水處理絮凝體的分形與沉降特性試驗(yàn)研究.pdf

1、在給水與廢水處理系統(tǒng)中，混凝工藝是運(yùn)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(yùn)行工況、處理費(fèi)用及最終出水水質(zhì)。長(zhǎng)期以來，眾多學(xué)者對(duì)水處理混凝作用機(jī)理及其工藝過程進(jìn)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(gè)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(duì)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(qiáng)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(gè)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(jì)了能夠進(jìn)行水處理混凝沉降實(shí)驗(yàn)、對(duì)絮凝體進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀測(cè)

3、和測(cè)定的試驗(yàn)裝置，并對(duì)高嶺土配制的較低、中、較高濁度原水進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)研究。通過混凝正交試驗(yàn)得出混凝最佳工況；運(yùn)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(shì)；總結(jié)前人對(duì)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(yàn)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(gè)數(shù)m的增大而增大的規(guī)律，這一

4、規(guī)律與試驗(yàn)測(cè)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(tuán)－集團(tuán)聚集階段（混凝后期）才有較高的相關(guān)性。 本試驗(yàn)研究取得的新進(jìn)展還有：（1）在絮凝體取樣方面，前人主要是通過導(dǎo)流管對(duì)絮凝體取樣，這樣會(huì)導(dǎo)致絮凝體樣本的破碎、重疊，本試驗(yàn)設(shè)計(jì)的裝置克服以上不足，可以方便的對(duì)單個(gè)絮凝體進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀測(cè)。（2）在絮凝體沉降速度測(cè)定方面，前人是將絮凝體轉(zhuǎn)移至沉降量筒中進(jìn)行