聚合氯化铁-腐殖酸(PFC-HA)絮体的不同拓扑空间下分形维数的研究

通过对PFC混凝去除水中HA过程中所形成的PFC-HA絮体的研究结果表明,原水pH分另4为9.0、7.0和5.0时,最佳投药量下形成的絮体的平均沉降速度之间的比值为1.17:1.00:0.49,而且所有絮体的水平投影方向的平均直径与垂直投影方向的平均直径的比值均接近0.85.结合Logan公式和有效密度-长轴的双对数关系计算出的絮体三维空间的分形维数Df较为可靠,在本试验中3种pH的原水下形成的PFC-HA絮体的Df均小于2.0.絮体沉降速度的变化是质量分形维数Df、有效密度和粒径等因素的变化综合影响结果,因此,絮体的Df、有效密度各自的变化趋势有可能与沉降速度的不一致.原水pH=7.0时絮体的Df稍大于原水pH=9.0时絮体的Df,但比原水pH=5.0时絮体的Df大11.73%.可见,与原水pH=9.0时形成的絮体相比,原水pH=7.0时形成了稍微密实的小絮体,但原水pH=5.0时却形成了较为疏松的、很小的絮体.在本试验的图像分辨率下,PFC-HA絮体在一维拓扑空间下的分形维数D1比较低,一般都低于1.10.基于投影面积-长轴关系计算的二维拓扑空间的分形维数D2变化趋势为样品3稍大于样品2,样品1最小;然而基于投影面积一周长计算的二维拓扑空间的分形维数D2却呈现不同的变化趋势.另外,尽管PFC-HA絮体的Df小于2,但其与基于投影面积-长轴关系计算的二维拓扑空间的分形维数D2不相等,不符合Meakin的结论,这与本试验中CCD相机的分辨率和絮体样本数量有关.     

聚合硫酸铁(PFS)混凝腐殖酸(HA)的过程中典型操作因素的影响研究

针对聚合硫酸铁（PFS）混凝-沉淀去除腐殖酸（HA）水样的过程,通过测定典型操作因素（PFS投加量、原水pH和搅拌方式）下微絮体的zeta电位、上清液的浊度、UV254、pH值及电导率和絮体沉降体积变化,探讨了这些因素对该过程的影响.结果表明：在原水pH=6.00时,PFS混凝HA的主要机制为电中和作用,搅拌方式对PFS的最佳投加范围没有明显的影响,但单一搅拌方式下HA的去除效果更好;在原水pH=8.00时,吸附络合-卷扫絮凝成为主要的混凝机制,复合搅拌方式下PFS的最佳投加量范围大于单一搅拌方式,且前者的HA去除效果更好.整体而言,几种混凝条件下PFS最佳投药量对应的微絮体zeta电位均在-12.00mV左右;原水pH=6.00时PFS混凝-沉淀去除HA的效果比原水pH=8.00时的好,且前者形成的PFS-HA沉淀絮体体积较小,但单一搅拌方式下絮体结构的重组过程并不是影响絮体体积的主要因素.复合搅拌方式中开始阶段的高强度搅拌有助于PFS组分在HA水样中的分散而有利于其电中和作用的发挥,但对PFS的水解过程影响不大.     

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     

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。     

混凝法预处理高浓度有机制药废水

本文通过以加药制度、加药量、搅拌时间、搅拌速度等不同条件下所获得絮体的分形维数、相应的CODcr去除率、上清夜浊度作为评价指标,确定最佳制药废水的混凝方案。研究结果表明:制药厂车间原水以PAM作为絮凝剂,添加氯化钙可获较高CODcr去除效率及较大的絮体分形维数值。压滤气浮后出水以PAM作为絮凝剂,添加石灰乳浊液加PAC可获得较好的CODcr去除效率及较大絮体分形维数值。     

聚合氯化铁-腐殖酸(PFC-HA)冷冻干燥絮体的表面微观形貌及其孔表面分形特征

采用低温急速冷冻-真空干燥技术制备了不同pH(9.0、7.0、5.0)原水在45.89mg·L-1(以Fe3 计,原水pH=9.0)或28.41mg·L-1(以Fe3 计,原水pH=7.0、5.0)投药量下混凝后形成的PFC-HA絮体的粉末样品,研究了它们的表面微观形貌和孔表面分形特征.SEM图像表明,PFC-HA絮体具有不规则的块、片状形貌,而且在原水pH=9.0或pH=7.0时形成絮体也存在簇状结构.3种样品对N2的吸附-脱附等温线上均存在滞后圈,但样品3的形状不同.它们的吸附量、BJH累积吸附孔体积与脱附平均孔径的大小顺序均为:样品3＞样品2＞样品1,即随原水pH的降低而升高,而且孔尺度分布曲线显示样品3的表面存在大孔.BET比表面积的变化趋势与它们不一致,且样品2的比样品3稍大,样品1的最小.基于分形FHH方程,采用吸附等温线和脱附等温线数据计算出样品1和样品2的孔表面分形维Ds数均在2.94左右,而样品3的均小于2.38.这些Ds值似乎不能完全表示出因孔表面粗糙性而导致的空间填充能力的大小,主要表达了3种样品的中孔甚至大孔的尺度分布引起的不规则性.本试验中采用热力学模型计算出的3个样品Ds值大都超过3,它们已经失去了维数的实际意义;但样品3因其吸附-脱附等温线上的滞后圈接近圆桶式的A类,如果缩小分形标度区间,可以得到与分形FHH方程计算出的Ds接近的值.     

藻类絮凝体形态学特征及其与气浮的关系研究

采用聚合氯化铝(PAC)作为混凝药剂,利用混凝-气浮技术去除水中铜绿微囊藻(MA),用图像法对絮凝体的分形维数进行测定,分析不同混凝条件下的气浮除藻效果以及PAC-MA絮凝体的形态学特征,并探讨两者的关系.结果表明,在快速混合搅拌强度和时间分别为500 s-1和1 min,回流比为10%条件下,PAC最佳投药量范围为5.6-9.8 mg/L Al2O3,最佳点为8.4 mg/LAl2O3;最佳的絮凝反应搅拌强度范围为50～80 s-1,最佳点为50 8-1;最佳的絮凝时间范围为5～8 min;投药量、絮凝反应搅拌强度及时间对PAC-MA絮凝体形态有着显著影响,在最佳混凝条件下,絮凝体的二维分形维数D2较小,在1.168 8～1.235 7之:间,相对应的絮凝体的平均粒径较大,在300～500 μm之间;在适当的混凝条件下,结构疏松,枝权较多,尺寸较大的PAC-MA絮凝体与气泡粘附效果好,容易气浮去除.     

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.      

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.     

PAC与PDMDAAC复合混凝剂去除高浊度水中有机氯

以聚合氯化铝(PAC)和聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)为原料制备复合混凝剂,采用强化混凝的处理方法,对高浊度水体中有机氯(OCPs)以及浊度去除效果进行研究.考察了PAC-PDMDAAC复合比例、复合混凝剂投加量、水样初始浊度、慢速搅拌时间、pH值等因素对浊度和OCPs去除效果的影响,结合絮体分形维数和Zeta电位对去除效果进行验证.结果表明,复合比例对处理高浊水体中的OCPs以及浊度效果影响较大,PAC与PDMDAAC复合比例为5:1,投药量为1mL/L,慢速搅拌时间为15min时,OCPs和浊度去除率达到最佳;随着初始浊度的升高,水体中OCPs的去除率也随之增加,表明PAC-PDMDAAC复合混凝剂更适用于高浊度水中OCPs和浊度的去除;复合混凝剂与其他混凝剂相比,其最佳pH值范围较广,当pH值为4时,OCPs和浊度去除率达到最佳.利用絮体分形维数和Zeta电位两种表征手段对混凝效果进行进一步探讨,说明了实验结果的正确性.     

Fractal analysis of polyferric chloride-humic acid （PFC-HA） flocs in different topological spaces

The fractal dimensions in different topological spaces of polyferric chloride-humic acid (PFC-HA) flocs, formed in flocculating different kinds of humic acids (HA) water with different initial pH (9.00, 7.00, 5.00) and PFC dosages, were calculated by effective density-maximum diameter, image analysis, and N2 absorption-desorption methods, respectively. The mass fractal dimensions (Df) of PFC-HA flocs, being more than 2.0, calculated by bi-logarithm relation of effective density-maximum diameter and Logan empirical formula at initial pH of 7.00 had 11-13 percentage greater than those at pH 9.00 and 5.00, indicating the most compact flocs formed in flocculated HA water at initial pH of 7.00. The image analysis for those flocs indicates that after flocculating the HA water at initial pH greater than 7.00 with PFC flocculant, the fractal dimensions of D2 (logA vs. logdL) and D3 (logVsphere vs. logdL) of PFC-HA flocs decreased with the increase of PFC dosages, and PFC-HA flocs showed a gradually looser structure. At the optimum dosage of PFC, the D2 (logA vs. logdL) values of the flocs show 14%--43% difference with their corresponding Df, and they even had different tendency as the change of initial pH values. However, the D2 values of the flocs formed at three different initial pH in HA solution, calculated from the horizontal projected images with magnification about 9, had a same tendency with the corresponding Df. Based on fractal Frenkel-Halsey-Hill (FHH) adsorption and desorption equations, the pore surface fractal dimensions (Ds) for dried powders of PFC-HA flocs formed in HA water with initial pH 9.00 and 7.00 were all close to 2.9421, and the Ds values of flocs formed at initial pH 5.00 were less than 2.3746. It indicated that the pore surface fractal dimensions of PFC-HA flocs dried powder mainly show the irregularity from the mesopore-size distribution and some marcopore-size distribution.     

Fractal analysis of polyferric chloride-humic acid (PFC-HA) flocs in di erent topological spaces

The fractal dimensions in di erent topological spaces of polyferric chloride-humic acid (PFC-HA) flocs, formed in flocculating di erent kinds of humic acids (HA) water at di erent initial pH (9.0, 7.0, 5.0) and PFC dosages, were calculated by e ective densitymaximum diameter, image analysis, and N2 absorption-desorption methods, respectively. The mass fractal dimensions (Df) of PFC-HA flocs were calculated by bi-logarithm relation of e ective density with maximum diameter and Logan empirical equation. The Df value was more than 2.0 at initial pH of 7.0, which was 11% and 13% higher than those at pH 9.0 and 5.0, respecively, indicating the most compact flocs formed in flocculated HA water at initial pH of 7.0. The image analysis for those flocs indicates that after flocculating the HA water at initial pH greater than 7.0 with PFC flocculant, the fractal dimensions of D2 (logA vs. logdL) and D3 (logVsphere vs. logdL) of PFC-HA flocs decreased with the increase of PFC dosages, and PFC-HA flocs showed a gradually looser structure. At the optimum dosage of PFC, the D2 (logA vs. logdL) values of the flocs show 14%–43% di erence with their corresponding Df, and they even had di erent tendency with the change of initial pH values. However, the D2 values of the flocs formed at three di erent initial pH in HA solution had a same tendency with the corresponding Df. Based on fractal Frenkel-Halsey-Hill (FHH) adsorption and desorption equations, the pore surface fractal dimensions (Ds) for dried powders of PFC-HA flocs formed in HA water with initial pH 9.0 and 7.0 were all close to 2.9421, and the Ds values of flocs formed at initial pH 5.0 were less than 2.3746. It indicated that the pore surface fractal dimensions of PFC-HA flocs dried powder mainly show the irregularity from the mesopore-size distribution and marcopore-size distribution.     

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%.     

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.     

活性污泥的理化性质与絮凝调理投药量的关系

采用烧杯试验研究了活性污泥理化性质与絮凝调理投药量的关系,分析了活性污泥离心上清液黏度及其中胶体的Zeta电位和表面电荷密度、污泥絮体的粒度、分形维数和强度等理化性质指标随调理絮凝剂(CPAM,CZ-8698)投药量的变化规律,探讨了这些指标在确定絮凝调理最佳投药量方面的差异.结果表明,CZ-8698的投药量对污泥的脱水性能和理化性质均可产生明显的影响,基于毛细吸水时间(CST)、污泥比阻(SRF)确定的活性污泥絮凝调理的最佳投药量范围为4.28～7.13g.kg-1,对应的CST与SRF值分别为(12.62±1.39)s、0.56×1012m.kg-1.在此最佳投药量区间,污泥离心上清液中胶体的Zeta电位与表面电荷密度均由负值变为正值,污泥絮体的分形维数分别为1.09(一维)和1.51(二维),其表面不规则程度最低、结构较为密实;污泥絮体的粒径随着絮凝剂投药量的增加持续增大到mm尺度,但其强度在投药量高于4.60 g.kg-1以后逐渐趋于稳定.此外,当絮凝剂投药量低于上述最佳范围时,污泥离心上清液的黏度已经达到了最小值(1.24±0.04)mPa.s.     

腐殖酸铝盐絮凝体的动态特性

通过显微摄影分析研究了腐殖酸铝盐絮凝体成长的动态过程以及在混凝过程中絮凝体构造(分形维数)的变化规律.结果表明,在腐殖酸混凝过程中,随搅拌历时延长,絮凝体粒径不断成长变大,最终达到平衡状态.随着絮凝体的成长,其构造呈现由密实逐渐向疏松过渡的过程,空隙率变大,二维分形维数由初期的1.8左右下降到1.4左右.絮凝体分形维数D_f和粒径d_f之间具有D_f=Ad_f^-     

天然活化沸石负载壳聚糖对高氟水的处理

为提高天然沸石对氟的吸附能力,采用活化天然沸石负载壳聚糖改性处理,研究了除氟剂的性能,确定了除氟剂的最佳改性条件:2.0%冰醋酸溶液,壳聚糖浓度为0.05 g/mL,壳聚糖:沸石(质量比)=0.07,室温下改性5 min。最适除氟条件:pH=6.0,粒径1~2 mm,100 r/min的速度搅拌反应50 min,静置0 min。吸附剂对F-的吸附过程符合Langmuir吸附等温线,对氟离子的饱和吸附容量为10.63 mg/g。