[发明专利]一种研究管网水力特性对生物膜生长影响的实验装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及管网微生物膜研究领域，具体涉及一种研究管网水力特性对生物膜生长影响的实验装置与方法。

背景技术

供水管网系统作为市政基础设施中一个关键的组成部分，不仅为人们提供日常所需的饮用水、商业用水以及工业用水，同时作为消防用水的基本保障。饮用水的水质与人们生活、身体健康密切相关。随着生活水平的提高，人们对饮用水水质的要求也越来越高，水质标准的要也日趋严格。目前已经逐渐形成了从水源地到水厂再到管网的水质安全保障体系。大量监测表明，饮用水从出厂水到用户端出水水质呈现降低趋势。在某些情况下，管道中的重金属、致病微生物及其所产生的毒害物质进入水中会直接威胁人的健康和生命安全。国内外都曾多次发生过因管网水质变化而导致的影响人们正常生活的供水事件。另外，在管网系统内与水长期接触的表面上普遍存在着微生物生长繁殖所形成的生物膜，它是微生物及其胞外聚合物(EPS)与水中有机物、无机物相互粘合形成的聚合体系。管壁生物膜会对管网水质产生不利影响，如色度和浊度升高、致病菌生长、管道腐蚀加剧、过水断面缩小、输水能力降低和能耗增加等。

供水管网中管壁生物膜的存在是造成管网水质问题的一个潜在的重要原因。不同水源条件下生物膜的构成有很大差别，另外，管网中营养物质、温度、水力条件、消毒剂种类及其投加量、管材等都会对生物膜的形成有不同程度的影响。在以往的研究中，大多集中在营养物质、温度、消毒剂种类及其投加量等方面，而对于影响生物膜形成的水动力因素研究较少。并且仅有的研究也只是对流速或流态进行分析，且尚未形成统一结论。这主要是由于水动力因素复杂多变，涉及的因子较多且物理化学过程难以分析。水动力因素单一、笼统的研究方法影响了对管道生物膜形成及其影响因素的研究。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是，怎样提供一种结构简单，控制方便，能够模拟管网水力特性以方便对管网生物膜生长研究，提高研究效率的研究管网水力特性对生物膜生长影响的实验装置与方法。其能够进行水体表层紊流脉动强度模拟，并结合有变速电动机所产生的流速变化，引起剪切力的变化、管材、管网附着面的受力变化等因素，详细深入的研究了类管网微生物量化关系。

为了解决上述技术问题，本发明中采用了如下的技术方案：

一种研究管网水力特性对生物膜生长影响的实验装置，其特征在于，包括一个固定容器，固定容器上端设置有容器盖，固定容器内部上方位置水平设置有振动格栅，振动格栅通过传动机构和位于固定容器外部的一个振动电机相连并能够靠振动电机带动上下振动；固定容器内部位于振动格栅下方正对格栅水平设置有一个转盘，所述转盘上设置有若干管材割片夹持机构，所述固定容器下端设置有一个调速电机，所述调速电机输出轴竖直向上穿过固定容器连接在转盘轴心处，调速电机输出轴和固定容器之间设置有密封圈形成可转动密封；所述固定容器一侧上部设置有进水口，另一侧下部设置有出水口，所述进水口和出水口之间连接有水管形成水力循环系统，所述水力循环系统内设置有一个水泵以及一个位于固定容器上方的储水容器。

在供水管网系统中，管道中水的流态多为紊流，因此紊流脉动对生物膜的影响较为突出。目前，国内外学者对紊流脉动对生物膜的影响的研究极少，而利用相对成熟的振动格栅紊流装置应用于紊流脉动强度对生物膜的影响尚未见诸报道。格栅紊流是一种研究紊流水体的有效手段，较多的应用于水体分层研究、泥沙运动规律研究以及污染物吸附与析出等其他领域。1939年Rouse首次使用振动格栅紊流研究泥沙悬浮，随后Hopfinger和Toly使用热膜探头测量紊流脉动均方根速度，提出了均方根速度表达式：