環(huán)形水槽模擬懸沙及床沙吸附污染物裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型是環(huán)形水槽模擬懸沙及床沙吸附污染物裝置，其結(jié)構(gòu)包括葉輪機轉(zhuǎn)輪，彎道排水口，環(huán)形水槽的槽體，帶閥取樣口，箍板，軸，環(huán)形水槽的底座，水槽的進水口，變頻調(diào)速電機，圓盤，粘短齒。優(yōu)點：可將直槽的距離尺度轉(zhuǎn)換為時間尺度；比振蕩式促進泥沙懸浮的仿真性高；接近河流的實際流場情況；更接近天然河流水流流動特征；具有構(gòu)造簡單，成本低廉，實驗可操作性高等優(yōu)勢；通過調(diào)節(jié)葉輪轉(zhuǎn)速改變水流流速，測量任意位置的水流、水質(zhì)特性；水體取樣精度高，保證樣品采集時相對穩(wěn)定的再懸浮條件，自上而下設置帶閥取樣嘴可以實現(xiàn)不同深度水樣的采集。
【專利說明】環(huán)形水槽模擬懸沙及床沙吸附污染物裝置
【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型涉及的是一種環(huán)形水槽模擬懸沙及床沙吸附污染物裝置，利用環(huán)形水槽模擬含有污染物的河流中，不同流速擾動下泥沙再懸浮以及懸沙與床沙交換過程對污染物吸附及解吸附。屬于水利工程與環(huán)境科學【技術(shù)領域】。
【背景技術(shù)】
[0002]泥沙作為河流污染物的主要寄存體,具有吸附水中污染物,凈化水體的作用。然而當外界條件發(fā)生變化時(流速、水深、污染物濃度等)，泥沙積蓄的污染物會向水體發(fā)生解吸作用，造成水體的二次污染。因此，研究外界條件發(fā)生變化之后，泥沙與污染物相互作用關(guān)系具有重要意義。
[0003]泥沙分為床沙與懸沙兩部分，而且均與污染物發(fā)生顯著的物理化學吸附作用。目前的實驗研究多是將二者獨立開，分別對只有懸浮泥沙存在和只有底泥(床面泥沙)存在兩種情況泥沙吸附-解吸污染物規(guī)律進行了探索，這種方法只是對天然河流泥沙吸附-解吸污染物的一種非常概化的模擬。在天然情況下，河流泥沙吸附-解吸污染物是在流動中、在懸移質(zhì)-推移質(zhì)-床沙的不斷交換中完成的。因此，不考慮這種交換的存在進行研究，實際上就沒有正確反映天然河流水體的泥沙運動，就不能從根本上把握天然河流泥沙吸附-解吸污染物的規(guī)律。同時，目前進行懸沙實驗的裝置種類較少，主要為攪拌振動式、外部動力連接下的環(huán)形水槽式兩種。攪拌振動式主要通過機械攪拌產(chǎn)生的紊動帶動泥沙的懸浮，與天然條件下導致泥沙運動的機理(水流紊動形成的漩渦攜帶泥沙運動)不同，實驗結(jié)果所表征的現(xiàn)象與天然情況差別明顯。外部動力連接下的環(huán)形水槽實驗裝置分為在水槽上設置傳輸履帶以及剪切圓環(huán)帶動水體運動兩種。前者容易形成較大波浪，水流結(jié)構(gòu)混亂，同時履帶與泥沙的強烈作用，影響試驗最終結(jié)果，并且結(jié)構(gòu)復雜、造價昂貴、操作煩瑣；后者由于剪切圓環(huán)的存在導致實驗取樣條件、儀器架設位置不理想，并且導致水流表面存在壓力，水流有較大的橫向環(huán)流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型提出的是一種環(huán)形水槽模擬懸沙及床沙吸附污染物裝置，其目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺陷，真實的模擬天然河流在不同流態(tài)下，泥沙的沉積一懸浮過程中與污染物之間的關(guān)系。同時，在流場相對穩(wěn)定的條件下，在不同時刻、不同位置進行精確取樣并測定，以達到定量研究的目的。整個實驗裝置構(gòu)造簡單、造價便宜、使用方便。
[0005]本實用新型的技術(shù)解決方案:環(huán)形水槽模擬懸沙及床沙吸附污染物裝置
[0006]，其結(jié)構(gòu)是包括葉輪機轉(zhuǎn)輪，彎道排水口，環(huán)形水槽的槽體，帶閥取樣口，箍板，軸，環(huán)形水槽的底座，水槽的進水口，變頻調(diào)速電機，葉輪的圓盤，粘貼在圓盤上的短齒；其中環(huán)形水槽的底座與水槽的內(nèi)外槽體的長方體底座密合，環(huán)形水槽的頂部安裝有葉輪，葉輪機轉(zhuǎn)輪的軸連接變頻調(diào)速電機，葉輪由12片圓形有機玻璃板組成，每片圓板上相等間隔粘貼
4個粘貼在葉輪的圓盤上的短齒，短齒之間的夾角為90°，且相鄰兩個葉輪的圓盤上的短齒相間分布，環(huán)形水槽的槽體的直道段上設置帶閥取樣口，環(huán)形水槽的槽體的彎道段上設有彎道排水口、水槽的進水口，環(huán)形水槽頂部通過間隔布置防止環(huán)形水槽槽體變形的箍板，葉輪由變頻調(diào)速電動機控制轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)環(huán)形水槽內(nèi)的水流流速。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]附圖1是環(huán)形水槽模擬懸沙及床沙吸附污染物裝置的立體示意圖。
[0008]附圖2是環(huán)形水槽模擬懸沙及床沙吸附污染物裝置的平面示意圖。
[0009]附圖3-1是圖1的A-A剖示圖。
[0010]附圖3-2是圖1的B-B剖示圖。
[0011]附圖4是環(huán)形水槽模擬懸沙及床沙吸附污染物裝置中改進葉輪的細部結(jié)構(gòu)圖。
[0012]圖中I是改進的葉輪機轉(zhuǎn)輪，2是彎道排水口，3是環(huán)形水槽槽體，4是帶閥取樣口，5是箍板，6是連接電機與葉輪的軸，7是環(huán)形水槽的底座，8是水槽的進水口，9是變頻調(diào)速電機，10是葉輪的圓盤，11是粘貼在圓盤上的短齒。
【具體實施方式】
[0013]對照附圖，環(huán)形水槽模擬懸沙及床沙吸附污染物裝置，其結(jié)構(gòu)包括葉輪機轉(zhuǎn)輪1，彎道排水口 2，環(huán)形水槽的槽體3，帶閥取樣口 4，箍板5，軸6，環(huán)形水槽的底座7，水槽的進水口 8，變頻調(diào)速電機9，葉輪的圓盤IO，粘貼在圓盤上的短齒11 ;其中環(huán)形水槽的底座7與水槽的內(nèi)外槽體3的長方體底座密合，環(huán)形水槽的頂部安裝有葉輪，葉輪機轉(zhuǎn)輪I的軸6連接變頻調(diào)速電機9，葉輪由12片圓形有機玻璃板組成，每片圓板上相等間隔粘貼4個粘貼在葉輪的圓盤10上的短齒11，短齒11之間的夾角為90°，且相鄰兩個葉輪的圓盤10上的短齒11相間分布，葉輪由變頻調(diào)速電動機9控制轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)環(huán)形水槽內(nèi)的水流流速。環(huán)形水槽的槽體3的直道段上設置帶閥取樣口 4，環(huán)形水槽槽體3的彎道段上設有彎道排水口
2、水槽的進水口 8，環(huán)形水槽頂部通過間隔布置防止環(huán)形水槽槽體變形的箍板5。
[0014]環(huán)形水槽模擬懸沙及床沙對污染物吸附/解吸附的方法，包括如下步驟:
[0015]I)將采集的未擾動泥沙平鋪于環(huán)形水槽底部；
[0016]2)通過葉輪的轉(zhuǎn)動，形成表面驅(qū)動流，產(chǎn)生水流運動；
[0017]3)并通過調(diào)整葉輪轉(zhuǎn)速來改變水槽中水流的流速，從而使水槽底部的泥沙在水動力作用下發(fā)生再懸??；
[0018]4)進而模擬懸浮泥沙以及懸浮泥沙與床沙的交換過程中對污染物的吸附與解吸過程。
實施例
[0019]環(huán)形水槽裝置中所有與水體直接接觸部分均由有機玻璃或PVC板制作(具體材質(zhì)根據(jù)污染物特性進行選擇)。水槽一側(cè)彎道出口 40cm處布置改進的葉輪，帶動水體運動。在另一直道段，距離彎道出口 1.75m處的外側(cè)沿水深布置若干帶閥的取樣口，方便取水樣、沙樣。在靠近葉輪的彎道頂點位置的最下端設置排水口，并在對應位置的正上方設置進水口。由于水槽采用開敞式布置，方便在任意位置架設儀器進行水流特性的測量及取樣。
[0020]葉輪主要通過沿水槽寬度方向平行布置12塊直徑為20cm，厚度為0.5cm的圓盤，圓盤等間距分布，間距為2.2cm。各個圓盤固定在一根過圓心的水平軸上。軸的一端架設在水槽上，另一端連接三相異步交流變頻調(diào)速電動機，電動機由變頻調(diào)速器控制。由于變頻器有較大的功率余量，所以電動機在低速或高速狀態(tài)下都可以長時間運行。運轉(zhuǎn)速度可以在所需的大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，從而滿足不同實驗條件的要求，以達到調(diào)整流速的目的。同時，在每塊圓盤兩側(cè)沿半徑方向各粘貼4個6cm長、0.6cm高的短齒，相鄰短齒之間夾角為90°，并且相鄰圓盤交錯、均勻布置4塊大小相等的短齒11，通過適當減少與水體直接接觸面積的方式降低水體紊動。同時由于相鄰兩圓盤粘貼的短齒交錯布置，進而產(chǎn)生的波浪相互疊加、消弱，最終達到控制水面的波浪高度、縮短波浪影響區(qū)域的目的。相鄰圓盤交錯、均勻布置4塊大小相等的短齒11。
[0021]如圖2、3所示，工作時，
[0022](I)通過進水口 8向水槽內(nèi)緩慢注入一定量的去離子水。待水體靜置一段時間之后，將預先準備的實驗用沙12均勻鋪在環(huán)形水槽底部，泥沙的鋪設厚度根據(jù)實驗要求設計。若模擬有沉水植物生長的河流等水體中的沉積物再懸浮，則可在沉積物上種植沉水植物(如殖草、苦草等)。
[0023](2)持續(xù)緩慢的經(jīng)進水閥8向水槽中注入去離子水，直到達到設定水位附近為止，但水面不超過葉輪的軸6。
[0024](3)根據(jù)實驗要求，在水槽各個斷面位置架設適當?shù)牧魉?、水位測量裝置。連接流速儀13，流速儀可采用現(xiàn)有的多普勒流速儀(型號為MicroADV)，將流速儀測桿伸入環(huán)形槽體3中，使流速儀探頭15位于水面以下。
[0025](4)打開電機，并調(diào)整葉輪機轉(zhuǎn)速至流場分布滿足要求，模擬不同流速施加于上覆水體14使其產(chǎn)生水流運動，水槽底部的沉積物在水動力作用下發(fā)生再懸浮。
[0026](5)水流狀態(tài)穩(wěn)定之后在彎道與直道交匯的四個位置同步、迅速地加入一定量的污染物溶液，開始實驗。
[0027](6)實驗中，自上而下開啟取樣閥4取水樣、沙樣進行污染物濃度的測量。
[0028](7)實驗結(jié)束之后，通過開啟排水口 2排出水槽內(nèi)實驗用水，并取底泥進行分析。
【權(quán)利要求】
1.環(huán)形水槽模擬懸沙及床沙吸附污染物裝置，其特征是包括葉輪機轉(zhuǎn)輪，彎道排水口，環(huán)形水槽的槽體，帶閥取樣口，箍板，軸，環(huán)形水槽的底座，水槽的進水口，變頻調(diào)速電機，葉輪的圓盤，粘貼在圓盤上的短齒；其中環(huán)形水槽的底座與水槽的內(nèi)外槽體的長方體底座密合，環(huán)形水槽的頂部安裝有葉輪，葉輪機轉(zhuǎn)輪的軸連接變頻調(diào)速電機，葉輪由12片圓形有機玻璃板組成，每片圓板上相等間隔粘貼4個粘貼在葉輪的圓盤上的短齒，短齒之間的夾角為90°，且相鄰兩個葉輪的圓盤上的短齒相間分布，環(huán)形水槽的槽體的直道段上設置帶閥取樣口，環(huán)形水槽的槽體的彎道段上設有彎道排水口、水槽的進水口，環(huán)形水槽頂部通過間隔布置防止環(huán)形水槽槽體變形的箍板，葉輪由變頻調(diào)速電動機控制轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)環(huán)形水槽內(nèi)的水流流速。
【文檔編號】G01N33/00GK203616304SQ201320818449
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】唐洪武, 李志偉, 趙汗青, 李勇濤, 宋榮華, 李青霞 申請人:河海大學