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(guò)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(duì)模擬印染廢水的處理效果，通過(guò)引入分形維數(shù)來(lái)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(duì)其混凝機(jī)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(gè)絮體仿真模型并統(tǒng)計(jì)分析兩個(gè)

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(píng)價(jià)依據(jù)，將兩個(gè)模型應(yīng)用于印染廢水絮體的仿真模擬中，通過(guò)對(duì)比分析兩個(gè)模型模擬絮體的可行性。主要的內(nèi)容如下:
　　(1)通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)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(shí)間為1.5h、HCl溶液濃度為4mol/L酸浸時(shí)間為2h、液固比10∶1，此時(shí)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(yàn)方法制備聚硅酸鐵鋁混凝劑，并通過(guò)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(shí)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(shí)間是2h。此條件下獲得的混凝劑的混

4、凝實(shí)驗(yàn)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(shí)通過(guò)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(jì)分析兩個(gè)模型中主要參數(shù)與模擬結(jié)果的關(guān)系，同時(shí)應(yīng)用圖像處理軟件ImageJ測(cè)定真實(shí)絮體的分形維數(shù)，采用回轉(zhuǎn)半徑法計(jì)算模擬絮體的分形維數(shù)，通過(guò)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(yàn)結(jié)果反應(yīng)兩

5、個(gè)仿真模型在對(duì)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(kuò)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(guò)程及具有三維空間分形結(jié)構(gòu)的絮體呈現(xiàn)出來(lái)，并通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析的方法定量研究了三維模型中主要參數(shù)對(duì)絮體微觀結(jié)構(gòu)的影響，即對(duì)分形維數(shù)、空隙率大小的具體影響，同時(shí)探討了二維及三維模擬絮凝體在形成機(jī)制及分形構(gòu)造特征的差異性，為迄今為止仍無(wú)法解決真實(shí)三維絮凝體的觀測(cè)及分析等問(wèn)題補(bǔ)充一定的理