絮凝体的分形特性研究

试验现象及电镜照片研究表明,絮凝体表面和内部具有高度不规则性,絮凝体的结构及其形成过程具有分形特征。从絮凝体的密度、孔隙率,絮凝体的粒径分布,絮凝体的强度、沉速,絮凝条件与分数维的关系并结合黄河泥沙试验,概述了絮凝体的分形特性及结构特征,同时对影响絮凝体分形特性的因素进行了分析。     

长江口徐六泾河段洪季中水期悬浮泥沙沉降特性

2007年9月27日至10月5日长江口洪季中水期间,在徐六泾2号水文平台处,结合OBS3A、LISST100(B)和ADCP对该地区的悬浮泥沙在大中小三种不同潮型下进行观测.详细分析了洪季中水期该处悬浮絮凝体沉降特性,结果表明不同潮差会对絮凝体的特性产生较大的影响,在相同絮凝体粒径下,大潮差时絮凝体有效密度和沉降速度都是小潮差时絮凝体的1.5倍,整个测量期间沉降速度约为0.5～3.0mm/s.针对目前利用分形学研究泥沙沉降特性的成果结合本文结果可知徐六泾处絮凝体质量分形维数约为2.5,并且由于泥沙形状及分布不均的影响泥沙沉降特性的系数约为0.43～0.5.     

机械絮凝与折板絮凝冬季运行对比分析

为对比折板絮凝与机械絮凝对低温低浊水的处理效果,特选取黄河下游两个原水水质与混合工段相似的水厂。基于颗粒物粒径分布与浊度分析,表明相较于折板絮凝,机械絮凝可以为絮体的成长提供良好的水力条件,各级絮凝段颗粒物密度系数A和颗粒物粒径分布系数β均低于相应折板絮凝工段,大粒径颗粒物占比明显提高,出水中1μm以上颗粒物平均粒径为6.5μm,高于折板絮凝出水颗粒物平均粒径3.1μm。此外,经相同烧杯沉淀后,机械絮凝与折板絮凝出水浊度分别为(1.1±0.2)NTU与(2±0.3)NTU。研究结果表明机械絮凝在降低浊度和COD_(Mn)等方面,效果优于折板絮凝,为水厂运行优化及水质提标提供理论和实践基础。     

长江口大面积水域絮凝体粒径分布规律研究

利用现场激光粒度仪LISST-100在长江口水域进行了大范围絮凝体测验,对所得到的数据进行分析研究。结果显示,沿程各测站絮凝体粒径与体积浓度的关系曲线变化趋势在长江口内和口外以及口内和口外之间过渡段分别遵循各自的规律,而且口内各测站体积浓度最低点所对应的絮凝体粒径惊人的相似,皆为5.27μm。用数理统计方法分析所得到的数据表明,长江口大面积水域最稳定的絮凝体粒径为220μm左右;从絮凝体平均粒径的分布情况来分析,口内较口外具有更大的絮凝潜在能力。     

利用LISST观测絮凝体粒径、有效密度和沉速的垂线分布

2003年6月,利用B型现场激光粒度仪LISST_100在长江口徐六泾站定点连续观测了洪季大潮垂线细颗粒悬浮泥沙的实有粒径、体积浓度,利用OBS-3A测量现场悬沙浓度。计算了现场絮凝体有效密度和沉速。观测结果显示现场细颗粒泥沙絮凝体的平均粒径从表层到底层逐渐增大,表层为30～60μm,中层为50～80μm,底层超过90μm。絮凝体有效密度受水动力条件控制,从表层到底层逐渐减小,有效密度在532～1456kgm3之间;絮凝体的现场沉速从表层到底层逐渐加大,沉速变化范围在070～562cms之间。     

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.     

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。     

长江口最大浑浊带表层水体悬沙粒径对离水光谱反射率的影响

利用长江口最大浊度带2008年3月和2009年5月的现场测量光谱和悬浮泥沙参数,讨论了引入悬浮泥沙粒径因子的反演模式,并尝试将絮凝体粒径参数引入模式,分析悬浮泥沙室内粒径与现场粒径对长江口表层水体离水光谱反射率的影响。结果表明,从理论分析来看,粒径对光谱产生影响的机理很明确,但采用平均粒径和中值粒径作为参数,引入经验模型,模型的精度反而降低。絮凝体粒径受到水动力和盐度影响,短周期性更强,与光谱反射率的相关关系更低。这可能与粒径分布的影响相对悬沙浓度对光谱反射率的贡献要小很多,粒径分布对光谱的影响信息极容易被掩盖掉有关。建议采用更有效的粒径描述方式,比如絮凝体投影表面积参数等以获得更好的结果。     

黄河高浊度水的絮凝形态学特性

在黄河泥沙高浓度悬浊液中投加阳型高分子聚合物进行沉降试验时，借助电镜观察、图像分析技术与“分维”特征参数，探讨了不同絮凝阶段含沙高浊水絮凝形态学参数的变化规律。结果表明：分形絮体的粒径呈广义的正态分布；絮体自由沉速的变化规律不能用传统的Stokes定律解释；不同泥沙浓度对应的絮凝形态学特性的发展变化规律相似；理想絮体分形结构出现在絮凝过程的中间时段，此时，絮体粒度分布集中、密实程度高、孔隙率小、沉速快、分维值最大。     

有机质环境的高岭土动水絮凝特征研究

河口海岸地区黏性细颗粒泥沙的絮凝研究,特别是有机质与无机质联合作用下的泥沙絮凝研究,对探索河口海岸沉积动力学过程具有科学意义。选用无机质高岭土和可溶于水的有机质瓜儿豆胶,在动水条件下开展泥沙絮凝影响试验研究。采用自主研发的非侵入式絮凝体观测系统对动水条件下泥沙絮凝体及其分布进行直接观测,分析高岭土在不同悬沙浓度、水体紊动强度及瓜儿豆胶浓度等作用下的絮凝特征。研究结果表明：有机质显著促进高岭土的絮凝,使絮凝体中值粒径从70μm左右增大到200μm以上,但其对絮凝的促进作用有峰值效应,且达到峰值后会产生一定的抑制。较强水体紊动和较高悬沙浓度对絮凝体生长均产生一定的抑制作用。     

水库泥沙絮凝机理研究

天然水体泥沙絮凝的作用力主要来源于颗粒表面的电荷作用,其絮凝的基本原理可以采用DLVO理论分析研究。以三峡水库中的水体环境因素为基础,通过DLVO理论量化了颗粒之间的作用能和作用力。通过对颗粒之间位能曲线上特征值与泥沙颗粒相对运动具有的动能之间的对比,得到了泥沙颗粒能够形成絮凝的水动力条件。对比三峡水库具体的水动力因素发现,坝前水深较大,当泥沙处于水体的中层时更容易产生絮凝;水库中泥沙的絮凝体均较为疏松,颗粒之间相互作用力较小,容易在水流中被剪切破坏。最后通过力的平衡关系得到了絮凝体的极限下沉速度,沉速等于絮凝体极限下沉速度的单颗粒泥沙粒径即为絮凝临界粒径,约为0.019 mm,小于临界粒径的单颗粒泥沙的沉速需要考虑絮凝因素而进行修正。     

河湖淤泥絮凝沉降特性试验研究

絮凝沉降性能是河湖疏浚淤泥资源化处理中重要且未完善的研究课题。以武汉沙湖、官桥湖及南湖3种淤泥为研究对象,通过沉降筒试验,利用清浑交界面沉降速度和上清液浊度研究了粒径分布、初始含沙量及高分子聚合物对河湖淤泥絮凝沉降特性的影响规律,并探讨了沉降筒尺寸对试验结果的影响。试验结果表明:河湖淤泥粒径越小,淤泥絮凝沉降越慢,上清液浊度越小;随初始含沙量的增加,河湖淤泥整体沉降速度变小,但当初始含沙量增加到一定值后,初始含沙量的影响作用开始变弱;高分子聚合物会促进河湖淤泥絮凝沉降;沉降筒尺寸虽然对试验结果略有影响,但对于分析河湖淤泥絮凝沉降特性无较大影响。研究河湖淤泥絮凝沉降特性对于河湖通航、蓄洪、水质修复、疏浚淤泥的处理均有重要意义。     

长江口细颗粒泥沙沉降速度室内试验研究

对细颗粒泥沙的基本特性尤其是沉降特性进行深入探索有助于解决泥沙学科很多悬而未决的问题。在查阅大量中外文献的基础上,借助大型可温控自动搅拌沉降试验筒,对长江口天然细颗粒泥沙的沉降机理展开了室内试验。结果表明:含沙量和粒径均是影响细颗粒泥沙沉速的重要因子,并进一步推断细颗粒泥沙絮凝沉降的过程可能是一个絮凝体、絮网结构"网捕-重构"的过程。     

黄河泥沙架桥絮凝体分形结构的动态演变研究

黄河泥沙架桥絮凝试验研究表明 ,剪切絮凝条件下泥沙絮凝体的最佳絮凝结构只能维持一段时间。在整个剪切絮凝过程中 ,泥沙絮凝体的分形结构从疏松多孔、开放的分枝状DLCA构造 ,逐步演变到密实的最佳RLCA构造后 ,又开始呈现疏松脆弱结构。絮凝体分维值上升至某一值后 ,又以微小的幅度下降。停止搅拌后 ,泥沙絮凝体粒径能在瞬间长大 ,但絮团结构脆弱稀疏 ,分维值低     

波流联合作用下珠江磨刀门河口絮凝问题研究

基于2013年3月29-31日河口拦门沙外固定船载和座底三脚架观测数据,分析了磨刀门河口细颗粒泥沙絮凝体发育规律及其影响因素。磨刀门河口水体中絮凝体约以62.5μm为临界粒径分成大、小絮凝体两种存在形式,且以小絮凝体组分为主;磨刀门河口水体盐度对絮凝体发育影响作用不明显,含沙量变化在一定条件下可以促进絮凝体发育;波流动力是控制絮凝体发育的主要因素,其中流速大致以0.32 m/s为临界值,波浪以0.75 m为临界有效波高,均对絮凝体的发育存在双重影响作用。波流联合动力对絮凝体发育影响较为复杂,不同阶段对絮凝体发育主控因素有所差异,磨刀门河口细颗粒泥沙的絮凝临界剪切应力约为1.25N/m2,波、流同时达到絮凝临界值时为絮凝体发育最佳条件。     

四氯化锆与硫酸铝处理微污染水的絮体形态及强度

以某微污染水库水为研究对象,采用激光粒度仪对四氯化锆(Zr Cl4)和酸铝(Alum)的絮凝、破碎及再絮凝过程絮体粒径进行了在线监测,对比考察了不同PH条件下,2种混凝剂形成的絮体的粒径、生长速率、分形维数及强度。     

AlCl3、MgCl2、CaCl2和腐殖酸对高浊度体系细颗粒泥沙絮凝的影响

以细颗粒泥沙为主的河口区往往存在最大浑浊带,对高浊度体系细颗粒泥沙的絮凝研究有助于了解最大浑浊带的形成机制。本文通过实验研究AlCl3,MgCl2,CaCl2和腐殖酸四种絮凝剂对长江口细颗粒泥沙浊度变化的影响,从絮凝率、絮团粒径和Zeta电位变化三方面综合分析了四种絮凝剂对泥沙絮凝的作用机理。结果表明:1)随着金属离子浓度增大细颗粒泥沙絮凝率逐渐增大,粒径增大,而电位绝对值变小;随着腐殖酸浓度增大细颗粒泥沙絮凝率降低,粒径增大,电位绝对值增大;2)各絮凝剂单独存在时的絮凝机理与多组分复合絮凝作用机理有明显不同,C-P-OM复合絮凝模式能够较好地揭示长江口高浊度区细颗粒泥沙絮凝体的形成机制。     

长江口浑浊带絮凝体特性

2005年1月,在长江口浑浊带所在的南槽水域,利用现场激光粒度仪(LISST-100),在不扰动天然细颗粒泥沙絮凝体的情况下,定点连续测量了涨落潮变化过程中表层水体细颗粒泥沙絮凝体的级配谱;并用OBS-3A和ADP同步测得表层水体的含沙量、盐度和流速.数据分析表明,在长江口浑浊带水域存在明显的粘性细颗粒泥沙絮凝现象,絮凝体的形成和破碎过程非常明显:水流动力条件直接导致絮凝体的破碎,盐水则促进絮凝体的形成;水流流速和盐度的变化分别造成了絮凝体的四分之一日和半日周期的变化,在长江口浑浊带水域盐度对粘性细颗粒泥沙絮凝的影响比水动力条件的影响更大且更快;粘性细颗粒泥沙发生絮凝现象的临界粒径为32.5μm左右.这为长江口浑浊带形成机制及长江口粘性细颗粒泥沙动力沉积过程的研究提供了依据.     

砂石骨料加工废水电絮凝处理实验研究

针对利用传统絮凝沉淀法处理水电工程砂石骨料加工废水效果不理想的问题,通过室内实验研究了电絮凝处理砂石骨料加工废水中高浓度悬浮物的性能,并优化了相关的工艺参数。结果表明,铝适合用作电絮凝阳极材料,最佳电流强度和电解时间分别为0.08 A和4 min,初始悬浮物浓度宜控制在50 000 mg/L以内。电絮凝前,自然沉降能够有效去除粒径在8 μm以上的悬浮颗粒和总体悬浮物负荷,最佳的自然沉降时间为2 h。通过比较絮凝前后及自然沉降后的悬浮物颗粒粒径分布,发现电絮凝对粒径1~2 μm的细颗粒去除性能优异。若采取沉淀+电絮凝的措施,对砂石骨料加工废水高浓度悬浮物的处理效果更佳。     

黏性泥沙絮凝影响因素研究综述

黏性泥沙絮凝是泥沙动力学中的一个重要课题,由于自然水体中泥沙颗粒分布很广、水体环境不断变化,水温、盐度、流速、水环境等会对黏性泥沙絮凝产生各种影响,故对于各因素对絮凝的影响机理和影响效果的研究就十分重要。从微观角度介绍了黏性泥沙絮凝的机制,基于其絮凝机制,从泥沙特性、环境介质、环境动力这几个大方面出发,进一步讨论了各种影响因子(水流紊动,矿物种类,泥沙浓度,泥沙粒径及形态、离子、微生物等)对泥沙絮凝的过程的影响效果,并分析了现有研究中存在的不足。