不同水力条件下悬浮液絮体分形结构的研究

利用计算机MATLAB软件,在高浓度悬浮液混凝试验的基础上对选煤废水混凝过程中不同水力条件(搅拌速度和搅拌时间)下所拍摄的显微镜絮体图片进行处理,计算其分形维数,从而分析研究不同水力条件下所形成的絮体结构与对应的絮体平均沉降速度及处理出水浊度的关系。试验结果表明,在混凝剂加入的初始阶段,当搅拌速度v1为250r/min、搅拌时间t1为10s时,絮体结构最密实且接近球体,分形维数最大(Df=1.961 6),此时絮体沉降速度最快,混凝沉降效果最好,出水浊度可达170NTU。     

絮凝过程中絮体生长的多重分形行为

为了研究絮体在絮凝过程中生长的多重分形行为,对用PFS(聚合硫酸铁)处理高岭土原水时混凝过程中絮体生长段的絮体图像进行采集和分析;分析图像多重分形谱及其特征参数行进趋势,而且针对絮体生长规律着重对絮体形态及其分布的演变情况进行了定量化描述.结果表明,随着絮体生长的进行,多重分形谱图的形态由左钩状逐渐转变为右钩状,描述絮体分布均匀性的多重分形谱谱宽Δα由50 s时的1.0213逐渐增大至250 s时的1.3659,Δf(α)的数值大小由于大概率和小概率絮体主导地位的改变而由负转正,f(α)max所表示的简单分形维数由1.9995逐渐降至1.7762.     

絮体分形结构对沉淀速度影响研究

利用基于微天平的质量-粒径法和基于改进粒子图像测速技术的自由沉淀法对高岭土、腐殖酸絮体的分形结构进行了研究.结果表明,质量-粒径法得到的铁盐絮体三维分形维数为2.14~2.28,明显大于铝盐絮体的1.75~1.83,铁盐絮体结构更为致密,而铝、铁-腐殖酸絮体比相应的高岭土絮体分形维数要小.絮体分形维数与沉淀速度具有良好的对应关系,分形维数越大,絮体沉淀速度越大.质量粒径法与自由沉淀法求出的絮体分形维数相吻合,分形絮体沉淀速度不再满足Stokes沉淀速度公式.     

利用小角度激光光散射研究阳离子有机高分子絮凝剂的絮体粒径和絮体结构

利用小角度激光光散射在线监测技术研究了不同阳离子有机高分子絮凝剂对带负电荷的高岭土颗粒体系的絮凝动力学和絮体结构.对于高电荷密度的聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDADMAC),由于分子量低其初始絮凝反应速度较慢,最终形成的絮体也较小.絮凝过程中,其絮体结构发生重组和排列,分形维数从1.83升高到2.09,所形成的絮体密实.对于低电荷密度的2种阳离子聚丙烯酰胺(CPAM),因其分子量大投药量高,絮凝反应速度较快;但其絮体的分形维数较小且在絮凝反应中基本保持不变,形成的絮体结构开放和松散.基于有机高分子对高岭土体系浊度和zeta电位的影响,结合絮凝动力学和絮体结构分析,结果表明,PDADMAC絮凝机理是电中和作用,而随着分子量的增加和电荷密度的降低,CPAM则主要通过吸附架桥作用产生絮凝.     

腐殖酸絮凝体的形态学特征和混凝化学条件

以腐殖酸为混凝去除对象 ,通过图像法观察腐殖酸絮凝体的形态 ,研究了在混凝过程中以及不同化学条件下絮凝体分形维数的变化规律 .实验结果表明 ,在弱酸性 (pH =5 .0 )条件下形成的絮凝体比在中性 (pH =7.0 )条件下形成的絮凝体分形维数高 ,具有较密实的构造 .在该条件下 ,随搅拌历时的延长 ,絮凝体的分形维数有下降的趋势 .当铝盐投药量很高时 ,形成的絮凝体分形维数也降低 ,说明网扫絮凝为主要混凝机理时 ,絮凝体构造比较松散     

气浮絮体分形研究

经过理论推理建立了理想化的气浮絮体分形模型：ρm-1=βdm 1-^3ln(1-ε)ln(n 1/1-ε),其分形维数为：Df=3 31n(1-ε)ln(n-1/1-ε)，提高结合气浮絮粒的个数n有利于提高分维Df和气浮效率；将无机高分子和有机高分子絮凝剂复合使用，通过CAF气浮机叶轮或涡轮的长时间高强度机械搅拌使气浮絮体发生脱水收缩，促进致密型气浮絮体的生成，气浮效果更好。     

煤泥水絮凝处理中絮凝体的分形特征

用聚丙烯酰胺作絮凝剂,研究了所含黏土类型、絮凝剂投加量等因素对煤泥水絮凝效果和絮凝体分形维数的影响. 结果表明,含高岭石的煤泥水絮凝剂最佳投加量为10.0 mg/L,所对应絮凝体的分形维数最大,为2.70. 投加量不足时分形维数降至1.55,投加量过量时分形维数降至1.95;含蒙脱石的煤泥水絮凝剂最佳投加量为15.0 mg/L,所对应絮凝体分形维数最大,为1.68. 投加量不足时分形维数降至1.01,投加量过量时分形维数降至1.51.      

混凝絮凝体的分形与沉降特性实验研究

在混凝絮凝体的分形与沉降特性实验研究中,通过自行设计的絮凝体混凝、沉降、观测功能的一体装置,求出了在不同混凝工况下所形成混凝絮凝体的分形维数和沉降速度,并分析了相应的变化趋势和原因。     

Fe(Ⅲ)对活性污泥絮体结构和生物絮凝作用的影响

采用序批式活性污泥法系统研究了Fe(Ⅲ)对活性污泥絮体结构和生物絮凝作用的影响，结果发现Fe(Ⅲ)降低了污泥沉降指数，同时也减弱了污泥的生物絮凝作用．对细胞外高分子(EPS)的电子能谱元素分析表明在EPS中发生了阳离子间的交换作用，Fe(Ⅲ)置换出EPS中一价和二价金属阳离子．污泥絮体的扫描电镜显示Fe(Ⅲ)使活性污泥絮体颗粒变小变密实，但是Fe(Ⅲ)与EPS之间的作用和含磷沉淀物的生成削弱了污泥颗粒形成较大生物聚集体的能力．Fe(Ⅲ)对生物絮凝作用的影响主要是通过架桥机理和藻酸盐理论来实现的，而电中和不起主要作用．     

活性污泥絮体粒径分布与分形维数的影响因素

絮体粒径分布和分形维数是活性污泥的重要参数.应用激光粒度仪测量了好氧活性污泥絮体在絮凝过程的粒径分布,研究了速度梯度、VSS/SS、EPS含量及Zeta电位对絮体粒径分布的影响.结果表明,絮体平均粒径与速度梯度显著负相关(R2>0.80),与Kolmogorov尺度数量级基本相当,其间差异性与污泥VSS/SS、絮体强度等有关;相同的速度梯度下,絮体平均粒径与VSS/SS或EPS含量显著正相关(R2>0.85),与Zeta电位负相关.有机质和EPS在活性污泥絮凝中作用明显,会增强絮体强度,提升絮凝效果;EPS中蛋白质比多糖对絮凝的促进作用更明显.基于显微图像分析方法,得到了好氧活性污泥絮体二维分形维数为1.28~1.72,三维分形维数为1.70~2.69.絮体分形维数随VSS/SS或EPS含量的增加而减小;对于相同的活性污泥,絮体三维分形维数随粒径增大而减小,符合幂函数关系式.     

高浓度悬浊液絮体分形结构的发展变化研究

以黄河泥沙为代表的高浓度悬浊液架桥絮凝实验研究表明,絮体结构具有分形特性.絮体的分形构造在从疏松多孔、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的特征.絮体的最佳分形结构只能保持一段时间.絮体分形结构的发展变化规律可用参数"分维"来表征.利用"分维"作为定量控制工具以获取沉降性能与脱水性能良好的理想絮体构造.絮体分形结构还受含沙量、搅拌强度、搅拌时间等因素的影响.      

阳离子型聚合物对低温低浊水的絮凝效果与形态学特性

采用微絮凝-深床直接过滤工艺,以西安市曲江水厂低温低浊水质为原水(水温低于10 ℃,初始浊度低于10NTU),投加阳离子型聚合物(简称CP)作主混凝剂或助凝剂,借助分形数学理论与图像分析技术,对滤料粒径、原水浊度、原水温度、药剂种类、聚合物分子量及投加量、混合强度等因素对处理效果的影响进行了研究,分析探讨了不同药剂处理低温低浊水的作用机理、絮凝形态学特征以及絮体结构的分形特性.结果表明,①当温度低于4 ℃、初始浊度小于4NTU时,不宜单独采用Al2(SO4)3或PAC作为絮凝剂;当温度为4～10 ℃、初始浊度小于10NTU时,如果只投加Al2(SO4)3或PAC作为絮凝剂,宜用细砂滤料过滤;低温低浊条件下,无机混凝剂形成的絮体粒径小、结构松散脆弱、有效质量密度低、沉速慢,但表征絮体分形特性的分维值较高.②CP作絮凝剂能显著改善低温低浊水的絮凝效果与过滤性能,但混合强度需增大,宜用粗砂滤料过滤;③单独用CP作絮凝剂时,宜投加分子量较低的弱阳性聚合物或投加低剂量较高分子量的强阳性聚合物;CP用作助凝剂时,能显著减少主混凝剂用量,但宜投加强阳性聚合物或增加弱阳性聚合物的剂量.④CP兼备电性中和与吸附架桥絮凝作用,能形成粒径较大、吸附性能与过滤性能良好的网状絮体构型,其有效质量密度高,产生的污泥量少,污泥沉降速度快,脱水效果好,但分维值低.⑤各种水处理药剂的处理效果为:Al2(SO4)3(或PAC) CP＞CP＞PAC＞Al2(SO4)3,这种差别由絮体的形态学特性与构型特征各异引起.     

操作条件对污水再生处理絮凝工艺中病原性原虫去除特性的影响

再生水中的隐孢子虫和贾第鞭毛虫会通过直接或间接的方式影响人体健康.与传统的消毒手段相比,絮凝、澄清、过滤等污水深度处理工艺能有效地控制两虫污染.本研究主要考察了絮凝剂种类、投加量、pH和温度等操作条件对污水再生处理絮凝过程中病原性原虫去除特性的影响.结果发现,污水絮凝过程中,pH为6～8时两虫的去除率较高,低温条件不利于两虫的去除.氯化铁对两虫的去除率随投加量的增加而增加;硫酸铝絮凝和聚合氯化铝的最佳投加量分别为70 mg/L和20　mg/L左右.     

基于分形理论的农村居民点空间特征研究——以北京市平谷区为例

空间结构与空间形态相互联系、相互作用,共同构成农村居民点空间特征,对二者的综合分析可更好地考察农村居民点用地布局特点。基于分形理论,在总体与部分两个层次上对2004-2012年北京市平谷区农村居民点空间结构与形态特征及其动态变化进行综合分析,并提出空间结构合理优化及空间形态稳定性提高相关对策。研究表明,平谷区农村居民点空间结构和形态分形特征显著。全区尺度上,聚集维数、关联维数随时间变化而减小,形态维数值持续增大,农村居民点空间结构呈聚集发展态势,空间结构自组织不断优化,但形状特征日趋复杂,稳定性降低;分乡镇尺度上,部分乡镇存在空间结构松散、关联性较弱等问题。未来需加强交通等基础设施建设,增强居民点体系内各要素关联度,促进空间结构优化;并科学编制乡村土地利用规划,降低土地利用空间发展的随意性。研究可为优化农村居民点布局,科学指导农村居民点用地调整提供参考。     

典型工业半焦的孔隙分形结构分析

工业半焦是一种具有复杂的微观孔隙拓扑结构的多孔物质.基于分形理论,引入分形维数对工业半焦不规则孔隙结构的粗糙、复杂程度进行了定量表征和描述.选取具有典型煤种和工艺代表性的工业半焦样品,用孔隙度分析仪对其孔隙结构特征进行了测量,并利用其测量数据进行了分形维数的分析计算.计算结果表明,工业半焦的孔隙结构符合分形特征,在样品颗粒尺寸为2.36～3.35mm的测量条件下,样品的分形维数在2.7982～2.9154之间,其可决系数在0.9157～0.9614之间;样品的分形维数与煤种和半焦热解工艺过程均有一定的关系.通过对工业半焦分形维数的计算分析,可以更加全面准确地了解其孔隙结构特征,以期为分析评价其吸附和活化潜力、制定恰当的活化工艺提供更加可靠的依据.     

纤维束直接过滤积泥结构的分形分析及其应用

用阳离子型聚丙烯酰（PAM）和聚合铝（PAC）作混凝剂进行了纤维束直接过滤实验，对纤维束上积泥进行了扫描电镜照像及图象分析，得出了积泥孔隙周界曲线的分维数，探讨了分维数与过滤过程的关系，指出了在直接过滤中阳离子型PAM较PAC效果好的原因所在。     

餐厨垃圾调理剂对果园土壤团聚体组成及分布的影响

针对我国贫瘠果园土壤结构和功能退化的问题,以餐厨垃圾制备的土壤调理剂为研究对象,从时间和空间两个层面,采用DR_0.25（团粒结构体占比）、MWD（平均质量直径）、GMD（几何平均直径）和分形维数评价长期施用餐厨垃圾土壤调理剂对贫瘠果园土壤团聚体结构特征及其有机质赋存转化的影响.结果表明:施用餐厨垃圾土壤调理剂可增加0~20 cm土壤层中粒径 < 0.25 mm微团聚体的W_wi（水稳性团聚体占比）,施用3 a后其W_wi最大值为23.04%,有利于提升土壤抗侵蚀性;随着施用餐厨垃圾土壤调理剂时间的延长,30~40 cm土壤层的DR_0.25逐渐增加,施用5 a后各土壤层MWD和GMD均大于对照组;随着施用时间的延长,相同深度土壤层的分形维数逐渐减小,施用5 a后0~20 cm土壤层分形维数最小值为2.13,表明施用餐厨垃圾土壤调理剂有利于改善土壤团聚体粒径分布和土壤分维特征;施用餐厨垃圾土壤调理剂可提升0.5~5 mm粒级团聚体中的有机质含量.研究显示,长期施用餐厨垃圾土壤调理剂可改善土壤团聚体粒径和有机质的分布,有助于土壤团聚体中有机质的赋存转化,提高团聚体稳定性和土壤抗侵蚀力.      

黄土丘陵区林草退耕年限对土壤团聚体特征的影响

随着国家退耕还林还草战略的实施、植被覆盖的变化,林、草地植被恢复进程中土壤团聚体特征的变化受到广泛关注.本研究以黄土丘陵区西部的官山林场退耕后栽植的刺槐林地、撂荒草地为对象,选取退耕年限为10、25 a的林、草地,采用湿筛法测定各样地0~30 cm土壤的水稳性团聚体组成,比较退耕还林、还草和退耕年限(10、25 a)对土壤水稳性团聚体平均质量直径(MWD)和分形维数(D)的影响.结果表明:退耕10 a的林地0~30 cm土层水稳性大团聚体含量(R0.25)、MWD和D分别为57.60%、1.91 mm和2.73;退耕25 a的林地分别为60.17%、1.88 mm和2.74;退耕10 a的草地分别为59.89%、1.82 mm和2.74;退耕25 a的草地分别为72.69%、2.71 mm和2.61.进一步分析证明,随着退耕年限的增加,土壤团聚性增强;但林草地的变化存在差异:恢复10 a阶段,土壤团聚性林地尚优于草地,25 a后草地优于林地.各样地土壤的SOC含量与R0.25呈显著正相关关系(p0.01),与D呈显著负相关关系(p0.05).退耕类型和退耕年限对土壤团聚性有显著影响.