本實(shí)用新型涉及一種測量顆粒物理性質(zhì)的試驗(yàn)裝置，特別適用于測量軟弱結(jié)構(gòu)顆粒物理性質(zhì)。

背景技術(shù)：

在固液分離領(lǐng)域，顆粒的物理性質(zhì)如粒徑分布、分形維數(shù)會影響固液分離的效果。對于一些較難脫水的泥漿如污水廠污水、疏浚泥漿等，一般通過添加絮凝劑的方法使細(xì)粒形成團(tuán)粒(絮體)促進(jìn)泥水的分離。測定絮凝形成團(tuán)粒的尺寸對于研究泥水分離的過程、預(yù)測泥水分離的效果、以及優(yōu)化絮凝劑、絮凝過程中的工藝參數(shù)等有著重要的意義。

由于絮凝產(chǎn)生的團(tuán)粒(絮體)屬于軟弱結(jié)構(gòu)的顆粒，需要采用特殊的方法進(jìn)行物理性質(zhì)分析。目前對于團(tuán)粒的測量方法常用的有圖像分析法、光透射法(PDA)、激光粒度儀法等。圖像分析法與其他方法相比是最直觀而且相對準(zhǔn)確的方法，它是通過對絮凝的團(tuán)粒在顯微鏡下或直接進(jìn)行拍照，經(jīng)過圖像分析軟件處理得到團(tuán)粒(絮體)的分布曲線及分形。但測定需要大量樣本的圖像才能夠得到反映整體分布的數(shù)據(jù)，因此較為費(fèi)時、費(fèi)力，同時對于小于50μm的小顆粒測定誤差較大。光透射的原理是利用透射光的波動程度與溶液濃度、顆粒尺寸之間存在的關(guān)系，通過測定透射光束的變化反應(yīng)團(tuán)粒大小的相對變化，但不能夠獲得確切的團(tuán)粒大小及分形特性。激光粒度儀是利用不同尺寸的顆粒光的散射角度不同的原理，通過測定激光的散射可以獲取顆粒的粒徑分布，同時可以通過Rayleigh-Gans-Debye散射理論計(jì)算分形維數(shù)。一般來說，由低濃度溶液絮凝產(chǎn)生的團(tuán)粒(絮體)是可以通過在線連續(xù)的絮凝，同時進(jìn)行常規(guī)的激光粒度儀監(jiān)測粒徑分布及分形，然而對于一些已經(jīng)完成絮凝，即脫離原有絮凝條件或者一些高濃度溶液(如泥漿)是無法進(jìn)行常規(guī)的激光粒度儀監(jiān)測，脫離原有絮凝環(huán)境的監(jiān)測會導(dǎo)致軟弱團(tuán)粒(絮體)在機(jī)械攪拌下發(fā)生破壞，高濃度溶液的絮凝檢測會導(dǎo)致測量過程中發(fā)生多重散射，使測量結(jié)果失準(zhǔn)。因此在這種條件下，如何在團(tuán)粒(絮體)不發(fā)生破壞的情況使用激光粒度儀對其物理性質(zhì)是值得研究的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對以上存在的問題，本實(shí)用新型的目的是提供一種在常規(guī)方法無法完成測量情況下，能夠測量軟弱結(jié)構(gòu)顆粒物理性質(zhì)的試驗(yàn)裝置。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案為：

一種測量軟弱結(jié)構(gòu)顆粒物理性質(zhì)的試驗(yàn)裝置，其包括錐形瓶、回旋振蕩器、激光粒度儀、蠕動泵、寬口吸管、計(jì)算機(jī)等；其中，錐形瓶固定于回旋振蕩器上，錐形瓶內(nèi)部與激光粒度儀的進(jìn)樣口用管道相連，激光粒度儀出樣口與外接的蠕動泵相連，蠕動泵的另一端與錐形瓶相連，計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)接收口與激光粒度儀相連；錐形瓶作為樣品室，用于混合所測軟弱結(jié)構(gòu)顆粒；回旋振蕩器為錐形瓶提供回旋振蕩力，使錐形瓶內(nèi)部的樣品液可以混合均勻；激光粒度儀作為測量裝置，用于測量從錐形瓶內(nèi)泵送的樣品的物理性質(zhì)；蠕動泵作為樣品液的泵送裝置，用于泵送錐形瓶內(nèi)樣品至激光粒度儀，隨后返回錐形瓶完成循環(huán)；寬口吸管用于吸取所測軟弱結(jié)構(gòu)顆粒樣品以及向錐形瓶內(nèi)添加試樣；計(jì)算機(jī)用于接收激光粒度儀的測量數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行相應(yīng)的處理分析。

所述的軟弱結(jié)構(gòu)顆粒是指顆粒強(qiáng)度較低，在常規(guī)的激光粒度儀測試中會因機(jī)械攪拌而發(fā)生結(jié)構(gòu)性的破壞，如絮凝或混凝形成的顆粒聚集體、污泥的絮體、藍(lán)藻群體等。

一種測量軟弱結(jié)構(gòu)顆粒物理性質(zhì)的試驗(yàn)裝置的使用方法，所述的試驗(yàn)裝置包括錐形瓶、回旋振蕩器、激光粒度儀、蠕動泵、寬口吸管、計(jì)算機(jī)等，其特征在于包含以下步驟：

第一步，向錐形瓶裝入背景液，將錐形瓶固定在回旋振蕩器上，將進(jìn)樣管道一端插入錐形瓶背景液底端，另一端與激光粒度儀的測量室的進(jìn)樣口相連接；激光粒度儀測量室的出樣口用管道與蠕動泵相連，蠕動泵的另一端用管道(如塑料管)與錐形瓶相連，計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)接收口與激光粒度儀相連；

第二步，啟動蠕動泵、回旋振蕩器、激光粒度儀對背景液的背景值進(jìn)行監(jiān)測，得到；

第三步，背景值監(jiān)測完成后，使用寬口吸管吸取所測量得樣品，一次性添加至錐形瓶，添加量需要使激光粒度儀的遮光度達(dá)到10～20％之間；

第四步，樣品添加完畢，啟動激光粒度儀進(jìn)行測量，得到，同時根據(jù)試驗(yàn)所測軟弱結(jié)構(gòu)顆粒性質(zhì)選擇是否采用蠕動泵的回流系統(tǒng)，如不采用，經(jīng)過激光粒度儀測量室的樣品液可直接丟棄；

第五步，試樣測試完畢對錐形瓶進(jìn)行清洗，以便進(jìn)行下一次試驗(yàn)。

所述的錐形瓶容量為0.5L～2L，測量時內(nèi)部背景液初始應(yīng)保證在錐形瓶容量體積比的1/2～4/5，優(yōu)選地，錐形瓶的容量選用1L，體積比選用7/10，即700ml。背景液過，如＞4/5體積比，攪拌效果變差；背景液過少，如＜1/2體積比，使攪拌中混入大量干擾性氣泡。

所述的回旋振蕩器在測量過程中振蕩速度在220～280rpm。振蕩速度過快，如＞280rpm，一方面會引入大量的氣泡，另一方面，也會導(dǎo)致一定的結(jié)構(gòu)破壞；振蕩速度過慢，如＜220rpm，則混合不均勻。

所述的激光粒度儀為原理為米氏散射原理的激光儀器，優(yōu)選地，所述的激光粒度儀為英國Malvern公司生產(chǎn)的Mastersizer 2000，設(shè)定的參數(shù)根據(jù)所測的樣品確定。

所述的蠕動泵在測量過程中泵速在3～6ml/s，優(yōu)選地，采用5ml/s。泵速過慢，如低于3ml/s，一些顆粒在測量管道中易于沉降，將會導(dǎo)致顆粒測量困難；泵速過快，如高于6ml/s，水流的剪切力可能會對顆粒發(fā)生破壞。

采用寬口吸管直徑，防止細(xì)口吸管吸取過程對軟弱結(jié)構(gòu)顆粒破壞。所述的寬口吸管直徑可根據(jù)所測顆粒直徑選取，一般不小于2mm。由于本實(shí)用新型是改進(jìn)的激光粒度儀，利用了原來激光粒度儀的裝置，原激光粒度儀顆粒的測試范圍為0.002微米～2000微米，故此，寬口吸管的直徑不大于2mm。

有益效果：

本實(shí)用新型采用了傳統(tǒng)化學(xué)生物領(lǐng)域的錐形瓶及回旋振蕩器。錐形瓶一般用于生物化學(xué)領(lǐng)域的滴定試驗(yàn)，回旋振蕩器一般用于生物領(lǐng)域中培育制備生物樣品，二者配合使用一般用于培育生物樣品。而本實(shí)用新型將創(chuàng)新性地這兩種儀器配合使用用于替代原激光粒度儀的混勻顆粒的裝置，在測量軟弱顆粒物理性質(zhì)時取得了意想不到的效果。

首先，本實(shí)用新型試驗(yàn)裝置，省時省力，彌補(bǔ)了常規(guī)測量方法不能準(zhǔn)備測量測量軟弱結(jié)構(gòu)顆粒的物理性質(zhì)的缺陷，可以在基本不破壞軟弱顆粒結(jié)構(gòu)的情況下獲得其物理性質(zhì)，如顆粒的粒徑分布、分形維數(shù)等，尤其適用于測量已脫離原有絮凝條件下的團(tuán)粒(絮體)性質(zhì)以及測量無法直接進(jìn)行激光粒度儀在線絮凝監(jiān)測的團(tuán)粒(絮體)，拓展了激光粒度儀的應(yīng)用范圍。

其次，回旋振蕩器對比其他的攪勻方式，如磁力攪拌器，具有攪拌效果好，不會帶來大量氣泡和破壞，不會因引入攪拌棒等帶入雜質(zhì)。而錐形瓶對比其他容器，如燒杯，在攪拌混合過程中，不易濺出，對比圓底燒瓶，更宜固定。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型軟弱結(jié)構(gòu)顆粒物理性質(zhì)的試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2本實(shí)用新型與常規(guī)激光粒度儀對兩種剛性顆粒粒徑分布的對比試驗(yàn)的結(jié)果；

圖3本實(shí)用新型與常規(guī)激光粒度儀對兩種絮凝團(tuán)粒粒徑分布的對比試驗(yàn)的結(jié)果；

圖4本實(shí)用新型與磁力攪拌方式對絮凝團(tuán)粒粒徑分布的對比試驗(yàn)的結(jié)果。

具體實(shí)施方式

結(jié)合附圖對本實(shí)用新型具體實(shí)施方式作出簡要說明。下面的實(shí)施例可使本專業(yè)技術(shù)人員更全面地理解本實(shí)用新型，但不以任何方式限制本實(shí)用新型。

一種測量軟弱結(jié)構(gòu)顆粒物理性質(zhì)的試驗(yàn)裝置，其包括錐形瓶、回旋振蕩器、激光粒度儀、蠕動泵、寬口吸管、計(jì)算機(jī)等；其中，錐形瓶固定于回旋振蕩器上，錐形瓶內(nèi)部與激光粒度儀的進(jìn)樣口用管道相連，激光粒度儀出樣口與外接的蠕動泵相連，蠕動泵的另一端與錐形瓶相連，計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)接收口與激光粒度儀相連；錐形瓶作為樣品室，用于混合所測軟弱結(jié)構(gòu)顆粒；回旋振蕩器為錐形瓶提供回旋振蕩力，使錐形瓶內(nèi)部的樣品液可以混合均勻；激光粒度儀作為測量裝置，用于測量從錐形瓶內(nèi)泵送的樣品的物理性質(zhì)；蠕動泵作為樣品液的泵送裝置，用于泵送錐形瓶內(nèi)樣品至激光粒度儀，隨后返回錐形瓶完成循環(huán)；寬口吸管用于吸取所測軟弱結(jié)構(gòu)顆粒樣品以及向錐形瓶內(nèi)添加試樣；計(jì)算機(jī)用于接收激光粒度儀的測量數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行相應(yīng)的處理分析。

所述試驗(yàn)裝置的工作過程如下：首先向錐形瓶裝入背景液，隨后將錐形瓶固定在回旋振蕩器上，將進(jìn)樣管道一端插入錐形瓶背景液底端，另一端與激光粒度儀的測量室的進(jìn)樣口相連接；激光粒度儀測量室的出樣口用管道與蠕動泵相連，蠕動泵的另一端用管道與錐形瓶相連，計(jì)算機(jī)啟動測量軟件準(zhǔn)備進(jìn)行監(jiān)測。隨后啟動蠕動泵、回旋振蕩器、激光粒度儀對背景液的背景值進(jìn)行監(jiān)測，背景值監(jiān)測完成后，使用寬口吸管吸取所測量得樣品(防止細(xì)口吸管吸取過程對軟弱結(jié)構(gòu)顆粒破壞)，一次性添加至錐形瓶，添加量需要使激光粒度儀的遮光度達(dá)到10～20％之間。樣品添加完畢，啟動激光粒度儀進(jìn)行測量，可以根據(jù)試驗(yàn)所測軟弱結(jié)構(gòu)顆粒性質(zhì)選擇是否采用蠕動泵的回流系統(tǒng)，如不采用，經(jīng)過激光粒度儀測量室的樣品液可直接丟棄。試樣測試完畢需對錐形瓶進(jìn)行清洗，以便進(jìn)行下一次試驗(yàn)。

實(shí)施例1

使用本實(shí)用新型對常規(guī)的剛性顆粒進(jìn)行測量，以驗(yàn)證本實(shí)用新型能否首先適用于常規(guī)顆粒的測量。所采用的剛性顆粒為：一種太湖疏浚淤泥顆粒，淤泥顆粒較小，用來對比驗(yàn)證在測量過程中是否會產(chǎn)生干擾性氣泡；一種標(biāo)準(zhǔn)砂土，砂土比重較大，用來對比驗(yàn)證在測量過程中是否會沉降導(dǎo)致測量失準(zhǔn)。本實(shí)施例中，試驗(yàn)裝置的參數(shù)設(shè)定為：選用1.5L錐形瓶，內(nèi)裝750ml的蒸餾水，回旋振蕩器的速度設(shè)定為280rpm，激光粒度儀顆粒折射指數(shù)設(shè)定為1.555，吸收指數(shù)設(shè)定為0.1，分散劑折射指數(shù)設(shè)定為1.330，蠕動泵設(shè)定為5ml/s，寬口吸管口徑為5mm。首先裝置調(diào)試完畢連接好后，先測定分散液的背景值，隨后用寬口吸管向錐形瓶加樣開始測量，每次測量進(jìn)行3次，取平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。同時采用常規(guī)的激光粒度儀Hydro Mu測量室對兩種顆粒進(jìn)行測量，與本實(shí)用新型的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，兩種剛性顆粒在兩種測量方法的結(jié)果近似相等，只有淤泥顆粒在d90 附近有些許不同，但并不影響整體的粒徑分布。說明本實(shí)用新型同樣可以用于測量常規(guī)顆粒的粒徑性質(zhì)，干擾性氣泡影響不大，并且可以混合均勻。

實(shí)施例2

使用本實(shí)用新型對兩種絮凝團(tuán)粒進(jìn)行測量，以說明本實(shí)用新型對軟弱結(jié)構(gòu)物理性質(zhì)測量的效果。所采用的絮凝團(tuán)粒為：太湖疏浚淤泥顆粒添加0.5％陽離子聚丙烯酰胺絮凝240s形成的團(tuán)粒；南京江寧污水廠初沉池污水添加1％陰離子聚丙烯酰胺180s形成的團(tuán)粒。本實(shí)施例中，試驗(yàn)裝置的參數(shù)設(shè)定為：選用1L錐形瓶，內(nèi)裝800ml的蒸餾水，回旋振蕩器的速度設(shè)定為220rpm，激光粒度儀顆粒折射指數(shù)設(shè)定為1.555，吸收指數(shù)設(shè)定為0.1，分散劑折射指數(shù)設(shè)定為1.330，蠕動泵設(shè)定為5ml/s，寬口吸管口徑為5mm。首先裝置調(diào)試完畢連接好后，先測定分散液的背景值，隨后用寬口吸管向錐形瓶加樣開始測量，每次測量進(jìn)行3次，取平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。為了說明測量效果，采用常規(guī)的激光粒度儀對這兩種團(tuán)粒進(jìn)行測量對比。同時采用一種圖像分析方法，對兩種激光粒度儀測量前后的團(tuán)粒進(jìn)行圖像分析，量化團(tuán)粒在測量中的破壞程度。結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，本實(shí)用新型在測量絮凝團(tuán)粒的過程中基本不破壞團(tuán)粒的結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的測量，而常規(guī)的激光粒度儀對絮凝團(tuán)粒結(jié)構(gòu)破壞顯著。

實(shí)施例3

將本實(shí)用新型與用磁力攪拌器代替回旋振蕩器的攪拌方式進(jìn)行對比試驗(yàn)，測量材料為太湖疏浚淤泥顆粒，本實(shí)用新型使用2L錐形瓶，磁力攪拌器攪拌速度設(shè)定為250rpm，回旋振蕩器振蕩速度設(shè)定為250rpm，其余測量參數(shù)均相同，測量結(jié)果如圖4所示。

由圖4可以看出，使用磁力攪拌方式粒徑分布會產(chǎn)生較大的偏差，這是由于磁力攪拌過程中產(chǎn)生的大量氣泡造成的。

實(shí)施例4

將本實(shí)用新型的錐形瓶替換為燒杯、圓底燒瓶進(jìn)行試驗(yàn)。在所采用的燒杯試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，在回旋振蕩器的混合過程中，燒杯內(nèi)樣品液大量濺出，影響了測量過程；在所采用的圓底燒瓶試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，在回旋振蕩器的混合過程中，圓底燒瓶傾倒，影響了測量過程。

以上對本實(shí)用新型的四個實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但所述內(nèi)容僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本實(shí)用新型的實(shí)施范圍。凡依本實(shí)用新型申請范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬本實(shí)用新型的專利涵蓋范圍之內(nèi)。