ADVANTAGES OF OPTICAL METHODS OF MEASURING THE SIZE AND DISPERSION OF GAS BUBBLES IN WATER

Authors

DOI:

https://doi.org/10.36773/1818-1112-2025-137-2-94-98

Keywords:

dispersion of gas bubbles, dispersant, bubbles, gas-liquid dispersion

Abstract

The article shows the relevance of studying the characteristics of gas bubbles formed during aeration, ozonation or other methods of feeding gas into a liquid and considers existing optical and physical-technical methods for measuring the size of gas bubbles in water and analyzing their dispersion. The advantages and disadvantages of each method are given. Attention is focused on two methods of analyzing photographs to determine the dispersion of gas bubbles. One method allows for semi-automatic analysis of photographs, i. e., photo processing is done manually, and a computer program performs mathematical processing of the results obtained. The other method performs fully automated processing of photographs using artificial intelligence and mathematical analysis of the results obtained. An algorithm for semi-automatic determination of the dispersion of photographed gas bubbles formed in a tank with a transparent wall filled with water, using the Revit computer program, is described in detail. The advantages of this computer program in comparison with other programs are described. The possibility of using more advanced algorithms for automatic recognition of bubble contours in a photograph using artificial intelligence and automatic counting of their number, size and diameter is shown. A diagram is given showing the design of a special device that allows for automatic recognition and analysis of gas bubble dispersion. The advantages and disadvantages of a fully automated photo processing technique are shown. The choice of an optical photoanalysis method using semi-automatic determination of gas bubble dispersion is substantiated in order to assess the efficiency of the disperser. An experimental setup has been developed to analyze the dispersion of gas bubbles formed using various types of dispersers. A diagram of the experimental setup is given.

Author Biographies

Alexander Alexandrovich Volchak, Brest State Technical University

Doctor of Geographical Sciences of the Russian Federation and the Republic of Belarus, Professor, Professor of the Department of Environmental Management, Brest State Technical University, Brest, Belarus.

Grigory Ostapovich Naumchik, Brest State Technical University

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Water Supply, Sanitation and Protection of Water Resources of the Brest State Technical University, Brest, Belarus.

Vadim Sergeevich Belov, Brest State Technical University

Postgraduate student, Brest State Technical University, design engineer, ChUP "Sifaniya-Ekotekhnika", Brest, Belarus.

References

Перепелкин, К. Е. Газовые эмульсии / К. Е. Перепелкин, В. С. Матвеев. – Л. : Химия, 1979. – 164 с.

Золотов, А. В. Способы получения газовой дисперсии в объеме жидкости / А. В. Золотов, И. С. Багреева // Нефтепереработка и нефтехимия. Научно–технические достижения и передовой опыт. – 2017. – № 1. – C. 18–22.

Ксенофонтов, Б. С. Использование процессов струйной аэрации в процессах флотационной очистки сточных вод / Б. С. Ксенофонтов // Сантехника. – 2022. – № 6. – C. 32–37.

Анопольский, В. Н. Применение напорной флотации в технологии очистки природных и сточных вод / В. Н. Анопольский, Г. Н. Фелдьштейн, Е. Г. Фельдштейн // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. – 2008. – № 8 (8). – C. 38–44.

Жерноклев, А. К. Аэрация и озонирование в процессах очистки воды / А. К. Жерноклев, Л. П. Пилиневич, В. В. Савич. – Минск : Тонпик, 2002. – 129 с.

Пенная сепарация и колонная флотация / Ю. Б. Рубинштейн, В. И. Мелик-Гайказян, Н. В. Матвеенко, С. Б. Леонов. – М. : Недра, 1989. – 304 с.

Ксенофонтов, Б. С. Повышение эффективности струйной аэрации в процессах флотационной очистки сточных вод / Б. С. Ксенофонтов // Сантехника. – 2020. – № 4. – C. 36–39.

Ксенофонтов, Б. С. Интенсификация флотационной очистки сточных вод с использованием струйных аэраторов и эжекторов / Б. С. Ксенофонтов, Е. С. Стельмах // Водоочистка. – 2018. – № 6. – C. 25–35.

Мещеряков, Н. Ф. Флотационные машины и аппараты / Н. Ф. Мещеряков. – М. : Недра, 1982. – 200 с.

Белов, С. Г. Пневмогидравлический диспергатор газа «Торнадо» / С. Г. Белов, Г. О. Наумчик, Е. И. Дмухайло // Актуальные научно-технические и экологические проблемы сохранения среды обитания : материалы IV Междунар. науч.-практ. конф., Брест, 25–27 сент. 2013 г. / Брест. гос. техн. ун–т ; редкол.: А. А. Волчек [и др.]. – Брест, 2013. – С. 7–12.

Наумчик, Г. О. Разработка метода диспергирования газа с помощью турбулентного потока жидкости на границе пористой стенки / Г. О. Наумчик, В. С. Белов // Вестн. Брест. гос. техн. ун-та. Сер. Водохоз. стр–во, теплоэнергетика и геоэкология. – 2017. – № 2. – C. 102–105.

Пневмогидравлический диспергатор газа : пат. BY 12838 / С. Г. Белов, Г. О. Наумчик. – Опубл. 28.02.2022.

Антонова, Е. С. Определение режима работы эжекционной флотационной установки для очистки сточных вод / Е. С. Антонова, В. О. Карпикова // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. – 2024. – № 4. – С. 400–421. – URL: https://journals.rudn.ru/ecology/article/view/42522/24408 (дата обращения: 11.06.2025).

Левич, В. Г. Физико-химическая гидродинамика / В. Г. Левич. – Изд. 2-е, доп. и перераб. – М. :Физматгиз, 1959. – 699 с. : ил.

Grau, R. A. Visual technique for measuring bubble size in flotation machines / R. A. Grau, K. Heiskanen // Minerals Engineering. – 2002. – Vol. 15. – P. 507–513.

Акопян, В. Б. Основы взаимодействия ультразвука с биологическими объектами / В. Б. Акопян, Ю. А. Ершов ; Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана. – М. : МГТУ имени Н. Э. Баумана, 2005. – 223 с.

Глембоцкий, В. А. Флотация : учебник для вузов по специальности «Обогащение полезных ископаемых» / В. А. Глембоцкий, В. И. Классен. – М. : Недра, 1973. – 384 с.

Белов, В. С. Разработка устройства для получения мелкой газо–жидкостной дисперсии гидродинамическим методом : дис. … магистра техн. наук : 1–70 80 01 / Белов Вадим Сергеевич ; Брестский государственный технический университет. – Брест, 2017. – 52 л.

Gas Dispersion Measurements McGill Bubble Viewer // McGill University. – URL: https://www.mcgill.ca/minpro/our-laboratory/beneficiation-laboratory/gas-dispersion-measurements (date of access: 11.06.2025).

Poletaev, I. Bubble patterns recognition using neural networks: Application to the analysis of a two–phase bubbly jet / I. Poletaev, M. P. Tokarev, K. S. Pervunin // International Journal of Multiphase Flow. – 2020. – Vol. 126. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301932219305701#bbib45 (date of access: 11.06.2025).

Published

2025-07-21

How to Cite

(1)
Volchak, A. A.; Naumchik, G. O.; Belov, V. S. ADVANTAGES OF OPTICAL METHODS OF MEASURING THE SIZE AND DISPERSION OF GAS BUBBLES IN WATER. Вестник БрГТУ 2025, 94-98.

Most read articles by the same author(s)