絮凝过程是给水和废水处理工艺中应用最普遍的关键环节之一,它在很大程度上影响着后续流程的运行工况、最终出水质量和成本费用,因而成为环境工程中重要的科技研究开发领域。絮凝过程中,絮体的结构一直是人们研究的热点。实际操作过程中常常出现松散不易沉降或易于破碎的絮体,致使絮凝整体过程呈现纷繁复杂性以及具有混沌性,迄今为止人们对于絮凝过程中絮体形成及多项影响因子在动态平衡过程中的相互作用关系仍然缺乏足够认识。分形理论的出现使人们对絮凝过程中无序现象和无规形态取得更清楚认识逐渐成为可能,这为改进絮凝工艺和研究絮凝机理提供了强有力的工具。本课题以聚合氯化铝(PAC)为絮凝剂、水中腐殖酸有机物和高岭土悬浮颗粒为去除对象,以自主开发的水中絮体形态原位识别技术为基础,通过高像素数字摄像机对反应器内动态絮凝过程不断运动的絮体粒子进行原位实时拍摄,研究水力条件变化对絮体结构形态的影响及絮体分形结构的演变过程,把微观的絮体形态与宏观的絮凝效果分析结合起来,以期更准确地定量描述与解释絮凝过程、预测絮凝效果。研究结果表明,絮体在一定范围内具有自相似性和标度不变性,其结构及其形成过程具有分形特征。采用速度梯度递减,慢搅时间递增的三阶段变速慢搅水力条件有利于絮体的生成和成长,可以提高絮凝效果。针对水处理工艺机械絮凝池虽然G值可进行较宽范围调整,对水量水质适应较好,但目前设计运行仅凭规范或设计手册规定的经验数据,无法准确有效调整不同絮凝阶段的搅拌转速问题,本课题结合絮凝过程中絮体分形成长特性,通过对变速慢搅絮凝进行优化试验分析得出:三阶段变速慢搅的Ⅰ档转速和Ⅱ档慢搅时间为影响絮凝效果的显著因素,在设计和运行中应严格控制。并研究了停留时间及水质条件变化对絮凝效果的影响,为缩短絮凝时间、优化絮凝工艺设计寻求科学有效的方法。针对常规图像法获得的絮体分形维数值代表性差、数据规律模糊等问题,首次提出成长分形维数的概念,对该指标用于表征絮凝效果的可行性进行了研究,结果表明絮体成长分形维数可以准确表述不同絮凝条件下絮体的分形聚集变化特征,并在不同水质条件下与剩余浊度之间均具有良好的相关性,能够很好地反映絮凝效果的变化,可以用来优化絮凝条件和改善絮凝效果,以提高出水水质和降低水处理成本。