聚硅酸鐵鋅混凝劑的制備及絮體分形仿真模擬的應用研究.pdf

1、本課題研究了利用工業(yè)廢料（粉煤灰和熱鍍鋅鋼管廢渣）制備聚硅酸鐵鋅（簡稱PSFZ）混凝劑的工藝，優(yōu)化了聚硅酸鐵鋅處理生活污水的影響因素，建立了名為“基于分形理論的混凝控制參數(shù)預測系統(tǒng)”的應用軟件。主要研究內(nèi)容如下所示：
　?。?） PSFZ的研制主要包括制備原料的預處理、PSFZ的合成及表征。采用Box-Behnken實驗設計(BBD)優(yōu)化堿溶粉煤灰提硅工藝，得到該工藝的最佳因素水平組合為：加熱溫度100℃，加熱時間65min，液固

2、比2.97ml/g，NaOH濃度10.5mol/L；通過正交試驗研究PSFZ的合成過程，確定PSFZ合成的最佳工藝組合：(Fe+Zn)/Si的摩爾比為4:1，聚合 pH值為1.5，聚合溫度為60℃，聚合時間為90min，且從方差分析看出，在顯著性水平為0.05的情況下，n(Fe+Zn)/nSi、聚合pH值和聚合時間對實驗結果的影響均為顯著；利用掃描電鏡（SEM）、X-射線衍射（XRD）和紅外光譜（FT-IR）分別表征PSFZ的外觀形貌、

3、晶體構成和鍵結構，實驗結果表明PSFZ是由許多不同種類的晶體和無定形態(tài)的共聚物形成的復雜高分子聚合物，且外觀呈空間網(wǎng)絡結構，比表面積較大，具有較強的卷掃網(wǎng)捕和吸附架橋能力。
　　（2）PSFZ處理生活污水的應用研究主要包括PSFZ處理生活污水的影響因素優(yōu)化， PSFZ和PAC處理生活污水的混凝效果對比及混凝水力條件的選擇。通過BBD實驗設計得到PSFZ處理生活污水的最佳實驗因素水平組合為：n(Fe+Zn)/nSi為4.41、聚合p

4、H值為1.39、投加量為0.92mmol/L，測得余濁、COD去除率和TP去除率分別為：3.13、78.60％和96.84%；將PSFZ和PAC用于生活污水的處理，實驗表明在不同投加量和原水pH值的條件下，PSFZ的處理效果在一定程度上優(yōu)于PAC；采用正交實驗研究PSFZ處理生活污水的混凝水力條件，實驗結果表明，在混凝處理中，并不能在一組工藝條件下，保證所有的混凝處理指標達到最優(yōu)，應根據(jù)不同的實際需求，提供不同的水力條件，且從方差分析可

5、知，絮凝梯度對三個水質(zhì)指標的影響均為顯著，說明在混凝工藝中，適宜的G值梯度組合即可以保證微絮體在同向（異向）絮凝和差速沉降等作用下，逐漸形成較大的絮體，提高沉降速度，也可以保證已經(jīng)形成的絮體不會被機械地打碎，保持絮體的完整，從而提高混凝效果。
　　（3）絮體分形仿真的應用研究主要包括模型變量與相關水質(zhì)參數(shù)之間數(shù)學模型的建立，分形維數(shù)與混凝工藝參數(shù)之間數(shù)學模型的建立及軟件的界面設計。在圖形相似和分形維數(shù)接近（誤差在±7%以內(nèi)）的前提

6、下，分別找到在PSFZ混凝劑處理生活污水的實驗中，原水濁度和初始粒子數(shù)、原水溫度和運動步長、原水pH值和釋放半徑之間對應的數(shù)值關系，利用多項式擬合找到模型變量和水質(zhì)參數(shù)之間的數(shù)學模型；以PSFZ投加量和全程GT值為實驗因素，真實絮體分形維數(shù)為響應值，采用Central-Composite實驗設計(CCD)，找到響應值與實驗因素之間的相關系數(shù)R2為0.9274的二元二次多項式；利用MATLAB GUI，將所有的數(shù)學模型寫入程序，并進行軟件