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絮凝作为水处理工艺的核心环节,被广泛应用于各种水处理流程中。该过程所形成絮体的性能（包括粒度和结构等）,直接影响着后续工艺的运行状况和最终出水水质。为了有效改善絮体性能及优化絮凝工艺,过去的研究多数以絮凝试验为主要手段来考察物化条件和水动力学环境等因素的影响,但因实际絮凝过程的纷繁复杂性,均未能取得令人满意的效果。随着计算机技术和分形理论的不断发展,计算机模拟为研究颗粒聚集过程提供了一条新的途径,而分形理论则提供了新的理论框架。在分形动力学模型中,有限扩散凝聚（DLA）模型和有限扩散集团凝聚（DLCA）模型被广泛应用于不同学科和领域,国内外许多学者也尝试借助这两种模型对絮体分形成长过程开展模拟研究,以期从本质上重新理解絮凝过程,但以往的研究只是结合絮凝工艺简单地分析了单因素作用下絮体各个形态特征指标的变化情况,致使模拟结果与实际过程有较大出入。正交试验法是基于数理统计学和正交性原理探讨多因素作用下参数变化的一种最为常用的优化试验设计方法,可通过多种手段对试验结果进行分析,以便快速地找到优化条件或试验组合。本研究拟借助该方法并在MATLAB平台上开展DLA虚拟絮体和DLCA虚拟絮体的凝聚-破碎-再形成过程的计算机模拟,采用直观分析法和方差分析法来考察多因素作用下絮体形态特征指标的变化规律,并获得影响絮体成长的显著性因素;同时,采用矩阵分析法、功效系数法和综合平衡法探寻影响絮体形态特征指标的主要因素及相应的最优试验组合。此外,通过对分别基于DLA模型和DLCA模型的颗粒聚集过程在最优组合方案下所得絮体的破碎-再形成过程进行模拟,以期为深入认识絮体分形成长机制以及优化絮凝工艺的控制条件提供理论指导。通过对DLA模型正交试验的设计,结合实际絮凝工艺,考虑改变总凝聚粒子数、粒子可运动区域、粘结方式和粘附几率等四个影响因素,并对不同试验号下获得的DLA虚拟絮体粘附率、分形维数、空隙率和回转半径指标以及各向特征长度指标的统计特性进行了单指标分析和多指标分析,主要得出以下结论:DLA模型中总凝聚粒子数是絮体回转半径和各向特征长度的主要影响因素;粒子可运动区域是絮体粘附率的主要影响因素;粘结方式则是絮体空隙率和分形维数的主要影响因素。同时,粒子可运动区域对絮体粘附率的显著性分析为高度显著;总凝聚粒子数对絮体回转半径的显著性分析为影响显著;粘结方式则对絮体空隙率和分形维数的显著性分析为有一定影响。此外,在对DLA模型获得的虚拟絮体形态特征进行多指标分析过程中,粒子可运动区域是絮体形态指标的主要影响因素,而总凝聚粒子数是絮体各向特征长度的主要影响因素。通过多种多指标分析方法,综合絮体形态指标和特征长度指标,最终获得了DLA模型的最优试验组合方案为:A3B3C3D3（总凝聚粒子数取20000、粒子可运动区域取100、粘结方式取NNN、粘附几率取1时）。通过对DLCA模型正交试验的设计,结合实际絮凝工艺,考察了总凝聚粒子数、粒子运动边界、粘附几率和粒子运动步长等四个影响因素,并对不同试验号下获得的DLCA虚拟絮体分形维数、空隙率和回转半径指标以及各向特征长度指标的统计特性进行了单指标分析和多指标分析,主要得出以下结论:DLCA模型中总凝聚粒子数是絮体回转半径、分形维数和各向特征长度的主要影响因素;粒子运动边界是絮体空隙率和分形维数的主要影响因素。此外,在对DLCA模型获得的虚拟絮体形态特征进行多指标分析过程中,总凝聚粒子数和粒子运动边界是絮体形态指标的主要影响因素,同时总凝聚粒子数还是絮体各向特征长度的主要影响因素。通过多种多指标分析方法,最终获得了DLCA模型的最优试验组合方案为:A3B3C2D1（总凝聚粒子数取20000、粒子运动边界取700、粘附几率取2/3、粒子运动步长取1时）。在DLA和DLCA模型正交试验获得的最优组合方案的基础上,分别对两种模型形成的虚拟絮体进行了破碎-再形成过程的模拟研究,以此来考察破碎行为对絮体形态特征的影响。研究发现,DLA和DLCA虚拟絮体破碎后其致密性均有大幅度改善,且破碎强度越大,破碎后絮体结构越致密;中等破碎强度下絮体的破碎尺度更为合理,为再形成过程粒子和团簇提供了更多的凝结位点,因而中等破碎强度条件下再形成絮体的结构性能改善程度最为突出;同等破碎强度下,DLA虚拟絮体破碎后及再形成的凝聚体结构致密性要高于DLCA模型相应的絮体。为了更加深入探讨絮体分形成长机制,本文还分别对DLA和DLCA模型再形成絮体与凝聚时絮体进行了对比分析。研究发现,不同破碎强度下DLA和DLCA模型再形成絮体的结构性能较凝聚时均有所改善,尤以中等破碎强度下絮体结构性能改善最为突出,因而在实际絮凝中需控制好絮体所处的物化条件,不能使絮体过度破碎,也不能使絮体破碎尺度过小;絮凝过程中,絮体的成长具有分形的特征,絮体成长是在凝聚-破碎-再形成等过程的共同作用下完成的,最终达到动态平衡,该过程中絮体适当程度的破碎,有利于其最终结构的改善,从而使其抗剪切能力显著增强。