均质滤料过滤截污模型研究

对均质滤料过滤进行了分析，采用毛细管模型研究过滤水流，给出毛细管中剪切应力的分布，通过毛细管中颗粒物的受力分析，求得颗粒与毛细管壁间的物理化学作用力。对颗粒在毛细管在毛细管中运动的受力平衡进行分析简化，得到了截污饮和时滤床中孔隙率的计算公式，由此可以计算出均质滤床的最大截污能力，即：清洁滤床的孔隙率与孢和孔隙率之差乘以滤床的体积。     

微涡旋絮凝-逆流气浮-纳滤集成工艺去除水中腐殖酸的研究之二——以聚合氯化铁(PFC)为絮凝剂

试验研究了微涡旋絮凝-逆流气浮-纳滤集成工艺去除水中腐殖酸的工艺特征和效果.试验结果表明,微涡旋絮凝-逆流气浮工艺去除水中腐殖酸时,在聚合氯化铁(PFC)的最佳投药点0.62 mmol·L-1(Fe3 )下,出水水质符合纳滤膜系统预处理单元的要求,而且该工艺需要PFC絮凝剂的量较低.该预处理系统与纳滤系统组合的集成工艺可以使水中的腐殖酸有机物浓度大大降低,且含TQ56-36FC型纳滤膜的流程1比含M-N1812A型纳滤膜的流程2效果好.前者出水的TOC值可达0.48 mg·L-1,CODMn值为0.64～0.69mg·L-1,UV254值为0,且有95%以上的脱盐率.后者出水的TOC值为0.61～1.00mg·L-1,CODMn值为0.72～0.97mg·L-1,UV254值为0～0.0109,脱盐率很低.另外,尽管保安过滤/活性炭预处理有利于纳滤膜出水水质的提高,但活性炭柱的存在也降低了纳滤膜对有机物的去除率.动态实验结果表明,该集成工艺在本试验中运行周期为72h.水中颗粒物粒度分布表明,原水、絮凝后和气浮出水中颗粒物粒度分布的中位直径(d50)分别为2～5 μm、21 μm和16μm;经过保安过滤器或保安过滤器/活性炭柱,水样中的颗粒物的d50为0到几个μm;经过纳滤膜后,出水基本无颗粒物.初步研究表明,微涡旋絮凝过程中投药量对絮体的分形维数有着显著影响.     

气浮过程中的界面相互作用

首先讨论了水体颗粒物的基本性质以及气泡的形成过程，而后对气液界面上胶体颗粒的吸附进行分析。其次讨论了气浮过程中，气泡与颗粒物之间的相互作用。对气泡与颗粒物之间的碰撞进行分析。结合紊流气浮的理论与应用，在气浮过程中的界面相互作用分析的基础上。设计了一种新型集成的溶气气浮水处理工艺，即逆流共聚气浮工艺，并对其运行情况进行了研究。探讨了其中的界面相互作用对气浮效果的影响，进一步与传统工艺进行了对比。     

鄱阳湖悬浮颗粒物絮凝沉降典型藻类的动力学研究

为了探讨鄱阳湖水动力条件改变引起的悬浮颗粒物浓度变化可能导致的鄱阳湖浮游植物群落结构的变化,本文研究了鄱阳湖悬浮颗粒物絮凝沉降3种典型藻类的动力学过程.以铜绿微囊藻(蓝藻)、四尾栅藻(绿藻)和菱形藻(硅藻)为研究对象、鄱阳湖采集沉积物为悬浮颗粒物,使用混凝试验搅拌仪模拟动力学条件,在颗粒物投加量为20 mg·L-1时分别研究了静置沉降时间、扰动强度和扰动时间对颗粒物絮凝沉降藻细胞的影响.结果表明,絮凝沉降效率:蓝藻绿藻硅藻.在扰动强度为20 s-1、扰动时间为30 min时,0.5~4 h静置沉降时间均促进3种藻类的絮凝沉降.绿藻和硅藻的絮凝沉降效率随着静置沉降时间的延长而降低,前0.5 h的絮凝沉降效率最大;而蓝藻的絮凝沉降效率变化无明显规律.扰动时间和静置沉降时间均为30 min时,随着扰动强度在2~40 s-1增加时,3种藻的絮凝沉降效率逐渐增大.扰动强度为20 s-1、静置沉降时间为30 min时,5~60 min扰动时间均促进藻细胞的絮凝沉降,并且随着扰动时间的增加,絮凝沉降效率呈先增大后降低的趋势.30 min为蓝藻絮凝沉降的最佳扰动时间,絮凝沉降效率为12.56%;45 min为绿藻和硅藻絮凝沉降的最佳扰动时间,絮凝沉降效率分别为11.93%和7.54%.因此,水动力条件的改变可以引起悬浮颗粒物与藻类的絮凝沉降效率发生变化,从而对藻类的群落结构以及水华发生规律产生影响.     

Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)铁氧体工艺原位处理PVA废水及其沉淀物回收利用

为了评价Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）铁氧体工艺对PVA（聚乙烯醇）废水处理的可行性,采用Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）铁氧体工艺原位处理PVA模拟废水,考察不同作用时间、总铁投加量、初始ρ（PVA）和废水硬度对该工艺处理效果的影响.利用XRD（X射线衍射）、FT-IR（傅里叶转换红外光谱）、BET比表面积、VSM（磁滞回线测试）对沉淀物进行表征,解析该工艺原位处理PVA模拟废水的主要机理,并以该工艺沉淀物为吸附剂,通过锑吸附试验,探讨该工艺沉淀物的回用性.结果表明:①Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）铁氧体工艺对PVA模拟废水具有良好的处理能力,初始ρ（PVA）为1 000 mg/L时,该工艺在20 min以内即可达到80%以上的去除率,并且基本没有金属铁的残余,该工艺对PVA的去除率随总铁投加量的增加而提高且基本不受水体硬度影响. ②在Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）铁氧体工艺对PVA的原位去除过程中,PVA作为一种反应物参与沉淀物Fe₃O₄的生成,并促进纳米Fe₃O₄比表面积增大,最终形成一种类似于凝胶的Fe₃O₄聚合物. ③Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）铁氧体工艺可高效处理模拟PVA-MB（亚甲基蓝）染料废水.对于含有100 mg/L MB（亚甲基蓝三水）和500 mg/L PVA的混合溶液,MB和COD_Cr去除率在1 min时分别达到97.37%和89.47%.沉淀物通过磁分离、乙醇和水清洗后,在水中浸出的ρ（TOC）和ρ（COD_Cr）很低,分别为0.86和2 mg/L,可作为吸附剂直接使用,得益于其具有较高的比表面积,对金属锑的拟合吸附量可达71.94 mg/g. ④Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）铁氧体工艺具有一定的实际应用价值.对东莞某实际印染废水处理5 min,COD_Cr和染料的去除率分别为85.71%和98.98%.研究显示,Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）铁氧体工艺可高效去除PVA,沉淀物为易回收的磁性Fe₃O₄,可作为吸附剂直接使用.      

聚合氯化铝-腐殖酸(PACl-HA)絮体的物理与分形特征研究

采用低温急速冷冻-真空干燥技术制备了PACl-HA絮体的粉末样品,研究了这些样品的物理与分形特征.结果表明,PACl-HA絮体具有无定形结构,主要组成元素为C、O、Al,所含特征官能团保留了絮体组成原料的一些特征;絮体的BET比表面积为130～161 m²·g^-1,BJH累积吸附孔体积为0.38～0.52 cm³·g^-1,BJH脱附平均孔径为7.7～9.6nm,PSD峰值对应孔径8.4～11.2nm.PACl-HA絮体具有自相似性的粗糙表面,呈现多尺度分形特征;图象法和N₂吸附/脱附等温线法确定的表面分形维数Ds分别为2.03～2.26、2.24～2.37,前者的分形尺度大约处于23～390nm之间,主要属于絮体外表面尺度,而后者的分形特征尺度区间的下限大约为0.2nm,属于孔表面尺度;另外,对同一絮体,N₂吸附法和脱附法确定的孔表面分形维数不同.热力学模型计算出的D_s远大于3,与Sahouli等的研究不符.     

官厅水库底泥对染料的吸附特征研究

采用静态吸附法研究了北京官厅水库底泥对亚甲基蓝、孔雀石绿和刚果红3种染料化合物的吸附行为,探讨了pH值、离子强度、温度等因素对吸附的影响,测定了染料的吸附等温线.结果表明,3种染料的吸附等温线都很好地符合Freundlich方程,底泥对孔雀石绿的吸附量最大.吸附染料过程是在分形表面上发生的反应.不同染料吸附时计算出的分形维数不同,底泥的表面分形维数均处于2～3之间.pH值是影响吸附的主要因素,刚果红和亚甲基蓝受离子强度影响较大.吸附动力学研究表明,吸附分为快速吸附和慢速吸附两个阶段.     

图象法确定底泥颗粒物的表面分形维数(Ds)

研究了不同标度下底泥颗粒物的表面分形特征.结果表明,底泥颗粒的表面在几个nm到几个μm之间一般都具有多重分形特征,而且在不同的标度范围内表面分形维数(Ds)具有一定的差异,在100-102量级之间,随图象分辨率的增大,相应的Ds一般呈变小的趋势.SEM图象计算出的Ds为2.32-2.42,AFM图象计算出的Ds为2.00-2.46,它们是是纯粹几何意义上的表面粗糙特征的描述.     

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。     

A2/O工艺中好氧污泥絮体的分形结构与理化特征分析

采用图像法和沉降柱法分别研究了A²/O工艺中好氧污泥絮体的形貌、粒度分布、低维分形维数和沉降速率、有效密度、空隙率以及质量分形维数,并尝试探讨了上述相关性质与这些污泥宏观操作性质(沉降、压缩、脱水和稳定性)相关的各种理化指标以及胞外高分子物质(EPS)的含量之间的变化关系.结果表明,污泥絮体呈现不规则的形貌,表面具有空隙.其有效密度一般随着其粒径的增加而降低,而空隙率和沉降速率却呈现与有效密度相反的变化趋势,这些均表明了污泥絮体的分形结构的存在.2次所采集的污泥絮体的中位直径分别为248.81、 332.86 μm,有效密度的平均值分别为0.004 0、 0.007 2 g·cm^-3,自由沉降速率的平均值分别为2.67、 4.79　mm·s^-1,空隙率的平均值分别为0.94、 0.89,一维分形维数分别为1.03、 1.19,二维分形维数分别为1.64、 1.84,采用基于Logan经验公式的有效密度-最大直径的双对数关系确定的质量分形维数分别为1.74、 2.29.尽管第2次所采集的污泥絮体较为密实,但其表面粗糙程度却比第1次的低.此外,研究中发现絮凝能力较高或负电荷较高的A²/O好氧污泥絮体具有高的SVI和ZSV值;分形维数较低的污泥具有高的剪切敏感性和低絮体强度,相应的污泥稳定性低;EPS总量高的污泥脱水性能差,EPS中蛋白质含量高的污泥其表面电荷也较高.