一种污水管道模拟装置

摘要

本发明公开了一种污水管道模拟装置，包括顶层反应器，所述顶层反应器的下方设置有底层反应器，二者相连通；所述顶层反应器的侧壁上设置有污水进水管，所述顶层反应器与底层反应器之间通过循环管道连接，所述底层反应器的侧壁上设置有污水出水管；所述污水进水管上设置有进水水泵，所述循环管道上设置有循环水泵。本发明实现了反应器新鲜污水的不间断补充，以及污水的适时排出，能够较好的模拟污水管道中的水质状况；可根据需要用于模拟不同长度的污水管道以及模拟不同的水深状态下污水管道内气体和水质变化。

权利要求

1.一种污水管道模拟装置，其特征在于，包括顶层反应器(1)，所述顶层反应器(1)的下方设置有底层反应器(3)，二者相连通；

顶层反应器(1)的侧壁上设置有污水进水管(7)，顶层反应器(1)与底层反应器(3)之间通过循环管道(8)连接，底层反应器(3)的侧壁上设置有污水出水管(12)；顶层反应器(1)和底层反应器(3)内均设置有用于污水流通的流道(105)；

污水由污水进水管(7)进入顶层反应器(1)内沿其内部的流道(105)流动，并进入底层反应器(3)内沿其内部的流道(105)流动，并经循环管道(8)进入顶层反应器(1)内或者经污水出水管(12)流出；

所述顶层反应器(1)内部沿其宽度方向均匀分布有多个隔板(104)，隔板(104)的长度方向与顶层反应器(1)内水流方向一致；每相间隔的两个隔板(104)的同一端均设置有一缺口(106)；相邻隔板(104)之间形成所述的流道(105)；

所述顶层反应器(1)与底层反应器(3)之间设置有多个中间层反应器(2)；且顶层反应器(1)与多个中间层反应器(2)中位于顶部的中间层反应器(2)相连通；多个中间层反应器(2)中相邻的两个中间层反应器(2)相连通；多个中间层反应器(2)中位于底部的中间层反应器(2)与所述底层反应器(3)相连通；

所述中间层反应器(2)的内部结构与顶层反应器(1)的内部结构相同；

所述顶层反应器(1)的底面，位于所述流道(105)的出口端设置有一开口，开口下方沿垂直于底面方向设置有引流板(102)；

所述顶层反应器(1)的流道(105)的入口端沿垂直于顶层反应器(1)底面方向设置有整流孔板(103)，顶层反应器(1)的流道(105)的出口端沿垂直于顶层反应器(1)底面方向设置有多层矩形堰(17)。

2.如权利要求1所述的污水管道模拟装置，其特征在于，所述顶层反应器(1)的底面下方和中间层反应器(2)的底面下方，除去开设开口的一个角落处的其余三个角落处均设置有一个内柱(101)。

3.如权利要求1所述的污水管道模拟装置，其特征在于，所述污水进水管(7)上设置有进水水泵(6)，进水水泵(6)的两侧均设置有一污水进水阀门(5)，且污水进水管(7)的进水端设置有污水进水流量计(4)。

4.如权利要求1所述的污水管道模拟装置，其特征在于，所述循环管道(8)上设置有循环水泵(11)，循环水泵(11)的两侧均设置有一循环管道阀门(10)，且循环管道(8)的出水端设置有循环流量计(9)。

5.如权利要求1所述的污水管道模拟装置，其特征在于，所述污水出水管(12)上设置有污水出水流量计(14)，且污水出水流量计(14)的两侧均设置有一污水出水阀门(13)。

说明书

一种污水管道模拟装置

技术领域

[0001] 本发明属于实验装置技术领域，涉及一种污水管道模拟装置。

背景技术

[0002] 近年来，随着城镇化的快速发展，城市人口的增加，城市中的污水管道越来越长，污水在污水管道中的停留时间越来越长，引发一系列问题。如沉积物的累积、硫化氢的产生及其对管道的腐蚀、甲烷的产生以及随之而来的爆炸性等问题。

[0003] 有学者对北京城区部分排水管道的调研发现，所研究的排水管道中15％的管道中沉积物占排水管道体积的15％以上，这不仅会造成管道腐蚀还会降低管道系统的输送能力。污水管道中硫化氢气体浓度达到2.0mg/L时可以引发严重的混凝土管腐蚀。美国EPA对34个城市进行调查表明混凝土管道的腐蚀速率为2.5～10mm/年，其促进物质主要是硫化氢气体。污水管道中的甲烷气体在极低的浓度下即有可能产生爆炸，其爆炸下限为5％。这些问题都严重影响了污水管道的正常运行和维护。并且污水中的溶解性有机碳在污水管道中被大量消耗，这将对污水厂的脱氮除磷带来不利影响。

[0004] 有大量学者对污水管道中有害气体的产生、沉积物的累积和变化等进行研究，主要采用的方法为实地调查研究和实验模拟研究。

[0005] 当对污水管道中的有害气体、沉积物等进行实地调查研究时，由于实际污水管道情况复杂，难以对污水管道的状况进行精确的研究分析，也难以针对单一因素对污水管道内状况的影响进行深入研究，同时对污水管道的状况进行实地调查研究具有一定的危险性。

[0006] 有一部分学者针对污水管道中危险气体的产出与水质变化进行了实验模拟研究，所采用的装置主要有两种，包括循环模拟装置和搅拌模拟装置。循环模拟装置的底部装有沉积物，通过水泵使污水在装置内循环运行。该装置可以在一定程度上模拟污水管道中危险气体产出与水质变化，但是该装置只有循环水管，没有新鲜污水补充，也没有污水的排出，不能较好的模拟污水管道中的水质状况，同时该装置体积较小，若要达到实际污水的流速，需要很大的水泵，这样水泵带来的热量使污水的水温超过实际温度，对实验结果影响较大。搅拌模拟装置的底部装有沉积物，通过顶部的搅拌器搅拌使得污水在反应器中形成旋流，以此来模拟污水管道中危险气体产出与水质变化。该装置并没有设置连续的污水进出水装置，不能很好的模拟污水管道中的水质状况，该装置通过设置搅拌器来模拟污水与沉积物接触的作用，但是这种旋流与实际污水管道中的流动有很大的差距，并不能很好的模拟实际污水管道中污水与沉积物的作用。

发明内容

[0007] 针对上述现有技术中存在的问题或缺陷，本发明的目的在于，提供一种有效的、便捷的污水管道模拟装置。

[0008] 为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

[0009] 一种污水管道模拟装置，包括顶层反应器，所述顶层反应器的下方设置有底层反应器，二者相连通；顶层反应器的侧壁上设置有污水进水管，顶层反应器与底层反应器之间通过循环管道连接，底层反应器的侧壁上设置有污水出水管；顶层反应器和底层反应器内均设置有用于污水流通的流道；污水由污水进水管进入顶层反应器内沿其内部的流道流动，并进入底层反应器内沿其内部的流道流动，并经循环管道进入顶层反应器内或者经污水出水管流出。

[0010] 进一步地，所述顶层反应器与底层反应器之间设置有多个中间层反应器；且顶层反应器与多个中间层反应器中位于顶部的中间层反应器相连通；多个中间层反应器中相邻的两个中间层反应器相连通；多个中间层反应器中位于底部的中间层反应器与所述底层反应器相连通。

[0011] 进一步地，所述中间层反应器的内部结构与顶层反应器的内部结构相同。

[0012] 具体地，所述顶层反应器内部沿其宽度方向均匀分布有多个隔板，隔板的长度方向与顶层反应器内水流方向一致；每相间隔的两个隔板的同一端均设置有一缺口；相邻隔板之间形成所述的流道。

[0013] 进一步地，所述顶层反应器的底面，位于所述流道的出口端设置有一开口，开口下方沿垂直于底面方向设置有引流板。

[0014] 进一步地，所述顶层反应器的流道的入口端沿垂直于顶层反应器底面方向设置有整流孔板，顶层反应器的流道的出口端沿垂直于顶层反应器底面方向设置有多层矩形堰。

[0015] 进一步地，所述顶层反应器的底面下方和中间层反应器的底面下方，除去开设开口的一个角落处的其余三个角落处均设置有一个内柱。

[0016] 进一步地，所述污水进水管上设置有进水水泵，进水水泵的两侧均设置有一污水进水阀门，且污水进水管的进水端设置有污水进水流量计。

[0017] 进一步地，所述循环管道上设置有循环水泵，循环水泵的两侧均设置有一循环管道阀门，且循环管道的出水端设置有循环流量计。

[0018] 进一步地，所述污水出水管上设置有污水出水流量计，且污水出水流量计的两侧均设置有一污水出水阀门。

[0019] 与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

[0020] 1、设置顶层反应器和底层反应器，顶层反应器侧壁上设置有污水进水管，底层反应器侧壁上设置有污水出水管，实现了反应器新鲜污水的不间断补充，以及污水的适时排出，能够较好的模拟污水管道中的水质状况。顶层反应器与底层反应器中可放置不同的沉积物，顶层反应器叠放在底反应器的上方，二者可拆卸，便于对不同沉积物进行取样分析研究。

[0021] 2、设置多个中间层反应器，使得污水在反应器中流动的行程加长，可根据需要用于模拟不同长度的污水管道。

[0022] 3、顶层反应器和中间层反应器内均设置有多层矩形堰，通过调整多层矩形堰的堰高，模拟不同的水深状态下污水管道内气体和水质变化。

[0023] 4、污水进水管的进水端设置有污水进水流量计和污水进水阀门，污水出水管上设置有污水出水流量计和污水出水阀门，通过调整二者的开启度，达到模拟不同的停留时间下污水管道内气体和水质的变化的目的。

[0024] 5、设置循环流量计和循环管道阀门，模拟不同的流速状态下污水管道内气体和水质的变化。

附图说明

[0025] 图1是本发明的结构示意图；

[0026] 图2是本发明的安装结构示意图；

[0027] 图3是多层矩形堰的结构示意图；

[0028] 图4是顶层反应器的结构示意图；(a)是顶层反应器的正视图，(b)是顶层反应器的右侧视图，(c)是顶层反应器的俯视图；

[0029] 图5是中间层反应器结构示意图；(a)是中间层反应器的正视图，(b)是中间层反应器的右侧视图，(c)是中间层反应器的俯视图；

[0030] 图6是底层反应器结构示意图；(a)是底层反应器的正视图，(b)是底层反应器的右侧视图，(c)是底层反应器的俯视图；

[0031] 图中标号代表：1—顶层反应器，101—内柱，102—引流板，103—整流孔板，104—隔板，105—流道，106—缺口；

[0032] 2—中间层反应器，3—底层反应器，4—污水进水流量计，5—污水进水阀门，6—进水水泵，7—污水进水管，8—循环管道，9—循环流量计，10—循环管道阀门，11—循环水泵，12—污水出水管，13—污水出水阀门，14—污水出水流量计，15—进气管，16—排气管；

[0033] 17—多层矩形堰，1701—多层矩形堰板，1702—多层矩形堰槽；

[0034] 下面结合附图和实施例对本发明的方案做进一步详细的解释和说明。

具体实施方式

[0035] 遵从上述技术方案，参见图1，本发明的污水管道模拟装置，包括顶层反应器1，所述顶层反应器1的下方设置有底层反应器3，二者相连通；顶层反应器1的侧壁上设置有污水进水管7，顶层反应器1与底层反应器3之间通过循环管道8连接，底层反应器3的侧壁上设置有污水出水管12；顶层反应器1和底层反应器3内均设置有用于污水流通的流道105；污水由污水进水管7进入顶层反应器1内沿其内部的流道105流动，并进入底层反应器3内沿其内部的流道105流动，并经循环管道8进入顶层反应器1内或者经污水出水管12流出。

[0036] 所述顶层反应器1的顶面设置有盖板，所述底层反应器3的顶面为敞口设置。本发明的装置在使用时，开启进水水泵6，污水由污水进水管7进入顶层反应器1中，并流入底层反应器3中，使得整个反应器注满污水，开启循环水泵11，使得反应器中的污水循环流动。本发明的装置实现了反应器新鲜污水的不间断补充，以及污水的适时排出，能够较好的模拟污水管道中的水质状况。顶层反应器1与底层反应器3中可放置不同的沉积物，顶层反应器1叠放在底层反应器3的上方，二者可拆卸，便于对不同沉积物进行取样分析研究。

[0037] 进一步地，所述顶层反应器1与底层反应器3之间设置有多个中间层反应器2；且所述顶层反应器1与多个中间层反应器2中位于顶部的中间层反应器2相连通；多个中间层反应器2中相邻的两个中间层反应器2相连通；所述多个中间层反应器2中位于底部的中间层反应器2与所述底层反应器3相连通。

[0038] 所述多个中间层反应器2使得污水在反应器中流动的行程加长，可根据需要用于模拟不同长度的污水管道。当需要模拟较长的污水管道时，仅需增加中间层反应器2的个数即可，当需要模拟较短的污水管道时，仅需减少中间层反应器2的个数即可。因多个中间层反应器2依次叠放在一起，使得上述中间层反应器2的增减过程操作较为简单方便。

[0039] 具体地，所述顶层反应器1内部沿其宽度方向均匀分布有多个隔板104，所述隔板104的长度方向与顶层反应器1内水流方向一致；每相间隔的两个隔板(104)的同一端均设置有一缺口106；所述相邻隔板104之间形成所述的流道105。

[0040] 所述的顶层反应器1内沿其宽度方向依次设置有第一隔板、第二隔板、第三隔板和第四隔板，所述的相间隔的两个隔板104，指的是第一隔板与第三隔板或者第二隔板与第四隔板；相间隔的两个隔板104的同一端指的是第一隔板与第三隔板的左端或者第二隔板与第四隔板的右端。

[0041] 污水进入顶层反应器1内部后沿着流道105有序的流动，更加形象具体的模拟污水在管道内的流动情况。

[0042] 进一步地，所述顶层反应器1的底面，位于所述流道105的出口端设置有一开口，所述开口下方沿垂直于底面方向设置有引流板102，引流板102的底端为三角形，伸入所述底层反应器3或中间层反应器2内部。所述开口的宽度与流道105的宽度相同，其长度根据所需流量大小进行设置；所述引流板102的高度约为2cm。污水流经流道105的出口端后由开口处在引流板102的引流作用下流入顶层反应器1下方的底层反应器3或者中间层反应器2中。

[0043] 进一步地，所述顶层反应器1的流道105的入口端沿垂直于顶层反应器1底面方向设置有整流孔板103，所述顶层反应器1的流道105的出口端沿垂直于顶层反应器1底面方向设置有多层矩形堰17。

[0044] 所述的多层矩形堰17包括两个垂直于顶层反应器1底面方向设置的多层矩形堰槽1702，二者之间沿多层矩形堰槽1702高度方向依次设置有多个多层矩形堰板1701，且多层矩形堰板1701的长度方向垂直于多层矩形堰槽1702的高度方向。

[0045] 所述整流孔板103用于将由污水进水管7流进的污水和由循环管道8流进的污水均匀分布至流道103的整个过水断面。所述多层矩形堰17的宽度与流道105的宽度相同。通过调整多层矩形堰板1701的个数，调整多层矩形堰17的堰高，模拟不同的水深状态下污水管道内气体和水质变化。

[0046] 进一步地，所述顶层反应器1的底面下方和中间层反应器2的底面下方，除去开设开口的一个角落处的其余三个角落处均设置有一个内柱101。所述内柱101为立方体，伸入顶层反应器1下方的中间层反应器2的内部，目的是防止顶层反应器1相对于中间层反应器2在水平方向运动。所述顶层反应器1与底层反应器3或者中间层反应器2之间通过玻璃胶结合以保证整体的气密性。

[0047] 具体地，所述中间层反应器2的内部结构与顶层反应器1的内部结构相同，不同之处在于，顶层反应器1的底面开口的下方正对最顶层中间层反应器2内的流道105的入口端。且多个中间层反应器2中相邻的中间层反应器2中，上方的中间层反应器2的底面开口的下方正对下方的中间层反应器2内的流道105的入口端；上方的中间层反应器2的底面三个角落处同样设置所述的内柱101，所述内柱101伸入其下方的中间层反应器2内部，以保证上方的中间层反应器2不会在水平方向移动；相邻的中间层反应器2之间亦采用玻璃胶结合以保证整体的气密性。

[0048] 具体地，所述底层反应器3的内部结构与顶层反应器1的内部结构相同，不同之处在于，其内部流道105的入口端和出口端均设置所述的整流孔板103，其中，入口端的整流孔板103用于将进入底层反应器3中的污水均匀分布至流道105的整个过水断面；出口端的整流孔板103用于阻止底层反应器3中的沉积物进入循环管道8中，同时保证污水均匀进入到循环管道8中。

[0049] 进一步地，所述污水进水管7上设置有进水水泵6，进水水泵6的两侧均设置有一污水进水阀门5，且污水进水管7的进水端设置有污水进水流量计4。所述污水进水流量计4用于观察进入顶层反应器1中的污水流量，污水进水阀门5用于调整进入顶层反应器1的污水的流速。设置两个污水进水阀门5，便于对进水水泵6进行拆卸维护以及更换。

[0050] 进一步地，所述循环管道8上设置有循环水泵11，循环水泵11的两侧均设置有一循环管道阀门10，且循环管道8的出水端设置有循环流量计9。所述循环流量计9用于观察进入顶层反应器1内的循环污水的流量，通过循环管道阀门10用于调整进入顶层反应器1的循环水的流速，模拟不同的流速状态下污水管道内气体和水质的变化。设置两个管道阀门10，便于对循环水泵11进行拆卸维护以及更换。

[0051] 进一步地，所述污水出水管12上设置有污水出水流量计14，且污水出水流量计14的两侧均设置有一污水出水阀门13。所述的污水出水流量计14用于观察有底层反应器3流出的污水的流量，污水出水阀门13用于调整流出底层反应器3的污水的流速，与污水进水阀门5共同作用，达到模拟不同的停留时间下污水管道内气体和水质的变化的目的。设置两个污水出水阀门13，便于对污水出水流量计14进行拆卸维护以及更换。

[0052] 进一步地，所述顶层反应器1、中间层反应器2和底层反应器3的侧壁上均设有污水取样口，用于对不同位置的污水进行取样。

[0053] 因本发明的装置为密封装置，为了保证反应器内部的压力与大气压力相同，使得污水进入顶层反应器和流出底层反应器的顺利进行，进一步地，所述顶层反应器1的侧壁上设置有排气管16，底层反应器3的侧壁上设置有进气管15，且进气管15和排气管16上均设置有阀门。

[0054] 本发明的污水管道模拟装置，其具体工作过程如下：

[0055] 初始运行时，开启进水水泵6，关闭循环水泵11，污水由污水进水管7进入顶层反应器1中，并依次流经中间层反应器2和底层反应器3，当底层反应器3注满污水后，开启循环水泵11，观察循环流量计9，调节循环管道阀门10，使循环流速达到目标流速；调节污水出水阀门13，观察污水出水流量计14，使污水出水流量达到目标流量；调节污水进水阀门5，观察污水进水流量计4，使污水进水流量达到目标流量。

[0056] 运行过程中，循环污水由循环管道8进入顶层反应器1中，依次经过每层中间层反应器2和底层反应器3，再次进入循环管道8和污水出水管12中，如此循环进行。

[0057] 本发明装置可进行多种污水管道状态的模拟：

[0058] 1、通过调节循环管道阀门10的开启度，调整循环污水的流速，模拟不同的流速状态下污水管道内气体和水质的变化。

[0059] 2、调节污水进水阀门5和污水出水阀门13的开启度，模拟不同的停留时间下污水管道内气体和水质的变化。

[0060] 3、中间层反应器2的个数可选择设置，以实现对不同污水管道长度的模拟，从而节省空间。

[0061] 4、通过调整多层矩形堰17的堰高，改变流道105内的水深，从而模拟不同的水深状态下污水管道内气体和水质变化。