三峡库区巴东组红层泥岩崩解和强度弱化特性研究

侏罗系巴东组红层软岩广泛分布于三峡库区,因其表现出较强的崩解和强度弱化特性而经常以块体的形式出露并被视为致灾地层。以某边坡开挖过程中出露的三峡库区巴东组红层泥岩块体为研究对象,通过干湿循环试验、点荷载强度试验和颗粒直剪试验研究了红层泥岩块体试样的崩解和强度弱化特性。结果表明:试样崩解过程主要集中在前20次干湿循环,且崩解过程中粒径大于50 mm的试样仍然占据主要部分;试样的修正点荷载强度指数主要集中在0.25～4 MPa之间,试样的点荷载强度指数、单轴抗压强度和抗拉强度均随干湿循环次数的增加呈下降趋势,且表现出较高拟合度的负线性关系;试样的剪切应力值在初始变形阶段(1 mm剪切位移内)增长较快,其后增长缓慢并最终趋于稳定;试样的抗剪强度随着轴向压力的增大而逐渐增大,随着干湿循环次数的增加而逐渐降低,在0.4～0.8 MPa轴向压力条件下,试样的抗剪强度增长更快;试样的剪切过程可分为压密、压裂和旋转三个阶段;试样的内摩擦角和黏聚力均随干湿循环次数的增加而逐渐减小并趋于稳定,且表现出较好的玻尔兹曼函数拟合关系。该研究结果可为红层软岩区堆积层滑坡的稳定性分析与防治工作提供依据。     

引入分形维数的混凝动力学方程数值求解

运用Smoluchowskj基本原理,建立了引入絮凝体分形维数的混凝动力学模型.该模型在絮凝过程中考虑了不同时刻形成的絮凝体中引入的初始颗粒数目和空隙率,并以此来推求不同时刻形成的絮凝体所对应的分形维数.采用有限差分法对建立的混凝动力学模型进行了数值计算.结果表明,初始颗粒的结构特征和碰撞效率是影响絮凝体粒径分布的主要因素.初始颗粒的分形维数和碰撞效率越大,絮凝体粒径分布越宽泛,大尺寸的颗粒所占的份额越多.同时计算结果表明,絮凝体的分形维数有随其粒径增大而逐渐降低的趋势,其原因是絮凝体的成长粒径与絮凝体中所包含的初始颗粒增长速度不成比例.以腐殖酸为混凝对象,采用硫酸铝作为混凝剂进行混凝实验,并以其初始絮凝条件作为数值计算初始条件,研究表明数值计算分析结果和模拟结果吻合较好.     

红层细碎屑岩遇水崩解微观机理的试验研究

为研究红层细碎屑岩遇水崩解的微观机理及其演化过程,选取湖南省桑植县满家坡滑坡红层基岩开展了耐崩解试验,并对不同崩解循环后的红层细碎屑岩进行了X射线衍射(XRD)试验和扫描电镜(SEM)试验,分析了不同崩解循环中红层细碎屑岩的物质组分和微观结构的变化。结果表明:①红层细碎屑岩遇水崩解时物质变化主要表现为碎屑组分的相对增加和胶结物组分、黏土矿物组分的相对减少;②红层细碎屑岩的微观结构变化可通过岩石颗粒球度R、磨圆度P_S和孔隙率P_O等参数刻画,崩解时红层细碎屑岩内部的微观结构保持不变,而红层细碎屑岩表面颗粒的球度R和岩石表面的孔隙率P_O相较内部上升,红层细碎屑岩表面颗粒的磨圆度P_S相对下降;③红层细碎屑岩遇水崩解的微观结构演化过程主要包含填隙物脱落、岩石表面孔隙增大、矿物颗粒联结力下降、颗粒破碎脱落等系列过程,这一过程的反复进行最终导致了红层细碎屑岩宏观结构上的破坏。该研究可为完善红层细碎屑岩崩解机制和揭示红层滑坡破坏机理提供新的思路。     

粒径和pH值对EPRC除磷性能影响的试验研究

研究了EPRC对磷素的吸附特征,考察了粒径和初始pH值对EPRC吸附性能的影响,分析了不同条件下EPRC的吸附过程.研究结果表明:随着粒径减小,EPRC对磷素的吸附量增大,吸附平衡时间缩短;溶液在酸性条件下的吸附速率较碱性条件快;反应过程中,溶液pH值先升高,达到最大值后再降低,最后达到平衡.     

微絮凝对腐殖酸超滤过程膜污染的减缓特性

以硫酸铝[Al_2(SO_4)_3·18H_2O]为絮凝剂,腐殖酸(humic acid,HA)和高岭土(Kaolin)水溶液为原水,研究微絮凝过程产生的不同絮体形态,对自制聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜过滤过程的影响.主要考察了微絮凝过程中絮体的特性(粒径大小及分布,分形维数)以及不同条件下形成的絮体形态对膜通量的影响,利用扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对污染膜的表面形貌进行表征,并测定了PVDF膜与有机污染物之间黏附力大小,来解析不同絮体形态对超滤膜的膜污染影响机制.结果表明,Al~(3+)以电性中和作用水解去除有机物,随着絮凝剂投加量的增加,絮体粒径不断增大,絮体的分形维数减小.膜通量衰减速率与絮体的粒径呈负相关,絮体粒径越大,膜通量衰减速率越小,超滤过程中形成的滤饼层越疏松,同时,较小分形维数的絮体引起的膜污染较轻,其膜通量恢复率也较高.PVDF-有机污染物之间的相互作用力大小与运行初期相应污染膜通量衰减速率呈正相关.当Al~(3+)投加量为5 mg·L~(-1),初始pH=7时,HA去除率为96.7%,膜通量衰减最小,通量恢复率达到88%.     

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.     

复垦对土壤颗粒组成、分形维数、团聚体影响

徐州市铜山县柳新采煤塌陷复垦区的井工采煤区土地塌陷及复垦对土壤颗粒组成、土壤结构、容重等造成严重影响。借助激光粒度仪检测了塌陷地及其复垦土壤颗粒粒径分布,分别采用干筛和湿筛法对团聚体进行了筛分。运用分形原理研究了土壤的分形维数,并采用团聚体平均直径、破坏率、水稳性团聚体含量等指标分析了复垦对团聚体稳定性的影响。结果表明,土壤颗粒组成在塌陷地和未塌陷地区总体表现为上层到下层黏粒含量逐渐增加、粉粒逐渐减少;复垦对土壤颗粒组成进了重新分配,层次间表现明显紊乱特征。土壤分形维数变化范围在2.00~2.20之间,平均分形维数表现为未塌陷地复垦土壤塌陷地,分别为2.193、2.164、2.086,复垦土壤表现为复垦14 a复垦24 a复垦1 a。复垦过程中土壤水稳性团聚体比例、团聚体平均直径均有很大程度提高,且复垦时间越长,提高越大,水稳性团聚体破坏度逐渐降低,团聚体稳定性也逐渐增强。统计分析表明,土壤颗粒分形维数、土壤团聚体稳定性与土壤颗粒组成具有一定的相关性。复垦重建过程改善了塌陷地土壤状况,土壤颗粒组成、分形维数及团聚体结构趋于向正常土壤方向转变。     

水中染料酸性嫩黄的超声/H2O2降解动力学研究

采用超声/H2O2降解水中酸性嫩黄染料,探讨了超声波/H2O2降解酸性嫩黄的动力学规律并考察了超声波功率、染料初始浓度、H2O2用量以及初始pH对降解速率的影响。结果表明,超声波对酸性嫩黄的降解以及超声波/H2O2对酸性嫩黄的协同降解均符合一级反应动力学规律,降解速率常数随超声波功率的增大而增大,随染料初始浓度的增大而减小;投加适量的H2O2可提高降解速率,但H2O2用量过高反而会使降解速率减慢;溶液pH<5时,降解速率较快,且pH越小,降解速率越快;pH≥5时,降解速率较慢。     

两种土壤粒径分形模型的对比研究

本文从两种土壤粒径分布分形模型的推导入手,分析得出的土颗粒质量-粒径分布分形模型(模型二)仅是在土颗粒密度相同的假定条件下对土颗粒数量-粒径分布分形模型(模型一)的近似替代,并以某滑坡滑带土为例,分别运用这两种模型对该滑带土样进行粒度分形特征的试验研究,结果表明:由模型二计算的粒径分布分维数和相关系数均比模型一的小,其误差产生的原因是土颗粒密度由于矿物成分的不同而存在差异;但是模型二的计算结果可以较好地反映试样的分形特征,其原因是各粒组的各种矿物的相对含量相差不大,土颗粒的平均密度近似相等,假定条件适应性较好。     

不同分散条件和pH值对TiO_2悬浊液性能影响研究

TiO2悬浊液的稳定性对于光催化应用而言是非常重要的。对于不同粒径的纳米TiO2颗粒在超声分散和搅拌分散、不同pH条件下的团聚和沉降进行了考察,结果显示颗粒的团聚和沉降与分散形式、颗粒粒径、pH值密切相关。颗粒采用超声分散的稳定性较好,但仍会发生沉降,而颗粒粒径越大,团聚和沉降越明显;pH值的影响与距离等电点远近有关系,越近则越容易团聚和沉降,但酸性条件下的分散性要好于碱性条件。结合相关理论,对于其中的机理也进行了探讨。     

纳米涂层/铝合金在不同pH值的海水溶液中的腐蚀行为研究

目的评价纳米涂层/铝合金在不同pH值海水溶液中的腐蚀行为。方法通过测试纳米涂层/铝合金试样在不同pH值海水溶液中的EIS值,分析试样阻抗谱图及Bode谱图的演化规律,建立不同EIS图谱的不同电极阻抗模型,并采用ZView软件解析涂层体系不同时期的电化学阻抗谱,获得涂层电阻的变化趋势,及不同pH值海水浸泡的纳米涂层体系腐蚀失效速度。结果随着浸泡时间的增加及pH值的降低,纳米涂层/铝合金体系腐蚀损伤失效速率在浸泡前期整体趋势增大,但中后期由于腐蚀产物逐渐堵塞了涂层的微孔,腐蚀介质向铝合金表面渗透的速率逐渐减小。结论 pH为2.0海水浸泡下的3涂层失效最快,其次是pH为4.0海水浸泡下的2涂层,最后为p H为6.0海水浸泡下的1涂层,该涂层体系应采用等效电路模型C进行拟合。     

絮体老化与调节对回流进水及混凝的影响机制

为探索絮体老化与pH值调节对回流进水颗粒组成及混凝的影响,采用激光粒度仪进行了絮体粒径分析并通过Al(OH)₃胶体(Al-gel)的老化实验探究了老化与pH值调节对絮体形态及性质的内在影响机制.结果表明,原水颗粒物粒径呈现单峰分布,絮体回流进水颗粒物粒径呈现双峰分布,并且回流进水颗粒d₅₀随着絮体老化时间的增加而减小;由于絮体回流提高了颗粒物与混凝剂接触机率和碰撞效率,因此加快了絮体的生长;絮体在pH=5的环境下老化12h后进行回流混凝的絮体粒径生长速率最高(1.16μm/s)并且生成的絮体具有较大的分形维数(2.35).Al-gel的老化实验结果表明,絮体老化过程会涉及羟桥反应和结晶反应并导致絮体的表面活性基团数量减少,从而不利于与原水颗粒物的相互作用.pH值调节对絮体产生不同的影响,p H=5的条件下进行老化会加速絮体的羟桥反应和结晶反应,而p H=9的条件下进行老化则会涉及溶解-沉淀-结晶反应.     

HRT对ABR处理低浓度废水的效果和颗粒污泥特征的影响

采用效果检测、粒度分布与分形等方法,研究了ABR处理低浓度废水时水力停留时间(HRT)对其运行状况和颗粒污泥特征的影响.结果表明,随着HRT从24 h逐渐缩短到5 h,反应器保持了较高的有机物去除效果,运行稳定阶段的COD去除率多在90%以上,主要承担COD去除的格室由反应器的前2格逐渐过渡到中间3格室;反应器后面格室颗粒污泥的MLSS值随着HRT的缩短总体也呈增加趋势,MLVSS/MLSS值先降低后升高,前3个格室的MLVSS/MLSS值高于后2个格室的趋势越来越明显.分形维数和粒度的变化表明,HRT为24 h和18 h时,ABR中颗粒污泥呈现表面光滑、结构密实和粒径逐渐增大的特点;HRT为12 h和8 h时,形成大而中空、表面相对不规则的疏松颗粒污泥; HRT为5 h时,水力扰动破碎、筛分以及微生物修补作用的综合影响导致颗粒污泥粒径减小、表面光滑、结构密实.在同一HRT下,ABR不同格室中颗粒污泥D1和D2呈现出相反的变化趋势,显示了沿着ABR格室,颗粒污泥表面变得光滑时对应的结构比较密实的特征.     

颗粒粒径对玉米秸秆生物碳吸附锶的影响

以玉米秸秆为原材料,采用限氧裂解法于350℃下制备了不同粒径的生物碳(BC-9.31、BC-20.26、BC-60.77、BC-71.07、BC-101.9,数字代表样品的中值径μm),研究颗粒粒径对生物碳吸附锶的影响.结果表明:生物碳的颗粒粒径对核素锶的吸附速率和吸附容量均有显著影响.生物碳对锶的吸附动力学符合准二级动力学模型(R2,0.99),颗粒最细的BC-9.31吸附速率最大(4.48 mg·g~(-1)·h~(-1)).随着颗粒粒径的增加,锶的吸附速率呈指数降低,其吸附速率差异高达20倍.生物碳对锶的吸附等温曲线符合准Langmuir模型(R2,0.94~0.99),饱和吸附容量为9.09~23.81 mg·g~(-1).随着粒径的增大,锶的吸附容量先降低后增高又降低,粒径最小的BC-9.31(23.81 mg·g~(-1))吸附容量最大,吸附容量最小的则是BC-60.77(9.09 mg·g~(-1)),两者相差2.6倍.pH对生物碳吸附锶具有重要影响.在溶液pH值较低时(1.93~4.74),对锶的吸附去除率急剧增加(3.94~9.17倍);而pH值较高时(4.74~11.85),吸附去除率缓慢提高(1.11~1.68倍).pH值也是颗粒粒径影响的重要参数,随pH值增加颗粒粒径对生物碳吸附锶的影响程度显著减小.生物碳极性指数与锶饱和吸附量和吸附速率均呈正相关关系,表明极性官能团是锶的重要吸附位点.     

聚合氯化铁-腐殖酸(PFC-HA)絮体的粒度和分形维数的动态变化

通过采集PFC-HA絮体的单个样品和拍摄它们的二维图像,研究了在不同混凝条件下絮体的粒度和分形维数的变化.结果表明,原水pH的下降滞后了PFC-HA絮体的出现.原水pH≥7.0时,随着投药量的增加,PFC-HA絮体的分形维数D2(lgA-lgdL)和D3(lgV1-lgdL)随之降低,表明絮体的结构越来越疏松;而原水pH=5.0时,PFC-HA絮体的分形维数存在波动.在PFC的最佳投药量时,水力条件的优化可以提高HA的去除效果,但随着原水pH的下降,HA去除效果的提高程度也随之减小.在最佳水力条件下,PFC-HA絮体的粒度为数百微米,其分形维数值较大,表明絮体的结构较为密实.此外,PFC-HA絮体的粒度分布具有(类)分形特征,最佳水力条件下正的D.值表明絮体的粒度分布趋向平稳.在整个混凝搅拌过程中,PFC-HA絮体的分形维数的变化是与混凝的溶液化学条件、搅拌时间和分形维数类型有关,其D2具有先上升后下降的趋势,这一过程中絮体结构先趋向密实,然后趋向疏松.而且慢速搅拌过程中絮体的尺度也是先增加后下降.     

海藻酸钠对改性黏土絮凝特征的影响

以海藻酸钠为藻源有机质的模式化合物,考察了赤潮水体中藻源有机化合物对改性黏土絮凝速率及絮凝体特征的影响;并利用图像分析法,测定了絮凝体的分形维数Df,借助分形维数对改性黏土的絮凝形态学特征进行了半定量化分析.结果表明:当海藻酸钠浓度在10~100mg/L范围内时,可以提高改性黏土絮凝的速率,絮凝体的分形维数Df、絮凝体强度呈现出先增大后减小的规律;其中,最佳浓度为50mg/L,其最大絮凝速率达到44.13、Df 为1.6823.低浓度(100mg/L)海藻酸钠能促进改性黏土的絮凝效率,但促进作用呈现减小的趋势,表现为最大絮凝效率减小,Df降低、絮凝体的空隙率增大.     

金属氧化物颗粒/水界面上NOM吸附机制的研究

以腐殖酸作为天然有机物(NOM)的代表,研究了腐殖酸分子在金属氧化物(赤铁矿)颗粒/水界面上的吸附特征,分析了pH值和离子强度对界面吸附配位反应的影响,及它们对赤铁矿颗粒表面吸附密度和团聚体粒径的影响.结果表明,吸附密度随pH值的升高而减少,随离子强度的升高而增大;颗粒团聚体粒径随pH值的升高先增大后减小,随离子强度的升高而增大.pH=4时吸附密度最大,为6.22 mg/m2,但此时团聚体粒径最小;pH=5时吸附密度较小,但团聚体粒径较大;pH=8为配位反应等电点,吸附密度和团聚体粒径均较小;pH=10吸附密度最小,为0.50 mg/m2,团聚体粒径也较小.应用SS/SF混合模型初步分析了赤铁矿颗粒/水界面上腐殖酸分子的吸附构型.当pH值较低时,构型多为链状和环状;当pH值较高时,构型多为扫尾状.离子强度越高,链状和扫尾状构型越多;离子强度越低,环状构型越多.     

厌氧折流板反应器(ABR)中成熟颗粒污泥的分形分析

研究了ABR反应器启动成功后成熟颗粒污泥的物理性质和不同拓扑空间下的分形维数.结果表明,在反应器启动成功后,各格室中形成了平均粒径为1.70～2.70 mm、边界较为清晰的黑色颗粒污泥.它们的SVI值为25～35 mL·g-1,有效密度主要集中在1.02g·mL-1以下,自由沉降速率主要集中在14.40～86.40m·h-1之间.在它们的等速自由沉降的过程中,第2格室到第5格室中颗粒污泥水平方向的投影平均直径与垂直投影方向上平均直径的比值接近0.73,而第1格室的这一比值却为0.83.依据沉降速率-当量圆直径的双对数图计算出的各格室中颗粒污泥的质量分形维数Df处于2.097～2.801之间,大小顺序为第5格＞第3格＞第2格≥第1格＞第4格,表明第5格室中形成的颗粒污泥较为密实,而第4格室的密实程度最小,但密实的颗粒污泥并不一定意味着较高的平均沉降速率.此外,依据投影法计算出的ABR各格室中颗粒污泥在低维拓扑空间下的几种分形维数之间的关系与其理论公式之间的关系相符,其中二维拓扑空间的分形维数为1.69～1.84(投影面积-长轴),大小顺序为第3格室＞第1格室＞第5格室＞第4格室＞第2格室,这些D2不等于2,即不符合Meakin的结论.一维拓扑空间下的分形维数在0.99～1.03之间,各格室之间差异不大,表明颗粒污泥的边界不规则程度小.     

铁屑内电解法处理EDTA溶液中络合铜离子

采用批式试验和现代仪器分析研究了铁屑内电解法处理EDTA溶液中络合铜离子,考察了溶液浓度、溶液pH、温度和铁屑粒径等因素对铜离子去除过程的影响.结果表明,铜离子去除过程符合表观一级动力学方程.在pH 2.0～11.0范围内,pH值越低越利于铜离子去除;在酸性条件下溶液pH随内电解进行升高,在碱性条件下溶液pH随内电解进...     

引黄水库沉沙条渠沉积物的表面理化及分形特征研究

研究了引黄水库沉沙条渠泥沙沉积物的表面微观形貌和孔表面分形特征.采集了引黄供水鹊山水库沉沙条渠6个泥沙沉积物样品,对其粒径、形貌、孔隙结构、表面元素分布及分形特征进行分析,目的是考察由不同模型计算的颗粒孔表面分形维数和标度空间存在差异的原因,探讨这些颗粒表面微观形貌对其表面元素分布的影响.结果表明,泥沙沉积物颗粒的平均...