溶气气浮过程动力学模型的分形观

凝聚／絮凝过程中形成的絮体通常具有分形几何结构，导致絮体的密度、渗透性发生了变化，从而对于固液分离过程(沉淀、气浮和过滤)带来很大的影响。本文基于前人对于絮体分形的研究成果，建立了絮体与微气泡之间接触碰撞的动力学方程、絮体／微气泡聚集体在水中上升的分形速率方程。絮体与微气泡间的相对尺度和流态的不同会有不同的碰撞机制，相应的动力学方程式与絮体的分形维数也有不同的关系。     

臭氧气浮工艺絮体尺度与界面理化特性调控

针对臭氧气浮工艺对有机物脱色和去除性能的限制,通过阴、阳离子型聚丙烯酰胺(ployacrylamide,PAM)对以腐殖酸为代表的天然有机物絮体的尺度调控,采用气载絮体尺度、二维分形维数及絮体与微气泡间的接触角对PAM浓度梯度下形成的气载絮体进行了表征;研究了阴阳离子型PAM浓度梯度对腐殖酸的降解效果和气载絮体尺度;并探讨了阴阳离子型PAM、絮体与微气泡间的结合机理。结果表明:PAM的投加提高了臭氧气浮工艺中腐殖酸的去除性能,且气载絮体尺寸、分形维数和接触角均有所增大;在不同类型PAM中均存在最佳PAM剂量,在此剂量下,体系内去除效果、气载絮体大小和接触角最大、分形维数最小;在最佳PAM剂量下,与阴离子型PAM相比,阳离子型PAM形成气载絮体的大小和接触角较大,分形维数较小,且去除效果较好。在臭氧气浮体系中,通过改善PAM、絮体与微气泡结合静电作用力的强弱形成了利于气浮的气载絮体尺度,提高了对腐殖酸的去除效果。     

絮凝形态学研究及进展

从水体中原始颗粒、絮凝剂和絮体 3个方面综述了絮凝形态学的研究进展 ,尤其是分形理论在絮凝理论与工程中的应用。絮体是具有自相似或自仿射和标度不变的分形结构 ,其分形维数是描述絮凝过程的重要因素。絮体分形结构导致了絮体碰撞的作用半径、有效密度等变化 ,从而对颗粒物分离过程有重要的影响。     

絮凝形态学研究及进展

从水体中原始颗粒、絮凝剂和絮体3个方面综述了絮凝形态学的研究进展，尤其是分形理论在絮凝理论与工程中的应用。絮体是具有自相似或自仿射和标度不变的分形结构，其分形维数是描述絮凝过程的重要因素。絮体分形结构导致了絮体碰撞的作用半径、有效密度等变化，从而对颗粒物分离过程有重要的影响。     

微污染矿井水中微絮体的形成及分形特征

利用分形理论阐述了微污染矿井水中微絮体形成的分形生长特征,考察了微絮体形成过程中的影响因素,探讨了微絮凝机理,利用絮体的分形维数表征各影响因素对微絮体形态的作用结果,结果表明,微絮体形态与其分形维数之间具有良好的相关性,且分形维数越大,微絮体更加紧实,越易于沉降,滤后水的浊度越小；同时考察了微量铁锰离子对微絮体形态的影响,为微絮凝深床过滤工艺参数的改进提出了建议.     

基于絮体生长特性和体系稳定性的海水混凝过程

以三氯化铁和聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)为主要原料,制备PFC-PDMDAAC复合絮凝剂,分析其形貌特征,考察对海水的絮凝效果,并监测絮凝过程中絮体聚集变化、动态沉降及不同温度下絮凝程度的变化规律.结果表明,PFC-PDMDAAC的长链枝权状结构使其具有较好的除浊效果;当投加量从1×10-5mol/L增加到2×10-4 mol/L,体系中絮体平均粒径从5.92 μm增大至53.7 μm,粒径变化速率从65.5133 μm/min增加到5 385.66 μm/min;絮凝指数FI受海水温度的影响很大,温度越低,FI曲线上升越缓慢;与未投絮凝剂、投加PFC相比,投加PFC-PDMDAAC的海水体系具有较大的稳定动力学参数.通过定量分析絮体平均粒径、粒径变化速率、絮凝指数FI及稳定动力学参数等,从絮体特性和体系稳定动力学角度为监测混凝过程提供参考.     

pH对混凝超滤组合工艺性能的影响

在聚合氯化铝(PACl)投加量为4 mg/L条件下,通过调节原水的初始p H值,考察p H条件对混凝超滤组合工艺的净水性能及膜污染的影响。结果表明:当p H为7.5时,组合工艺对COD_(Mn)、UV_(254)、DOC的去除率分别为40.2%、35.4%和36.1%;当p H降至4.5时,对应的去除率分别增加至52.9%、52.1%和42.0%。酸性条件下,膜池内絮体的分形维数大,絮体结构密实,膜污染速率较快;当p H等于4.5时,絮体分形维数为1.75±0.15,尺寸大于500μm的絮体数占总絮体数的9%。中性及偏碱性条件下,絮体分形维数小,絮体结构松散多枝,膜污染速率缓慢;当p H等于7.5时,絮体分形维数为1.37±0.05,尺寸大于500μm的絮体占65%。针对该水库的水质状况,控制原水p H为7.5有利于混凝超滤膜组合装置的运行。     

絮体破碎再形成行为的计算机模拟

为了深入探讨絮体破碎行为对其分形成长及结构的影响,借助一种简化的絮体破碎模式对絮体破碎/再形成过程进行计算机模拟。通过对比分析破碎前后虚拟絮体的形态特征及其统计特性,得出如下主要结论：（1）絮体发生破碎后,所形成碎片的形态特征直接影响着再形成絮体的形态及恢复程度;（2）絮体外围枝杈结构的破坏,有利于运动粒子进入絮体内部或者均匀地排列在凝聚核周围,改善絮体质心附近颗粒的空间分布,从而有效地提高其致密性和抗剪切破坏能力;（3）在絮体分形成长过程中,存在一个使其由各向同性向各向异性过渡的临界状态,之后发育良好的枝杈对其余枝杈生长的抑制作用增强。此外,在实际操作时还应严格控制絮凝体系的物化条件,不宜使絮体过度破碎,以获得较好的絮凝效果。     

絮体性状实时图像检测系统的开发与应用

概述了水处理絮体性状(包括絮体粒度、分形维数及表观强度)在线图像检测系统的开发,结合实验室条件下的混凝实验考查了该实时图像检测系统的应用情况.结果表明,利用该图像检测系统获取的数据符合一般混凝实验的结果,且对混凝慢速搅拌时间、原水浊度及混凝剂投加量有不同程度的敏感性.在进一步研究的基础上,该图像检测系统可在水处理混凝过程的自动控制中加以应用.     

pH对活性污泥表面特性和形态结构的影响

采用4个平行的序批式反应器,研究了不同pH下活性污泥絮体表面特性和形态结构的变化.结果表明:酸性条件下(pH=4.0,5.5)污泥产生的胞外聚合物总量较多,其中多糖和蛋白质的含量远大于中性(pH=7.0)和偏碱性条件(pH=9.0).污泥表面Zeta电位随pH的升岛而降低;pH对污泥相对疏水性的影响规律并不明显,EPS组成比例较EPS总量本身更易影响污泥表面相对疏水性;此外,在酸性条件下,丝状菌大量生长,导致污泥絮体的平均粒径增大,并且呈现双峰粒径分布,絮体分形维数较低,结构松散;在中性条件下,无明显丝状菌牛长,絮体平均粒径减小,分形维数较高,结构致密;偏碱性条件下,虽然没有出现大量丝状菌,但絮体平均粒径较中性条件略有增大,分形维数相应减小.     

高气泡表面积通量浮选柱气浮除藻的研究

湖泊、水库等水源的富营养化,使藻类去除成为饮用水生产的重要任务.本研究采用高气泡表面积通量浮选柱气浮除藻,考察了混凝剂、气泡表面积通量和浮选柱高度等因素的影响.试验表明,高气泡表面积通量浮选柱气浮可高效地去除绿藻、硅藻和蓝藻,叶绿素a和藻类去除率达95%以上,比传统浮选柱气浮和沉降作业有较大幅度提高.与普通气浮柱比较,高气泡表面积通量浮选柱增加了气泡与藻的碰撞几率,防止因大表观充气速率造成的紊流和扰动,使气泡/藻结合体有相对静态的浮升环境,避免了气泡/藻结合体在浮升过程中的脱落,实现对藻类的迅速捕集和转移.     

高气泡表面积通量浮选柱气浮除藻的研究

湖泊、水库等水源的富营养化，使藻类去除成为饮用水生产的重要任务。本研究采用高气泡表面积通量浮选柱气浮除藻，考察了混凝剂、气泡表面积通量和浮选柱高度等因素的影响。试验表明，高气泡表面积通量浮选柱气浮可高效地去除绿藻、硅藻和蓝藻，叶绿素a和藻类去除率达95％以上，比传统浮选柱气浮和沉降作业有较大幅度提高。与普通气浮柱比较，高气泡表面积通量浮选柱增加了气泡与藻的碰撞几率，防止因大表观充气速率造成的紊流和扰动，使气泡／藻结合体有相对静态的浮升环境，避免了气泡／藻结合体在浮升过程中的脱落，实现对藻类的迅速捕集和转移。     

共存物质对重金属絮凝剂 MCC 除镉性能的影响简

为进一步拓展天然高分子絮凝剂壳聚糖的应用范围，以壳聚糖、L-半胱氨酸为原料，通过酰胺化反应制备一种具有重金属捕集功能的高分子重金属絮凝剂-2-氨基-3-巯基丙酰壳聚糖（MCC），研究了水体中常见的阴阳离子、有机配位剂及浊度对MCC除镉性能的影响，探讨了絮体形貌与絮体分形维数及絮凝除镉效果间的关系。结果表明，Na⁺、Cl^-、NO₃^-、F^-、SO₄^2-的存在对MCC除Cd²⁺均有促进作用，Ca²⁺表现为明显的抑制作用；低浓度的EDTA对除镉有促进作用，随着EDTA浓度的增大，逐渐转为抑制作用；低浓度的腐殖酸对MCC去除Cd²⁺有显著的促进作用；在一定范围内，浊度可促进 MCC对Cd²⁺的去除；絮体间空隙越多，絮体分形维数越小，除镉效果越好。     

共存物质对重金属絮凝齐MCC除镉性能的影响

为进一步拓展天然高分子絮凝剂壳聚糖的应用范围，以壳聚糖、L-半胱氨酸为原料，通过酰胺化反应制备一种具有重金属捕集功能的高分子重金属絮凝剂-2-氨基-3-巯基丙酰壳聚糖（MCC），研究了水体中常见的阴阳离子、有机配位剂及浊度对MCC除镉性能的影响，探讨了絮体形貌与絮体分形维数及絮凝除镉效果间的关系。结果表明，Na＋、Cl-、N03、F-、SO4 2-的存在对MCC除Cd2＋均有促进作用，Ca2＋表现为明显的抑制作用；低浓度的EDTA对除镉有促进作用，随着EDTA浓度的增大，逐渐转为抑制作用；低浓度的腐殖酸对MCC去除Cd2＋有显著的促进作用；在一定范围内，浊度可促进MCC对Cd2＋的去除；絮体间空隙越多，絮体分形维数越小，除镉效果越好。     

絮凝体分形维数投药控制研究

依据分形理论，通过先进的图像分析处理技术，实现了对絮凝体分形维数的联机在线监测，试验证实分形维数可以很好地反映絮凝程度及其混凝处理效果，通过建立的混凝剂投加量、分形维数及沉后水浊度三者间的模糊控制模型，最终实现了对混凝剂投加量的自动控制与调节。     

絮凝体分形维数投药控制研究

依据分形理论,通过先进的图像分析处理技术,实现了对絮凝体分形维数的联机在线监测,试验证实分形维数可以很好地反映絮凝程度及其混凝处理效果,通过建立的混凝剂投加量、分形维数及沉后水浊度三者间的模糊控制模型,最终实现了对混凝剂投加量的自动控制与调节.     

调理污泥在剪切测试过程中的絮体与聚集体之间的转化研究

通过分析Floccky流变测试过程中不同持续剪切时间下调理污泥絮体的流变、几何和物理特征的变化,探讨了上述过程中絮体与聚集体之间的转化。结果表明,在zetag7557阳离子有机高分子絮凝剂的最佳调理投药量下,调理污泥体系的弹性网络结构的强度和耐剪切力达到最大。当絮凝剂投加到污泥悬浊体系中,大尺寸的聚集体立即出现,而且在一定范围内,随着持续剪切时间的延长,这些聚集体继续生长,此后,随着持续剪切进行,这些聚集体逐渐变成小甚至成为越来越小的絮体。在上述过程中,Floccky流变曲线上的扭矩值也呈现类似的变化趋势;弹性网络结构强度的极值出现在形成大尺寸聚集体的调理污泥体系中,但形成最大的聚集体或平均直径的调理污泥体系并不能保证弹性网络结构强度达到极值,而且调理污泥絮体分形维数的极值与Floccky流变曲线上特征峰的极值并不重合。此外,残余在悬浊体系中的zet-ag7557絮凝剂可以中和部分因调理污泥絮体剪切破碎后新出现的表面负电荷。     

高分子重金属絮凝剂MCC制备及除铜去浊性能

以壳聚糖、L-半胱氨酸为原料,通过酰胺化反应制备了一种具有重金属捕集功能的高分子重金属絮凝剂-2-氨基-3-巯基丙酰壳聚糖(MCC)。以含铜废水为处理对象,通过正交实验研究了MCC的最佳制备条件,对其除铜性能进行了全面探讨,并对絮体形貌进行了观察和分析。结果表明,在最佳条件下制得的MCC具有除浊和捕集重金属离子双重功能,形成的絮体量较大、沉速快,出水水质好,重金属回收率较高,残渣稳定,不易造成二次污染,絮体分形维数越小,空隙越多,除铜效果越好。