絮团形态的动态演变

实验考察了絮凝过程中广义絮团(包括单体颗粒、线状絮团、面状絮团及体状絮团)的黏性分维数、特征黏度、絮团的黏性组成等随絮凝时间的动态演变。结果表明,在絮凝过程中,单体颗粒的黏性分维数与其拓扑维数一致,其余各类絮团的黏性分维数均小于其对应的拓扑维数,其中线状絮团的分维数基本不受絮凝时间的影响,但面状絮团及体状絮团的分维数随絮凝过程的进行逐渐增大但最终趋于稳定;所有絮团的特征黏度与絮凝时间无关,其中线状、面状及体状絮团的特征黏度依次具有10~3、10~4和10~5的数量级;各类絮团的黏性组成随絮凝过程的进行表现出不同的变化态势。     

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。     

微生物絮凝剂PF-2的成分分析及絮凝机制研究

筛选得到的荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)产生的絮凝剂——PF-2在处理高岭土悬浊液时,具有用量少、絮凝效果好等优点,对高岭土悬浊液的絮凝率可达96.5%.呈色反应和紫外扫描的测定结果表明,PF-2大部分为胞外分泌的多糖,含有少量的核酸,提取后每升发酵液可制得絮凝剂粗品2.3 g;ζ电位测定及氢键和离子键检验结果表明,PF-2与高岭土颗粒之间的作用力为离子键;红外光谱扫描分析PF-2中含有O-H、C-H、C＝C和C-O-C等多糖的特征吸收峰;利用扫描电镜观察絮体形态表明,絮体结构密实,其絮凝机制为PF-2和高岭土以离子键的形式结合,之后通过架桥作用絮凝沉淀.     

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。     

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。     

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。     

聚合铝水解形态对混凝效果及絮体特性的影响

采用微量滴定法制备不同碱化度的聚合铝,并测定其铝形态分布,通过其对腐殖酸-高岭土水样进行烧杯实验,依据絮体的Zeta电位、浊度、UV254及絮体强度因子及恢复因子等参数,以综合评价聚合铝水解形态的混凝机理及其絮体特性。结果表明:聚合铝投加前后铝形态分布存在很大差异,碱化度越低影响越明显,碱化度为0.5的聚合铝中Ala含量由原来的69.57%变为4%左右,而其Alc由9.36%变为50%左右;预制铝的中聚体和高聚体形态在混凝过程中相对比较稳定,而低聚合度的Ala变化显著;Alb电中和能力强,对溶解性有机物去除效果好,其絮体成长速度慢但絮体强度高;Alc具有较强的吸附架桥能力,能促进浊度的去除;预制Alc的吸附架桥能力强于水解生成的Alc,但其絮体恢复性能差。     

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。     

混凝一气浮控制三卤甲烷生成势的研究

研究了混凝一气浮工艺对不同分子量区间三卤甲烷生成势（trihalomethanes formation potential，THMFP）的去除效果及絮体形态对THMFP去除效果的影响。结果表明，混凝一气浮工艺以去除大分子量区间THMFP为主，对小分子量区间THMFP的去除效果较差。UV254值与THMFP值的线性相关系数为0．9449，UV254值可以较好地反映THMFP的含量。絮体的分形维数为1．17～1．2时，孔隙率较大，可增加絮体对THMFP的活性吸附空间，且絮体相对密度较小，可增强同向絮凝作用，增加絮体和THMFP的接触概率，有利于气浮对THMFP的去除。     

混凝-气浮控制三卤甲烷生成势的研究

研究了混凝一气浮工艺对不同分子量区间三卤甲烷生成势（trihalomethanes formation potential，THMFP）的去除效果及絮体形态对THMFP去除效果的影响。结果表明，混凝一气浮工艺以去除大分子量区间THMFP为主，对小分子量区间THMFP的去除效果较差。UV254值与THMFP值的线性相关系数为0．9449，UV254值可以较好地反映THMFP的含量。絮体的分形维数为1．17～1．2时，孔隙率较大，可增加絮体对THMFP的活性吸附空间，且絮体相对密度较小，可增强同向絮凝作用，增加絮体和THMFP的接触概率，有利于气浮对THMFP的去除。     

剪切应力对活性污泥絮体特征的影响

采用具有自动控制系统可周期性改变搅拌速度的生物反应器处理生活污水,研究了剪切应力周期变化对活性污泥絮体特征及功能菌群分布的影响。结果表明,在相同的运行条件下,运行初期的污泥形态不规则,结构疏松,其内部各功能菌群丰度差异较大,污泥絮体粒径受剪切应力影响较大,最大和最小剪切应力下污泥平均粒径相差30μm;随着反应器运行时间的延长,活性污泥絮体的粒径减小;到达运行稳定期,污泥粒径较小,但结构紧实,最大和最小剪切应力下污泥平均粒径相差仅为6μm,说明剪切应力对污泥粒径的影响减弱,其主要作用在于维持污泥絮体相对稳定的三维结构及相对平衡的功能菌群分布。此外,处理效果研究也表明,稳定的污泥结构有助于污染物去除效率的提高。     

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。     

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.     

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。     

铁量、硅量与聚硅酸铁絮凝性能的关系

成功制备了具有良好稳定性的、不同铁硅比的聚硅酸铁(PFS),对高岭土悬浮液有很好的絮凝效果。实验结果表明:铁量是决定聚硅酸铁絮凝性能的主要因素,铁量在9~32 kg/t时,聚硅酸铁具有较好的絮凝性能,其最佳值在24~27 kg/t之间,此时上清液透光度达到95%以上。在最佳铁量范围内,硅量决定最终絮团体积的大小,硅量大则最终絮团体积大,上清液透光度略高,絮凝性能也略优。电动电位测定结果表明,在聚硅酸铁作用下高岭土颗粒表面电位由负变正。     

pH对铝盐絮凝剂形态分布与混凝除氟性能的影响

对比研究了AlC13和3种不同碱化度的聚合氯化铝(PACl)在不同pH与投量下除氟效果,并对不同形态铝盐除氟机理进行了初步探讨.结果表明,pH对絮凝剂水解后铝形态分布及其除氟效果有重要影响.pH 5 ～6时,Al3+和Al2、Al3等低聚态铝为AlCl3主要形态,且AlCl3更易水解生成可将溶解态氟转化为颗粒态氟的Al(OH)3,从而较PACl具有更佳除氟效果.pH ＞7时,PACl较AlCl3具有更佳除氟效果,且增大PACl碱化度可促进氟的去除,这主要是由于具有较高Al13含量的PACl更容易与电负性F-结合所致;且絮凝剂混凝除氟絮体ζ电位越高,越利于F-在絮体表面吸附.     

新型水滑石接枝污泥处理乳剂的合成与应用

以去除碳酸根后的镁铝水滑石正电胶团簇(LDHEPCL)作骨架,合成新型水滑石接枝污泥处理乳剂.用硫酸铈作引发剂,通过程序升温,实现了油包水多面液胞(W/O PHC)中丙烯酰胺(AM)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)与去除碳酸根后的LDHEPcL接枝聚合,制得污泥处理乳剂--LDHEPCL-PAM-PDMDAAC共聚物乳剂.聚合升温速度为2.5℃/min,最高温度为(985±1)℃.各配料最佳摩尔比为LDHEPCL:AM:DMDAAC=0.15:0.57:0.28.与目前最好的污泥处理乳剂FLOPAMR EMZ35及STCPA EM6040相比,LDHEPCL-PAM-PDMDAAC共聚物乳剂具有絮团致密、絮层高度低、与聚合铝(PAC)及羧甲基壳聚糖(CMC)配伍较好等优点.     

共存物质对重金属絮凝剂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-、NO-3、F-、SO2-4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。     

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.