絮凝体分形维数的实验研究

论文摘要

在给水处理工艺中,混凝技术具有相当重要的地位。一个世纪以来,国内外学者对混凝工艺进行了大量深入研究,先后提出了多项计算模型及理论。20世纪后期,伴随着电子显微镜、电子计算机等现代分析工具的发展,混凝工艺在现代非线性科学领域中取得了迅猛的发展。将分形理论引入混凝技术的研究领域,运用分形维数进行絮凝形态学的定量化研究,取得了以下结论:1.以聚合氯化铝（PAC）、聚合氯化铝铁（PAFC）和聚合硫酸铁（PFS）为混凝剂,在不同混凝投加量、不同原水pH值单因素实验中均得出,沉后出水浊度与絮体分形维数存在良好的相关性。即沉后出水浊度越低,其对应的絮凝体分形维数则越高。则可以通过在线监测形成的絮体分形维数,来反映混凝效果的好坏。2.在混凝单因素确定的最佳投加量和最佳pH值范围的基础上,本文进行了十三因素三水平的混凝正交实验,得出影响混凝效果的主要因素有混凝剂投加量C、慢速搅拌第Ⅱ档搅拌速度n2、混凝剂的类型A、慢速搅拌第Ⅰ档搅拌速度n1等。最优工况条件为:原水pH值为7、以聚合氯化铝铁（PAFC）为混凝剂、混凝剂投加量为12mg/L、（0,T0）=(455.38s-1,0.5min)、（G1,T1）=(137.46s-1,0.5min)、（G2,T2）=(84.37s-1,3min)、（G3,T3）=(40.73s-1,4min)和（G4,T4）=(14.40s-1,2min)。3.对絮凝体分形特征的研究,得出絮凝体沉降速度u与其二维分形维数D2、特征长度L（絮凝体粒径）三者存在幂指数关系,结合实验测得的（u,D2、L）数据组,编写出适用于实验的运行程序,借助matlab数据分析软件得出了适合实验的u与L、D2的数学模型为: u = 8.1477 L0.3608D2（单位:mm/s）式中u为絮凝体沉降速度,单位为mm/s,L为絮体粒径,单位为mm,D2为絮体二维分形维数。实际工程中可依据此公式实时监测絮凝体粒径及分形维数,从而做到最终控制出水浊度的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题的提出与意义
• 1.3 研究的主要内容
• 1.4 实验技术路线
• 第二章 混凝技术与混凝理论
• 2.1 混凝的基本概念
• 2.1.1 混凝理论的发展
• 2.1.2 凝聚絮凝作用机理
• 2.1.3 混凝动力学
• 2.1.4 混凝控制指标
• 2.2 混凝剂
• 2.2.1 混凝剂的分类
• 2.2.2 混凝剂的发展历程
• 2.2.3 课题选用的混凝剂
• 第三章 分形理论及其发展
• 3.1 分形的基本概念
• 3.1.1 分形的由来
• 3.1.2 分形的发展
• 3.1.3 分形几何学与欧氏几何学的对比
• 3.2 絮凝体形态学及其分形构造
• 3.2.1 絮凝形态学
• 3.2.2 絮凝体的分形构造模型
• 3.2.3 絮凝体的分形维数与计算方法
• 3.2.4 絮凝体的分形特性参数
• 第四章 絮凝体分形维数单因素实验研究
• 4.1 实验基础
• 4.1.1 实验药剂
• 4.1.2 实验器材
• 4.1.3 实验装置
• 4.1.4 实验方法
• 4.2 课题絮凝体平均粒径及分形维数计算
• 4.2.1 絮凝体平均粒径计算
• 4.2.2 絮凝体分形维数计算
• 4.3 絮体分形维数的单因素实验
• 4.3.1 改变混凝剂投加量的单因素实验
• 4.3.2 改变pH条件下的单因素实验
• 4.4 小结
• 第五章 絮体分形维数的混凝正交与成长过程实验研究
• 5.1 混凝正交实验设计
• 5.2 混凝正交实验结果与分析
• 5.2.1 正交实验结果
• 5.2.2 结果分析
• 5.3 能耗计算与分配
• 5.4 最优工况条件下絮凝体的动态成长过程实验
• 5.4.1 絮体沉降速度的测定
• 5.4.2 絮体沉降速度结果与分析
• 5.4.3 絮体沉降速度与其分形维数的数学模型
• 5.5 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录Ⅰ攻读学位期间发表的论文