絮凝体的分形特征和致密型絮凝体形成

传统混凝条件下形成的随机型絮凝体具有分形特征．其分形维数Df与其密度函数ρ3∝dp^-Kp的指数Kp之间具有Df=3-K，的关系．通过建立分步成长絮凝体模型．讨论了在絮凝过程中逐次导入颗粒间的空隙率对絮凝体密度和构造的影响．模型参数分析的结果进一步证明了分步成长的絮凝体是一个典型的分形，其分形维数取决于空隙率ε和颗粒结合个数m．降低ε或提高m均有利于提高Df，使絮凝体由松散型向致密型过渡．脱水收缩和逐一附着模式是达到这一目的的两种操作模式．前者可以通过延长机械搅拌时间来实现，而后者通过造粒流化床实现．实验结果表明两种方式均能提高形成的球状颗粒的密度．但是前者所形成的团粒依然具有颗粒密度随粒径增大而降低的特点，其分形维数为2．40～2．47；而逐一附着模式所形成的团粒密度基本上与粒径无关．其分形维数接近于3．通过讨论造粒流化床操作条件．并将试验得到的致密型絮凝体密度和常规絮凝体密度进行比较．说明该方法实现逐一附着型絮凝体操作是促使絮凝体致密化的有效途径．     

水体中悬浮颗粒物浓度对混凝效果的影响及机理探讨

以高岭土配置不同颗粒物浓度的模拟水样进行混凝试验，研究悬浮颗粒物浓度对混凝效果的影响．研究表明，水体中悬浮颗粒物浓度变化对混凝出水水质有较大影响，且投药浓度较低时影响更大；整体上，出水水质随进水悬浮物颗粒浓度变大而变差，但存在混凝处理最差点．针对含高岭土水样，无机药剂处理效果明显优于有机药剂，无机药剂作用机理以压缩双电层为主，有机药剂以吸附架桥为主．     

铁盐预混凝对微滤膜污染的影响

针对混凝-微滤工艺,为优化铁盐预混凝条件及揭示不同凝聚体特性对膜污染的影响,分析了三氯化铁(ferric chloride,FC)和聚合硫酸铁(polymeric ferric sulfate,PFS)在不同投加量(0.1、0.2、0.4、0.6 mmol/L)和混凝pH(4.5、5.5、6.5、7.5)条件下对水中天然有机物-腐植酸的去除率和膜污染的影响规律.实验结果表明:当酸性pH 4.5~5.5电性中和机理为主时,PFS低投药量(0.1~0.2 mmol/L)凝聚体颗粒大而密实,膜过滤中通量下降缓慢,膜污染程度轻,此时聚铁水解产物的高电荷比单铁更有利于电中和;中性pH 6.5~7.5卷扫混凝时,FC高投药量(0.4~0.6 mmol/L)缓解膜污染的作用更明显,此时单铁水解产物卷扫混凝形成凝聚体的颗粒粒径更大.可见,混凝凝聚体颗粒大小与结构特性,是膜污染的直接影响因素,大而密实的颗粒有利于增加膜通量,同时提高出水水质.     

水体中悬浮颗粒物浓度对混凝效果的影响及机理探讨

以高岭土配置不同颗粒物浓度的模拟水样进行混凝试验，研究悬浮颗粒物浓度对混凝效果的影响. 研究表明，水体中悬浮颗粒物浓度变化对混凝出水水质有较大影响，且投药浓度较低时影响更大；整体上，出水水质随进水悬浮物颗粒浓度变大而变差，但存在混凝处理最差点. 针对含高岭土水样，无机药剂处理效果明显优于有机药剂，无机药剂作用机理以压缩双电层为主，有机药剂以吸附架桥为主.     

新型稀土混凝剂絮体形态的分析研究

以黄河水为处理对象,研究了稀土混凝剂絮凝体形成过程及其形态特征.通过计算形成絮凝体的分形维数、平均粒径和圆度,结果表明,新型稀土混凝剂处理黄河水的最佳pH值为7.5,其絮凝体具有良好的分形构造特征,絮体成长速度很快(4～5 min已稳定),酸性水体中絮体的圆度明显大于碱性水体,吸附电中和是主要的混凝机理,在弱碱性水体中,沉淀物的网捕卷扫也起一定的混凝作用.     

分形维数作为废水絮凝处理效果的表征指标及其影响因素

通过编写MATLAB的二维扩散限制凝聚（DLA）模型程序,对絮体进行模拟仿真,模拟结果表明：絮体呈现内部致密、外部疏松及多孔的结构,用盒子法计算模拟絮体获得的分形维数在1.450～1.725之间。以硫酸铝为絮凝剂处理模拟高岭土废水,利用显微拍摄技术观察絮体结构,并用盒子法计算获得的絮体分形维数在1.36～1.50之间。同时实验考察pH值、絮凝剂用量、混凝温度对絮凝效果的影响,通过单因素实验与正交实验,获得了最佳工艺条件：pH值为6.5,絮凝剂用量为25 mg/L,混凝温度为25℃,在此条件下,高岭土废水经处理后浊度为4.26,絮体的分形维数为1.497。结果表明：絮体的分形维数越大,处理后废水浊度越小。分形维数可作为废水絮凝处理效果的表征指标之一。     

基于分形理论的有机高分子絮凝

在改性天然高分子絮凝剂（CSAX）处理同时含Cu^2＋和高岭土的悬浊液的废水絮凝实验中,显微镜照片研究显示絮凝体的表面和内部具有高度不规则性,絮凝体的形成过程具有分形特征.通过实验研究絮凝体的特性和分形维数之间的关系,分析了絮凝体的分形特征,在原水浊度为100 NTU,pH值为5.0,Cu^2＋的浓度为25 mg/L,CSAX的投加量为30 mg/L的条件下,CSAX的絮凝效果最好,形成絮凝体的分形维数为2.0.证明可以通过监测絮凝体的分形维数来控制絮凝过程.     

纳米SiO2对含十二烷基硫酸钠高岭土低浊水的处理效果与吸附特性

以阴离子表面活性剂--十二烷基硫酸钠(SDS)作为一种低分子溶解性有机物的代表物质,投加新型水处理剂纳米SiO2对6NTU高岭土悬浊液进行混凝沉降试验.运用形态学理论,借助电镜观察与图像分析技术,研究纳米SiO2的作用机理、吸附絮凝效果与形态学特性.结果表明,纳米SiO2对SDS的去除率随溶液pH值的升高而降低.纳米SiO2具有良好的助凝效果,但其单独使用时对浊度的去除效果较差.纳米SiO2能迅速吸附溶液中的SDS,并在短时间内达到平衡,其对SDS的吸附特性符合Freunlich等温吸附式.     

油页岩灰渣制备聚合硅酸铝铁絮凝剂的研究

以油页岩灰渣为原料制备了高效无机高分子絮凝剂聚合硅酸铝铁（PFAS）,研究了聚硅酸（PS）稳定性及PFAS的混凝效果。研究结果表明,当pH小于5．6时,随pH值增大,PS形成速度加快,稳定性降低,pH大于5．6时,溶液在几秒内即出现凝胶。随着温度升高或硫酸浓度增大,PS形成速度加快,稳定性降低。PFAS投加量增加,对炼油废水浊度的去除率不断增加。在PFAS投加量相同时,随着PFAS中（Al＋Fe）／Si摩尔比增大,PFAS对炼油废水浊度去除率增大,当n（Al＋Fe）/nSi=10／1时,样品性能最优,继续增加（Al＋Fe）／Si摩尔比,PFAS絮凝性能降低。     

絮凝过程中絮体分形及其分形维数的测定

在用粒径为76μm以下粘土配制的原水和以1％硫酸铝作为混凝剂的混凝沉淀实验中，用电子显徽镜和影像捕捉器观察到所形成的絮凝体具有自相似的分形特征。其中混凝剂在原水浊度为185mg／L时的最佳投药量为3．2mg／L。并计算出此时所形成的絮凝体的分形维数为2．0。     

典型pH条件下腐殖酸混凝特性研究

通过荧光检测和光学在线监测技术,分析探讨了腐殖酸与铝盐的混凝特性.实验结果表明,在弱酸性和中性条件下腐殖酸与铝盐的混凝特性有着明显的差异.在弱酸性条件下,铝离子与腐殖酸之间的共聚络合反应占绝对优势,而且水中残余铝离子浓度一直与铝离子总投量成线性关系.然而在pH=7的条件下,铝离子的水解反应明显占优势,直到铝离子投量超过0.1 mM之后才发生与腐殖酸的结合,属于氢氧化铝沉淀物对腐殖酸分子的吸附和网扫絮凝.     

基于分形维数的絮凝效果定量化试验

研究了水力条件、物理化学条件等因素对絮凝体分形维数的影响,用聚合氯化铝做絮凝试验,观察絮凝体的电镜照片并计算了絮凝体的分形维数,结果表明,当水力停留时间从低于标准停留时间的20.00%逐渐增加到超过33.30%时,絮凝体的分形维数数值从低于标准值的5.13%逐渐增加到高于标准值的16.03%;絮凝剂投加量最佳时分形维数最大,投加量不足时分形维数的数值下降了17.06％～33.15％,投加量过量时分形维数的数值下降了22.65%~35.63%;实验表明絮凝体的分形维数与絮凝条件有显著的相关性,可以作为絮凝效果定量化研究的参数。     

聚硅酸铁去除溶解性有机物的机理

采用共聚工艺制备聚硅酸铁(PSF)混凝剂,研究了其对溶解性有机物(DOMs)(以腐殖酸HA为替代物)的氧化性能,并对比研究了PSF与复合铝铁(PFA)对有机物的去除性能,最后对PSF去除DOMs机理进行了初步解析。结果表明:PSF具有氧化性能,改变了HA的分子结构、表面性质以及HA/水溶液的界面性质,使吸附性能增强。不同pH值对HA、PSF、高岭土之间的络合模式具有不同的影响。PSF的混凝机理是以氧化/吸附-电中和/脱稳为前提条件,以吸附架桥为必要条件,以卷扫网捕为补充条件。     

絮凝时间对混凝-超滤工艺的膜污染特性影响

为了考察混凝条件对混凝-超滤工艺中有机物去除效果和膜污染的影响,采用静态超滤试验装置对引黄水库水进行了试验研究。研究了絮凝时间对有机物去除效果、絮体特性和超滤膜过滤特性的影响,分析了膜污染的影响因素。试验结果表明：溶解性有机污染物质( DOC、UV254)的去除作用主要发生在快速混合和凝聚过程,后续的絮凝反应过程对溶解性有机污染物质的去除效果没有影响。絮凝反应时间对絮体特性和膜污染特性的影响显著,过短或过长的絮凝时间均会产生不利影响,絮凝时间10 min时絮凝指数处于最佳范围,絮体二维分形维数最小,膜比通量最大,膜总阻力最小,滤饼层阻力最小,膜孔阻力趋于稳定。混凝剂投加量为20 mg/L、絮凝10 min时,絮体特性和超滤膜过滤性能均达到最佳。欠投药和过投药都会对混凝效果、絮体特性和膜阻力特性产生显著影响。     

强化混凝去除尖针杆藻的优化

针对水源水藻类（优势藻为硅藻中的针杆藻）爆发问题,通过对比PAFS、PAC、PFC3种混凝剂的除藻除浊效果,选取PAFS为最佳混凝剂;通过添加预氧化剂和助凝剂强化混凝除藻效果,结果表明使用助凝剂PDMDAAC对PAFS的助凝效果最好,其余药剂结合PAFS的除藻效果为PPC〉C102〉PAM〉H202〉HCA-1。用Box-BehnkenDesign（BBD）实验原理设计实验,研究pH值、搅拌速度、搅拌时间3因素对PAFS＋PDMDAAC除藻效果的影响及最优除藻条件。结果表明：3因素对除藻的影响显著,且其显著程度为pH值〉搅拌速度〉搅拌时间,而3因素的交互影响对除藻的影响不太显著;强化混凝的最优条件为PH值为7．5、搅拌速度为75r／min、搅拌时间为15min,其除藻率为98．75％。     

基于SEM图像的细颗粒泥沙絮体3维分形研究及其应用

具有分形特征是细颗粒泥沙絮体的重要特性,为了解决目前主要是通过絮体SEM图像研究其2维分形特性的问题,利用SEM图像灰度值重建细颗粒泥沙絮体3维图像,通过MATLAB编程用盒计数法计算絮体3维分形维数;然后基于絮体3维分形维数,推导出细颗粒泥沙静水沉降时清浑交界面的沉降公式,并将其应用在滇池底泥清混交界面的沉降计算中,其计算误差在5%以内。结果表明,直接利用絮体SEM图像计算絮体3维分形维数是可行的,避免了图像处理中人为误差的引入,且通过其推导的沉降公式可用于计算清混交界面的沉速。     

给水处理强化混凝除磷技术研究

通过小试,比较了3个品种复合聚合氯化铝(PAC)对磷的去除效果,考察了混凝除磷与除浊的关系,同时观察水温、pH值对混凝除磷效果的影响以及混凝对水中不同形态磷的去除效果,在此基础上对PAC与聚丙烯酰胺(PAM)联用的除磷效果进行了研究．结果表明：3~#PAC混凝除磷的效果最好;强化混凝可以有效提高给水除磷的效果;PAC混凝除磷的最佳pH值为7;水温升高有利于提高混凝除磷的效果;溶解性磷的去除更加困难,但是当混凝剂投量增加到一定程度,正磷酸盐也能得到有效去除;在混凝中速搅拌5 min后,投加PAM可达到更佳助凝除磷的效果,最佳投量为0．7 mg/L。