專利名稱：基于連續(xù)攪拌反應(yīng)池的河流水質(zhì)模擬實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)境工程，特別是涉及一種環(huán)境工程中水質(zhì)模擬實驗裝置。適用于水處理與控制、生化反應(yīng)、流域水環(huán)境預(yù)報與監(jiān)控等過程的模擬實驗。
背景技術(shù)：
工業(yè)化進(jìn)程的加快與人口的迅速增長導(dǎo)致水污染日趨嚴(yán)重。改善水體質(zhì)量，保護(hù)水生態(tài)環(huán)境，成為城市環(huán)境治理的一個重點(diǎn)。作為城市污水的最終受納體，河流的水質(zhì)受城市污水排放量與排放質(zhì)量的直接影響。
理想的城市河流應(yīng)該具備運(yùn)輸、漁業(yè)、飲用水生產(chǎn)、灌溉、水生生物居住等多重功能，但這些功能必須在滿足水質(zhì)水量兩種因素條件下才能維持，只有當(dāng)充足的水量具備適宜的水質(zhì)時，河流的這些功能才可以得以利用。河流是一個復(fù)雜的物理、化學(xué)和生化系統(tǒng)，河流水質(zhì)不僅取決于其源頭來水與支流進(jìn)水，而且取決于河水流動中所發(fā)生的物理傳輸與交換過程以及生物、生化或物理轉(zhuǎn)化過程等各種過程。微生物在河流水質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中起著重要的作用。
河水中溶解氧的含量是反應(yīng)水體污染狀態(tài)的一個重要指標(biāo)，受污染水體溶解氧濃度的變化過程反應(yīng)了河流的自凈過程。當(dāng)水體中存在溶解氧時，好氧菌分解河水中的有機(jī)物，使水中溶解氧含量下降，濃度低于飽和溶解氧，而水面大氣中的氧就溶解到河水中，補(bǔ)充消耗掉的氧。如果有機(jī)物含量較高，溶解氧消耗太快，大氣中的氧來不及補(bǔ)充水中氧的消耗，水體中的溶解氧就會逐漸下降，乃至消耗殆盡。當(dāng)河水處于嚴(yán)重缺氧狀態(tài)后，水生物大量死亡，有機(jī)物分解從好氧分解變?yōu)閰捬醢l(fā)酵，水質(zhì)嚴(yán)重惡化，出現(xiàn)惡臭現(xiàn)象。這種情況下的水生態(tài)系統(tǒng)已遭到嚴(yán)重破壞，無法自行恢復(fù)。
河水中的溶解氧主要來源于大氣復(fù)氧和水生植物的光合作用，其中大氣復(fù)氧是水體溶解氧的主要來源。天然大氣復(fù)氧作用過程非常緩慢，當(dāng)河流受到嚴(yán)重污染時，單純依靠大氣復(fù)氧難以實現(xiàn)河流自凈。
充分了解河流水力特性與水質(zhì)變化特性，是保護(hù)河流水質(zhì)的必要條件。通過實驗室模擬運(yùn)行對所構(gòu)造的各種監(jiān)控策略進(jìn)行驗證，是實現(xiàn)河流水質(zhì)實時監(jiān)控進(jìn)而達(dá)到改善水環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)的必經(jīng)階段。
由于實際河流系統(tǒng)錯綜復(fù)雜，實驗室建立準(zhǔn)確模擬裝置存在很大困難。考慮級聯(lián)水池的水力特性與具有不確定流量的開式渠道的水力特性相近，故采用級聯(lián)水池模擬河流水力特性與水質(zhì)變化過程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種以級聯(lián)反應(yīng)器模擬河流的有效方法。在充分研究河流水力特性與生化反應(yīng)特性基礎(chǔ)上，采用級聯(lián)CSTR(連續(xù)攪拌反應(yīng)池)模擬河流，實現(xiàn)對河流水質(zhì)與水力運(yùn)行狀況的模擬。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的基于連續(xù)攪拌反應(yīng)池的河流水質(zhì)模擬實驗裝置，采用九個級聯(lián)好氧反應(yīng)器模擬河流，用九個開口好氧反應(yīng)器模擬河流，每個反應(yīng)器有一套曝氣裝置，每個曝氣泵相對獨(dú)立，既可同步運(yùn)行，也可以分別對其進(jìn)行控制，級聯(lián)反應(yīng)器始端、即初始進(jìn)水端安裝遠(yuǎn)傳流量計，實現(xiàn)在線監(jiān)測與實時控制，通過梯形支架形成級聯(lián)反應(yīng)器的自然梯度，通過PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)對水流量和曝氣量的實時控制。
如上所述的基于連續(xù)攪拌反應(yīng)池的河流水質(zhì)模擬實驗裝置，其相鄰的反應(yīng)器之間的連通管安裝控制閥，控制污水的流量；每個曝氣泵采用變頻調(diào)速控制實現(xiàn)曝氣量調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是河流是一個開放的系統(tǒng)，由于大氣復(fù)氧和水生植物的光合作用，河流中溶解氧的濃度能夠得到一定的自我補(bǔ)充，在無污染情況下，有充足的氧氣。因此，采用級聯(lián)好氧反應(yīng)池模擬河流。
為了便于實現(xiàn)自動控制，本發(fā)明在反應(yīng)器的進(jìn)水端配備了遠(yuǎn)傳流量計，流量計的監(jiān)測信號通過數(shù)據(jù)線采集到PLC數(shù)據(jù)輸入端，一方面在終端顯示器加以顯示，另一方面通過控制程序構(gòu)成閉環(huán)控制，實現(xiàn)對模擬裝置內(nèi)進(jìn)水流量的實時控制。同時，各反應(yīng)器曝氣泵采用變頻調(diào)速實現(xiàn)曝氣量控制。


本發(fā)明附圖是基于管模式的河流水質(zhì)模擬實驗裝置及根據(jù)本發(fā)明所設(shè)計的基于CSTR的河流水質(zhì)模擬實驗裝置示意圖。
具體實施例方式
下面參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖中1.管模式河流水質(zhì)模擬實驗裝置 2.遠(yuǎn)傳水流量計 3.好氧反應(yīng)池 4.氣流量計 5.曝氣頭 6.控制閥 7.梯形支架 8.曝氣泵假定反應(yīng)池是完全混合的。每個反應(yīng)池中組分i的變化可表示為dCidt=QinV(Ci,in-Ci)+ri]]>其中，Qin-反應(yīng)池進(jìn)水流量(m3/s)；
V-反應(yīng)池體積(m3)；Ci，in-組分i進(jìn)水濃度(g/m3)；Ci-組分i出水濃度(g/m3)。
反應(yīng)速率ri可以通過河流水質(zhì)模型獲得，整個模型的校準(zhǔn)尚需確定合適的CSTR個數(shù)。由于缺乏解決復(fù)雜機(jī)理模型建模與仿真所需專業(yè)軟件，本發(fā)明采用仿真試驗法確定能夠準(zhǔn)確模擬所建模河段的合適的級聯(lián)水池個數(shù)。首先將所建模的管網(wǎng)的水力動態(tài)用單個反應(yīng)池描述，通過仿真模擬管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，然后逐漸增加級聯(lián)水池的個數(shù)，重復(fù)模擬運(yùn)行。當(dāng)級聯(lián)水池個數(shù)增加到9以后，河水主要組分的動態(tài)變化曲線基本重合，而9池以上的運(yùn)算速度卻明顯減慢。所以，綜合考慮簡化模型的準(zhǔn)確度與運(yùn)算速度，選用9個級聯(lián)水池描述所建模河段的水力動態(tài)比較合適。
采用九階級聯(lián)反應(yīng)池模擬河流的水力特性與生化反應(yīng)過程。以好氧反應(yīng)器來模擬開放式河流清潔情況下好氧條件。通過調(diào)節(jié)曝氣量改變反應(yīng)池內(nèi)溶解氧濃度，模擬不同污染程度下的河流。采用九個級聯(lián)開口式圓柱形好氧反應(yīng)器，每個反應(yīng)器內(nèi)安裝曝氣頭，通過曝氣泵輸入氧氣。為方便水的自然流動，將9個反應(yīng)器通過梯形支架按不同高度安置，每個反應(yīng)器的進(jìn)水由其上端鄰近反應(yīng)器流入，而其出水流入其下游鄰近反應(yīng)器，相鄰兩個反應(yīng)器之間設(shè)電磁閥，用于調(diào)節(jié)上游至下游的水流量。級聯(lián)反應(yīng)器的始進(jìn)水端設(shè)置遠(yuǎn)傳水流量計，曝氣進(jìn)氣管設(shè)遠(yuǎn)傳氣流量計，兩種遠(yuǎn)傳信號均與PLC連接，實現(xiàn)自動控制。
權(quán)利要求
1.基于連續(xù)攪拌反應(yīng)池的河流水質(zhì)模擬實驗裝置，其特征在于采用九個級聯(lián)好氧反應(yīng)器模擬河流，用九個開口好氧反應(yīng)器模擬河流，每個反應(yīng)器有一套曝氣裝置，每個曝氣泵相對獨(dú)立，既可同步運(yùn)行，也可以分別對其進(jìn)行控制，級聯(lián)反應(yīng)器始端、即初始進(jìn)水端安裝遠(yuǎn)傳流量計，實現(xiàn)在線監(jiān)測與實時控制，通過梯形支架形成級聯(lián)反應(yīng)器的自然梯度，通過PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)對水流量和曝氣量的實時控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于連續(xù)攪拌反應(yīng)池的河流水質(zhì)模擬實驗裝置，其特征在于相鄰的反應(yīng)器之間的連通管安裝控制閥，控制污水的流量；每個曝氣泵采用變頻調(diào)速控制實現(xiàn)曝氣量調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種環(huán)境工程，特別是涉及一種環(huán)境工程中水質(zhì)模擬實驗裝置。適用于水處理與控制、生化反應(yīng)、流域水環(huán)境預(yù)報與監(jiān)控等過程的模擬實驗?；谶B續(xù)攪拌反應(yīng)池的河流水質(zhì)模擬實驗裝置，采用九個級聯(lián)好氧反應(yīng)器模擬河流，用九個開口好氧反應(yīng)器模擬河流，每個反應(yīng)器有一套曝氣裝置，每個曝氣泵相對獨(dú)立，既可同步運(yùn)行，也可以分別對其進(jìn)行控制，級聯(lián)反應(yīng)器始端、即初始進(jìn)水端安裝遠(yuǎn)傳流量計，實現(xiàn)在線監(jiān)測與實時控制，通過梯形支架形成級聯(lián)反應(yīng)器的自然梯度，通過PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)對水流量和曝氣量的實時控制。
文檔編號E02B1/02GK101092810SQ20071001205
公開日2007年12月26日 申請日期2007年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月12日
發(fā)明者樊立萍, 袁德成 申請人:沈陽化工學(xué)院