粉煤灰制備聚硅酸鐵鋁混凝劑及其混凝絮體的仿真模擬研究.pdf

1、論文以粉煤灰為主要原料、Na2CO3為改性劑，通過焙燒、酸浸工藝提取粉煤灰中的硅鐵鋁氧化物，并向含有硅鐵鋁氧化物的提取液中加入高鐵酸鉀，制備出聚硅酸鐵鋁混凝劑，將自制的混凝劑應(yīng)用于以分散黃棕為染料的模擬廢水處理中，考察混凝劑對模擬印染廢水的處理效果，通過引入分形維數(shù)來研究混凝效果同絮體分形結(jié)構(gòu)的相關(guān)性，并進(jìn)行聚硅酸鐵鋁混凝劑的相關(guān)表征，對其混凝機理進(jìn)行初步探討。將分形理論應(yīng)用于水處理中，建立DLA、DLCA兩個絮體仿真模型并統(tǒng)計分析兩個

2、模型中主要參數(shù)與模擬結(jié)果的關(guān)系，并以絮體的外觀形貌及其分形維數(shù)為評價依據(jù)，將兩個模型應(yīng)用于印染廢水絮體的仿真模擬中，通過對比分析兩個模型模擬絮體的可行性。主要的內(nèi)容如下:
　　(1)通過單因素實驗可知最佳的提取條件為:篩子目數(shù)為200目、Na2CO3/SiO2摩爾比為0.5、焙燒溫度為800℃、焙燒時間為1.5h、HCl溶液濃度為4mol/L酸浸時間為2h、液固比10∶1，此時可獲得Fe2O3、Al2O3、SiO2的提取率分別為7

3、1.32％、78.93％、69.37％。
　　(2)將高鐵酸鉀加入最佳提取條件下獲得的提取液中，應(yīng)用正交試驗方法制備聚硅酸鐵鋁混凝劑，并通過考察模擬印染廢水的去除率確定制備混凝劑的最佳條件，結(jié)果顯示最佳條件是:先用2.0mol/LNaOH調(diào)節(jié)提取液的pH值至2.0，再用1.0mol/L NaOH調(diào)節(jié)pH值至1.4，活化時間為4h，F(xiàn)e/Al/Si的摩爾比為1.1∶3∶10，反應(yīng)溫度是60℃，熟化時間是2h。此條件下獲得的混凝劑的混

4、凝實驗結(jié)果為:最高濁度去除率為97.2％，最高色度去除率為98.7％，同時通過引入分形維數(shù)考察去除率和絮體分形維數(shù)之間的相關(guān)性，結(jié)果表明兩者具有很好的相關(guān)性。
　　(3)應(yīng)用MATLAB軟件建立二維DLA、DLCA仿真模型并統(tǒng)計分析兩個模型中主要參數(shù)與模擬結(jié)果的關(guān)系，同時應(yīng)用圖像處理軟件ImageJ測定真實絮體的分形維數(shù)，采用回轉(zhuǎn)半徑法計算模擬絮體的分形維數(shù)，通過比較兩類絮體的外觀形貌和分形維數(shù)分析它們之間的相似性。試驗結(jié)果反應(yīng)兩

5、個仿真模型在對模擬印染廢水絮體的模擬中具有良好的可行性。
　　(4)在二維DLA、DLCA仿真模型的基礎(chǔ)上擴展出其三維模型，以3D可視化的形式將混沌的混凝反應(yīng)過程及具有三維空間分形結(jié)構(gòu)的絮體呈現(xiàn)出來，并通過統(tǒng)計分析的方法定量研究了三維模型中主要參數(shù)對絮體微觀結(jié)構(gòu)的影響，即對分形維數(shù)、空隙率大小的具體影響，同時探討了二維及三維模擬絮凝體在形成機制及分形構(gòu)造特征的差異性，為迄今為止仍無法解決真實三維絮凝體的觀測及分析等問題補充一定的理