CN112114110A - 一种再生水输配管网模拟装置、***及再生水稳定性评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种再生水输配管网模拟装置，所述再生水输配管网模拟装置包括管体、磁力搅拌器和液位计；所述管体为上下两端封闭的圆直管，管体下部设有进水口，顶部设有出水口，中部设有带有阀门的取样口；管体内壁沿垂直方向圆周均布的构造有若干插槽，插槽内插接有管网载片；所述液位计设于管体外侧；所述管体的底座放置于磁力搅拌器的托盘上方，转子置于管体内。本发明还提供了一种包括上述再生水输配管网模拟装置的再生水输配管网模拟***。本发明提供的再生水输配管网模拟装置及***，通过控制再生水输配管网模拟装置内转子的旋转速率和内壁的管网载片材质以模拟不同规格的管网，并可用于评价再生水水质的稳定性。
Description
技术领域
本发明污水处理领域，特别是一种再生水输配管网模拟装置及***。
背景技术
污水再生利用是解决我国水资源严重短缺、促进水资源利用的有效途径。全面开展再生水的利用，对缓解我国水资源短缺现状具有十分重要的意义。与饮用水相比，再生水中含有大量的有机物、营养盐和微生物等。再生水在管网输配过程中会发生一系列的物理、化学和生物反应。其中，再生水输配管网中消毒剂衰减以及微生物的复活与生长会导致再生水的水质恶化。管壁生物膜中的微生物通过生物腐蚀作用侵害输配管道，导致水中色度增加与管材腐蚀，严重影响了出水水质，减少了输配管网的使用寿命。此外，管壁生物膜为大量的病原微生物和机会致病菌等提供了生长场所，这些微生物通过管网输配到达用户端，增加了用户被微生物感染的风险。因此，掌握再生水管网消毒剂和生物可同化有机碳浓度的变化规律，维持消毒剂的浓度和控制微生物的复活与再生长，对于保证再生水的水质稳定性和满足使用要求具有重要意义。
然而，目前尚缺乏能够同时模拟再生水输配管网中消毒剂衰减以及微生物的复活的装置，难以识别并控制再生水在管网输配过程中导致水质恶化的主因。
因鉴于此，特提出此发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于评价管网中再生水水质稳定性的装置和***。
本发明提供了一种再生水输配管网模拟装置，所述再生水输配管网模拟装置包括管体(11)、第一磁力搅拌器(18)和液位计(13)；所述管体为上下两端封闭的圆直管，管体下部设有进水口(14)，顶部设有出水口(16)，中部设有带有阀门的取样口(15)；管体内壁沿垂直方向圆周均布的构造有若干插槽，插槽内插接有管网载片(12)；
所述液位计设于管体外侧；
所述第一磁力搅拌器的底座固定于管体的下端，第一转子(17)置于管体内。
本发明还提供了一种再生水输配管网模拟***，所述再生水输配管网模拟***包括上述的再生水输配管网模拟装置(1)、集水罐(3)和再生水集水瓶(2)；所述集水罐通过管路连接于再生水输配管网模拟装置的出水口；所述再生水集水瓶通过带有蠕动泵(5)的管路连接于再生水输配管网模拟装置的进水口。
优选的，所述再生水输配管网模拟***还包括一消毒剂加药箱(4)，所述消毒剂加药箱用于向再生水集水瓶中添加消毒剂。
优选的，所述再生水集水瓶内还设有搅拌装置。所述搅拌装置用于将添加的消毒剂搅拌均匀。
优选的，所述搅拌装置为第二磁力搅拌器(22)，再生水集水瓶放置于第二磁力搅拌器的托盘上方，第二转子(21)设于再生水集水瓶内。
本发明还提供了一种再生水稳定性评价方法，所述方法采用上述的再生水输配管网模拟***实施，并按以下步骤进行：
(1)向再生水集水瓶中添加再生水，并添加消毒剂；
(2)开启蠕动泵向再生水输配管网模拟装置的管体内通入再生水至再生水从出水口流出；
(3)开启第一磁力搅拌器，并调节第一转子转速，使管体中水流向内壁的剪切力与模拟输配管网管壁处的剪切力一致；
(4)周期性的从取样口取样，并根据样品中的剩余消毒剂浓度及可生物同化有机碳(A0C)的浓度的变化评价再生水水质的稳定性。
优选的，步骤(3)中内壁剪切力按照下述公式计算得出：
τ＝1/4·fa·ρ·(2πγω)2·γ·(1/60)2
其中τ指剪切力，N/m2；ρ为液体的密度，103kg/m3；γ为转子的半径，cm；ω为转子的转速，rpm；fa为摩擦系数，
fa＝0.01(Lf≤0.003cm)
fa＝0.01+4.33×(Lf-0.003)(Lf≤0.003cm)
其中，Lf表示生物膜的平均厚度。
本发明提供的再生水输配管网模拟装置及***，通过控制再生水输配管网模拟装置内转子的旋转速率和内壁的管网载片材质以模拟不同规格的管网，并可用于评价再生水水质的稳定性。本发明还提供了一种采用该***评价再生水水质的方法。
附图说明
图1为本发明提供的再生水输配管网模拟装置结构示意图。
图2为本发明提供的再生水输配管网模拟***结构示意图。
图3为本发明应用例一中总氯浓度变化图。
图4为本发明应用例二中总AOC浓度变化图。
其中：1、再生水输配管网模拟装置；11、管体；12、管网载片；13、液位计；14、进水口；15、取样口；16、出水口；17、第一转子；18、第一磁力搅拌器；2、再生水集水瓶；21、第二转子；22、第二磁力搅拌器；3、集水罐；4、消毒剂加药箱；5、蠕动泵。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步说明。
实施例一
本发明实施例提供了一种再生水输配管网模拟***。
所述再生水输配管网模拟***包括再生水输配管网模拟装置1、集水罐3和再生水集水瓶2。
所述再生水输配管网模拟装置包括管体11、第一磁力搅拌器18和液位计13。
所述管体11为上下两端封闭的圆直管，且顶端的端盖可打开。管体11的底座放置于第一磁力搅拌器18的托盘上方，第一转子17放置于管体11内，使第一磁力搅拌器18的托盘驱动第一转子17在管体内旋转。
所述液位计13设于管体外侧，用于观察管体内的液位。
管体11下部设有进水口14，顶部设有出水口16，中部设有带有阀门的取样口15。
管体11内壁沿垂直方向圆周均布的构造有若干插槽，插槽内插接有管网载片12，所述管网载片12的规格和材料可以根据实际需求进行选择和替换，以模拟不同的管网规格。
作为一种优选的方案，所述管体11管壁采用透明材料制成，以便于观察内部情况，在运行时则采用锡箔纸将管体包裹避光。
所述集水罐3用于收集再生水输配管网模拟装置1的出水，因此，通过管路与再生水输配管网模拟装置1的出水口16相连。
所述再生水集水瓶2用于向再生水输配管网模拟装置1提供再生水，因此，通过一带有蠕动泵5的管路与再生水输配管网模拟装置1的进水口14相连。
进一步的，为了向再生水集水瓶添加消毒剂，所述再生水输配管网模拟***还包括一消毒剂加药箱4。所述消毒剂加药箱4为本领域常规使用的消毒剂加药箱，用于可控的向再生水集水瓶2添加消毒剂。
更进一步的，再生水集水瓶2内还设有用于搅匀消毒剂的搅拌装置，出于易用性的考虑，本实施例中的搅拌装置同样的为磁力搅拌器，即第二磁力搅拌器22，该再生水集水瓶2放置于第二磁力搅拌器22的托盘上方，第二转子21置于再生水集水瓶内，使第二磁力搅拌器22的托盘可以驱动设于再生水集水瓶内的第二转子21旋转。
本***在使用时，在再生水集水瓶中添加充足的再生水水样，在消毒剂加药箱中添加预先配置好的氯消毒剂，并通过消毒剂加药箱将消毒剂投入再生水集水瓶内，开启磁力搅拌器将氯消毒剂和再生水混合均匀。开启蠕动泵将再生水集水瓶内混有氯消毒剂的再生水向再生水输配管网模拟装置内进水，再生水输配管网模拟装置内充满后，出水从出水口流出至集水罐内被收集。
再生水输配管网模拟装置内充满水后，通过蠕动泵控制进水流速，保证再生水在再生水输配管网模拟装置内的停留时间，调节再生水输配管网模拟装置下部磁力转子的转速，使管体内壁的水力剪切力与模拟目标的管网管壁处的水力剪切力一致，以模拟管网环境。
在***运行过程中，定期从取样口取样，检测再生水输配管网模拟装置流出的再生水中剩余消毒剂的浓度以及可生物同化有机碳(AOC)的浓度，考察消毒剂的变化规律和AOC的变化规律，通过再生水管网模拟装置出水中消毒剂和AOC的浓度变化来评价管网输配的再生水水质稳定性。
应用例一
采用实施例一中所述的再生水输配管网模拟***对某地再生水在管网中的稳定性进行考察。
再生水输配管网模拟***中再生水输配管网模拟装置的管网载片分别采用球墨铸铁片和PE塑料管片。通过公式τ＝1/4·fa·ρ·(2πγω)2·γ·(1/60)2(其中τ指剪切力，N/m2；ρ为液体的密度，103kg/m3；γ为转子的半径，cm；ω为转子的转速，rpm；fa为摩擦系数fa＝0.01(Lf≤0.003cm)；fa＝0.01+4.33×(Lf-0.003)(Lf≤0.003cm)其中，Lf表示生物膜的平均厚度)计算本应用例中管体内壁的剪切力，并使其与被模拟的目标管网一致。本实施例中所用的第一转子的半径为5cm，模拟的目标管网的参数为直径600mm，管网流速0.8m/s。计算得到第一转子的转速为530rpm时管体内的水力条件与目标管网一致。
选用活性炭吸附处理产生的再生水水样1和膜过滤处理产生的再生水水样2，分别考察再生水中消毒剂在球墨铸铁和PE塑料管管网中的浓度变化，以此评价管网中再生水的水质稳定性。氯消毒剂采用分析纯次氯酸钠(质量浓度不少于5％)溶液，通过加药装置加入到再生水集水瓶中，并开启第二磁力搅拌器进行搅拌，控制再生水初始总氯浓度为15mg/L。开启蠕动泵，向管体中泵送添加了消毒剂的再生水，当注满管体，再生水从出水口排出后调节蠕动泵使再生水在管体内的停留时间符合反应要求，并开启第一磁力搅拌器，并调节转速至530rpm。开始反应后，分别在第0min，2min，5min，10min，15min，20min和30min检测再生水管网模拟装置出水中的总氯浓度。本应用例中总氯浓度的变化如图3所示。
由图3可知，在本应用例中，球墨铸铁管网中水样1和水样2的总氯衰减速率不同，但是均呈现下降趋势；PE塑料管网中，水样1和水样2的总氯衰减速率低于球墨铸铁管网总氯衰减速率。该结果表明这两种水样的再生水在球墨铸铁管网输配过程中的水质稳定性较差，在PE塑料管网输配过程中水质稳定性较好，且两种不同管材的管网中，水样2比水样1的水质稳定性好。当利用球墨铸铁管或者PE塑料管输配这两种再生水时，可根据二者在实验中的总氯衰减速率，调整氯消毒剂的添加量，以维持再生水在输配管网中的消毒剂浓度。
应用例二
采用实施例一中所述的再生水输配管网模拟***对某地再生水在管网中的稳定性进行考察。
再生水输配管网模拟***中再生水输配管网模拟装置的管网载片采用球墨铸铁片。通过公式τ＝1/4·fa·ρ·(2πγω)2·γ·(1/60)2(其中τ指剪切力，N/m2；ρ为液体的密度，103kg/m3；γ为转子的半径，cm；ω为转子的转速，rpm；fa为摩擦系数fa＝0.01(Lf≤0.003cm)；fa＝0.01+4.33×(Lf-0.003)(Lf≤0.003cm)其中，Lf表示生物膜的平均厚度)计算本应用例中管体内壁的剪切力，并使其与被模拟的目标管网一致。本实施例中所用的第一转子的半径为5cm，模拟的目标管网的参数为直径800mm，管网流速0.6m/s。计算得到第一转子的转速为400rpm时管体内的水力条件与目标管网一致。
本应用例中，水样1为采用混凝过滤沉淀后产生的再生水，水样2为经臭氧氧化处理后的再生水，通过考察各水样在管网中的AOC的浓度变化，并借此评价评价管网中再生水的水质稳定性。并开启第一磁力搅拌器，并调节转速至530rpm。
将水样加入到再生水集水瓶中，开启启第二磁力搅拌器进行搅拌。开启蠕动泵，向管体中泵送再生水，当注满管体，再生水从出水口排出后调节蠕动泵使再生水在管体内的停留时间符合要求，并开启第一磁力搅拌器，并调节转速至400rpm。分别在第1天，2天，5天，10天和20天检测再生水管网模拟装置出水中的AOC浓度。本应用例中AOC浓度的变化如图4所示。
由图4可知，不同处理方式产生的水样1和水样2中总AOC浓度的变化存在差异，水样1的AOC浓度呈现先下降后平稳的趋势，表明水样1的再生水在输配过程中水质较稳定；水样2的AOC浓度变化呈现逐渐下降的趋势，表明该水样的再生水水质稳定性较差。
本发明提供的再生水输配管网模拟装置及***，通过再生水输配管网模拟装置内转子的旋转和内壁的管网载片以模拟不同规格的管网，并可用于评价再生水水质的稳定性。并通过该装置和***，可以准确快速的评价管网中再生水水质的稳定性，而无需进行实地的取样和检测，极大的降低了工作量和成本。
Claims (7)
1.一种再生水输配管网模拟装置，其特征在于，所述再生水输配管网模拟装置包括管体(11)、第一磁力搅拌器(18)和液位计(13)；所述管体为上下两端封闭的圆直管，管体下部设有进水口(14)，顶部设有出水口(16)，中部设有带有阀门的取样口(15)；管体内壁沿垂直方向圆周均布的构造有若干插槽，插槽内插接有管网载片(12)；
所述液位计设于管体外侧；
所述第一磁力搅拌器的底座固定于管体的下端，第一转子(17)置于管体内。
2.一种再生水输配管网模拟***，其特征在于，所述再生水输配管网模拟***包括上述的再生水输配管网模拟装置(1)、集水罐(3)和再生水集水瓶(2)；所述集水罐通过管路连接于再生水输配管网模拟装置的出水口；所述再生水集水瓶通过带有蠕动泵(5)的管路连接于再生水输配管网模拟装置的进水口。
3.根据权利要求2所述的再生水输配管网模拟***，其特征在于，所述再生水输配管网模拟***还包括一消毒剂加药箱(4)，所述消毒剂加药箱用于向再生水集水瓶中添加消毒剂。
4.根据权利要求3所述的再生水输配管网模拟***，其特征在于，所述再生水集水瓶内还设有搅拌装置。
5.根据权利要求4所述的再生水输配管网模拟***，其特征在于，所述搅拌装置为第二磁力搅拌器(22)，再生水集水瓶放置于第二磁力搅拌器的托盘上方，第二转子(21)设于再生水集水瓶内。
6.一种再生水稳定性评价方法，其特征在于，所述方法采用如权利要求2-5任一所述的再生水输配管网模拟***实施，按以下步骤进行：
(1)向再生水集水瓶中添加再生水，并添加消毒剂；
(2)开启蠕动泵向再生水输配管网模拟装置的管体内通入再生水至再生水从出水口流出；
(3)开启第一磁力搅拌器，并调节第一转子转速，使管体中水流向内壁的剪切力与模拟输配管网管壁处的剪切力一致；
(4)周期性的从取样口取样，并根据样品中的剩余消毒剂浓度及可生物同化有机碳(AOC)的浓度的变化评价再生水水质的稳定性。
7.根据权利要求6所述的再生水稳定性评价方法，其特征在于，步骤(3)中内壁剪切力按照下述公式计算得出：
τ＝1/4·fa·ρ·(2πγω)2·γ·(1/60)2
其中τ指剪切力，N/m2；ρ为液体的密度，103kg/m3；γ为转子的半径，cm；ω为转子的转速，rpm；fa为摩擦系数，
fa＝0.01 (Lf≤0.003cm)
fa＝0.01+4.33×(Lf-0.003) (Lf≤0.003cm)
其中，Lf表示生物膜的平均厚度。
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2020
- 2020-09-29 CN CN202011050908.5A patent/CN112114110A/zh active Pending
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