验系统利用各部件相互配合，具有仿真度高、可模拟多种实际市政给水管网系统工况的优点。
文档编号G01N33/18GK102297933SQ20111013094
公开日2011年12月28日 申请日期2011年5月19日 优先权日2011年5月19日
发明者张土乔, 张燕, 李聪, 杨玉龙, 王靖华 申请人:浙江大学, 浙江大学建筑设计研究院