混凝過程中絮凝體的標(biāo)度可變性及其分形仿真模擬.pdf

1、優(yōu)化與調(diào)控混凝過程從而形成結(jié)構(gòu)致密、尺寸較大、易于固液分離的絮凝體是確保混凝效果的關(guān)鍵。為此,本研究在國家自然科學(xué)基金項目的資助下,研究了混凝過程中絮凝體的動態(tài)演變規(guī)律及絮凝體構(gòu)造特征的影響因素,同時對絮凝體進(jìn)行了三維DLA-DLCA仿真模擬。
　　基于前期研究結(jié)果,論文選取了pH=5(腐殖酸最佳混凝pH)和pH=7(常規(guī)水處理pH)兩種條件,研究了腐殖酸混凝過程中絮凝體的動態(tài)變化規(guī)律。研究結(jié)果表明,兩種條件下的絮凝體均具有分形構(gòu)

2、造特征。其中,在pH=5的條件下,絮凝體二維、三維分形維數(shù)隨著尺寸的增大而不斷減小,隨后基本保持不變,而自由沉速隨攪拌時間的延長呈現(xiàn)先增大后減小最終保持不變的變化規(guī)律;中性條件下,絮凝體二維分形維數(shù)同樣隨絮凝體尺寸增加而減小,而三維分形維數(shù)和自由沉速都是呈現(xiàn)先增大后減小最后保持基本不變的變化過程,二者具有較好的相關(guān)性。這一結(jié)果表明,以腐殖酸為代表的天然有機(jī)物在混凝過程中存在標(biāo)度可變的特點(diǎn),即隨著顆粒尺度增加,其分形維數(shù)也會隨之發(fā)生變化。

3、
　　基于分形理論,分形體的特征之一在于標(biāo)度不變性,即隨著分形體尺度的增加或減小,其分形維數(shù)不發(fā)生任何變化。為了揭示混凝過程中絮凝體的標(biāo)度可變性機(jī)理,以初始粒徑為60μm的鐵粉顆粒為研究對象,分析計算了鐵粉顆粒自然凝聚過程的形態(tài)特征。結(jié)果顯示,鐵粉自然凝聚形成的隨機(jī)分形體具有明顯的分形特征,凝聚體的分形維數(shù)不會隨著尺度的改變而發(fā)生變化。比較以鐵粉為代表的在自然力和以腐殖酸為代表的在水力剪切條件下的兩種隨機(jī)凝聚可知,造成混凝過程中絮

4、凝體標(biāo)度可變的主要原因在于引入了水力剪切的外力干擾,破壞了隨機(jī)碰撞結(jié)合的自然形成過程,改變了絮凝體的成長機(jī)制和構(gòu)造特征,即只要有外力干擾那么分形體在成長過程中就很難維持標(biāo)度不變的特性。
　　論文同時研究了不同水力剪切條件和水中離子環(huán)境對混凝過程及絮凝體構(gòu)造的影響。研究結(jié)果表明,水力攪拌條件對以腐殖酸為代表的天然有機(jī)物混凝具有顯著影響。其中初期攪拌條件處于核心地位,其對混凝劑的快速混合擴(kuò)散及初期絮凝體的密實化起到至關(guān)重要的作用;而慢

5、速攪拌強(qiáng)度主要影響初期絮凝體的碰撞結(jié)合速率及最終絮凝體的形態(tài)特征。水中SO42-和SiO32-等陰離子對絮凝體的構(gòu)造具有負(fù)面影響,而以Ca2+、Mg2+為代表的高價陽離子或多或少都對形成結(jié)構(gòu)密實、尺寸較大的絮凝體起到促進(jìn)作用。
　　分析探討腐殖酸絮凝體成長過程與機(jī)制,得出腐殖酸絮凝體的形成過程符合DLA-DLCA兩階段凝聚模型,并基于DLA-DLCA兩階段模型對絮凝體進(jìn)行三維分形仿真模擬。結(jié)果表明,模擬絮凝體的三維分形維數(shù)與兩個成