强化絮凝技术(ECT)和高效絮凝技术集成系统(FRD)是去除水体中天然有机物(NOM)的重要工艺,其中以聚合氯化铁(PFCl)对腐殖质(HS)的凝聚/絮凝过程的研究将是二十一世纪微界面理论的前沿内容;本项目研究PFCl-HS絮体的表面分形维数Ds的测量技术、算法和其分形生长机制以及Ds在凝聚/絮凝过程中的内涵,探讨Ds与质量分维Df、絮体相关性质的相关性;从另一角度解释PFCl与HS凝聚/絮凝过程更接近真实情况的动力学机制,并且提供联系凝聚/絮凝的微观机制和宏观过程的新参数,为对有机物的高效去除的进一步研究奠定理论基础,从而赋予ECT、FRD系统的新内涵,丰富环境水质学的基础理论和水处理工程的过程机制与实践水平。
本项目以聚合氯化铁(PFCl)与水体中腐殖酸(HA)的凝聚/絮凝过程中形成的PFC-HA絮体为对象,确定了这些絮体的表面分形维数(Ds)、质量分形维数(Df)、图像分形维数(D1、D2)、粒度分形维数(Dp)的测量方法和技术,并编制了相关的计算机程序,组建了PFC-HA絮体的分形维数的计算体系。采用上述方法,研究了不同凝聚/絮凝条件、机理(原水组成、投药量、pH、水力条件等因素)和反应进程(不同絮凝阶段)中产生的PFC-HA絮体的分形维数及它们之间的关系,发现该絮体干燥样品表面具有多重分形特征。对典型PFC-HA絮体的结构(晶体/无定型)、形貌、化学组成(红外技术)和性质(粒度分布、沉降速度、密度、Zeta电位、比表面、表面孔分布)进行了测试,并分析它们与上述分形维数的关系。结合地统计学理论,建立了研究PFC-HA絮体表面异质性的方法和程序。将絮体表面分形维数的概念引入到垂直侧面絮体图像分形维数的计算中,提出基于表面分形维数算法的一种创新的絮体分形维数及其计算方法。建立了PFC-HA絮体的三维图象,探讨PFC-HA絮体表面分形维数在凝聚/絮凝过程中的内涵。