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。     

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．     

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。     

淤泥絮体孔隙分形特性的提出、验证及应用

由于淤泥中细颗粒泥沙的絮凝作用造成淤泥含水率较高且水分较难去除,淤泥絮体性质的研究逐渐成为淤泥处理研究中的重要内容.在前人研究的基础上,提出淤泥絮体孔隙具有分形特征的假设.以武汉沙湖淤泥为例,使用图像分析法检验这一假设的存在性,接着通过室内实验探讨了淤泥絮体孔隙分形维数的应用.实验结果表明:淤泥絮体孔隙具有统计意义上的分形特征,其二维分形维数越大,絮体孔隙总面积越大、等效孔径相差越大,淤泥沉降速度越小.     

壳聚糖与皂土复配对莲子心药液絮凝效果影响

在最佳实验温度下,以絮凝率和絮体分形维数为表征,研究壳聚糖与皂土复配对莲子心水提液絮凝效果的影响.温度实验表明:随着温度的升高,絮凝率先升高后降低.在实验温度为38℃时,絮凝率最高,絮凝率为84%.絮凝率对比实验表明:壳聚糖与皂土复配能有效地提高絮凝率,降低成本.当4 m L(0.690 g/L)壳聚糖复配4 m L(7.407 g/L)皂土时絮凝率最高,为93%,比只加壳聚糖实验絮凝率高9%.实验中,必须先投加皂土,再投加壳聚糖,否则药液会更加浑浊.对分形维数分析可以得出:壳聚糖与皂土复配能有效地提高絮体的分形维数,改善絮体的性质.当4 m L(0.690 g/L)壳聚糖复配4 m L(7.407 g/L)皂土时分形维数最高,为1.936,比只加壳聚糖实验分形维数提高了0.484.实验结果表明:壳聚糖与皂土复配絮凝方式优于只加壳聚糖单因素絮凝方式.     

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。     

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.     

絮凝分形技术处理有机微污染物原水的研究

将絮凝体分形技术应用到化学强化方法处理水中有机污染物进行研究。实验采用受到有机物污染的东湖水作为原水，结果表明，分形维数是评价水处理工艺中絮凝程度的灵敏指标，对实际应用有很大的指导意义。     

结合分形理论的水泥絮凝研究

目的对水泥絮凝进行定量化研究,找出其微观结构与宏观性质的联系.方法用“激光颗粒分布测量仪”测试了不同水泥絮凝颗粒的粒度分布,分析了各絮凝颗粒的分形特征,探讨了分形维数与水泥比表面积、净浆流动度的关系.结果水泥絮凝颗粒的粒度分布具有很好的自相似性,属于典型的无规三维分形体;且分形维数越大,比表面积越大,水泥净浆流动度越小.结论用分形维数对抽象的水泥絮凝粒度分布进行定量描述是可行的,从分形维数可以推断出比表面积和净浆流动度等宏观性质的变化趋势.     

静流场中赤铁矿絮凝体-气泡碰撞概率影响因素研究

为了探究赤铁矿絮凝体-气泡的碰撞过程,基于统计平均和颗粒自由沉降的思想,通过自行搭建的颗粒-气泡碰撞观测系统对不同絮凝体颗粒尺寸与气泡直径、絮凝体密度和分形维数之间的碰撞概率变化进行研究.结果表明:在气泡直径小于1.17mm范围内,絮凝体碰撞概率线性增强趋势明显,且随着絮凝体粒度的增大这种趋势有所放缓,絮凝体密度、分形维数则在气泡直径一定条件下,碰撞概率呈线性正相关关系.结合赤铁矿絮凝体-气泡碰撞概率变化规律和低雷诺数区的中间流流线方程,建立了基于静流场中絮凝体-气泡碰撞概率模型,减小气泡直径、增大絮凝体密度和分形维数对于提高碰撞概率具有重要促进作用.     

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。     

双重分形多孔介质孔隙率的研究

根据双重分形多孔介质孔隙分布分形维数D与孔隙迂曲分形维数DT的定义和计算公式,推导了多孔介质孔隙率的计算公式.通过孔隙率计算公式的函数图像分析了双重分形维数D和DT的变化对孔隙率的影响,分析结果表明孔隙率随多孔介质双重分形维数D和DT的增加而增大;多孔介质最大孔隙直径越大孔隙率增加的就越慢;当D＋DT〈3时,多孔介质最大孔隙直径越大孔隙率就越大,但当D＋DT〉3时则相反,多孔介质最大孔隙直径越大孔隙率反而越小,D＋DT=3是特殊点,令D＋DT→3时的孔隙率极限值为它的孔隙率.     

絮凝体的物理特性

从絮凝体的密度,空隙率、絮凝体的粒径分布,絮凝体的强度以及絮凝体的分形维数五个方面综述了絮凝体的物理特性及结构特性,分析了影响絮凝体物理特性的因素。     

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。     

粘性细颗粒泥沙静水絮凝-沉降模拟

针对实验观测黏性细颗粒泥沙絮凝沉降过程存在困难的问题,在考虑泥沙絮团分形特性和曲线轨迹碰撞的前提下,建立了静水絮凝-沉降模型,并验证了模型的正确性,最后根据模拟试验结果分析了絮团体积分布及絮团平均粒径的时空变化和絮团分形维数对模型的影响。研究结果表明:不同深度下,大粒径絮团的体积和絮团的平均粒径均随时间遵循先增后减的规律,但随着深度的增加,絮团体积分布变宽,大粒径絮团所占比重增加,絮团平均粒径的最大值增加且出现时间较早;分形维数越大,竖直方向的泥沙输移作用越强。     

Cu^2＋对SBR运行效果的影响

为了提高SBR反应器脱氮除磷的效率,研究采用SBR反应器进行了长期连续实验,考察不同浓度Cu^2＋对COD、NH4^＋-N及PO4^3--P去除效率的影响。结果表明：在反应器达到稳定运行状态后,添加Cu^2＋浓度为0 mg/L、1.0 mg/L及10 mg/L时,COD去除率分别为87.43%、88.20%与33.47%,NH4^＋-N去除率分别为70.8%、70.8%与35.95%;PO4^3--P去除率分别为90.54%、92.47%与11.11%。当Cu^2＋浓度≤1 mg/L时,对COD和磷酸盐的去除具有一定的促进作用,当Cu^2＋浓度〉1mg/L时,则产生抑制作用。     

重金属捕集剂DTC(BETA)处理含铜废水效果研究

以二乙烯三胺、二硫化碳为原料合成了二硫代氨基甲酸盐类重金属捕集剂DTC（BETA）,分析了DTC（BETA）对单一含铜废水的捕集效果。结果表明：在废水pH为4～10范围内,搅拌时间为10min,捕集剂用量为废水中Cu^2＋含量的9倍（质量比）,不加絮凝剂时,重金属捕集剂能处理较宽浓度范围的含铜废水,Cu^2＋的去除率可达99％以上,处理后废水的Cu^2＋浓度低于0．5mg／L,可满足国家排放标准。     

热变性法提纯猪血SOD的工艺优化

在热变性法提取猪血中SOD工艺中,比较了Cu^2＋和Zn^2＋对SOD的保护作用和沉淀杂蛋白的作用,试验表明：这两种离子的硫酸盐对SOD的保护效应要优于氯盐;当Cu^2＋和Zn^2＋浓度分别为2mmol／L和3mmol／L共同作用时对SOD的保护效果最好,SOD比活力比空白对照组的提高了78．4％,杂蛋白沉淀量也提高了21．2％;而在这个Cu^2＋和Zn^2＋浓度下．热变性温度65℃时,SOD的比活力最高,杂蛋白的沉淀效果也较好。     

红壤腐殖酸及其与重金属离子作用的荧光特性研究

利用三维荧光激发-发射光谱,并结合紫外可见光谱、傅立叶变换红外光谱,从腐殖酸的浓度、溶液的pH值和离子强度3方面分析了红壤腐殖酸的光谱特性及其结构的关系,结果显示,离子强度对腐殖酸的三维荧光光谱特性影响非常小,而腐殖酸的浓度和溶液pH对其三维荧光光谱特性影响较大,荧光量子产率为2.1%～2.5%,荧光指数为1.0～1.2.红壤腐殖酸对Cu^2＋的络合能力比Cd^2＋强,其平均络合比分别为1：1.22和3.2：1,络合常数分别为1.6×10^6和1.5×10^7.