高分子絮凝剂投加量对絮体分形结构的影响研究应用.doc
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1、高分子絮凝剂投加量对絮体分形构造影响研究内容摘要:在给水和废水解决工程中,絮凝体大小、性状、构造,对调节颗粒污染物传播与去除有着重要作用,依照实验及研究表白,废水中絮凝体表面和内部均有高度不规则性、自相似性和标度不变性等分形特性。絮体分形构造研究着重研究废水解决中絮体分形构造形态随絮凝条件而变化特性趋势,从而更好地调节废水解决工程中运营工况、最后出水和成本费用等,最后对废水解决工程或工业生产工程提出更积极更合理建议。本文通过向印染废水投入不同浓度高分子絮凝剂,然后借助图像分析、实验分析等实验技术手段以便更好研究不同絮体分形构造,从而得出高分子絮凝剂最佳投加量。核心词:絮体 分形构造 高分子絮凝
2、剂质量浓度 分维数 核心字Study on effects of the concentration of a high molecular weight palmer on Fractal structure student:Lin Dao Fen supervisor:Zhu MingAbstract:In the water supply and wasting disposal project,the flocculations size,character and structure play an important part in transferring and getting
3、 rid of granular contamination. According to the experiments and studies show,the flocculations surface and interior have a height irregular,self-similarity and invariance and other feature. Study in Effect of the flocculations fractal structure focuses on flocculation fractal structure of wasting-w
4、ater,which is altered by flocculation condition,so as to be better regular operating condition,untimely disposal water and the cost. Then people can some more active and reasonably advice to Investors. This paper describes that the results in throwing different concentration of height molecular weig
5、ht polymer to printing and dying water. And then research different flocculation fractal structure,with the help of image analysis,laboratory analysis,so as to conclude the best polymer flocculants dosage.Key words:Flocculation;fractal structure;concentration of a high molecular weight polymer;fract
6、al dimension目 录1前言:32分形讨论-絮体与分形理论阐述32.1混凝形态学与分形理论32.2分形理论概述32.2.1分形理论产生32.2.2 絮凝体分形特性42.3分形维数43实验与办法53.1实验办法53.2分析办法与指标53.2.1絮体形态和外观分析53.2.2浊度53.2.3 COD53.2.4分形维数63.3材料与实验装置63.3.1废水来源63.3.2 高分子絮凝剂(PDMCAMPSDMAEMA)配制63.3.3 实验装置及试剂64成果与讨论74.1絮体形态和外观74.2浊度比较74.3 COD成果分析比较:84.4分形维数成果分析比较85结论116参照文献:11道谢1
7、3高分子絮凝剂质量浓度对絮体分形构造影响研究1前言 在废水解决工艺(1)中,有着不少废水解决技术,例如:膜分离法、电化学法、混凝法、生物法、光催化氧化法等,通过生产实践研究表白,混凝法是当前使染料废水脱色最经济、最有效办法之一。惯用混凝剂有无机、无机高分子混凝剂、有机高分子。近年来,大量实验研究(2)表白,无机高分子混凝剂混凝效果普通要优于老式铁盐和铝盐混凝剂,广泛地应用于印染废水解决中。同步,有机混凝剂特别是人工合成高分子混凝剂应用也日益广泛,絮凝体大小、性状、构造,对调节颗粒污染物传播与去除有着重要作用,因而研究能否在工程废水解决中与否能形成构造良好絮体,在很大限度上对水解决流程运营工况、
8、最后出水和成本费用均有较好实际意义。依照诸多实验现象及研究表白,絮凝体表面和内部均有高度不规则性、自相似性和标度不变性等特性,这些种种特性表白废水中絮凝体具备分形特性。本文通过向印染废水投入不同浓度高分子絮凝剂,然后借助图像分析、实验分析等实验技术手段以便更好研究不同絮体分形构造,从而得出最佳高浓度絮凝剂质量投加量。2分形讨论-絮体与分形理论阐述2.1混凝形态学与分形理论 混凝形态学(3)(Flocculation Morphology)是以溶液中胶粒和混凝剂真实形状以及由它们所形成絮体真实构造为出发点,着重胶体颗粒、混凝剂及絮体形态特性,研究整个混凝过程影响元素,它通过了当代分析仪器如电子显
9、微镜、SEM等,结合例有关学科研究水中胶体形态、大小与级配对絮体构造及絮凝过程影响规律。 普通在宏观上可将分形看作为大小碎片汇集状态,是没有特性长度图形、构造和现象总称。自相似性和标度不变性是判断所研究对象与否属分形重要根据。 絮体构造和性能是混凝研究中十分重要特性(4),它形成往往具备分形特性。通过度形构造分析,可用一非整数维来描述不规则体无规限度,为这些看起来形状复杂而又不规则絮体形态提供了一种数学框架,从而得以做出定量描述。普通以为分维不同反映了絮凝体构造所具备开放限度不同,在混凝研究中,应用分维可以对不同条件下形成絮体构造进行更为精确数学描述。2.2分形理论概述2.2.1分形理论产生
10、分形理论(5)是美籍犹裔科学家曼德伯罗特(Benoit B.Mandelbrot)在1973年提出,可以这样简易理解,分形(6)是指一类无规则、混乱而复杂,但其局部与整体有相似性体系,自相似性和标度不变性是其重要特性。体系形成过程具备随机性,体系维数可以不是整数而是分数。它外表特性普通是极易破碎、无规则和复杂,而其内部特性则是具备自相似性和自仿射性。自相似性是分形理论核心,指局部形态和整体形态相似,即把考察对象某些沿各个方向以相似比例放大后,其形态与整体相似或相似。自仿射性是指分形局部与整体虽然不同,但通过拉伸、压缩等操作后,两者不但相似,并且可以重叠。废水中絮凝体分形构造特性形成过程具备随机
11、性,由此可见,分形理论给某些与整体、无序与有序、有限与无限、简朴与复杂、拟定性与随机性等概念注入了新知识,这些新知识源泉能使人们可以以新观念和手段摸索水中絮凝体分形构造与水体解决效果最本质联系,由此可见分形论应用在废水解决过程中重要性。2.2.2 絮凝体分形特性废水中絮凝体成长是一种随机过程,具备非线性特性(7)。若不考虑絮凝体破碎,常规絮凝过程是由初始颗粒通过线形随机运动叠加形成小集团,小集团又碰撞汇集成较大集团,再进一步汇集,一步一步成长为大絮凝体。 这一过程决定了絮凝体在一定范畴内具备自相似性和标度不变性,这正是分形两个重要特性,即絮凝体形成具备分形特点。2.3分形维数 在研究絮体构造过
12、程中,分形维数是一种不可或缺特性数值,分形维数即指是是描述颗粒与小絮体在不规则絮体构造内部填充限度常数,记为Df,它能较好地描述和分析絮体构造形成和“生长”,普通来说,絮体构造越密实,絮凝效果越好,分形维数值越高(8)。本文即是以“分形维数”作为重要根据,并以COD、浊度等指标为对比,借助沉淀与图像分析技术对不同絮凝剂浓度下印染废水絮体构造进行分析,由此得出絮凝条件对废水中絮体分形构造影响,并得出达到最佳絮凝效果絮凝条件(9)。分形维数(Fractal Dimension)是表征分形体系特性参数(10),是一种相应于分形体不规则性和复杂性或空间填充度量限度。由于研究对象不同,存在各种不同维数定
13、义。惯用颗粒形态分形维数有4种:D、D 1、D 2和D k。D、D 1、D 2和D k 分别是从面积与周长、长度和周长、长度和面积、面积和阶数(rank)关系得到。数学关系式如下:P AD/2;P LD 1;A LD 2 ;N r (a A ) A Dk/2。其中P 为周长,A 为面积,L 是颗粒最大长度,Nr 是具备面积a (a A )絮体数量或阶数。D、D k 和D 2 瞬时变化与观测到颗粒形态变化相一致,并可量化,D 1 则不具备这一特点。当前分形维数计算办法普通有两种途径:计算机模仿絮凝体成长过程和实验直接测定。 计算机模仿计算(11)是基于絮凝体形成机制,在20 世纪70 80 年代
14、运用较多; 随着科学技术发展,通过先进仪器直接测定分形维数已成为也许,当前采用较多有图像法、粒径分布法、光散射法、沉降法等。本次实验采用是图像法,即是通过显微照相技术,对水中絮凝体进行放大拍摄,运用计算机图像解决软件分析拍摄絮凝体图像,更简朴说就是分形维数计算(12)以盒子计数法(Sandbox)来计算絮体分维值(),详细环节如下:在SEM分形图上设立方形网格,即方阵,逐渐减小方阵边长,依次记录不同边长方阵中像元数N,因,以InNIn作图,由图中直线可得到分维。其计算如下: (i=1,2,3,.)式中:分维数;:i次时盒子数:i次时网格次码。以InNIn作图,由图中直线斜率可得到分维因此本文是
15、运用非线性分形理论中分维概念对印染废水中絮体SEM进行解释,定量阐明了废水解决效果与高分子絮凝剂加入量关系。3实验与办法3.1实验办法 本实验以PDMCAMPSDMAEMA(甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯)高分子絮凝剂为添加剂,以、不同浓度投入印染废水中,先快搅30s,然后在慢搅至6min,接着沉淀1-2d,最后测其SEM图、上清液COD及浊度等指标。3.2分析办法与指标3.2.1絮体形态和外观分析取约200ml污水入烧杯中,在絮凝剂投入后,快搅30秒后,再慢搅至6分钟,接着沉淀1-2天后观测溶液上清液颜色及絮体沉淀状况。3.2.2浊度 取沉
16、淀后上清液,用分光光度计分别测定在和下吸光度,然后与解决前废水比较。3.2.3 COD 取沉淀后上清液,测其COD值,测定办法严格参照国标操作,详细操作如下:A 取5ml待测水样,然后用蒸馏水稀释至20ml,接着依次加入10ml重铬酸钾原则、30ml硫酸-硫酸银溶液,轻摇混匀后,加热回流2hB 冷却后用90ml蒸馏水冲洗冷凝管管壁,使得溶液总体积不得少于140mlC 再度冷却后,加入3d试亚铁灵批示剂,用硫酸亚铁铵原则溶液滴定,使溶液颜色由黄色经蓝绿色至红褐色极为终点,记录硫酸亚铁铵原则溶液体积V1D 测定水样同步,以20ml蒸馏水,按同样操作环节做空白实验,记录空白硫酸亚铁铵原则溶液体积V0
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