[發明專利]一種研究管網水力特性對生物膜生長影響的實驗裝置與方法

有效

• 申請號: 201410041861.4
• 申請日: 2014-01-28
• 公開（公告）號: CN103740584A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 龍天渝;王海娟;常麗娟;劉佳;趙廣;杜坤;肖星;周德柱
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00;C12M1/36;C12Q1/06
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 伍倫辰

技術領域

本發明涉及管網微生物膜研究領域，具體涉及一種研究管網水力特性對生物膜生長影響的實驗裝置與方法。

背景技術

供水管網系統作為市政基礎設施中一個關鍵的組成部分，不僅為人們提供日常所需的飲用水、商業用水以及工業用水，同時作為消防用水的基本保障。飲用水的水質與人們生活、身體健康密切相關。隨著生活水平的提高，人們對飲用水水質的要求也越來越高，水質標準的要也日趨嚴格。目前已經逐漸形成了從水源地到水廠再到管網的水質安全保障體系。大量監測表明，飲用水從出廠水到用戶端出水水質呈現降低趨勢。在某些情況下，管道中的重金屬、致病微生物及其所產生的毒害物質進入水中會直接威脅人的健康和生命安全。國內外都曾多次發生過因管網水質變化而導致的影響人們正常生活的供水事件。另外，在管網系統內與水長期接觸的表面上普遍存在著微生物生長繁殖所形成的生物膜，它是微生物及其胞外聚合物(EPS)與水中有機物、無機物相互粘合形成的聚合體系。管壁生物膜會對管網水質產生不利影響，如色度和濁度升高、致病菌生長、管道腐蝕加劇、過水斷面縮小、輸水能力降低和能耗增加等。

供水管網中管壁生物膜的存在是造成管網水質問題的一個潛在的重要原因。不同水源條件下生物膜的構成有很大差別，另外，管網中營養物質、溫度、水力條件、消毒劑種類及其投加量、管材等都會對生物膜的形成有不同程度的影響。在以往的研究中，大多集中在營養物質、溫度、消毒劑種類及其投加量等方面，而對于影響生物膜形成的水動力因素研究較少。并且僅有的研究也只是對流速或流態進行分析，且尚未形成統一結論。這主要是由于水動力因素復雜多變，涉及的因子較多且物理化學過程難以分析。水動力因素單一、籠統的研究方法影響了對管道生物膜形成及其影響因素的研究。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明所要解決的技術問題是，怎樣提供一種結構簡單，控制方便，能夠模擬管網水力特性以方便對管網生物膜生長研究，提高研究效率的研究管網水力特性對生物膜生長影響的實驗裝置與方法。其能夠進行水體表層紊流脈動強度模擬，并結合有變速電動機所產生的流速變化，引起剪切力的變化、管材、管網附著面的受力變化等因素，詳細深入的研究了類管網微生物量化關系。

為了解決上述技術問題，本發明中采用了如下的技術方案：

一種研究管網水力特性對生物膜生長影響的實驗裝置，其特征在于，包括一個固定容器，固定容器上端設置有容器蓋，固定容器內部上方位置水平設置有振動格柵，振動格柵通過傳動機構和位于固定容器外部的一個振動電機相連并能夠靠振動電機帶動上下振動；固定容器內部位于振動格柵下方正對格柵水平設置有一個轉盤，所述轉盤上設置有若干管材割片夾持機構，所述固定容器下端設置有一個調速電機，所述調速電機輸出軸豎直向上穿過固定容器連接在轉盤軸心處，調速電機輸出軸和固定容器之間設置有密封圈形成可轉動密封；所述固定容器一側上部設置有進水口，另一側下部設置有出水口，所述進水口和出水口之間連接有水管形成水力循環系統，所述水力循環系統內設置有一個水泵以及一個位于固定容器上方的儲水容器。

在供水管網系統中，管道中水的流態多為紊流，因此紊流脈動對生物膜的影響較為突出。目前，國內外學者對紊流脈動對生物膜的影響的研究極少，而利用相對成熟的振動格柵紊流裝置應用于紊流脈動強度對生物膜的影響尚未見諸報道。格柵紊流是一種研究紊流水體的有效手段，較多的應用于水體分層研究、泥沙運動規律研究以及污染物吸附與析出等其他領域。1939年Rouse首次使用振動格柵紊流研究泥沙懸浮，隨后Hopfinger和Toly使用熱膜探頭測量紊流脈動均方根速度，提出了均方根速度表達式：