背景介绍

【资料图】

海洋微塑料指的是直径小于5毫米的塑料碎片和颗粒。一般粒径范围从几微米到几毫米，是形状多样的非均匀塑料颗粒混合体，肉眼往往难以分辨，被形象地称为“海中的PM2.5”。

海洋微塑料

微塑料不断累积、破碎、风化, 并与其他污染物吸附、聚集，使得越来越多的海洋生物面临生存威胁，其难降解、易累积，通过食物链的传递对水生生物、人体能够造成较大的危害。目前或永远没办法从水体中移除微塑料。因此， 我们需要了解这种污染物的运动特性与环境效应，以减轻其对海洋生物及人类的影响。

研究内容

已有研究发现微塑料颗粒的垂向沉降过程受到海洋雪等水体悬浮物质的影响，但是目前相关研究只局限于定性的观察分析。天津大学张金凤教授科研团队，在实验室中模拟含有海洋雪的近岸水体环境，使细颗粒微塑料(PS微球、PVC颗粒)与海洋雪产生碰撞、聚集，观测微塑料或微塑料-海洋雪聚集体的沉降过程。

高精度颗粒沉降观测系统

高精度颗粒沉降观测系统，由千眼狼高速摄像机(5KF20，1920×1080@3000fps)、同轴光2.4X-20X连续变倍镜筒、LED冷光源、有机玻璃沉降柱(113.5×113.5×1500mm)组成。

高精度颗粒沉降观测系统拍摄的微塑料

将海洋雪与微塑料颗粒均匀分布于实验室人造近岸海水中，自由沉降。高速摄像机中心位于沉降柱底部上方10cm处，当微塑料颗粒、海洋雪或二者的聚集体进入视野范围内时, 开始记录沉降运动过程。每组试验重复三次, 以确保实验结果的可靠性。试验结束后利用千眼狼目标追踪测量软件VL3.0对沉降运动速度进行分析。

研究结论

本文利用高精度颗粒沉降观测系统观测微塑料颗粒(PVC和PS)在沉降筒中的沉降过程, 研究海洋雪和微塑料相互影响机制, 得出以下结论：

▶ 水体中含有海洋雪时，一方面海洋雪中的黏性物质会促进微塑料颗粒自身的聚集， 形成更大的聚集体加速沉降；另一方面由于海洋雪-微塑料聚集体的密度较小，沉降速度减慢。不同密度的微塑料颗粒沉速受海洋雪影响程度也不同, 密度较大的PVC相比于PS 受海洋雪的影响较小。

▶ 对于粒径更大的微塑料(0.4-5mm), 其沉降机制比较明确，粒径越大，微塑料的沉降速率越快，并且形状的影响对粒径较大(颗粒雷诺数较高)的颗粒更为明显。

▶ 形状也是显著影响微塑料的沉降行为的一个重要的参数。在相同的颗粒雷诺数下， 薄膜和纤维状微塑料的阻力系数将比球形或颗粒状微塑料高，形状不规则的微塑料颗粒的阻力系数将比规则颗粒状微塑料高。

行业应用总结

高速摄像机不仅善于捕捉宏观大体积物体运动情况，对于微观的细小颗粒也有广泛的应用。 如搭配不同倍率的放大镜头，可以捕捉到微米级到毫米级的颗粒运动，更加微小的观测物则可以搭配显微镜作为解决方案。 千眼狼在微小颗粒、气泡的观测有成熟的解决方案和丰富的经验，同时针对气泡和运动物体有专业的运动分析软件，可输出速度，轨迹，加速度等运动信息。

摘自：张金凤,梁家雄，祁航，张庆河《近岸水体中海洋雪对细颗粒微塑料沉降过程影响的实验研究》

来源：机器视觉产业联盟