基于分形学的瓦斯爆炸事故时序数据分析模型及应用

针对煤矿瓦斯爆炸灾害子系统的复杂非线性动力学特性,以南方某省1958—2007年的煤矿瓦斯爆炸事故发生数构建时间序列,应用霍斯特时间序列数据的标度行为,提出瓦斯爆炸时间序列的重标极差分析(R/S分析)方法。结果表明:瓦斯爆炸时间序列的霍斯特指数为0.550 2,分形维数为1.449 8,其分式布朗运动轨迹表现出一定的持久性和非高斯性。为诊断瓦斯爆炸事故时间序列变异年份,对时间序列进行分段R/S分析,获得变异年份为1974年,以1974年为分界点构成2个时间序列,霍斯特指数分别为0.589 1和0.697 5,分形维数为1.410 9和1.302 5,与煤矿瓦斯爆炸事故时间序列的持久性趋势一致。煤矿瓦斯爆炸事故时间序列看似无序却蕴藏规律,反映了系统的动力学变化特征,R/S分析方法可以描述煤矿瓦斯爆炸事故时间序列的动力学特征。     

加载絮体形态对短流程超滤膜污染影响效应

以聚硫酸铁（PFS）为混凝剂,微砂为载体颗粒,系统考察了采用加载絮凝-超滤联用工艺净化含高岭土、腐植酸和锑[Sb（Ⅲ）]的模拟原水过程中,不同PFS和微砂投加量条件下加载絮体形态特性以及其对超滤膜通量衰减、膜污染可逆性和宏观出水水质等的影响,并分析了膜污染机理.结果表明,PFS投加量对絮体形态及膜滤效能和膜污染影响显著,且投加量过少或过多均会产生不利影响,以30mg/L为宜;与不投加微砂的工况相比,加入微砂更易于形成大而结构较为松散的絮体,可有效削弱不可逆膜污染,并获得较为稳定的超滤出水水质;超滤末端膜比通量与絮体平均粒径呈良好的正相关性（R²=0.8774）,但因加载絮凝体系中引起分形维数变大的不同类型颗粒（包括小粒径范围絮体和未被加载絮体捕获的微砂）对超滤净水过程产生的影响各异,致使膜通量与分形维数的负相关性较差（R²=0.5760）.     

磁絮凝高效处理高浊度废水的性能及机理研究

自来水供水厂在运行过程会产生大量高浊度废水,其中富集了许多微生物、有机物及无机杂质,若直接排放会严重污染河流水体及周边土壤.采用磁絮凝工艺处理自来水厂供水过程中产生的高浊度废水,通过单因素和正交试验考察了聚合氯化铝(PAC)投加量、磁种(Fe3O4)投加量、废水初始pH值和沉降时间对废水中浊度、COD和UV254去除效...     

不同染料化合物在颗粒活性炭上的分形吸附规律

研究了颗粒活性炭对6种染料的吸附特征,结果表明,它们的吸附等温线均符合Ffendlich方程;由此计算出颗粒活性炭的表面分形维数均处于2到3之间．不同染料吸附时计算出的分形维数不同,吸附染料过程是在分形表面上发生的反应．吸附动力学过程分为快速吸附和慢吸附两个阶段,而且溶液中剩余染料的浓度变化动力学符合方程：Cout∝t^-α,表明该过程具有类分形动力学特征;并由指数α计算上述动力学反应的分形维数D．在实验的温度范围内,6种染料的吸附量和速度均随着温度的升高而增加;绿色染料吸附时的类分形动力学参数指数α和分形维数D也随之升高,而其它染料不呈现类似的规律．     

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。     

新型硫酸铝-壳聚糖助滤剂强化砂滤效能研究

将硫酸铝和壳聚糖复配作为微絮凝助滤剂（AS-CTS）,考察其强化过滤性能.利用分子量分级、荧光光谱等手段分析有机物的去除特性,通过Zeta电位、絮体粒径、分形维数的变化分析其强化过滤机理.结果表明：AS-CTS较AS、CTS强化过滤效果明显,在AS/CTS复配比为2：1、CTS投加量0.3mg/L,转速300r/min,搅拌时间2min的条件下,砂滤出水浊度能达到0.1NTU、颗粒物125个/mL,残余铝浓度0.02mg/L;浊度和颗粒物去除率较未加AS-CTS分别提高了58%、61.7%.AS-CTS强化过滤可有效去除分子量>30KDa的腐殖酸和1~3KDa间的色氨酸类蛋白、溶解性微生物代谢产物、类富里酸.AS-CTS主要靠高分子吸附架桥作用和界面化学作用,增加胶体颗粒在滤料表面的粘附;通过形成较大粒径和分形维数的微絮体,增强絮体向滤料表面的迁移.     

A~2/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、332.86μm,有效密度的平均值分别为0.0040、0.0072g·cm-3,自由沉降速率的平均值分别为2.67、4.79mm·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...     

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.     

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%.     

微生物絮凝剂的絮凝性能及其絮凝形态研究

利用本实验室分离、筛选的微生物絮凝剂菌株G15,对其进行发酵培养,研究了絮凝剂投加量、絮凝反应体系pH值等对其絮凝性能的影响;对反应体系的ζ电位进行了测定,并且对所形成絮体的微观形态进行了观察。研究结果表明:该微生物絮凝剂在碱性条件下有较强的絮凝活性,当pH=10时最佳投加量为2.5mL;絮凝剂具有较强的热稳定性;加入菌株G15的发酵液后,高岭土悬浊液的ζ电位从-36.27mV显著上升至-12.97mV;并且该微生物絮凝剂产生的絮体颗粒大且结构密实,形态上有明显的分形特征。