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。     

基于响应面法优化混凝效果及其机理研究

为了考察pH值、混凝剂与助凝剂投量、搅拌强度和絮凝时间等因素对混凝过程的综合影响,以硫酸铝作为混凝剂,PAM作为助凝剂对高岭土原水进行处理,以浊度、絮体平均粒径及分形维度作为响应值,采用响应面法对混凝条件进行优化并对混凝机理进行分析,最终建立了包括所有参数在内的回归模型方程。结果表明,当原水浊度为95.47 NTU时,在pH值为8.00、硫酸铝投量为21.47 mg/L、PAM投量为5.75 mg/L,搅拌强度为31.41 r/min,絮凝时间为19.37 min条件下,浊度去除率为87.42%,混凝效果极好。对建立的回归模型方程进行求导分析,得到不同因素对混凝效果的影响权重,发现投药量(助凝剂、混凝剂)和pH值对混凝效果的影响最为显著,对絮体的形态结构起决定作用;搅拌强度、絮凝时间等工况影响絮体形成速率和最终形态,对混凝效果影响较小。在最优条件下进行3组平行实验,实际浊度与预测值的相对误差为2.66%,表明该模型对实际工程中优化工况以强化混凝效果具有指导作用。     

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。     

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。     

微污染源水的混凝处理及絮体粒径研究

微污染源水的处理已经成为一个重要课题并在全世界范围内引起广泛关注,其中的浊度、腐殖质等影响到了饮用水水质。混凝是一种安全、实用、高效的水处理技术,而混凝剂是混凝技术的核心,选择一种合适的混凝剂至关重要。以硫酸铝（AS）、聚合氯化铝（PAC）、氯化铁、聚合氯化铁（PFC）等4种混凝剂处理微污染源水,再分别与助凝剂PAM、活化硅酸（ASI）复配使用,PAM与ASI具有较好的吸附架桥能力,大大提高了絮凝效率。通过检测浊度、UV₂₅₄、絮体粒径3个指标,得出这4种混凝剂单独使用时的最佳投加量分别为22、18、16、8 mg/L;与PAM复配使用时PAM的最佳投加量分别为0.1、0.1、0.05、0.2 mg/L;与ASI复配使用时ASI的最佳投加量分别为0.5、1.5、1.0、1.0 mg/L。另外,自然水体中有机物的降解会产生腐殖酸,从而污染水质。分别使用聚丙烯酰胺（PAM）、PAC以及两者复配,通过检测混凝后的UV₂₅₄以及絮体粒径指标,得出PAM、PAC单独使用时的最佳投加量分别为8、100 mg/L,PAM与PAC复配时PAM的最佳投加量为0.8 mg/L,证明复配可在低投加量下有效增强混凝效果。     

给水絮凝处理中壳聚糖的助凝作用和机理

为能高效除浊,又能去除水中有机污染物,将无机絮凝剂聚合氯化铝与天然高分子絮凝剂壳聚糖协同使用,用于自来水厂的给水絮凝处理.考察助凝剂壳聚糖投加量、pH、壳聚糖相对分子质量等因素对浑浊度和有机物去除效果的影响,采用微电泳仪测定了絮凝过程中溶液Zeta电位的变化,通过电子显微镜和im-ageJ图像处理软件,对絮体形态进行分析.结果表明,在以黄河水为水源的自来水厂的给水絮凝处理中,以壳聚糖(CTS)作为聚合氯化铝(PAC)的助凝剂,pH为7.5时,PAC投加35mg/L,CTS投加0.15mg/L时,壳聚糖的助凝效果显著.壳聚糖的絮凝以吸附架桥为主,电性中和为次.显微摄像系统絮体的形态分析表明,单加PAC、PAC/CTS协同絮凝处理水样后絮体的分形维数分别为1.294和1.385.     

混凝-超滤系统中混凝剂对絮体特性及膜污染的影响

采用腐殖酸(HA)配水考察混凝剂类型和投加量对水中有机污染物去除效果、膜污染构成及发展规律的影响,并探讨絮体粒径、密实度等形态特征与絮体滤饼层阻力间的内在联系.结果表明:PAC和Fe Cl3作为混凝剂均能有效地去除水中的HA,但以Fe Cl3作为混凝剂时膜污染更加严重.在较低混凝剂投加量下,PAC和Fe Cl3产生的絮体细小,容易形成致密滤饼层,导致过滤阻力增大;随着混凝剂投加量的增加,絮体更容易碰撞成长,粒径增大,形成结构疏松的滤饼层,减小过滤阻力;与PAC相比,Fe Cl3絮体结构更加密实,因此滤饼层导致的膜污染更加严重.     

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.     

活性污泥-化学混凝与化学混凝工艺比较

在传统混凝烧杯实验的基础上,将实验室培养的活性污泥与化学混凝剂先后加入中纤板废水,并联合曝气和机械搅拌的方式,以期通过活性污泥的吸附絮凝作用,提高混凝效果.将新工艺与传统化学混凝工艺进行比较.结果表明:两种工艺对于悬浮固体(SS)的去除效率均能达到98%以上,但新工艺对于化学需氧量(COD)和溶解性化学需氧量(SCOD)的去除率分别比传统化学混凝工艺高20%和10%;当废水含量突然下降时,新工艺抗负荷冲击能力比传统化学混凝法高,能确保出水水质不大幅下降;新工艺出水Zeta电位的绝对值比传统化学混凝的高,但仍在实现最佳混凝效果的范围内;新工艺对中纤板废水中小粒径颗粒物的去除效果比传统化学混凝工艺好;在新工艺产生的絮体中,污泥将氢氧化铝晶粒和捕获的颗粒物之间的孔隙填充,并将其包裹起来,使得絮体更加致密.     

聚合硫酸铁的混凝机理

结合笔者的研究及国内外他人的试验结果，运用物理化学的基本原理、混凝理论，探讨了聚合硫酸铁（ＰＦＳ）的混凝机理、性能。阐明了ＰＦＳ在混凝过程中，形成的絮体具有吸附量大，结构紧凑密实，强度高，混凝沉降物沉降速度快的特点，从而大大提高了ＰＦＳ的混凝效果。使ＰＦＳ广泛应用于多种领域的水处理中，是一种较理想的无机高分子混凝剂。