天然有机物络合凝聚及破碎絮体重构的形态匹配机制

混凝构筑物中各处流场的速度梯度分布不均匀，导致了絮体在构筑物中发生破碎,然而至今很少学者对此进行系统的研究。本项目主要针对网捕卷扫作用为主的混凝过程中，通过研究絮体破碎再絮凝过程，探讨水中的微小絮体依靠什么作用、以怎样的方式粘结在一起，以及什么因素决定了最终平衡状态下絮体的尺寸和形态。通过采用透光率脉动检测仪、激光粒度仪和CCD摄像技术对絮体进行监测和分析，探讨絮体的絮凝、破碎和再絮凝过程机制，阐明絮体表面可能存在某些化学活性是决定絮体成长的关键性因素。通过预制不同形态的混凝剂，强化与有机物的形态匹配，研究混凝剂基团对天然有机物的络合匹配机制。并从絮体破碎再絮凝过程作为突破口，探讨絮体成长过程中絮体表面基团的变化，研究破碎絮体表面基团的修复。为实现有机物的强化去除和形成的絮体较好的固液分离提供有力的理论依据。

青年基金执行期间，共发表含有基金号的论文16篇（总文章19篇），其中SCI论文14篇（第一作者13篇），2篇核心，平均影响因子4.08，授权专利1个，公开2个，协助指导博士生2位，联合培养硕士研究生2位。.絮体的成长过程和絮体颗粒之间的粘结模式决定絮凝效果，而絮体的增长或粘结不是由絮体的粒度分布和分形维数所决定的，而是决定于絮体的表面活性，因此通过不断添加新的混凝剂能保持絮体的表面活性。聚丙烯酰胺（PAM）等高分子絮凝剂对絮体的粘结能力会有较大的影响。当PAM被絮体包裹时，其絮体性质决定于絮体的表面活性，而PAM吸附到絮体表面能改变絮体的特性并提高其粘结能力。通过光感技术显示絮状物的大小随着悬浮液颗粒浓度的增加而呈直线“变大”。然而，絮体中的悬浮物颗粒性质并不会对絮体尺寸和强度等性能有影响，而直接决定于混凝剂之间的粘结性能。.控制絮体的结构和形成絮体的纳米颗粒大小能有效的控制膜污染，因此不同的絮凝前处理过程可以提高膜过滤性能的效果。铁盐-超滤系统具有较厚的滤饼层和较小的纳米级颗粒，形成较为密实孔隙率的滤饼层，从而导致在铁盐-超滤系统的跨膜压差比铝盐-超滤系统显著增长。另外，混凝剂的连续加入能保证絮体的高活性和高絮凝能力，形成了较多的絮体分支，降低了滤饼层的密实层度和跨膜压差。原位形成的铁盐其纳米颗粒的尺寸比预形成的铁盐要大，并且铁/锰絮凝物形成的滤饼层比由直接铁絮凝物形成的要薄，导致了其跨膜压差较低。低剂量的聚丙烯酰胺能形成相对较大的絮体，并改变絮体结构和增加滤饼层的孔隙率，从而降低膜污染。与此相反，较高剂量的聚丙烯酰胺会形成密实的滤饼层并会在膜孔表面大量残余，显著增加膜污染。因此降低滤饼层的厚度、增加絮体中纳米颗粒尺寸的大小和控制絮体的结构均能显著控制膜污染。.此外，絮体中微生物表面的蛋白质和多糖能影响滤饼层的密实程度和絮体黏附到膜表面的粘结性能，是饮用水处理中膜污染的一个主要因素。膜前次氯酸钠的加入能显著减少超滤膜跨膜压差的增长速率和改变滤饼层的特性。次氯酸钠灭活细菌，从而降低了微生物的增长和其分泌的蛋白质和多糖的浓度，提高膜表面滤饼层的孔隙率，显著降低絮体颗粒之间的黏附性能，减小其厚度，从而极大的改善了超滤膜的过滤性能。.因此，控制絮体的特性，特别是其黏附性能对提高絮凝效率和降低膜污染均具有显著的效果。