利用分形维数对混凝中能耗分配优化的分析-絮体.docx

利用分形维数对混凝中能耗分配优化的分析_絮体论文导读:：参加不同量的聚硅铁混凝剂。在水处理中絮体特征可以用来评价混凝效果的优劣。在每个搅拌阶段结束后计算絮体的分形维数。并未实现能耗分配的优化[3-4]。在水处理中絮体特征可以用来评价混凝效果的优劣，但其生长需要适宜的水力条件，因为水力搅拌强度G值过小那么影响絮体的成长速度，过大那么可能破碎絮体结构絮体，也会增加不必要能耗，因此适宜的水力条件是获得良好混凝效果的重要因素之一。然而目前水力条件一般是按照固定的搅拌强度〔G值〕和搅拌时间〔t值〕设计的[1-2]，即把搅拌强度G值分为逐渐递减的三段，每段的反响时间〔t值〕相等，并未实现能耗分配的优化[3-4]。同时由于受絮体结构特性的限制，而无法对絮体的生长情况做进一步研究，进而无法验证水力条件的合理性[5]。本实验利用粉煤灰的提取液与铁盐聚合[6]成一种新型混凝剂聚硅铁混凝剂，在处理含铅的工业废水中取得良好的处理效果，为了确定这种新型混凝剂在实际运用中最正确的水力条件，将絮凝阶段分配成搅拌条件不等的三种情况，并结合分形理论[7]在混凝阶段中的应用[8-10]，在每个搅拌阶段结束后计算絮体的分形维数，通过分形维数的大小对絮体的生长情况作出分析，为实现混凝工艺运行条件的合理控制提供理论依据站。1实验1.1实验材料试验采用模拟含铅工业废水，其浊度为320NTU，色度900，COD80mg/L，Pb2+20mg/L。混凝剂是利用粉煤灰提取液与铁盐聚合而成的聚硅铁混凝剂，其密度为1.55kg/m3。1.2实验仪器实验仪器包括：〔1〕JJ-4A同步六联电动搅拌器；〔2〕原子吸收分光光度计〔北京普析〕；〔3〕JEM-2022型透射电子显微镜〔4〕电子计算机及烧杯、量筒、大口胶头滴管等假设干。1.3实验水力参数烧杯实验的搅拌功率P的计算公式[11]：〔1〕速度梯度〔2〕本试验中，各个参数的值为：CD=0.4絮体，水样密度=1.005103kg/m3，JJ-4A同步六联电动搅拌器高度为b=3.5cm，宽度为d=5.5cm，水样体积V=1L=10-3m3，把相关数据代入〔1〕式和〔2〕式得：G=0.0677n1.5。根据计算不同转速对应的G值见表1。表1G值与转速的对应关系Table1therelationbetweenGvalueandrotationpeedn/〔rmin-1〕G/-14017.15023.96031.57039.68048.49057.810067.711078.112088.9300351.81.4分形维数的测定方法搅拌结束后用大口胶头滴管取少量絮体于盖玻片，待絮体枯燥后，用JEM-2022型透射电子显微镜拍得絮体图像〔125〕，用ImageJ软件处理并测得絮体的投影面积和周长，根据絮凝体的投影面积与周长的函数关系[12]A=PDf，取两者对数的线性关系，测得分形维数，如图1所示。图1絮体的图片及分形维数Fig.1thefractaltructurephotoandfractaldimenion2混凝能耗分配的实验研究2.1最正确投加量确实定将配置的含铅废水装入体积为1L的烧杯中，参加不同量的聚硅铁混凝剂，然后启动JJ-4A同步六联搅拌仪，快速混合G0=351.81，t0=1min；慢速搅拌G1=48.41，t1=15min，静沉20min后，取上清液用原子吸收分光光度计测定铅离子含量，得出铅离子去除率。同时取得絮体絮体，测出分形维数，实验结果如表2.表2不同投加量下絮体的分形维数与去除率Table2thefractaldimenionandremovalindifferentdoage投加量/g.L-1去除率/%分形维数3.1096.361.644725.4296.481.676747.7596.211.6321910.0795.861.6013212.4094.321.5127715.5094.281.5065由表2得出，在投药量为5.42g.L-1时，絮体分形维数出现最大值1.67674，铅离子去除率最高96.48%，此时慢速搅拌能耗Gt值是43560。2.2能耗分配的实验2.2.1实验方法为了对絮凝阶段进行能耗分配，得出最正确的水力条件，实验方案为快速混合不变：G0=351.81，t0=1min；慢速搅拌絮凝的时间〔15min〕分为不同的三段时间组合，组合1：t1=4min，t2=5min，t3=6min；组合2：t1=5min，t2=5min，t3=5min；组合3：t1=3min，t2=5min，t3=7min，搅拌G值分别在65～90-1、35～65-1、10～35-1取值，并作出能耗分配实验因素水平表表3站。投加量按照铅离子最正确去除率时投加5.42g.L-1。表3以聚硅铁混凝剂的能耗分配实验因素水平表Table3