一种微气泡性能测试评价实验平台及其测试评价方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微气泡性能测试技术领域，特别是涉及一种微气泡性能测试评价实验平台及其测试评价方法。
【背景技术】
[0002]目前，微气泡已被人们不同程度地应用于矿物浮选、医学超声影像、水产养殖、污水处理、强化气液传质等领域。为使微气泡能够满足各行业的技术要求，在使用前有必要对其质量或粒径分布情况进行测试评估。现有的气泡测试评估方法包括电导探针法、显微摄像法、声学测量法和激光测量法等。
[0003]电导探针法是利用气体与液体电导率或折光率的不同来测试气泡大小，在测量时必须刺穿气泡，该方法只适用于粒径大于5_的气泡。声学测量方法主要是利用声共振频率来反演和估算气泡尺寸，声波法不够直观，且测量出的特征粒径下限偏小，测试结果存在一定误差。显微摄像法是将显微镜头与摄像镜头组成图像采集系统，通过对样品进行显微拍摄得到的图像进行分析处理，得到微气泡的粒径分布。专利CN1554940A中提出了一种微气泡数码显微动态测量的方法及装置，压力溶气水经过减压释放后流入特制的样品池，然后采用显微CCD摄像仪对微气泡进行拍摄，最终通过颗粒图像分析软件对图像进行处理和分析，得到气泡的平均粒径。但该方法难以克服气泡聚焦难、气泡重叠严重等问题，且整个测试过程步骤繁多，累积误差较大，致使测试结果准确性不足。随着激光应用技术水平的不断提升，基于激光光源的各种测试技术也逐渐被应用于与微气泡相关的测试分析之中。海军工程大学2007年推导得到了气泡上浮过程的运动方程，并对半径为40?350 μ m的微气泡进行了仿真计算；在此基础上，利用带有显微摄像功能的粒子成像测速技术(PIV)对半径为20?320 μ m气泡的上浮速度进行了测量。上海市应用数学和力学研究所2009年在给定水流流量(Q水=18m3/h)、不同充气量(Q气=50-400m3/h)条件下，采用粒子动态测速仪(PDA)测量了分置式浮选试验装置内微气泡尺寸和浓度分布特性、浮选试验装置各主要部位的时均流速和紊动特性等，分析了微气泡浮选试验装置矿化器和浮选槽内的宏观流态、紊动特性以及微气泡的形成、运动和分布特性。但基于PIV或PDA的测量方法更多偏重于速度场分布或浓度场分布情况，无法量化得到微气泡的粒径分布情况。总的来看，现有的微气泡性能测试装置及方法，不仅无法直接实现工业产品级微气泡发生技术的在线性能测试评估，而且配套实验装置的用途和功能较为单一，例如存在无法将微气泡粒径变化对污染物去除率的影响相关联等技术问题。
【发明内容】
[0004]本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种微气泡性能测试评价实验平台及其测试评价方法。
[0005]微气泡性能测试评价实验平台由气浮柱、原水分布单元、回流水分布单元、浮渣收集排出单元、离心栗、微气泡发生装置、激光粒度仪、计算机、压力表、流量计、阀门等组成。气浮柱主体筒体部分的结构为圆柱状或棱柱状，圆柱段分为多段且每段间用法兰连接。气浮柱主体结构优先采用透明度较高的有机玻璃材质，以便目视观测微气泡在气浮柱内生成、上升及其与悬浮颗粒(如固体颗粒、油滴等)接触粘附浮升的情况。气浮柱的顶部设有浮渣收集槽，原水入口位于浮渣收集槽下方并经分布单元尽可能均匀分布，分离后的悬浮颗粒-微气泡粘附体以及泡沫浮渣进入顶部浮渣收集槽内，由浮渣收集槽的底部出口排出。气浮柱底端采用锥形结构，以便于净化处理后的水排出或气浮柱排空，部分净化处理后的水自气浮柱下部回流到气浮柱内。在气浮柱原水入口与回流水入口之间的筒体壁面上，每隔一段距离设置一个取样口，以便于测试分析气浮柱不同高度处的净化处理效果。气浮柱的液体回流管路兼顾充当微气泡发生装置的液体流动管路，这样便可借助微气泡发生装置向回流水中注入大量微气泡而成为微气泡与水的气液混合物，然后通过回流水均布单元尽可能均匀分布在气浮柱内的下部轴向横截面上。在微气泡发生装置的连接管路两端均设有快速接头，便于不同种类微气泡发生装置的调整更换。微气泡发生装置可以是基于微孔介质发泡机理、液-气静态混合溶气机理或文丘里溶气机理而专门设计研制的微气泡发生器，也可以是直接采购的气液混合栗。本发明可用于对微气泡发生装置所产生的微气泡特性进行直接测试评价，此时使用自来水等透明液体介质，粒径测试取样口处于开启状态；也可用于对微气泡发生装置进行间接测试评价，此时主要借助气浮柱、基于污水气浮净化机理来进行，相应地需要关闭粒径测试取样口。
[0006]本发明的目的之一是提供一种有效兼顾微气泡性能测试评价、气浮净化处理性能测试评价等功能于一体，而且具有结构简单、测试方便、数据准确、性能稳定等特点的微气泡性能测试评价实验平台。
[0007]本发明微气泡性能测试评价实验平台所采取的技术方案是:
[0008]—种微气泡性能测试评价实验平台，其特点是:微气泡性能测试评价实验平台包括气浮柱、外排水流量调节闸阀、回流闸阀、微气泡发生装置、激光粒度仪、计算机、加样控制器和加药计量栗；气浮柱顶部设有浮渣收集槽，气浮柱侧壁设有原水分布单元和回流水分布单元入口接管，回流水分布单元位于气浮柱内部偏下处，气浮柱底部装有外排水流量调节闸阀和回流闸阀，回流闸阀连接微气泡发生装置，微气泡发生装置产生微气泡与水的气液混合物通过回流水分布单元注入气浮柱下部；微气泡粒径测试取样口通过取样管、加样控制器与激光粒度仪相连，激光粒度仪与计算机相连。
[0009]本发明微气泡性能测试评价实验平台还可以采用如下技术方案:
[0010]所述的微气泡性能测试评价实验平台，其特点是:气浮柱采用透明材质，主体筒状部分为空心圆柱或棱柱状，采用多段用法兰连接，气浮柱的底部为锥形结构，气浮柱筒体侧壁上每隔一定间距设置气浮柱取样口。
[0011 ] 所述的微气泡性能测试评价实验平台，其特点是:浮渣收集槽顶部设有排气口，底部设有浮渣收集槽出口，以便排出气泡浮渣和富集杂质相。
[0012]所述的微气泡性能测试评价实验平台，其特点是:气浮柱高度为2.0?2.5m，内径为Φ240?260mm ;浮渣收集槽高度为260?320mm ;原水分布单元采用莲蓬头结构形式；回流水分布单元采用不锈钢绕丝管型结构形式。
[0013]所述的微气泡性能测试评价实验平台，其特点是:微气泡发生装置的连接管路两端设有快速接头；微气泡发生装置为基于微孔介质发泡机理、液-气静态混合溶气机理或文丘里溶气机理的微气泡发生器，回流闸阀由离心栗连接微气泡发生装置，或者为直接采购的气液混合栗；气体与液体流动管路上装有压力表和流量计。
[0014]本发明的目的之二是提供一种能够对各种微气泡发生技术及其对应产品的工作性能进行测试评价，其中至少包括对微气泡实施在线测试以得到微气泡粒径的量化分布；将不同粒径的微气泡与不同品质的污水混合，基于气浮净化机理，借助净化效果间接评价微气泡的质量，必要时得到一些影响变化规律；能够有效兼顾微气泡性能测试评价、气浮净化处理性能测试评价等功能于一体等特点的微气泡性能测试评价实验平台的测试评价方法。
[0015]本发明微气泡性能测试评价实验平台的测试评价方法所采取的技术方案是:
[0016]微气泡性能测试评价实验平台的测试评价方法，其特征是:测试评价包括微气泡的直接测试评价或间接测试评价，步骤如下:
[0017]关闭气浮柱底部的外排水流量调节闸阀和回流闸阀，经气浮柱顶