一种模块化的全自动给水管道中试装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种模块化的全自动给水管道中试装置，由n个管道编组单元并联而成，其中，n为大于或等于1的自然数；所述管道编组单元包括自动控制模块、循环动力模块、水质调节模块、状态反馈模块和活接管道模块；活接管道模块根据实验需求，使用不同材质的管道，定制或改造形状和排布。本发明专利技术装置主体结构为活接管道，无需储水罐，管道排布和水头损失贴近真实管网；采样方便，对管道内部无扰动干扰；具备关键结构、部件持续升级和重复利用的功能。该装置可常年无人值守全自动运行，可减少人工维护成本，为生物膜原位培养和反应、污染物的迁移转化机制研究提供一个稳定的实际环境；便于开展管网环境中，污染物与生物膜及其环境介质的相互作用研究。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化的全自动给水管道中试装置
本专利技术涉及给水管网模拟装置领域，更具体地，本专利技术涉及一种在真实的市政给水管网(如公司、商场、住宅等建筑物内的房屋管道)中研究生物膜、微量污染物、管道材质相互作用关系的全自动模块化中试装置。
技术介绍
饮用水安全是事关人民群众身体健康的重要问题，因而也越来越受到社会各界的广泛关注。生物膜法是一种常见的水处理工艺，而与此同时，给水管网中的生物膜又是造成生物污染和饮用水质量恶化的罪魁祸首。过去，对管网生物膜的研究通常采用理想化的条件，例如使用台式生物膜反应器，或者直接在自来水厂的出厂管道设置旁路。前者不能真实地再现给水管网的条件，后者需要自来水公司的授权，并且为了避免影响正常供水水质，该旁路只能就地取材，无法引入研究变量。而许多不同的变量，诸如水力条件、消毒剂的种类和剂量、总有机碳的浓度、其他微量污染物等非生物因素，均可能会影响管道表面生物膜的形成和持续生长。其中，每日的水力条件对于决定生物膜的积累和脱落尤为重要。为了更好地理解管网环境中，污染物与生物膜及其环境介质的相互作用，研究者开始开发人工模拟管网的装置。按照进水是否回用，可分为非循环式和循环式。非循环式模拟管网即在某段自来水管网末梢设置延伸段，并将出水直接排入下水道的一段管路；循环式模拟管网即管道形成闭环，水体通过循环泵系统在管道内循环流动的装置，在实验室中后者更为常见。谢菲尔德大学(TheUniversityofSheffield)的PeterDeines等人开发了一个由高密度聚乙烯(High-DensityPolyethylene,HDPE)管道线圈组成的中试装置。该装置通过密闭蓄水罐供应循环水，并在运行过程中，不断从市政自来水管网得到补充和更新。该装置设计了一种特制的试片，可以安装在保持相同曲率的管道内部，并使用垫圈和管箍进行固定。采样时，首先关闭上游阀门，消除泵系统的增压效应，然后关闭下游阀门，隔离包含试片的管段，随后可取下试片。该装置极大减小了试片对管道系统内部的扰动，但管道呈现椭圆状，与真实末梢管网的连接排布形式、水头损失均有差异，不可模拟在真实弯管处的回水流态和沉积物状况。并且制作椭圆状管道线圈只适合使用韧性较好的管材，而诸如铸铁、不锈钢等金属管道的加工则较为复杂，因此在针对不同管材的研究中具有局限性。该装置的水体循环和更新都需要经过一个额外的压力储水罐，储水罐中液体流动性远低于管道系统，其水力停留时间可能大于设计值，造成实验结果的系统误差；而频繁清洗储水罐则增加维护成本，并可能造成二次污染。该装置一旦加工成型，反应器的规模就已确定，不具备局部升级改造的延展性。卢布林技术大学(LublinUniversityofTechnology)的Agnieszka等人开发了一种模拟装置，是由三种材质的管道(PVC、PEX和HDPE)分别组成的独立封闭式系统。这些装置配备了带变速变频控制器的循环泵，并由市政管网提供自来水。Agnieszka等人为了减轻附加(即密封)材料的影响，避免在管道中心放置试片干扰流动条件，采用的方法是在管路中安装一小段可拆卸管道，而不是在管道上安装可拆卸的生物膜试片。该装置与市政管网连接，无需额外储水罐，但每多一种材质的独立管道系统，就需要配备一套相应的循环系统(包括循环泵、流量计和其他在线水质监测设备)。并且其每一个独立系统中，有且仅有一处可用于生物膜采样的管段，不具备同一环境下平行试验的条件。总体而言，类似的中试装置，其在原理上与上述装置大同小异，关键之处在于：每一套装置的结构根据其不同的研究目的，都需要经过适应性设计以满足实验的要求。例如，当探究同一营养条件、不同水力条件对生物膜形成的影响时，就需要在管道系统中增加多个并联管路，并且分别控制流量；而当探究同一营养和水力条件，不同管龄(或不同老化、腐蚀程度)管道对生物膜形成的影响时，就需要在管道系统中设置三处以上平行的串联管道。传统的一次成型的装置往往只能满足特定的研究需求，实验过程中不可灵活更改实验方案，实验结束后也容易遭到闲置或弃用，造成空间和物料的浪费。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种模块化的全自动给水管道中试装置，解决现有技术中一次成型的装置往往只能满足特定的研究需求，实验过程中不可灵活更改实验方案，实验结束后也容易遭到闲置或弃用，造成空间和物料的浪费的问题。本专利技术的技术方案为：一种模块化的全自动给水管道中试装置，由n个管道编组单元并联而成，其中，n为大于或等于1的自然数；所述管道编组单元包括自动控制模块、循环动力模块、水质调节模块、状态反馈模块和活接管道模块；所述自动控制模块通过可编程逻辑控制器执行操作指令，配备电磁阀组；所述循环动力模块包括可调流量的变频泵和必要节点处的单向阀；所述自动控制模块、循环动力模块的部件分布于整个管道回路；所述水质调节模块包括密闭加药/料桶、加药阀和单向阀，设置于管道编组单元的至高点，单向阀安装在与进水管的连通处；所述状态反馈模块均串联于主干管路的拓展部分；所述活接管道模块根据实验需求，使用不同材质的管道，定制或改造形状和排布。所述活接管道模块管道模块材质包括但不限于铜管、镀锌管、不锈钢管、铝塑管、PPR管、UPVC管、PE管，管道主体包括形状、长度、水头损失完全一致的三段管路，且每段管路中间包含一根快拆管，管道高位至低位的回流管道呈阶梯状。所述状态反馈模块包括水质在线监测模块、数据通讯模块、安全联控模块，所述水质在线监测模块包括流量计、水压表、温度计、pH计、浊度计、溶解氧仪，以及可以在线监测氮磷、生化需氧量、总有机碳多参数的水质测试设备；数据通讯模块包括无纸化记录仪、网络附属存储；安全联控模块包括漏电保护器、漏水保护器、红外监控摄像头。所述自动控制模块中的进水电磁阀(1-1)前端连接市政自来水管网，后端连接模块化中试装置，配合出水阀(1-12)，负责控制进水、换水和调节水力停留时间；当进水电磁阀(1-1)、电磁阀(1-4)、电磁阀(1-5)、电磁阀(1-6)、出水电磁阀(1-12)均开启时，水体可在本组管道回路内流动；所述循环动力模块的单向阀(1-7)安装在回路节点，确保水体能够单向流动；单向阀(1-9)安装在循环泵(1-11)及状态反馈模块(1-18)之后，活接管道模块之前，避免水体因重力回流，影响仪器设备的正常工作；单向阀(1-10)安装在管路出水口，避免出水回流，并使每组管道间互不影响；当管道充满水后，电磁阀(1-4)、电磁阀(1-5)、电磁阀(1-6)保持开启，并且进水电磁阀(1-1)、出水电磁阀(1-12)关闭时，开启变频循环泵(1-11)，即可使水体在本组管道内循环流动。所述进水、水质调节模块和出水仅需要1组。本专利技术有益效果：本专利技术应用了“模块”、“管道编组”的设计思路，“管道编组”由n个“管道编组单元”构成；每个“管道编组单元”由相对独立的功能模块构成，可以部分停用或启用，也可以单独扩建、拓展、改造，以适应不同的实验需求，其使用的灵活性和自由度较高。例如，通过可编程逻辑控制器和电磁阀的配合，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化的全自动给水管道中试装置，其特征在于，由n个管道编组单元并联而成，其中，n为大于或等于1的自然数；所述管道编组单元包括自动控制模块、循环动力模块、水质调节模块、状态反馈模块和活接管道模块；所述自动控制模块通过可编程逻辑控制器执行操作指令，配备电磁阀组；所述循环动力模块包括可调流量的变频泵和必要节点处的单向阀；所述自动控制模块、循环动力模块的部件分布于整个管道回路；所述水质调节模块包括密闭加药/料桶、加药阀和单向阀，设置于管道编组单元的至高点，单向阀安装在与进水管的连通处；所述状态反馈模块均串联于主干管路的拓展部分；所述活接管道模块根据实验需求，使用不同材质的管道，定制或改造形状和排布。/n

【技术特征摘要】
1.一种模块化的全自动给水管道中试装置，其特征在于，由n个管道编组单元并联而成，其中，n为大于或等于1的自然数；所述管道编组单元包括自动控制模块、循环动力模块、水质调节模块、状态反馈模块和活接管道模块；所述自动控制模块通过可编程逻辑控制器执行操作指令，配备电磁阀组；所述循环动力模块包括可调流量的变频泵和必要节点处的单向阀；所述自动控制模块、循环动力模块的部件分布于整个管道回路；所述水质调节模块包括密闭加药/料桶、加药阀和单向阀，设置于管道编组单元的至高点，单向阀安装在与进水管的连通处；所述状态反馈模块均串联于主干管路的拓展部分；所述活接管道模块根据实验需求，使用不同材质的管道，定制或改造形状和排布。


2.根据权利要求1所述模块化的全自动给水管道中试装置，其特征在于，所述活接管道模块管道模块材质包括但不限于铜管、镀锌管、不锈钢管、铝塑管、PPR管、UPVC管、PE管，管道主体包括形状、长度、水头损失完全一致的三段管路，且每段管路中间包含一根快拆管，管道高位至低位的回流管道呈阶梯状。


3.根据权利要求1所述模块化的全自动给水管道中试装置，其特征在于，所述状态反馈模块包括水质在线监测模块、数据通讯模块、安全联控模块，所述水质在线监测模块包括流量计、水压表、温度计、pH计、浊度计、溶解氧仪，以...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄志平，张颖，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津;12