摘要
论文以湖泊底泥为原料,采用IHSS推荐方法提纯底泥得到天然腐殖酸,通过元素分析(EA)提纯的腐殖酸主要由C、O、N、H、S等元素组成,约占总量的98%。采用超滤法对腐殖酸进行分子量分级,并进行有机碳质量衡算,结果表明,腐殖酸中分子量大于30000的物质最多,约占总量的41%,分子量小于1000的物质最少,约占总量的6.7%,分子量为10000～30000、5000～10000、3000～5000、1000～3000这4个级别中物质量相差不大,分别约占总量的11.5%、13.3%、11.8%和15.7%。 以硫酸铝作为混凝剂,通过显微摄影、图像解析和粒子测速等方法测定铝盐絮凝体的粒径、沉速,计算出相应的分形维数和强度,运用分形理论讨论了剪切力场下不同分子量级别腐殖酸混凝形成的铝盐絮凝体结构特征。结果表明,絮凝体的分形维数随腐殖酸分子量的减小而降低,弱酸性(pH=5.0)条件下,分子量大于30kDa、10kDa～30kDa、5kDa～10kDa这3个级别絮凝体分形维数的范围分别为1.83～1.94、1.8～1.87、1.74～1.81;而在中性(pH=7.0)条件下,3个级别絮凝体分形维数分别在1.77～1.78、1.77～1.83、1.71～1.78之间。 弱酸性条件下,腐殖酸絮凝体的分形维数随铝盐投加量的增加呈现先增大后减小,然后再增大并最终稳定的趋势,铝盐投加量为0.2mg-Al/mg-TOC时分形维数最大，约为1.93;中性条件下,腐殖酸絮凝体的分形维数随铝盐投加量的增大而增大并最终达到稳定,铝盐投加量为1.5mg-Al/mg-TOC时分形维数最大,约为1.87。总体而言,弱酸性条件下絮凝体的分形维数大于中性条件下铝盐絮凝体的分形维数。pH=5.0时,絮凝体的分形维数和絮凝体强度及沉降速度正相关,和絮凝体的平均粒径反相关,而在pH=7.0时絮凝体的分形维数和其平均粒径也存在一定的正相关关系。 不同分子量级别的腐殖酸絮凝体分形维数随着剪切力的改变而表现出相似的变化规律,即随着剪切力的增加,絮凝体分形维数缓慢增大,在临界破碎点出现最大值,然后减少,并最终趋于稳定。腐殖酸分子量大于30kDa级别中混凝反应的最佳剪切条件一般为G=120s-1或G=150s-1;腐殖酸分子量在10kDa～30kDa时, G=90s-1时絮凝体即开始破碎;而对于腐殖酸分子量5kDa～10kDa级别来说, G=90s-1时絮凝体开始破碎的现象更多,说明剪切力变化对低分子量级别中形成的絮凝体影响更显著。
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