基于DLCA模型的絮凝过程模拟与应用

在二维有限扩散集团凝聚（DLCA）模型基础上,利用Matlab软件建立DLCA模型,模拟絮凝体的生长过程。模拟结果表明：簇团数目与单个粒子数目随着循环步数增加而减小,盒子法计算模拟絮体获得的分形维数在1.341～1.551之间。屏蔽效应的存在使絮体呈现内部致密、外部疏松且高度多孔结构,模拟过程体现了分形的特征。实验采用聚合氯化铝絮凝剂处理模拟洗煤废水,盒子法计算真实絮体获得的分形维数在1.378～1.520之间,且随废水浓度增加而减少,与模拟结果相似性较高。     

基于分形理论的有机高分子絮凝

在改性天然高分子絮凝剂（CSAX）处理同时含Cu^2＋和高岭土的悬浊液的废水絮凝实验中,显微镜照片研究显示絮凝体的表面和内部具有高度不规则性,絮凝体的形成过程具有分形特征.通过实验研究絮凝体的特性和分形维数之间的关系,分析了絮凝体的分形特征,在原水浊度为100 NTU,pH值为5.0,Cu^2＋的浓度为25 mg/L,CSAX的投加量为30 mg/L的条件下,CSAX的絮凝效果最好,形成絮凝体的分形维数为2.0.证明可以通过监测絮凝体的分形维数来控制絮凝过程.     

纤维素-丝胶全降解绿色絮凝材料制备及其混凝性能评价

通过戊二醛化学改性交联竹浆纤维素和丝胶蛋白,并通过改变反应温度、pH、时间、戊二醛的用量比和丝胶的用量比来控制反应条件,制备出纤维素-丝胶全降解绿色絮凝材料(Bamboo pulp cellulose-g-silk sericin,BPCg-SS)。采用傅立叶红外吸收光谱(FT-IR)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和Zeta电位分析仪对最优BPC-g-SS产品进行表征分析,并进一步用BPC-g-SS对高岭土模拟废水进行了混凝研究。结果表明:在反应温度37℃、反应pH值为4.5、反应时间8h、戊二醛用量0.4g、丝胶用量1.2g条件下得到最优产品;该BPC-g-SS的混凝效果随废水pH值、絮凝剂和助凝剂用量有较大变化;采用最优产品对高岭土模拟废水和实际工业印染废水进行混凝处理,CaCl_2用量0.4mg/mL、pH值为4,高岭土废水平均浊度去除率可达98.4%,印染废水平均浊度去除率达到95.3%,印染废水COD去除率达到97.0%。在土壤提取液中90d后,BPC-g-SS的降解率达到92.8%。     

天然有机物与无机悬浮物的混凝特性对比

通过对以腐植酸为代表的天然有机物和以高岭土为代表的无机悬浮颗粒的混凝实验，分析对比了天然有机物和无机悬浮颗粒的混凝特性．研究结果表明，腐植酸的最佳pH在5～6之间，而高岭土的最佳pH值在7～8之间．在pH=5.0条件下，腐植酸的高去除率在等电点附近，说明吸附电中和是腐植酸混凝的主要作用机理，而高岭土的高去除率是中性条件下氢氧化铝网扫絮凝的结果．通过PDA对混凝过程进行在线监测，腐植酸的混凝经历了稳定、脱稳、复稳、网扫絮凝四个阶段，而高岭土只经历了脱稳和网扫絮凝两个阶段．显微摄影和图像分析结果表明，腐植酸絮凝体的分形维数随粒径增大而渐小，而高岭土絮凝体的分形维数随粒径增大而增加．     

新型稀土混凝剂絮体形态的分析研究

以黄河水为处理对象,研究了稀土混凝剂絮凝体形成过程及其形态特征.通过计算形成絮凝体的分形维数、平均粒径和圆度,结果表明,新型稀土混凝剂处理黄河水的最佳pH值为7.5,其絮凝体具有良好的分形构造特征,絮体成长速度很快(4～5 min已稳定),酸性水体中絮体的圆度明显大于碱性水体,吸附电中和是主要的混凝机理,在弱碱性水体中,沉淀物的网捕卷扫也起一定的混凝作用.     

新型锌铝复合絮凝剂处理焦化废水的研究

为寻求焦化酚氰废水生化二沉池出水COD超标解决方法,以锌盐、铝盐和聚丙烯酰胺为主要原料制备了一种新型锌铝复合絮凝剂,利用该絮凝剂进行焦化厂酚氰废水处理站二沉池出水的絮凝实验.研究考察了絮凝剂用量、pH值、温度以及搅拌速度对去除CODcr和浊度的影响.结果表明,当絮凝pH为10,絮凝剂投加量为1.2 ml/L,慢搅拌速度为75 r/min时,CODcr和浊度的去除率分别为76％和98.1％,而温度对絮凝效果影响甚微.与常规聚合氯化铝和聚合硫酸铁絮凝剂对比表明,锌铝复合絮凝剂处理焦化废水的效果明显较优.     

PAC与PAM复合絮凝剂处理泡菜废水

采用絮凝法对泡菜废水进行了试验,分别考察了絮凝剂的种类、助凝剂的种类、PAM分子量、投加方式、pH值、温度、搅拌转速等条件对泡菜废水絮凝处理效果的影响,为泡菜废水的后期生化处理提供了帮助的同时也可为泡菜厂实际絮凝处理提供一定的参考。在含大量NaCl的泡菜废水中,利用PAM网捕、架桥功能完善了PAC单独作用下絮体细小松散的缺陷,改善了絮凝和沉降性能。研究结果表明：PAC用量150 mg/L,PAM用量25 mg/L,pH6,温度30 ℃,250 r/min快搅2 min,90 r/min慢搅2 min,静置30 min后泡菜废水COD、浊度去除率分别达到了37.7%、96.7%。     

壳聚糖与皂土复配对莲子心药液絮凝效果影响

在最佳实验温度下,以絮凝率和絮体分形维数为表征,研究壳聚糖与皂土复配对莲子心水提液絮凝效果的影响.温度实验表明:随着温度的升高,絮凝率先升高后降低.在实验温度为38℃时,絮凝率最高,絮凝率为84%.絮凝率对比实验表明:壳聚糖与皂土复配能有效地提高絮凝率,降低成本.当4 m L(0.690 g/L)壳聚糖复配4 m L(7.407 g/L)皂土时絮凝率最高,为93%,比只加壳聚糖实验絮凝率高9%.实验中,必须先投加皂土,再投加壳聚糖,否则药液会更加浑浊.对分形维数分析可以得出:壳聚糖与皂土复配能有效地提高絮体的分形维数,改善絮体的性质.当4 m L(0.690 g/L)壳聚糖复配4 m L(7.407 g/L)皂土时分形维数最高,为1.936,比只加壳聚糖实验分形维数提高了0.484.实验结果表明:壳聚糖与皂土复配絮凝方式优于只加壳聚糖单因素絮凝方式.     

给水絮凝处理中壳聚糖的助凝作用和机理

为能高效除浊,又能去除水中有机污染物,将无机絮凝剂聚合氯化铝与天然高分子絮凝剂壳聚糖协同使用,用于自来水厂的给水絮凝处理.考察助凝剂壳聚糖投加量、pH、壳聚糖相对分子质量等因素对浑浊度和有机物去除效果的影响,采用微电泳仪测定了絮凝过程中溶液Zeta电位的变化,通过电子显微镜和im-ageJ图像处理软件,对絮体形态进行分析.结果表明,在以黄河水为水源的自来水厂的给水絮凝处理中,以壳聚糖(CTS)作为聚合氯化铝(PAC)的助凝剂,pH为7.5时,PAC投加35mg/L,CTS投加0.15mg/L时,壳聚糖的助凝效果显著.壳聚糖的絮凝以吸附架桥为主,电性中和为次.显微摄像系统絮体的形态分析表明,单加PAC、PAC/CTS协同絮凝处理水样后絮体的分形维数分别为1.294和1.385.     

壳聚糖处理味精废水的研究

以壳聚糖作为絮凝剂处理高浓度味精废水,考察废水pH值、助凝剂、壳聚糖投加量、沉降时间、废水负荷对絮凝效果的影响,通过正交实验确定优化处理条件．研究结果表明：pH值为5．0、助凝剂选用活性炭、壳聚糖投入量为1g、处理COD值为1000—2000mg·L^-1之间的废水时絮凝效果最佳,COD去除率达94．9％、色度去除率达92．3％、浊度去除率96．7％．     

絮凝体的三维DLA模型分形模拟

以MATLAB为平台,编写三维扩散限制凝聚(DLA)模型程序,模拟絮体的生成,计算分形维数、空隙率等参数。用回旋半径法计算絮体分形维数,为了更好地计算分形维数,采用分段线性拟合。模拟结果表明:随着凝聚粒子数目从200增加到12000,分形维数随着粒子数增大而增大,最终趋于某一定值,空隙率则随着粒子数增大而减小。即随着凝聚体中粒子数的增加,凝聚体的扩张度逐渐加大,对于以DLA模式生长的凝聚体,随机运动的粒子较易进入凝聚体内部,从而引起分形维数增加,生成的絮体结构越来越紧密。空隙率的减小是分形维数增加的首要因素。     

基于SEM图像的细颗粒泥沙絮体3维分形研究及其应用

具有分形特征是细颗粒泥沙絮体的重要特性,为了解决目前主要是通过絮体SEM图像研究其2维分形特性的问题,利用SEM图像灰度值重建细颗粒泥沙絮体3维图像,通过MATLAB编程用盒计数法计算絮体3维分形维数;然后基于絮体3维分形维数,推导出细颗粒泥沙静水沉降时清浑交界面的沉降公式,并将其应用在滇池底泥清混交界面的沉降计算中,其计算误差在5%以内。结果表明,直接利用絮体SEM图像计算絮体3维分形维数是可行的,避免了图像处理中人为误差的引入,且通过其推导的沉降公式可用于计算清混交界面的沉速。     

絮凝体的分形特征和致密型絮凝体形成

传统混凝条件下形成的随机型絮凝体具有分形特征．其分形维数Df与其密度函数ρ3∝dp^-Kp的指数Kp之间具有Df=3-K，的关系．通过建立分步成长絮凝体模型．讨论了在絮凝过程中逐次导入颗粒间的空隙率对絮凝体密度和构造的影响．模型参数分析的结果进一步证明了分步成长的絮凝体是一个典型的分形，其分形维数取决于空隙率ε和颗粒结合个数m．降低ε或提高m均有利于提高Df，使絮凝体由松散型向致密型过渡．脱水收缩和逐一附着模式是达到这一目的的两种操作模式．前者可以通过延长机械搅拌时间来实现，而后者通过造粒流化床实现．实验结果表明两种方式均能提高形成的球状颗粒的密度．但是前者所形成的团粒依然具有颗粒密度随粒径增大而降低的特点，其分形维数为2．40～2．47；而逐一附着模式所形成的团粒密度基本上与粒径无关．其分形维数接近于3．通过讨论造粒流化床操作条件．并将试验得到的致密型絮凝体密度和常规絮凝体密度进行比较．说明该方法实现逐一附着型絮凝体操作是促使絮凝体致密化的有效途径．     

Fractal characterization of pore microstructure evolution in carbon/carbon composites

A fractal characterization approach was proposed to research pore microstructure evolution in carbon/carbon (C/C) composites during the chemical vapor infiltration process. The data obtained from mercury porosimetry determinations were analyzed using the sponge fractal model and the thermodynamics relation fractal model, respectively. The fractal dimensions of C/C composites at different densification stages were evaluated. The pore microstructure evolution with densification time was studied by fractal dimension analysis. The results showed that C/C composites belong to porous fractal structure. The fractal dimensions increase on the whole with decreasing porosity as the densification proceeds. The fractal dimensions are influenced by the texture of pyrocarbon and decrease with increasing anisotropy from isotropic pyrocarbon to high textural one. Both the complicacy of pore structure and the textural morphology of pyrocarbon can be represented simultaneously by the fractal dimension. The pore evolution of C/C composites in the densification process can be monitored using fractal dimension. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50742008)     

基于CT图像的沥青混合料分形特征的研究

采用分形理论对沥青混合料内部结构的复杂程度进行了量化研究.对沥青混合料内部断面的CT图像,用差分盒维数法得到其断面形貌的分形维数,再通过分形维数的大小描述沥青混合料内部结构的复杂程度.对沥青混合料试件和沥青路面芯样分形维数的比较表明,混合料试件内部结构复杂程度更高;采用相同的试件加工方法在试验室获得三种不同类型的沥青混合料(SM A,AC-20G,AC-25G),得到的分形维数相差不大,但该分形维数与路面芯样相比却有较大差异,说明试件加工方法对沥青混合料内部结构形貌特征有较大影响.分形理论结合CT图像对研究定量描述沥青混合料内部结构特征是一种十分有效的方法.     

粘性细颗粒泥沙静水絮凝-沉降模拟

针对实验观测黏性细颗粒泥沙絮凝沉降过程存在困难的问题,在考虑泥沙絮团分形特性和曲线轨迹碰撞的前提下,建立了静水絮凝-沉降模型,并验证了模型的正确性,最后根据模拟试验结果分析了絮团体积分布及絮团平均粒径的时空变化和絮团分形维数对模型的影响。研究结果表明:不同深度下,大粒径絮团的体积和絮团的平均粒径均随时间遵循先增后减的规律,但随着深度的增加,絮团体积分布变宽,大粒径絮团所占比重增加,絮团平均粒径的最大值增加且出现时间较早;分形维数越大,竖直方向的泥沙输移作用越强。     

非织造布的分形特征分析

用分形理论对非织造布的结构进行了分析，通过建立分形模型，用Visual basic6．0辅助计算出了几种类型非织造布的计盒维数，提出了用分形维数定量地评价非织造布的方法。