[发明专利]一种定量分析絮凝体尺寸与有效密度关系的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种定量分析絮凝体的方法，尤其是一种煤泥絮凝体粒度尺寸与有效密度之间关系的定量分析方法。

背景技术

沉降浓缩过程是固液分离的重要环节，被广泛应用于选矿、洗煤、化工以及废水处理等工业领域，沉降浓缩装置的性能高低取决于所处理的固体物料特性，大多数的沉降浓缩工艺以絮凝工艺为基础，为了保证溢流水的澄清度，在浆液进入沉降前，首先在浆液中加入化学絮凝剂进行絮凝。因此，絮凝体的粒度、有效密度以及絮凝体的沉降性能都会对沉降过程产生影响，絮凝反应的随机性以及复杂性受到很多因素的制约，因此絮凝体的粒度分布及密度难以用传统方法测定；而且细颗粒聚集后形成数目众多絮团，每个絮团都具有各自的特征，每个絮团对沉降效果影响也不一样，现有技术中针对每一个具体的絮凝体的尺寸和有效密度进行定量分析的报道非常罕见，因而难以分析它们之间的制约关系。目前为止，田枫等人在“伶仃洋河口泥沙絮凝特征及影响因素研究（《海洋学报》, 2017 , 39 (3) :55-67）”中定性地指出河口泥沙絮凝沉速与有效密度、粒径呈正相关。郭超等人在“长江河口控制站泥沙絮凝特性研究（《泥沙研究》, 2016 (5) :60-65）”中统计了河口控制站徐六泾的悬沙絮凝特性，结果表明絮团平均粒径变化范围20~120μm，比分散颗粒中值粒径(平均5.3μm)大一到两个数量级。絮团的分形维数主要在1.8~2.4,有效密度变化范围70~600kg/m³,其随絮团增大呈减小趋势。Zahid和Ganczarczyk等人发现采用幂函数通常可以描述絮凝体尺寸与有效密度之间的关系，然而，幂函数的数学模型没有任何物理意义。因此有必要对整个体系中的每一个絮凝体参数进行测定，并建立一种符合实际物理意义的数学模型对两者进行定量分析和预测，本发明的目的即在于此。

发明内容

本发明所要解决的具体问题是首先对整个絮凝体系中的每一个絮凝体的尺寸和有效密度进行精确测定，其次是建立一种符合实际物理意义的数学模型对两者进行定量分析和预测。本发明的目的是提供一种定量分析絮凝体尺寸与有效密度关系的方法，对絮体特性进行深入研究，从而进一步认清混凝机理，得到致密絮体，从而产生较好混凝沉降效果。

为实现上述技术目的，本发明的技术解决方案如下。

一种定量分析絮凝体尺寸与有效密度关系的方法，所述方法是按下列步骤进行的：

（1）将预先配制的煤泥水样品中添加絮凝剂使其絮凝沉降1h；

（2）打开PIV系统中的CCD相机和操作软件，设置相机曝光时间和每帧照片之间的时间间隔；

（3）注满去离子水的沉降柱中放入标定板，调整光源，进行尺寸标定；

（4）将软件切换至采集模式，利用虹吸法吸取沉降管底部的絮凝体，并将其移至用于测试的沉降柱中进行静水沉降；

（5）当絮凝体沉降至测定平面时，采集图像并保存；

（6）将六帧不同时刻的絮凝体沉降图像导入ImageJ软件中，统计图像中各个絮凝体的粒度和沉降速度；

（7）根据所测的絮凝体粒度和沉降速度数据，使用斯托克斯公式计算出絮凝体的有效密度，将各絮凝体的粒度与有效密度数据绘制散点图，拟合得到两者之间的数学模型。

进一步地附加技术特征如下。

所述曝光时间是10000μs。

所述每帧照片之间的时间间隔是0.05s。

所述采集模式的对焦是使标定板能够被CCD相机清晰地采集到并保存图像，取出标定板。

所述标定板的图像像素是与自然空间的比例进行标定，使后续测量的颗粒空间坐标尺寸由像素变为mm。

所述沉降管是平头吸管，直径是8mm。

所述图像是进行灰度处理和阀值设定，使得絮凝体清晰可见。

所述六帧不同时刻的絮凝体沉降图像是计算出五组絮凝体沉降速度并将其进行比对，排除跟踪错误的絮凝体，最终将其平均值作为各个絮凝体的沉降速度。

所述絮凝体有效密度，即絮凝体密度与水体密度之差；絮凝体的有效密度由斯托克斯定律计算，公式为 。

所述所述拟合得到两者之间的数学模型是将三次平行试验的所有数据进行统计。