水處理絮凝體的分形與沉降特性試驗研究.pdf

1、在給水與廢水處理系統(tǒng)中，混凝工藝是運用最普遍的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，混凝效果的好壞直接影響到后續(xù)單元過程的運行工況、處理費用及最終出水水質(zhì)。長期以來，眾多學(xué)者對水處理混凝作用機理及其工藝過程進行了大量深入的研究，混凝基礎(chǔ)理論及其技術(shù)領(lǐng)域隨之也得到了迅速發(fā)展。 分形理論作為非線性數(shù)學(xué)研究中十分活躍的一個分支，近年來已經(jīng)逐步應(yīng)用到水處理混凝基礎(chǔ)理論與工程控制領(lǐng)域。分形理論的研究對象是自然界和非線性系統(tǒng)中出現(xiàn)的不光滑和不規(guī)則的幾何形體?；炷^

2、程中所形成的絮凝體的性質(zhì)（如絮凝體等效粒徑、密度、空隙率、絮凝體強度、沉降速度等）直接影響到混凝效果的好壞。由于絮凝體表面和內(nèi)部具有高度不規(guī)則性，以及自相似性和標(biāo)度不變性，這表明絮凝體的結(jié)構(gòu)及形成過程具有較典型的分形特征。分維數(shù)是分形聚集體的基本特征參數(shù)，它也可以作為一個全新的混凝劑選型、投藥量控制、混凝能耗分配等優(yōu)化的參數(shù)，在混凝技術(shù)研究與控制中發(fā)揮重要的作用。 本研究設(shè)計了能夠進行水處理混凝沉降實驗、對絮凝體進行實時動態(tài)觀測

3、和測定的試驗裝置，并對高嶺土配制的較低、中、較高濁度原水進行了相應(yīng)的試驗研究。通過混凝正交試驗得出混凝最佳工況；運用影像分析法求出了在不同混凝工況下所形成混凝絮凝體的分維數(shù)和沉降速度，并分析了相應(yīng)地變化趨勢；總結(jié)前人對絮凝體物理結(jié)構(gòu)特征的關(guān)系后，得出了適合本混凝試驗的絮凝體密度與孔隙率公式；通過描繪（D3、m、e）理論關(guān)系的三維曲面圖形，發(fā)現(xiàn)絮凝體的三維分維數(shù)D3隨其孔隙率e的增大而減小，隨絮凝體的構(gòu)成顆粒個數(shù)m的增大而增大的規(guī)律，這一

4、規(guī)律與試驗測定的結(jié)果一致。采用模擬法探索了絮凝體的密度與等效粒徑的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在混凝初期（開始180秒），它們的相關(guān)性不好，而在集團－集團聚集階段（混凝后期）才有較高的相關(guān)性。 本試驗研究取得的新進展還有：（1）在絮凝體取樣方面，前人主要是通過導(dǎo)流管對絮凝體取樣，這樣會導(dǎo)致絮凝體樣本的破碎、重疊，本試驗設(shè)計的裝置克服以上不足，可以方便的對單個絮凝體進行實時動態(tài)觀測。（2）在絮凝體沉降速度測定方面，前人是將絮凝體轉(zhuǎn)移至沉降量筒中進行