导　　师： 张锡辉

学科专业： H30

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 清华大学

摘　　要： 本论文选取腐殖酸和聚丙烯酸作为典型有机物,采用原位激光粒子图像测速技术,研究了有机物吸附对混凝和沉淀的影响。高岭土颗粒吸附腐殖酸及聚丙烯酸分子后,其表面离子型“双电层压缩”形态特征发生了明显改变,颗粒zeta电位具有酸碱缓冲和浓度饱和特征。有机物的吸附增加了颗粒之间相互作用的能垒。颗粒吸附有机分子后的表面特征受溶液pH、离子强度、离子价态等化学条件影响,同时还受有机物分子量大小影响。有机高分子吸附层能够改变矿物颗粒表面光散射特性,在低浊度情况下容易影响浊度的准确测定。浊度的变化幅度受溶液pH值、离子强度及离子价态等因素影响。Na+、Mg2+和O3可以通过改变有机分子形态而影响浊度的变化。有机分子的存在改变了混凝工艺的过程,可以划分为三个特征阶段,即颗粒zeta电位“双电层压缩”阶段、zeta电位敏感变化阶段和不敏感阶段。在敏感变化阶段,zeta电位波动大。有机分子的存在能够导致混凝剂消耗量的增加。高岭土吸附有机分子后与铝铁混凝剂之间的混凝机理为架桥及网捕作用。颗粒表面有机分子吸附影响了絮体的强度及其再生长能力。有机分子能够提高絮体的初始形成速率,增加絮体结构的强度。但是,颗粒表面吸附的小分子量有机物能够形成空间排斥力,可能导致生长稳定阶段絮体粒径减小,以及破碎后絮体的再生长能力降低。同时,絮体再生长能力还受破碎方式影响。断裂性破碎后絮体的再生长能力升高,而侵蚀性破碎之后絮体再生长能力降低。絮体分形维数与絮体粒径具有密切关系,颗粒表面吸附的有机分子会导致形成的絮体分形维数降低。絮体在断裂性破碎过程,其分形维数变化具有可逆性,而在侵蚀性破碎过程中,分形维数变化具有不可逆性。絮体生长过程中分形结构至少具有两级复合构造特征。分形结构特征能够允许水流渗透性穿过絮体,絮体内部渗透导致实际沉淀速度大于Stokes沉淀速度。颗粒表面吸附腐殖酸分子后其形成的絮体沉降性能下降。沉淀速度与分形维数具有很好的对应关系,分形维数越大,沉淀速度越大,絮体内部渗透越差。絮体内部渗透效率符合簇-簇分形生长模型预测结果。

关 键 词： 粒子图像测速技术 腐殖酸 絮体强度 分形维数 沉淀速度

分 类 号： [X703]

领　　域： [环境科学与工程]