絮凝条件对絮体分形结构的影响

在85kg/m³的含沙高浊水中投加阳离子高分子聚合物,借助图像分析技术与沉降技术分析探讨了不同絮凝条件下泥沙絮凝形态学参数:絮体粒径、絮体有效质量密度、絮体自由沉速、浑液面沉速与上清液余浊等的变化规律.利用表征参数“分维”定量控制不同絮凝条件(如搅拌速率、搅拌时间、高分子浓度等)对含沙高浊水絮体结构分形特性的影响.实验证明,不合适的絮凝条件将导致絮体分形构造疏松脆弱,分维值低.絮凝条件合适时(快速絮凝强度为:r₁=300r/min,t₁=10s;慢速絮凝强度:r₂=120r/min,t₂=180s;CP浓度:0.1%),絮体分形结构处于最佳状态.该状态下的絮体具有粒径较大、沉速快、有效质量密度高、粒度分布均匀,分维值最高(D₃=2.16)的特点.而且,由静沉实验测得浑液面沉速高,上清液余浊也低.泥沙絮体分形结构达最佳时的混凝性能、沉降性能与结构密实性均较理想.     

HCA强化混凝预处理生活污水的效能及机理

通过单因素及正交试验,以聚二甲基二烯丙基氯化铵（HCA）为混凝剂对模拟农村生活污水进行强化混凝预处理,考察了影响HCA混凝去除SS、TP及有机物的主要因素及其主次顺序,并以Zeta电位及分形维数对HCA的混凝机理进行了分析.结果表明,影响HCA处理效果的因素顺序为初始pH值值 > HCA投加量 > 絮凝搅拌时间 > 混合搅拌速度梯度 > 混合搅拌时间 > 絮凝搅拌速度梯度,在优化条件下HCA混凝对SS、TP及COD去除率最高分别达94.1%、74.9%及61.1%;当HCA投加量为15mg/L时,Zeta电位与絮体分形维数分别为-2.03mv及1.0149.试验表明HCA对生活污水具有较好的处理效果,强化混凝去除污染物的机理主要是电性中和作用.     

基于分形方法确定合肥大兴地区土壤中Cd元素的异常下限

在土壤元素异常下限值的确定对环境地球化学评价具有重要意义,传统异常下限值计算方法仅适用于元素含量数据呈正态分布的情况,而事实上土壤元素含量的空间分布极其复杂,很可能具有多重分形分布特征,元素背景和异常有各自独立的幂指数关系。本文探讨利用分形方法确定典型工业区土壤中Cd元素的异常下限值。基于分形的含量一面积方法确定了合肥大兴地区（典型工业区）土壤中污染元素Cd的异常下限值为0．445mg／kg,并根据该异常下限值圈定了异常范围。同时与传统方法（平均值加两倍标准离差）确定的土壤中Cd元素异常下限值及异常范围进行了对比分析,结果显示,分形方法圈定的异常区域是有效的、合理的,控制了区内主要的导致土壤Cd元素污染的企业。     

A2/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、 332.86 μm,有效密度的平均值分别为0.004 0、 0.007 2 g·cm^-3,自由沉降速率的平均值分别为2.67、 4.79　mm·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;分形维数较低的污泥具有高的剪切敏感性和低絮体强度,相应的污泥稳定性低;EPS总量高的污泥脱水性能差,EPS中蛋白质含量高的污泥其表面电荷也较高.     

基质种类对活性污泥絮体性状的影响

利用葡萄糖、淀粉、乙酸钠和苯酚4种典型基质,分别在4个相同的序批式反应器(Sequencing Batch Reactor,SBR)中培养活性污泥,并研究了基质种类对活性污泥絮体性状的影响.结果表明,以葡萄糖为底物培养的活性污泥胞外多糖含量最少,而苯酚所培养的活性污泥胞外蛋白质最多;从形成的EPS总量来看,苯酚最多,乙酸钠次之,葡萄糖和淀粉较少.不同基质培养的污泥Zeta电位也有一定差别,这是由EPS中多糖和蛋白质的比例不同造成的.红外分析表明,4种基质培养的污泥EPS中的主要基团较为相似,羧基、醇羟基、羧酸、酰胺和多聚糖均是EPS中的主要基团.此外,进水基质对活性污泥絮体的粒度分布及分形结构也有重要影响.     

分形理论在混凝研究中的应用

针对絮凝体的形成具有自相似性和标度不变性分形特征,将分形理论应用于混凝领域,从絮凝体结构模型、分形结构模式以及分维的研究方法三个方面对混凝研究进行了论述,从而为混凝的研究提供了新的工具.     

钙基脱硫剂孔隙网络动态生成特性

钙基脱硫剂孔隙结构特性直接影响到脱硫效果及脱硫剂的利用率,对其空间网络特性的描述将有助于分析SO2的扩散及反应特性. 在石灰石分解动力学和烧结机理的基础上,结合固体分解的成核机理,运用Monte-Carlo 方法,建立了脱硫剂孔隙网络的动态生成模型,对钙基脱硫剂分解形成的孔隙结构进行了动态模拟,并对生成孔结构的分形特性进行研究.结果表明,运用动态生成模型,可以给出石灰石分解形成的CaO内部孔隙的微观空间结构,且模拟生成的孔隙网络的分形维数与实验测定值基本吻合.     

柴油/碳酸二甲酯燃烧颗粒的微观结构和分形特征

为降低柴油机颗粒物排放,探讨了柴油机燃用柴油/碳酸二甲酯混合燃料燃烧颗粒微观结构和分形特征的变化规律. 采用扫描电镜、透射电镜和SAXS(同步辐射小角X射线散射)相结合的方法,针对DMC(碳酸二甲酯)添加量(以w计)对柴油机燃烧颗粒微观结构和分形特征参数的影响规律进行了研究. 结果表明:与柴油燃烧颗粒相比,D10〔w(DMC)为10%〕、D20〔w(DMC)为10%〕燃烧颗粒的碳粒子平均层面间距分别增加了5.3%、15.1%,弯曲度平均值分别增加了4.0%和10.3%,表明燃烧颗粒的氧化活性增加;与柴油相比,D10、D20燃烧颗粒的质量分形维数分别增加了0.44和0.52,下限均升高了0.2,SAXS与电镜图像对燃烧颗粒的质量分形维数的分析结果相一致,即质量分形维数随DMC添加量的增加而升高,表明燃烧颗粒的团聚程度提高;与柴油燃烧颗粒相比,D10、D20燃烧颗粒表面分形维数的下限分别升高了0.1和0.2,表明其燃烧颗粒表面的粗糙程度和不规则程度提高;与柴油燃烧颗粒相比,D10、D20燃烧颗粒的活化能分别降低了3.9和7.9 kJ/mol,表明燃烧颗粒的氧化活性随着DMC添加量的增加而增强,验证了燃烧颗粒微观尺寸结构和分形特征的研究结果. 研究显示,柴油中添加DMC能够提高燃烧颗粒的氧化活性,燃烧颗粒的氧化活性越强,其在后处理过程中就越易被氧化,有助于降低柴油机的颗粒物排放.      

粉煤灰-铝土矿改性制备铝铁复合混凝剂的除磷性能及混凝机理研究

化学混凝法是城市污水处理深度除磷的有效方法,目前常用混凝剂主要存在成本高、除磷效率低且用量大等缺点.本研究采用常压酸浸法,以低成本的铝土矿和粉煤灰为主要原料制备无机复合混凝剂,并对其进行除磷应用及机理研究,结果表明:1自制混凝剂对生活污水中TP去除率达99.58%,出水TP含量为0.012 mg·L-1,优于GB18918—2002一级A标准.2 X-射线衍射和红外光谱结果显示,混凝剂中的Fe—OH、Al—OH、H—OH等基团能与水中的磷酸根作用生成沉淀达到除磷目的,该沉淀在沉降过程中还能吸附不易沉淀的含磷悬浮物,发挥网捕卷扫作用.3采用Ferron逐时络合比色法分析铝铁形态结果显示,混凝剂含有64.14%低聚态铝铁,能中和水中胶体的表面电荷致使胶体脱稳;11.27%中聚态铝铁可吸附在胶体表面,降低其表面电荷,同时以较高的分子量发挥吸附架桥作用;24.59%高聚态铝铁在沉淀过程中可包夹部分胶体粒子,以较大表面积发挥卷扫作用.4分形维数研究结果显示,絮体分形维数在1.2~2.8之间,分形特征较好,能有效发挥絮体的吸附架桥作用.5 Zeta电位分析结果显示,混凝剂本身带正电荷,能与水中带负电荷的胶体物质发生中和,从而压缩双电子层,使胶体粒子脱稳而从水中去除.混凝剂除磷过程是压缩双电层、电中和、吸附架桥和网捕卷扫多种机制共同作用的动态变化过程.     

基于RS与GIS的武汉城市湖泊演化研究

以武汉市主城区为例,利用1995和2005年Landsat5两期TM影像与2000和2010年Landset7两期ETM＋影像的解译结果,基于景观分形理论与GIS的空间分析功能相结合的研究方法,分别构建湖泊变化强度指数和湖泊分形维数变化指数。从湖泊面积变化和湖泊形态变化,以及湖泊水域和其他土地利用类型的转移变化特点与影响进行综合分析。来丰富湖泊演化的分析方法,并总结高速城市化背景下湖泊的变化规律,从而更深入地了解和认识人类活动因素与湖泊水域动态变化之间的响应关系,同时提出若干城市湖泊治理与管理的方式。研究结果表明,（1）15年间的湖泊水域面积总量的变化呈现萎缩的趋势,年变化量在逐渐减小,湖泊萎缩的速度得到了一定的控制。（2）1995-2010年湖泊分形维数也呈逐期较小趋势,说明湖泊几何形状趋于简单化,人为活动对湖泊的影响加大。（3）15年来主城区28个主要湖泊的变化强度指数均为负值,呈萎缩趋势。但从2000年开始,少数湖泊变化强度指数为正值,萎缩趋势得到初步的控制。（4）1995-2010年间湖泊的水域面积主要转移成为建设用地和耕地。其转移面积占转移总面积的87．02％。围湖造田和城市化率的迅速提高对城市湖泊的演化影响深刻。（5）城市化背景下湖泊面积与形态变化的规律并非完全与城市化发展速率呈正比的关系,当城市化率上升到一定的阶段后,城市内部对生态环境的保护与要求也不断提高。为改善城市环境和城市内部的生态用地,湖泊应得到立法等强制性保护。