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分形理论在混凝中的应用研究

梁华杰  
【摘要】: 近年来,混凝研究在非线性科学领域的研究中取得了迅猛进展。其中,分形理论的研究与发展揭示了非线性系统中有序与无序的统一、确定性与随机性的统一,使人们探索这极为复杂的现象背后所存在的规律性有了可能。将分形理论应用于混凝领域的研究并加以丰富与发展,成为一个显著的前沿热点,并为混凝理论研究提供了一个崭新的生长点。 本文以高岭土悬浊液为原水,以聚合硫酸铁(PFS)、聚合氯化铝(PAC)作为絮凝剂,通过在不同投药量、不同pH值条件下的混凝实验,分别确定出PFS与PAC的最佳投药量和最佳反应PH值范围。 在各种不同反应条件下,以PFS为絮凝剂进行搅拌实验所产生絮体的分形维数介于1.145~2.293之间,达到最佳投药量时絮体的分形维数宜控制为1.2477左右,以PAC为絮凝剂时絮体的分形维数介于1.0529~2.3517之间,达到最佳投药量时絮体的分形维数宜控制在1.3287左右。 为获得混凝过程中的最佳能耗分配,本研究还进行了以分形维数指导能耗分配的实验,结果表明以PFS为絮凝剂最佳的絮凝反应(G ,T)组合是:(G1 ,T1)=(52,4)、(G2 ,T2)=(30.2,7)、(G3 ,T3)=(16,9);在搅拌T1阶段絮体的分形维数宜控制在1.3288~1.3407,T2阶段絮体的分形维数宜控制在1.6522~1.8022,T3阶段的分形维数宜控制在2.2900~2.3710;以PAC为絮凝剂最佳的絮凝反应(G ,T)组合是:(G0 ,T0)=(178.5,40)、(G1 ,T1)=(58,5)、(G2 ,T2)=(30.2,7)、(G3 ,T3)=(16,7),在搅拌T1阶段絮体的分形维数宜控制在1.3922~1.3958,T2阶段絮体的分形维数宜控制在1.6676~1.6726,T3阶段的分形维数宜控制在1.9634~1.9829。这样可以获得最低的出水浊度和能量输入。 所获得的分形维数控制参数值可用于混凝过程中的在线实时控制系统,使系统在最佳出水水质下保持最低的能耗成为可能。


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