[发明专利]水体中微纳米气泡观测系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于水利水电工程和环保工程领域，具体涉及一种水体中微纳米气泡观测系统及方法。

背景技术

水资源是人类生产生活的关键资源，目前环境水体污染严重，水资源保护和水污染治理成为现代社会最关注的问题。曝气法是处理水体污染的重要方法，其原理是通过水和空气充分接触以交换气态物质和去除水中挥发性物质，或使气体从水中逸出，去除水的臭味或二氧化碳和硫化氢等有害气体；或使氧气溶入水中，以提高溶解氧浓度，达到除铁、除锰或促进需氧微生物降解有机物的目的。曝气法在污水处理及水产养殖等领域获得广泛应用。气液界面的接触面积是影响曝气效率的重要因素。因此减小气泡粒径，将曝气气泡的直径控制在微纳米量级成为该技术的热点发展方向。

微纳米气泡是指液体中微米和纳米量级气泡的统称，其直径一般小于60μm，微米气泡直径在1-60μm之间，纳米气泡的直径则在1μm以下。在水体中毫米-厘米级宏观气泡将在浮力作用下迅速上升，并在水表面处破裂；而微纳米气泡则由于直径较小，在水体中停留时间较长。由于水气界面张力作用，气泡内压较大，其高溶解能力可为水体提供高含量的溶解氧。同时，微纳米气泡气液界面带负电荷，可以与特定的污染物相互作用，微纳米气泡破裂时产生的自由基和振动波也可促进污染物的去除。

微纳米气泡供氧效果好、持续时间长、影响范围大，可以弥补常规水体污染治理技术的局限性。因此对于水体中微纳米气泡的研究有重大意义。但目前尚无观测如此小尺寸的气泡的技术手段。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有简便可行、仿真程度高的水体中微纳米气泡观测系统。本发明的另一个目的在于提出一种具有简便可行、观测精度高的水体中微纳米气泡观测方法。

根据本发明实施例的水体中微纳米气泡观测系统，包括以下部分：模型箱，所述模型箱具有注水口，可注入并盛放富含微纳米气泡的水体，且模型箱各面使用不同的材质和颜色，最大限度的提高水体中微纳米气泡的成像清晰度；激光器，所述激光器位于所述模型箱的顶部，用于提供观测时需要的片光源；相机和镜头，所述相机和镜头位于所述模型箱的一侧，用于观测水体中微纳米气泡；图片采集及处理模块，所述图片采集及处理模块与所述相机相连，进行图片的采集和处理。

可选地，还包括：激光器支架，所述激光器支架用于固定支撑所述激光器；以及三维可调节支架，所述三维可调节支架用于固定支撑和移动所述相机和镜头。

可选地，所述模型箱为长方体，定义接近所述相机和镜头的为观测面，其他面分别定义为背景面、左侧壁、右侧壁、底面，其中所述观测面使用超白玻璃，其它面使用有机玻璃，所述背景面涂抹成黑色，而所述左侧壁、右侧壁及底面涂抹成白色。

可选地，所述激光器还包括：激光镜片，所述激光镜片将所述激光器发出的光线校正为片状，并且，所述激光器的线宽宽度小于所述相机的景深。

可选地，所述相机为高感光度的CCD相机，所述相机成像的照度大于等于0.00002Lux；镜头为工业缩放镜头，能够对直径为900纳米至60微米之间的气泡成像。

可选地，所述图片采集及处理模块采用软件，通过对气泡图像的像素大小及灰度值进行分析，确定图像内气泡的粒径；通过连续拍摄的多张图像，计算图像中不同气泡的运动速度。

根据本发明实施例的水体中微纳米气泡观测方法，采用本发明提出的水体中微纳米气泡观测系统，包括以下步骤：S1.在所述模型箱中注入富含微纳米气泡的水体；S2.采用所述激光器为所述水体照明，采用所述相机和镜头观测所述水体中的微纳米气泡；以及S3.图片采集及处理模块控制相机和镜头采集图像并进行分析处理，得到微纳米气泡的粒径分布和运动轨迹。

本发明提供一种水体中微纳米气泡的粒径测量及运动观测系统，通过模型箱、激光器、CCD相机、镜头、三维可调节支架及图像处理软件实现对水体中微纳米气泡的粒径及运动速度测量。本发明的水体中微纳米气泡观测系统及方法至少具有如下优点：

本发明的水体中微纳米气泡观测系统及方法的至少具有如下优点：

（1）使用特殊设计的玻璃模型箱进行水体中微纳米气泡观测的思想。玻璃模型箱的观测面使用透光性好的超白玻璃制作，使得相机成像清晰。其它均使用有机玻璃材质。背景面涂抹成黑色，增强气泡与背景的对比效果。其它有机玻璃面均涂抹成白色，增强水体中微纳米气泡的漫反射效果，提高微纳米气泡亮度。材质和颜色的选择最大限度的增加了水体中微纳米气泡的成像清晰度。