一種微氣泡性能測試評價實驗平臺及其測試評價方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于微氣泡性能測試技術領域，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】
[0002]目前，微氣泡已被人們不同程度地應用于礦物浮選、醫學超聲影像、水產養殖、污水處理、強化氣液傳質等領域。為使微氣泡能夠滿足各行業的技術要求，在使用前有必要對其質量或粒徑分布情況進行測試評估。現有的氣泡測試評估方法包括電導探針法、顯微攝像法、聲學測量法和激光測量法等。
[0003]電導探針法是利用氣體與液體電導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，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碼顯微動態測量的方法及裝置，壓力溶氣水經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，致使測試結果準確性不足。隨著激光應用技術水平的不斷提升，基于激光光源的各種測試技術也逐漸被應用于與微氣泡相關的測試分析之中。海軍工程大學2007年推導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；在此基礎上，利用帶有顯微攝像功能的粒子成像測速技術(PIV)對半徑為20?320 μ m氣泡的上浮速度進行了測量。上海市應用數學和力學研究所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，采用粒子動態測速儀(PDA)測量了分置式浮選試驗裝置內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的宏觀流態、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，現有的微氣泡性能測試裝置及方法，不僅無法直接實現工業產品級微氣泡發生技術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聯等技術問題。
【發明內容】
[0004]本發明為解決公知技術中存在的技術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構為圓柱狀或棱柱狀，圓柱段分為多段且每段間用法蘭連接。氣浮柱主體結構優先采用透明度較高的有機玻璃材質，以便目視觀測微氣泡在氣浮柱內生成、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。氣浮柱的頂部設有浮渣收集槽，原水入口位于浮渣收集槽下方并經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，由浮渣收集槽的底部出口排出。氣浮柱底端采用錐形結構，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。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生裝置的液體流動管路，這樣便可借助微氣泡發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的下部軸向橫截面上。在微氣泡發生裝置的連接管路兩端均設有快速接頭，便于不同種類微氣泡發生裝置的調整更換。微氣泡發生裝置可以是基于微孔介質發泡機理、液-氣靜態混合溶氣機理或文丘里溶氣機理而專門設計研制的微氣泡發生器，也可以是直接采購的氣液混合栗。本發明可用于對微氣泡發生裝置所產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，粒徑測試取樣口處于開啟狀態；也可用于對微氣泡發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，相應地需要關閉粒徑測試取樣口。
[0006]本發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，而且具有結構簡單、測試方便、數據準確、性能穩定等特點的微氣泡性能測試評價實驗平臺。
[0007]本發明微氣泡性能測試評價實驗平臺所采取的技術方案是:
[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、外排水流量調節閘閥、回流閘閥、微氣泡發生裝置、激光粒度儀、計算機、加樣控制器和加藥計量栗；氣浮柱頂部設有浮渣收集槽，氣浮柱側壁設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部偏下處，氣浮柱底部裝有外排水流量調節閘閥和回流閘閥，回流閘閥連接微氣泡發生裝置，微氣泡發生裝置產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]本發明微氣泡性能測試評價實驗平臺還可以采用如下技術方案:
[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，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構，氣浮柱筒體側壁上每隔一定間距設置氣浮柱取樣口。
[0011 ] 所述的微氣泡性能測試評價實驗平臺，其特點是:浮渣收集槽頂部設有排氣口，底部設有浮渣收集槽出口，以便排出氣泡浮渣和富集雜質相。
[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構形式；回流水分布單元采用不銹鋼繞絲管型結構形式。
[0013]所述的微氣泡性能測試評價實驗平臺，其特點是:微氣泡發生裝置的連接管路兩端設有快速接頭；微氣泡發生裝置為基于微孔介質發泡機理、液-氣靜態混合溶氣機理或文丘里溶氣機理的微氣泡發生器，回流閘閥由離心栗連接微氣泡發生裝置，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]本發明的目的之二是提供一種能夠對各種微氣泡發生技術及其對應產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量，必要時得到一些影響變化規律；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]關閉氣浮柱底部的外排水流量調節閘閥和回流閘閥，經氣浮柱頂