一種微氣泡性能測試評價實驗平臺及其測試評價方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微氣泡性能測試技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種微氣泡性能測試評價實驗平臺及其測試評價方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，微氣泡已被人們不同程度地應(yīng)用于礦物浮選、醫(yī)學(xué)超聲影像、水產(chǎn)養(yǎng)殖、污水處理、強化氣液傳質(zhì)等領(lǐng)域。為使微氣泡能夠滿足各行業(yè)的技術(shù)要求，在使用前有必要對其質(zhì)量或粒徑分布情況進行測試評估。現(xiàn)有的氣泡測試評估方法包括電導(dǎo)探針法、顯微攝像法、聲學(xué)測量法和激光測量法等。
[0003]電導(dǎo)探針法是利用氣體與液體電導(dǎo)率或折光率的不同來測試氣泡大小，在測量時必須刺穿氣泡，該方法只適用于粒徑大于5_的氣泡。聲學(xué)測量方法主要是利用聲共振頻率來反演和估算氣泡尺寸，聲波法不夠直觀，且測量出的特征粒徑下限偏小，測試結(jié)果存在一定誤差。顯微攝像法是將顯微鏡頭與攝像鏡頭組成圖像采集系統(tǒng)，通過對樣品進行顯微拍攝得到的圖像進行分析處理，得到微氣泡的粒徑分布。專利CN1554940A中提出了一種微氣泡數(shù)碼顯微動態(tài)測量的方法及裝置，壓力溶氣水經(jīng)過減壓釋放后流入特制的樣品池，然后采用顯微CCD攝像儀對微氣泡進行拍攝，最終通過顆粒圖像分析軟件對圖像進行處理和分析，得到氣泡的平均粒徑。但該方法難以克服氣泡聚焦難、氣泡重疊嚴重等問題，且整個測試過程步驟繁多，累積誤差較大，致使測試結(jié)果準確性不足。隨著激光應(yīng)用技術(shù)水平的不斷提升，基于激光光源的各種測試技術(shù)也逐漸被應(yīng)用于與微氣泡相關(guān)的測試分析之中。海軍工程大學(xué)2007年推導(dǎo)得到了氣泡上浮過程的運動方程，并對半徑為40?350 μ m的微氣泡進行了仿真計算；在此基礎(chǔ)上，利用帶有顯微攝像功能的粒子成像測速技術(shù)(PIV)對半徑為20?320 μ m氣泡的上浮速度進行了測量。上海市應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué)研究所2009年在給定水流流量(Q水=18m3/h)、不同充氣量(Q氣=50-400m3/h)條件下，采用粒子動態(tài)測速儀(PDA)測量了分置式浮選試驗裝置內(nèi)微氣泡尺寸和濃度分布特性、浮選試驗裝置各主要部位的時均流速和紊動特性等，分析了微氣泡浮選試驗裝置礦化器和浮選槽內(nèi)的宏觀流態(tài)、紊動特性以及微氣泡的形成、運動和分布特性。但基于PIV或PDA的測量方法更多偏重于速度場分布或濃度場分布情況，無法量化得到微氣泡的粒徑分布情況。總的來看，現(xiàn)有的微氣泡性能測試裝置及方法，不僅無法直接實現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)品級微氣泡發(fā)生技術(shù)的在線性能測試評估，而且配套實驗裝置的用途和功能較為單一，例如存在無法將微氣泡粒徑變化對污染物去除率的影響相關(guān)聯(lián)等技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種微氣泡性能測試評價實驗平臺及其測試評價方法。
[0005]微氣泡性能測試評價實驗平臺由氣浮柱、原水分布單元、回流水分布單元、浮渣收集排出單元、離心栗、微氣泡發(fā)生裝置、激光粒度儀、計算機、壓力表、流量計、閥門等組成。氣浮柱主體筒體部分的結(jié)構(gòu)為圓柱狀或棱柱狀，圓柱段分為多段且每段間用法蘭連接。氣浮柱主體結(jié)構(gòu)優(yōu)先采用透明度較高的有機玻璃材質(zhì)，以便目視觀測微氣泡在氣浮柱內(nèi)生成、上升及其與懸浮顆粒(如固體顆粒、油滴等)接觸粘附浮升的情況。氣浮柱的頂部設(shè)有浮渣收集槽，原水入口位于浮渣收集槽下方并經(jīng)分布單元盡可能均勻分布，分離后的懸浮顆粒-微氣泡粘附體以及泡沫浮渣進入頂部浮渣收集槽內(nèi)，由浮渣收集槽的底部出口排出。氣浮柱底端采用錐形結(jié)構(gòu)，以便于凈化處理后的水排出或氣浮柱排空，部分凈化處理后的水自氣浮柱下部回流到氣浮柱內(nèi)。在氣浮柱原水入口與回流水入口之間的筒體壁面上，每隔一段距離設(shè)置一個取樣口，以便于測試分析氣浮柱不同高度處的凈化處理效果。氣浮柱的液體回流管路兼顧充當微氣泡發(fā)生裝置的液體流動管路，這樣便可借助微氣泡發(fā)生裝置向回流水中注入大量微氣泡而成為微氣泡與水的氣液混合物，然后通過回流水均布單元盡可能均勻分布在氣浮柱內(nèi)的下部軸向橫截面上。在微氣泡發(fā)生裝置的連接管路兩端均設(shè)有快速接頭，便于不同種類微氣泡發(fā)生裝置的調(diào)整更換。微氣泡發(fā)生裝置可以是基于微孔介質(zhì)發(fā)泡機理、液-氣靜態(tài)混合溶氣機理或文丘里溶氣機理而專門設(shè)計研制的微氣泡發(fā)生器，也可以是直接采購的氣液混合栗。本發(fā)明可用于對微氣泡發(fā)生裝置所產(chǎn)生的微氣泡特性進行直接測試評價，此時使用自來水等透明液體介質(zhì)，粒徑測試取樣口處于開啟狀態(tài)；也可用于對微氣泡發(fā)生裝置進行間接測試評價，此時主要借助氣浮柱、基于污水氣浮凈化機理來進行，相應(yīng)地需要關(guān)閉粒徑測試取樣口。
[0006]本發(fā)明的目的之一是提供一種有效兼顧微氣泡性能測試評價、氣浮凈化處理性能測試評價等功能于一體，而且具有結(jié)構(gòu)簡單、測試方便、數(shù)據(jù)準確、性能穩(wěn)定等特點的微氣泡性能測試評價實驗平臺。
[0007]本發(fā)明微氣泡性能測試評價實驗平臺所采取的技術(shù)方案是:
[0008]—種微氣泡性能測試評價實驗平臺，其特點是:微氣泡性能測試評價實驗平臺包括氣浮柱、外排水流量調(diào)節(jié)閘閥、回流閘閥、微氣泡發(fā)生裝置、激光粒度儀、計算機、加樣控制器和加藥計量栗；氣浮柱頂部設(shè)有浮渣收集槽，氣浮柱側(cè)壁設(shè)有原水分布單元和回流水分布單元入口接管，回流水分布單元位于氣浮柱內(nèi)部偏下處，氣浮柱底部裝有外排水流量調(diào)節(jié)閘閥和回流閘閥，回流閘閥連接微氣泡發(fā)生裝置，微氣泡發(fā)生裝置產(chǎn)生微氣泡與水的氣液混合物通過回流水分布單元注入氣浮柱下部；微氣泡粒徑測試取樣口通過取樣管、加樣控制器與激光粒度儀相連，激光粒度儀與計算機相連。
[0009]本發(fā)明微氣泡性能測試評價實驗平臺還可以采用如下技術(shù)方案:
[0010]所述的微氣泡性能測試評價實驗平臺，其特點是:氣浮柱采用透明材質(zhì)，主體筒狀部分為空心圓柱或棱柱狀，采用多段用法蘭連接，氣浮柱的底部為錐形結(jié)構(gòu)，氣浮柱筒體側(cè)壁上每隔一定間距設(shè)置氣浮柱取樣口。
[0011 ] 所述的微氣泡性能測試評價實驗平臺，其特點是:浮渣收集槽頂部設(shè)有排氣口，底部設(shè)有浮渣收集槽出口，以便排出氣泡浮渣和富集雜質(zhì)相。
[0012]所述的微氣泡性能測試評價實驗平臺，其特點是:氣浮柱高度為2.0?2.5m，內(nèi)徑為Φ240?260mm ;浮渣收集槽高度為260?320mm ;原水分布單元采用蓮蓬頭結(jié)構(gòu)形式；回流水分布單元采用不銹鋼繞絲管型結(jié)構(gòu)形式。
[0013]所述的微氣泡性能測試評價實驗平臺，其特點是:微氣泡發(fā)生裝置的連接管路兩端設(shè)有快速接頭；微氣泡發(fā)生裝置為基于微孔介質(zhì)發(fā)泡機理、液-氣靜態(tài)混合溶氣機理或文丘里溶氣機理的微氣泡發(fā)生器，回流閘閥由離心栗連接微氣泡發(fā)生裝置，或者為直接采購的氣液混合栗；氣體與液體流動管路上裝有壓力表和流量計。
[0014]本發(fā)明的目的之二是提供一種能夠?qū)Ω鞣N微氣泡發(fā)生技術(shù)及其對應(yīng)產(chǎn)品的工作性能進行測試評價，其中至少包括對微氣泡實施在線測試以得到微氣泡粒徑的量化分布；將不同粒徑的微氣泡與不同品質(zhì)的污水混合，基于氣浮凈化機理，借助凈化效果間接評價微氣泡的質(zhì)量，必要時得到一些影響變化規(guī)律；能夠有效兼顧微氣泡性能測試評價、氣浮凈化處理性能測試評價等功能于一體等特點的微氣泡性能測試評價實驗平臺的測試評價方法。
[0015]本發(fā)明微氣泡性能測試評價實驗平臺的測試評價方法所采取的技術(shù)方案是:
[0016]微氣泡性能測試評價實驗平臺的測試評價方法，其特征是:測試評價包括微氣泡的直接測試評價或間接測試評價，步驟如下:
[0017]關(guān)閉氣浮柱底部的外排水流量調(diào)節(jié)閘閥和回流閘閥，經(jīng)氣浮柱頂