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本课题研究了利用工业废料(粉煤灰和热镀锌钢管废渣)制备聚硅酸铁锌(简称PSFZ)混凝剂的工艺,优化了聚硅酸铁锌处理生活污水的影响因素,建立了名为“基于分形理论的混凝控制参数预测系统”的应用软件。主要研究内容如下所示:(1)PSFZ的研制主要包括制备原料的预处理、PSFZ的合成及表征。采用Box-Behnken实验设计(BBD)优化碱溶粉煤灰提硅工艺,得到该工艺的最佳因素水平组合为:加热温度100℃,加热时间65min,液固比2.97ml/g,NaOH浓度10.5mol/L;通过正交试验研究PSFZ的合成过程,确定PSFZ合成的最佳工艺组合:(Fe+Zn)/Si的摩尔比为4:1,聚合pH值为1.5,聚合温度为60℃,聚合时间为90min,且从方差分析看出,在显著性水平为0.05的情况下,n(Fe+Zn)/nSi、聚合pH值和聚合时间对实验结果的影响均为显著;利用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)和红外光谱(FT-IR)分别表征PSFZ的外观形貌、晶体构成和键结构,实验结果表明PSFZ是由许多不同种类的晶体和无定形态的共聚物形成的复杂高分子聚合物,且外观呈空间网络结构,比表面积较大,具有较强的卷扫网捕和吸附架桥能力。(2)PSFZ处理生活污水的应用研究主要包括PSFZ处理生活污水的影响因素优化,PSFZ和PAC处理生活污水的混凝效果对比及混凝水力条件的选择。通过BBD实验设计得到PSFZ处理生活污水的最佳实验因素水平组合为:n(Fe+Zn)/nSi为4.41、聚合pH值为1.39、投加量为0.92mmol/L,测得余浊、COD去除率和TP去除率分别为:3.13、78.60%和96.84%;将PSFZ和PAC用于生活污水的处理,实验表明在不同投加量和原水pH值的条件下,PSFZ的处理效果在一定程度上优于PAC;采用正交实验研究PSFZ处理生活污水的混凝水力条件,实验结果表明,在混凝处理中,并不能在一组工艺条件下,保证所有的混凝处理指标达到最优,应根据不同的实际需求,提供不同的水力条件,且从方差分析可知,絮凝梯度对三个水质指标的影响均为显著,说明在混凝工艺中,适宜的G值梯度组合即可以保证微絮体在同向(异向)絮凝和差速沉降等作用下,逐渐形成较大的絮体,提高沉降速度,也可以保证已经形成的絮体不会被机械地打碎,保持絮体的完整,从而提高混凝效果。(3)絮体分形仿真的应用研究主要包括模型变量与相关水质参数之间数学模型的建立,分形维数与混凝工艺参数之间数学模型的建立及软件的界面设计。在图形相似和分形维数接近(误差在±7%以内)的前提下,分别找到在PSFZ混凝剂处理生活污水的实验中,原水浊度和初始粒子数、原水温度和运动步长、原水pH值和释放半径之间对应的数值关系,利用多项式拟合找到模型变量和水质参数之间的数学模型;以PSFZ投加量和全程GT值为实验因素,真实絮体分形维数为响应值,采用Central-Composite实验设计(CCD),找到响应值与实验因素之间的相关系数R2为0.9274的二元二次多项式;利用MATLAB GUI,将所有的数学模型写入程序,并进行软件界面编程,编写完成一个可以在一定原水水质范围内,通过仿真模拟便可计算出所需的PSFZ投加量及全程GT值的应用软件,并将程序编译成独立运行的C程序文件,程序命名为“基于分形理论的混凝控制参数预测系统”。