不同水力条件下悬浮液絮体分形结构的研究

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1、第21卷第1期安全与环境工程Vo1．21NO．12014年1月SafetyandEnvironmentalEngineeringJan．2014不同水力条件下悬浮液絮体分形结构的研究刘利，湛含辉，王晓，王晓辉(中国矿业大学环境与测绘学院，江苏徐州221008)摘要：利用计算机MATLAB软件，在高浓度悬浮液混凝试验的基础上对选煤废水混凝过程中不同水力条件(搅拌速度和搅拌时间)下所拍摄的显微镜絮体图片进行处理，计算其分形维数，从而分析研究不同水力条件下所形成的絮体结构与对应的絮体平均沉降速度及处理出水浊度的关系。试验结果表明，在混凝剂加入的初始阶段，

2、当搅拌速度为250r／min、搅拌时间t为10s时，絮体结构最密实且接近球体，分形维数最大(D，一1．9616)，此时絮体沉降速度最快，混凝沉降效果最好，出水浊度可达170NTU。关键词：絮体；分形结构；分形维数；水力条件；混凝试验中图分类号：X703．5文献标识码：A文章编号：16711556(2014)O1—0077—06ResearchontheFractalStructureofFlocintheSuspensionLiquidwithDifferentHydraulicConditionsLIULi，ZHANHan—hui，WANGXia

3、o，WANGXiao—hui(SchoolofEnvironmentScienceandSpatialInformatics，ChinaUniversityofMiningandTechnology，Xuzhou221008，China)Abstract：ByusingcomputersoftwareMATLAB，thispaperappliesmicroscopetodealingwiththeimagesofflocsinthesuspensionliquidunderdifferenthydraulicconditions(mixingvel

4、ocitiesandmixingtimes)intheprocessofcoagulation，andcalculatesthefractaldimension，andthenanalyzesandstudiestherelation—shipsbetweenthestructureofflocculentbodyontheonehandandtheaveragesettlingvelocityofthefloc—culentbodyandtheturbidityoftreatedeffluentontheotherunderdifferenthy

5、draulicconditions．There—sultsshowthat，inthestartingstageofaddingcoagulant，whenmixingvelocity口1is250r／minandmixingtimet1is10S，thebodystructureofflocsiSmostlyclosetotheball；whenthevalueoffracta1dimensioniSthemaximum(D，isequalto1．9616)，flocshavethefastestsettlementvelocity，thebes

6、teffectofcoagula—tionsedimentationcanbeobtained，andtheturbidityoftheeffluentcanreach170NTU．Keywords：floc；fractalstructure；fractaldimension；hydrauliccondlition；coagulationexperiment混凝是工业废水处理中最常用的固液分离工规则性的量度。在实际的混凝过程中，由于所形成艺。在实际的混凝过程中，常出现絮体松散、破碎、的絮体具有很好的分形特征，因此利用其分形维数不易沉降等现象，这是人

7、们亟待解决的问题，同时也的大小能够对絮体形态结构进行定量表征，从而使是制约混凝机理进一步研究的难题。随着分形理论得人们认识絮体这种不规则性和无序性逐渐成为可的出现及研究的逐步深入，使人们对混凝的研究不能。再局限于简单的混凝试验、混凝动力学等方面，而是目前，国外对絮体分形结构、孔隙率及沉降速度逐步转向微观的絮体形态结构研究之中。分形维数等方面的研究报道较多，如P．T．Spicer等研究了作为分形理论中描述分形体形态特征的一个重要参稳定状态下絮体结构演化及大小分布；B．E．Logan数，它反映了分形体占有空间的有效性，是分形体不等对桨叶搅拌和滚筒搅拌两

8、种不同流体力下所形收稿日期：2012-0919修回日期：2012—1112基金项目：江苏省水利科技项目(2012054)作