图像分析粘性细颗粒泥沙絮体孔隙初探

以细颗粒含量较高的滇池底泥为例,利用SEM图像分析法和统计学方法,研究了粘性细颗粒泥沙絮体孔隙大小、形状及孔径分布,同时探讨了絮体孔隙大小及孔径分布与絮体沉速之间的关系.实验结果表明:粘性细颗粒泥沙絮体孔隙一般属于毛细管孔隙,孔隙投影面的形状近圆形;自然状态下絮体孔隙孔径近似呈对数正态分布;加入絮凝剂后,呈对数偏态分布;絮体沉速与絮体孔隙的大小和孔径分布具有较强的相关性.     

强化絮凝工艺中絮凝体特征参数分析与研究

通过对混凝反应过程中絮凝体特征参数,即粒径分布、平均粒径、分形维数的分析,进行强化絮凝网格与普通网格絮凝型式的比较,从而对絮凝过程中强化絮凝网格的微涡旋及动力学控制指标对絮凝体形成的影响给出定量描述,并以此为基础优化絮凝网格技术,改善混凝处理效果,实现1 NTU的沉后水浊度控制目标。     

黏性泥沙絮凝-沉降-再悬浮运动过程数学模型研究

黏性泥沙运动特性是河流海洋泥沙动力学研究热点之一。为研究紊动水体中黏性泥沙运动过程及其机理,以絮凝动力学方程为基础,通过设置不同粒径级别的泥沙絮团再悬浮量为下边界条件来反映黏性泥沙絮团的再悬浮,建立了黏性泥沙絮凝-沉降-再悬浮动态过程数学模型。模型验证结果表明,新建模型可用于描述黏性泥沙絮凝-沉降-再悬浮运动过程,且具有一定的精度。最后以泥沙絮团体积分布为指标,探讨了强紊动水体中絮凝、沉降和紊动扩散在这一动态过程中的作用。研究结果表明,强紊动水体中,上层区域泥沙絮团分布的决定因素是沉降和紊动扩散;中部区域是絮凝;下层区域是絮凝和紊动扩散。     

黄河泥沙的絮凝形态学和絮体构造模型问题

从黄河高浊度水在高分子絮凝剂作用下的干扰沉降现象出发，叙述了黄河泥沙颗粒与高分子聚合物链状分子间的吸附作用、黄河泥沙絮凝过程的比表面积模型。结合分形理论在絮凝形态学中的应用，对有限扩散凝聚、弹射凝聚和反应控制凝聚等三种凝聚模型进行了简介，同时讨论了絮体的分形和高分子聚合物的分形。文章对几种分形维数的计算方法作了简介。以黄河泥沙颗粒絮凝后形成的微小絮体为代表，讨论了絮体的构造模型，以及自由沉降和干扰沉降状态下，不同的絮体构造模型及模型的适用可能。     

粘性细颗粒泥沙静水絮凝沉降生长的计算机模拟

利用分形生长模型对粘性细颗粒泥沙的絮凝沉降过程进行了计算机模拟,在扩散受限的絮团聚集模型(DLCA模型)的基础上,初步研究了粘性细颗粒泥沙的絮凝沉降分形生长过程,并对最终的絮凝体进行了图像处理,得到了分形维数和颗粒浓度的关系。     

高分子絮凝剂下泥沙絮体结构的分形特性

在黄河泥沙高浓度悬浊液中投加高分子絮凝剂,架桥絮凝沉降实验与电镜实验研究表明,絮体结构的形成与生长具有分形特性。借助分形数学理论中特征参数“分维D”定量分析了高分子种类、高分子的分子量、不同投加剂量与浓度下絮体结构的分形特性及其构型特征,讨论了高分子絮凝剂的架桥絮凝机理以及高分子絮凝剂在含沙高浊水中的分形行为,为含沙高浊水中高分子絮凝剂的正确选择提供了一种新的思路。     

黄河原水絮体分形及分形维数研究

水的混凝处理过程中,絮凝体的结构具有分形构造特征,直接影响着水处理的固液分离效果,若絮凝体较为密实,形态结构紧凑,则易于沉降.依据分形理论,以郑州段黄河原水为研究对象,借助电子显微镜和图像分析系统,考察了絮凝体分形维数与混凝剂投量、沉后水浊度、UV254、CODMn之间的关系.结果表明,絮体分形维数的变化能够很好地反映絮凝程度及处理效果,可作为自来水厂进行混凝控制的参数.     

PAC为混凝剂时高岭土悬浊液的混凝条件及絮凝体形态学特征

通过显微摄像仪对絮凝体的形成过程及其形态学特性进行了系统的研究.试验结果表明,高岭土悬浊液的最佳混凝pH为7～8,在低投药量时,压缩双电层和吸附电中和是主要的混凝机理,在高投药量条件下,则是卷扫絮凝起主导作用.絮凝体平均粒径和分形维数都随搅拌时间的延长而增大,并最终趋于稳定.在pH=7和以PAC作为混凝剂的条件下,形成的絮凝体最大粒径为0.45 mm,对应的分形维数约为1.68.随着投药量的增大,絮凝体分形维数的变化较小,但絮凝体平均粒径显著增加.当投药量过高时,网扫絮凝作用下的絮体结构松散,抗剪切能力差,絮凝体分形维数略有下降(1.60),但絮凝体平均粒径减小明显,降至0.25 mm左右.     

长江口细颗粒泥沙絮凝问题研究综述

为了给长江口区的综合整治工作提供科学依据,系统地梳理了国内外近年来有关细颗粒泥沙絮凝的研究成果,并着重于有关长江口细颗粒泥沙絮凝问题研究成果.从细颗粒泥沙絮凝的机理、絮凝的特性、絮凝沉降的动力模式以及长江口泥沙数学模型中絮凝影响因素的处理等几个方面进行了阐述.建议下一阶段工作应重点放在对泥沙动力特性的研究上,继续开展长江口泥沙絮凝沉降动力学模式的研究工作和完善考虑泥沙絮凝影响因素的泥沙计算数学模型.     

黏性泥沙絮凝体结构观测与分形维数估算

用液氮冷冻升华方法制备黏性泥沙絮凝体标本。实验分析指出：采用体视镜观察絮凝体的图像具有较好的立体感;激光共聚焦显微镜可以获得絮凝体水平分层断面图像;引用分形集的横切面理论,可以得到黏性泥沙在三维空间的分彤维数。     

NaCl对细颗粒泥沙静水絮凝沉降动力学模式的影响

细颗粒泥沙的絮凝沉降对泥沙输移、土壤渗透性以及污染物迁移有重要作用。在泥沙初始浓度为5g/L、10g/L、20g/L时，作者用吸管法研究了不同浓度NaCl对细颗粒泥沙静水絮凝沉降的影响，认为细颗粒泥沙相对浓度随时间的变化符合双曲线型动力学模式，泥沙絮凝沉降越快，研究发现泥沙中值沉速（中值粒径）随泥沙初始浓度和NaCl浓度的增大而增大，但泥沙初始浓度和NaCl浓度较高时渐趋缓慢；细颗粒泥沙絮凝度与分散粒径呈幂函数关系，细颗粒泥沙絮凝临界粒径为0．0245mm。     

三峡水库泥沙絮凝特征及影响因素分析

以三峡水库奉节河段和庙河河段的现场取样资料为基础,通过现场测量和室内实验分析,发现819个现场取样点中,99.4%的测点存在泥沙絮凝现象,其中83.6%的泥沙絮团直径约为单颗粒直径的3~8倍,表明在条件适合的情况下三峡水库泥沙絮凝具有普遍性,絮凝的临界粒径为0.02 mm。从库区泥沙絮凝的分布来看,主要集中在中上层水体中,并且顺水流方向呈现衰减的趋势,庙河河段的絮凝度明显小于奉节河段。库区泥沙絮凝的临界流速为0.7 m/s,流速小于0.7 m/s有利于泥沙絮凝的形成,但由于库区泥沙颗粒间的相对动能较小,泥沙絮凝难以形成稳定的大絮团,主要表现为弱絮凝。     

NaCl对细颗 粒泥沙静水絮凝沉降动力学模式的影响

细颗粒泥沙的絮凝沉降对泥沙输移、土壤渗透性以及污染物迁移有重要作用. 在泥沙初始浓度为5g/L、10g/L、20g/L时, 作者用吸管法研究了不同浓度NaCl对细颗粒泥沙静水絮凝沉降的影响, 认为细颗粒泥沙相对浓度随时间的变化符合双曲线型动力学模式, 泥沙絮凝沉降越快, 研究发现泥沙中值沉速(中值粒径)随泥沙初始浓度和NaCl浓度的增大而增大, 但泥沙初始浓度和NaCl浓度较高时渐超缓慢; 细颗粒泥沙絮凝度与分散粒径呈幂函数关系, 细颗粒泥沙絮凝临界粒径为0.0245mm.     

温度对黏性泥沙絮凝影响的机理研究

用格子玻耳兹曼方法,引入胶体作用理论(e Xtended Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek theory,XDLVO理论)模拟不同温度下两个黏性泥沙颗粒静水不等速沉降絮凝过程。结果表明,温度升高缩短泥沙絮凝时间,促进絮凝。同时分析了泥沙颗粒的运动轨迹、相对运动速度和颗粒间近距离作用力,探讨温度对泥沙絮凝的影响机理。分析结果认为温度升高一方面减小水体黏性系数,加大泥沙沉速,加快泥沙颗粒相互靠近;另一方面,增大泥沙颗粒表面吸附水膜厚度的同时,也增大泥沙颗粒之间的近距离排斥力,对吸附水膜厚度和排斥力影响的综合结果也促进了絮凝。     

均匀切变水流对黏性细颗粒泥沙絮凝的影响研究

黏性细颗粒泥沙的絮凝是河流动力学中一个重要且尚未完善的研究课题。本文以分形聚集生长理论为基础,考虑了絮团破碎、泥沙浓度等因素的影响,使用三维无网格方法,在MATLAB平台上通过模拟泥沙颗粒和絮团在布朗运动、重力沉降和均匀切变水流作用下的碰撞黏结过程,研究了水流剪切作用对黏性细颗粒泥沙絮凝的影响。研究结果表明：水流作用可提高颗粒之间的碰撞几率,促进絮凝,但高水流剪切力作用下絮团破碎现象明显,因此,水流速度梯度的大小对细颗粒泥沙的絮凝有一定的影响,即絮凝速度及絮团平均粒径随水流流速梯度的增大呈先增后减的规律;均匀切变水流作用下,絮团粒径分布均匀化,絮团在垂直水流方向上发育较好且分形维数较大。本文研究成果是进一步研究天然河道中黏性细颗粒泥沙絮凝机理的成功尝试。     

湖泊底泥絮凝沉降试验研究

湖泊底泥的运动过程产生了内源污染,加剧了湖泊生态环境的恶化。研究湖泊底泥在风浪作用下悬浮后再沉降的运移规律,可为了解湖泊水质变化成因以及开展生态环境治理提供技术支持。本课题采用有机玻璃制作的沉降桶,在静水条件下对太湖、龙感湖、巢湖的底泥进行了沉降试验,研究3个湖泊的水体在不同初始含沙浓度和不同水深条件下含沙浓度的变化,分析了3个湖泊淤泥的沉降规律,近似代表天然湖泊的底泥运动状态。试验研究表明3个湖泊水体中悬浮泥沙的沉降均为絮凝沉降,其沉降过程和沉速与单颗粒泥沙相比均发生了量和质的变化,悬浮泥沙絮凝平均沉速随沉距、含沙浓度的增大而增大。最后得出3个湖泊底泥的沉降速度,其研究结果可为采用絮凝沉降法改善水质环境提供参考依据。     

蓄泥库泥沙群体静水沉降速度研究

本文通过数模对蓄泥库泥沙群体静水沉降速率进行了研究，并得到实验验证结果。这一分析结果最后表明：建立的浓度-沉速时程关系是合理的；考虑浓度变化的泥沙群体沉降过程可分为加速、匀速、减速三个阶段；泥沙粒径、泥沙密度、悬液初始浓度对沉速影响较大，而悬液初始深度影响较小。本文建立的沉速与浓度关系对生产实践具有一定的参考价值。     

黄河泥沙架桥絮凝聚集体的分形

处理含沙量在20～30kgm3以上的高浊度水,必须采用高分子絮凝剂进行固-液分离。在这些工艺中架桥絮凝是最常见的颗粒凝聚机理。然而,对有关架桥絮凝体的构造特性知之甚少。本文采用沉降技术并结合黄河泥沙架桥絮凝体的电镜照片,对絮体分形特征进行了研究。从沉降实验数据求得稳定态泥沙絮体质量分维D3=1930±005,这表明絮体具有高度多孔的分形构造。运用分维模型及图像处理技术得到的二维分维值D2证明,如果假定所有的泥沙絮体在层流范围沉降,则会低估了质量分维值。