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本论文在论述聚硅酸盐絮凝剂研发进展与分形理论应用发展的基础上,对聚硅酸锌(PSAZ)絮凝剂的处理效果、絮凝剂本身和絮体的分形结构以及其抵御外界动力破坏的能力进行了研究探讨,并与聚硅酸铝(PSAA)絮凝剂进行对比。还进一步研究了絮体分形结构在絮凝过程中的变化规律,并运用分形理论对絮凝动力学过程中絮体的成长机理进行了研究探讨。主要研究成果如下:
(1)本实验采用PSAZ和PSAA两种絮凝剂来处理广西明阳生化科技股份有限公司厌氧生化处理后的废水,以废水pH值或以絮凝剂投加量为变量的单因素实验结果表明:絮凝体的分形维数和絮凝剂的除浊率在不同pH值和絮凝剂投加量下的变化规律相同,具有良好的相关性,即絮凝体的分形维数越大,絮凝剂的除浊率越高。实验结果还表明:PSAZ絮凝剂的分形维数比PSAA高,PSAZ所形成的絮体抵御外界动力破坏的能力强于PSAA所形成的絮体,并推测出两种絮凝剂的絮凝机制。
(2)絮凝剂投加量、废水pH值、快搅拌速率、慢搅拌速率四个因素对絮凝剂的絮凝效果都有影响。通过均匀设计法得出不同情况下各因素对COD去除率的影响顺序和处理废水的最优条件。通过验证实验得出,在最优条件下PSAZ絮凝剂的COD去除率高于PSAA絮凝剂;PSAZ絮凝剂处理厌氧前废水的效果明显差于处理厌氧后废水的效果。高锰酸钾氧化剂和PSAZ絮凝剂联合使用的氧化-混凝法能有效的提高COD去除率和除浊率。
(3)在对絮凝动力学的研究中,絮凝效果受快搅拌水流梯度、快搅拌时间、慢搅拌水流梯度和慢搅拌时间四个动力学因素的影响。通过均匀设计法得出PSAZ处理厌氧生化后木薯淀粉废水的最优动力学条件及各因素对絮凝剂除浊率的影响顺序。在最优动力条件下,取不同阶段的絮体测其分形维数,实验结果表明:在絮凝过程中,絮体的分形维数从1.301上升到1.416,后稍微降低到1.402,最后基本稳定在1.400左右,沉淀过程中絮体的分形维数没有明显的变化,由此可知PSAZ在最优动力学条件下形成的絮体结构密实,不易破碎,沉降性能好,利于后续固液分离的操作。