分形在水处理中的应用

在水处理过程中,絮凝体的分形维数和沉后水浊度都能够表现出良好的相关关系,从而在混凝工艺过程控制中,可以通过对絮凝体分形维数的在线监测,来反映絮凝程度和混凝处理效果.并且通过实验运用分形维数来指导能耗分配,使得水处理能够既经济又高效.     

制药废水絮体分形维数及最优处理条件研究

以某药业公司制药废水为原水,以PFS为混凝剂,PAM为助凝剂,在常温下进行混凝实验,考察絮体分形维数和混凝条件以及COD去除率之间的关系。实验结果表明:PFS投加量为700 mg/L,PAM投放量为15 mg/L,原水p H值为7.0时,以200 r/min速度快速搅拌90s后,再以50 r/min的速度慢速搅拌15 min,COD去除率达到61.4%;所得絮体分形维数峰值为2.037,且絮体结构密实,沉降速度快。证明用该混凝法处理高浓度制药废水时,分形维数的变化能很好地反映了絮凝程度及混凝工艺的处理效果。     

水力条件对聚硅酸铝铁絮体分形结构的影响研究

制备聚硅酸铝铁复合絮凝剂,研究其絮体分形维数与絮凝效果之间的关系,并进一步分析了水力条件对絮体形态的影响,确定了絮体的动力学模型.结果表明,絮凝剂投加量过多或过少都会降低絮体分形维数;碱化度升高会使絮体更加密实,同时分形维数随搅拌强度的增加而增大,但搅拌条件过强会增大絮体破碎几率;在絮凝初期,分形维数随慢搅时间的增长而...     

CO_2/水孔流作用下砂岩真三轴应变分形特征研究

以砂岩为主要研究对象,以CO_2、水为孔隙流体介质,通过真三轴压缩试验得到不同孔流作用下应力应变数据,分析并比较了砂岩受力破坏各个阶段中应变分形曲线特征。研究结果表明:分形维数的突变与应变的突变具有一致性,分形维数的范围与最大值的排序为:干燥CO_2水。干燥砂岩的应变分形变化规律为:在孔隙压密阶段,分形维数增大;弹性阶段,分形维数略有上升;屈服阶段,分形维数波动较大;峰后阶段,分形维数减小。含水砂岩和含CO_2砂岩的应变分形规律具有共性和差异性。共性表现在孔隙压密阶段和峰后阶段:孔隙压密阶段两者分形维数减小,峰后阶段两者分形维数增大。差异性体现在中间阶段:含水砂岩的分形维数在很小的范围内波动,而含CO_2砂岩波动较大。试验结果可以在一定程度上定量地反映岩石受力破坏全过程特征,同时给岩石力学行为与破坏机理研究带来新思路。在实际工程中,岩石结构的应变分形结果对其稳定性分析及预测具有指导意义。     

壳聚糖改性高分子絮凝剂对焦化废水Zeta电位的影响研究

采用混凝过程对焦化废水进行了深度处理研究,研究了壳聚糖改性高分子混凝剂的剂量、p H值对焦化废水浊度去除率和Zeta电位的影响。结果表明在混凝过程中壳聚糖改性高分子絮凝剂剂量为200mg/L,p H值为7的最佳条件下浊度去除率比色度去除率更好,它们分别是94.44%和66.67%。焦化废水混凝后絮凝体的Zeta电位显示该最佳条件下混凝后絮凝体的Zeta电位最大。     

黄土高原刺槐人工林地土壤颗粒分形特征研究

采用分形理论,研究黄土高原刺槐人工林地不同树龄和不同深度的土壤颗粒的分形特征.结果表明,在刺槐人工林凋落物和根系等的作用下,人工林能够提高林地土壤的团聚能力,降低土壤的分形维数;不同树龄刺槐人工林地的土壤颗粒分形维数在土壤剖面的不同深度上趋于均一,而且小于同种质地的其他土壤;土壤颗粒分形维数可以反映森林土壤粒径分布的变化,因而可作为评价森林土壤生态特征的指标.     

燃烧烟尘凝团形貌的分形辨别方法研究

对火灾现场常见聚合物材料和易燃液体燃烧烟尘凝团进行了分形研究,通过线性回归得到了描述其形貌特征的分形维数和分形前置因子。研究发现大多数材料烟尘凝团的分形维数在1.5~2.0之间,燃烧时发烟量较大的材料通常具有较高的分形维数值。利用分形分析结论,对烟尘进行判别分析,可以准确判别烟尘种类。     

岩桥破坏全过程分形特征研究

为定量研究边坡岩桥破坏全过程特征,对岩桥试件进行单轴压缩试验,采用盒维数法计算加载过程中裂纹扩展路径的破裂分形维数,基于应力-应变曲线和破裂分形维数量化表征岩桥破裂演化特征,论证了试验结果与实际边坡岩桥破坏过程的相似性;而后,对试件碎屑进行筛分试验,引入破碎分形维数定量描述其破碎特征;最后讨论了这2种分形维数之间的关系。结果表明:1)岩桥试件的应力-应变曲线呈现出"峰后回升"特征; 2)破裂演化过程中产生的新生裂纹具有形态上的自相似性,即分形特征,破裂分形维数与应变之间服从双曲线关系; 3)岩桥试件破坏后的碎屑尺寸分布具有分形特征,破碎分形维数变化范围在2. 60～2. 67之间; 4)数据拟合表明,岩桥试件最终破坏状态的破裂分形维数与破碎分形维数之间呈线性正相关关系,这是因为试件的裂纹萌生、扩展和贯通与破碎特征紧密相关,属于因果关系。     

混凝剂对胶体电动电位的影响研究

混凝剂是通过压缩双电层、吸附电中和、卷扫絮凝、吸附架桥4种方式起到对水中胶体的凝聚作用的,最终达到水处理的效果.通过测量水样中加入混凝剂前后胶体的电动电位(zeta电位),发现混凝剂的投加会使得溶液中胶体的电动电位发生变化,这种变化和混凝机理中混凝剂通过压缩双电层达到胶体凝聚效果的说法是一致的.     

二次微絮凝与常规絮凝的对比试验

以石家庄某水库低温低浊水为研究对象,采用有机物表观相对分子质量分级和有机物化学极性分级技术从分子水平的变化对原水溶解性有机物进行分析,并测定了其各组分质量分数与三卤甲烷生成势的相关性,获得了原水中溶解性有机物DOM去除率较低的原因,同时进行了二次微絮凝和常规絮凝的混凝试验,考察了水体浊度、Zeta电位、抽滤时间、颗粒数和有机物等各指标的变化情况。结果表明,二次微絮凝比常规絮凝有更强的混凝去除效果,当聚合氯化铝PAC总投加量为13 mg/L、絮凝时间为3 min时,滤后水浊度可达到0.1 NTU以下。二次微絮凝不但改变了胶体的Zeta电位,增加了絮凝效果,而且提高了对有机物和颗粒数的去除率,抽滤时间也相应缩短。     

关联维数在机械设备故障诊断中的应用研究

研究了混沌与分形的特征参数———关联维数的计算方法和参数的选择。以滚动轴承在正常、外圈故障、滚动体故障、内圈故障4种状态下的信号特征为标准样本,以其运行的实测信号为例,对时域信号进行了频谱分析,并进一步进行了关联维数分析。通过对滚动轴承振动信号的关联维数分析,证明了该轴承在4种不同标准状态下具有明显不同的关联维数特征。因此,按照相关性的大小,就可诊断出实测信号属于外圈故障状态信号。研究结果表明,关联维数分析方法在设备状态监测与故障诊断中,尤其是在非线性系统的故障诊断中显示出其独特的优势,具有较为广阔的应用前景。     

综放工作面覆岩破坏特征及裂隙演化相似模拟试验研究

针对煤层开采后常出现矿压显现剧烈、煤岩透气性增大和地表下沉等问题,利用二维相似模拟试验研究综放工作面覆岩破坏特征并通过分形理论表征裂隙演化规律.试验结果表明:煤层基本顶初次来压步距为78 m,周期来压步距为24 m;煤层采动裂隙发育,距煤层顶板超过35 m;煤层开采后形成的覆岩裂隙具有分形特征,其分形维数随工作面的推进...     

考虑分形效应的煤岩损伤模型及渗透率模型

为探索煤岩失稳破坏过程中损伤演化和渗透率演化规律,用分形维数表征损伤演化,研究煤岩损伤破坏过程中渗透特性。基于孔裂隙的体积分形维数与应力关系,推导出分形维数表征的Weibull分布参数,利用煤岩孔裂隙的分形维数和孔隙率的关系,求解煤岩裂隙随有效应力的变化量γ;根据Mohr-Coulomb准则和Poiseuille定律,分别构建考虑分形效应的煤岩损伤本构模型和煤岩渗透率模型,分析损伤和渗透率的联动关系。结果表明:峰值应力前,孔裂隙体积分形维数与轴向应力和应变均成线性关系;随着有效应力的增大,煤岩孔隙率增大,煤岩渗透率先平缓增大后急剧增大;同一应力点下的渗透率随ln(1/r)的增大而增大;所建立的煤岩损伤本构模型和渗透率模型,与试验结果均有较高的吻合度。     

露天梯段爆破粉尘体积分散度的分形表达

为研究露天梯段爆破粉尘体积分散度的分布规律和特征,采用分形几何理论建立分形分布函数,以Rosin-Rammler分布函数为基准函数,将猴子岩水电站桃花料场流纹岩爆破开采的工作边帮、出入沟、工作平盘以及爆破区作为取样点,收集粉尘样品。通过激光粒度分布仪测量样品分散度,求出函数特征值,定量表达料场粉尘分布规律。结果表明,爆破粉尘分散度具有良好的分形特征,可用分形维数D定量表示,其分形维数D为2.110~2.251;采样点的分形维数D与至爆破区距离负相关,Rosin-Rammler分布参数n与至爆破区距离正相关;远离料场爆破区采样点的样品中,悬浮颗粒、可吸入粉尘、呼吸性粉尘所占比例较大。     

颗粒活性炭吸附染料过程的分形特征研究

运用Langmuir分形吸附等温线方程模拟了颗粒活性炭对染料的吸附,得到了较好的效果,并且以染料分子作为码尺计算出颗粒活性炭的表面分形维数Ds为2.590 2.染料在颗粒活性炭上的吸附动力学具有类分形特征,吸附反应的逐时速率系数k与反应时间t呈指数关系.但通过本文计算出的指数h值无法计算出分形子谱维数ds.     

两类混凝剂处理公厕水冲物的初步研究

本文采用无机凝聚剂、有机絮凝剂和有机-无机混凝剂对公共厕所水冲物进行了固液分离研究.条件实验表明,供试的无机凝聚剂中,铁盐对水冲物的混凝速度最快,絮凝体相对于铝盐紧实,而铝盐的絮凝体大于铁盐;有机絮凝剂对供试水冲物的混凝效果随着PAM分子量的增加,效果增强.从处理后的水质看,铝盐普遍优于铁盐.与无机凝聚剂混合使用,能显著加快铝盐的分离,使处理后的絮凝体沉淀体积变小,湿渣的含水量降低2～3倍.气浮处理后的清液,其各项主要水质指标均达到国家污水综合排放二级标准(GB 8978-1996).     

贵州北部突出煤的孔隙结构及分形特征研究

为揭示突出煤孔隙结构对瓦斯吸附能力与放散性能影响,通过贵州北部3个典型煤矿煤样的低温液氮吸附试验,研究突出煤比表面积、孔容、孔隙平均孔径、最可几孔径、分形维数等5种孔隙结构参数,以及突出煤孔隙的瓦斯扩散模式,分析突出煤孔隙特征参数对吸附能力和放散初性能的影响特征。结果表明:突出煤的孔隙结构较为发育,孔隙通透性较差;孔隙中气体以过渡型和菲克型扩散为主;相比温度,压力和孔径对努森数影响更明显;突出煤孔隙特征参数与瓦斯放散初速度呈较好的线性关系,且分形特征明显,吸附能力随分形维数呈二次函数递增,瓦斯放散初速度随分形维数线性增大。     

麻风树果壳活性炭表面分形维数的实验研究

在温度77K条件下对化学活化法制备的几种麻风树果壳活性炭进行N2吸附-脱附实验研究,得到了孔结构参数.并利用等温吸附数据分析了活性炭的分维.研究了不同碱炭比(R)条件下得到的活性炭的表面特征、孔结构和特征吸附能.结果表明,麻风树果壳活性炭含有分形特征,分形维数在2～3之间.在多层吸附早期阶段和高度覆盖期所得的分形维数不同,但变化趋势基本一致,随着R的增加而增大.R=4时,分形维数最大,分别为2.619和2.993.活性炭的分形维数与活性炭的比表面积、孔容、碘吸附值和微孔相对含量基本一致,可以用来表征微孔的发育程度.     

煤与生物质燃烧生成碳黑团聚物的形态分析

为分析碳黑团聚物对大气环境监测、气候预测等领域的影响,对其形态进行分析。用分形参数来表征碳黑团聚物的形态变化,将煤与生物质燃料燃烧生成的烟气取样后洗涤、离心、干燥并制成膜片,通过透射电镜(JEM-2100)获得膜片镜下图片,利用IMAGEJ测量电镜图片中团聚物的几何参数,通过几何参数推断出团聚物的分形参数,得出分形维数D_f在0.68~3.42变化,前向因子K_g在0.09~3.71变化,分形参数值越大,碳黑团聚物形态越趋于球形。     

SBR反应器中不同粒径成熟好氧颗粒污泥的分形表征

为了表征SBR反应器中不同粒径的成熟好氧颗粒污泥(Aerobic Granular Sludge,AGS)的密实和规则程度,试验采用实际生活污水培养AGS,利用Photoshop和Fips2软件对不同粒径AGS的SEM图像进行处理和分形计盒维数计算,其中粒径在1.25~1.60 mm的颗粒分形维数最高,达到1.888±0.014,较为致密。最小粒径(小于0.30mm)污泥颗粒的分形维数最低,为1.827±0.043,较为疏松。不同粒径AGS的边界计盒维数随粒径减小而降低,其中最大粒径(大于2.00mm)颗粒污泥的边界计盒维数平均值达到了1.223±0.039,其颗粒形状最不规则。粒径在0.60 mm以下范围的颗粒边界计盒维数较低,污泥颗粒形状较为规则。结果表明,大粒径的AGS更有利于一些大型后生生物的生长和附着,这也是导致大粒径的边界比起小粒径更显不规则的原因。大粒径颗粒表面的不规则程度也明显高于小粒径颗粒。粒径在0.80 mm以上的AGS其密实度较为理想。利用分形维数可以清晰地表征、区分不同粒径AGS的密实和规则程度,为AGS的形成、结构及理化特征研究提供了依据。