脉冲电磁场作用下海水中颗粒物的沉降研究

论文摘要

海水中悬浮物浓度过高和浓差极化现象是造成反渗透膜不可逆污染的两个关键因素,传统的预处理方法已经无法取得突破性进展,新兴的膜技术又带来了本身被污染的问题。本论文主要研究了一种新的预处理技术—脉冲电磁场技术,通过对海水进行脉冲电磁场处理,促进海水中悬浮颗粒物的凝聚沉降。自行设计了脉冲电磁场发生仪和沉降装置来进行沉降实验。采用近球状黏土颗粒、片状云母颗粒和线状植物纤维颗粒配制了人工模拟海水,考察了脉冲电压(U)、脉冲频率(f)、脉冲处理时间(T)对三种形状颗粒物沉降效率的影响。实验结果表明,三种典型颗粒物的沉降效率在所研究参数范围内,存在一个较佳响应值。影响黏土颗粒物沉降的主要因素为脉冲时间,当沉降条件为U=125V、f=10Hz、T=3min时沉降效果较好,沉降效率为67.49%,沉降2h的颗粒物絮体分形结构处于较佳状态,维数增量为0.05;影响云母颗粒物沉降的主要因素为脉冲电压,当沉降条件为U=140V、f=30Hz、T=7min时沉降效果较好,沉降效率为77.93%,沉降2h的絮体分形结构处于较佳状态,维数增量为0.31;影响海水中纤维颗粒物沉降的主要因素为脉冲电压,当沉降条件为U=95V、f=20Hz、T=7min时沉降效果较好,沉降效率为66.67%,沉降1h的絮体分形结构处于较佳状态,维数增量为0.16。说明在优化脉冲参数条件下,颗粒物絮体具有粒径较大、沉速快、分维值变化较大的特点。分析认为在脉冲电磁场作用下,海水中带电荷的悬浮颗粒物重新分布其所带电荷并偶极化,颗粒物的形状不同其表面电荷分布亦有所不同,则其对脉冲电磁场的相应范围及特征均呈现出一定的差别。在脉冲电磁场作用下,片状颗粒物的边缘凝聚方式最为显著,沉降效果最好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 海水淡化概述
• 1.2 反渗透技术及其存在的问题
• 1.3 海水中悬浮颗粒物的特点
• 1.4 脉冲电磁场技术的应用与发展
• 1.5 课题研究的意义及创新之处
• 2 脉冲电磁场对海水中典型形状颗粒物的影响
• 2.1 实验装置
• 2.2 实验试剂与仪器
• 2.2.1 实验试剂
• 2.2.2 实验仪器
• 2.3 实验过程
• 2.4 单因素实验结果
• 2.4.1 黏土颗粒物的单因素实验
• 2.4.2 云母颗粒物的单因素实验
• 2.4.3 纤维颗粒物的单因素实验
• 2.5 正交实验结果
• 2.5.1 黏土颗粒物的正交实验
• 2.5.2 云母颗粒物的正交实验
• 2.5.3 纤维颗粒物的正交实验
• 2.6 较佳参数条件下的验证实验
• 2.7 本章小结
• 3 颗粒物的分维计算
• 3.1 分形几何的基本原理
• 3.2 分形的基本研究方法
• 3.3 分维计算的方法
• 3.3.1 粗糙曲线的圆规维数
• 3.3.2 从周长—面积关系或面积—体积关系求分维
• 3.3.3 盒计数法
• 3.4 颗粒物的分形维数计算
• 3.4.1 黏土颗粒物分形维数的计算
• 3.4.2 云母颗粒物分形维数的计算
• 3.4.3 纤维颗粒物分形维数的计算
• 3.5 本章小结
• 4 脉冲电磁场作用下颗粒物沉降机理分析
• 4.1 脉冲电磁场对海水中典型形状颗粒物的影响分析
• 4.1.1 脉冲电磁场作用下颗粒物的偶极化
• 4.1.2 偶极子结合后可能存在的形式
• 4.1.3 颗粒物形状与表面电荷分布的关系
• 4.1.4 脉冲电磁场对典型形状颗粒物的影响
• 4.2 脉冲电磁场对分形结构的影响分析
• 4.2.1 絮体的生长具有分形特征
• 4.2.2 脉冲电磁场对分形维数值的影响
• 4.3 小结
• 5 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 致谢