第十至十九章给水处理理论至其他处理方法习题及答案要点 30页

给水工程第十四章给水处理概论P252:1、2、3思考题1.水中杂质按尺寸大小可分成几类？了解各类杂质主要来源特点及一般去除方法。2.叙述我国天然地表水源和地下水源的水质特点。3了解《生活饮用水卫生标准》中各项指标的意义。4反应器原理用于水处理有何作用和特点？5试举出3种质量传递机理的实例。63种理想反应器的假定条件是什么？研究理想反应器对水处理设备的设计和操作有何作用？7为什么串联的CSTR型反应器比同容积的单个CSTR型反应器效果好？8混合与返混在概念上有何区别？返混是如何造成的？9PF型和CMB型反应器为什么效果相同？两者优缺点比较。103种理想反应器的容积或物料停留时间如何求得？试写出不同反应级数下3种理想反应器内物料的平均停留时间公式。11何谓“纵向分散模型”？纵向分散模型对水处理设备的分析研究有何作用？1.水中杂质按尺寸大小可分成几类？了解各类杂质主要来源特点及一般去除方法。答：(1)水中杂质按尺寸大小可分成悬浮物、胶体和溶解物三类。(2)悬浮物的主要来源河中的泥沙、下雨的藻类物质、水中腐殖质、矿物质废渣。悬浮物的特点悬浮物尺寸较大，易于在水中下沉或上浮。如果密度小于水，则可上浮到水面。易于下沉的一般式大颗粒泥沙及矿物质废渣，能够上浮的一般式体积较大而密度小的某些有机物。悬浮物去除方法：大的颗粒通过自行下沉，而粒径较小的悬浮物须加混凝剂去除。(3)胶体的主要来源是粘土、某些细菌及病毒、腐殖质及蛋白质，工业废水排入水体，会引入各种各样的胶质或有机分子物质和带电的金属氢氧化物胶体。胶体的特点是胶体颗粒尺寸很小，在水中长期静置也难下沉，同时胶体还带点并且有的胶体分子量很大。30\n胶体去除方法是投加混凝剂来去除。（4）溶解体可分有机物和无机物两类；无机溶解物主要来源工业废水排放和矿物质；有机溶解物主要来源于水源污染，也有天然存在的，如腐殖质。溶解体的特点是它与水所构成的均相体系，外观透明。同时会使水产生色、味、并且有的溶解体含有毒、有害的。溶解体去除的方法是离子交换器和投加混凝剂。2.叙述我国天然地表水源和地下水源的水质特点。答：1）我国天然地表水可分江河水、湖泊与水库水、海水。（1）江河水易受自然条件影响。水中悬浮物和胶态杂质含量较多，浊度高于地下水，凡土质、植被和气候条件较好地区，如华北和西南地区大部分河流，浊度均较低。江河水的含盐量和硬度较低。河水含盐量和硬度与地质、植被、气候条件及地下水补给情况有关。江河水易受工业废水、生活污水及其它各种人为污染。（2）湖泊及水库水主要由河水供给，水质与河水类似。但由于湖水流动性小，储存时间较长，经过长期自然沉淀，浊度较低。湖底沉积物或泥沙泛起，才产生浑浊现象；湖水一般含藻类较多，同时，水生物死亡残骨沉积湖底，使湖底淤积中积存了大量腐殖质，一经风浪泛起，便使水质恶化，湖也水易受废水污染。由于湖水不断得到补给又不断蒸发溶缩，故含盐量往往比河水高。（3）海水含盐量高，而且所含各种盐类或离子的重量比列基本上一定。2）地下水的特点：水在底层渗滤过程中，悬浮物和胶质已基本或大部分去除，水质清澈，且水源不易受外界污染和气温影响，因而水质、水温较稳定。由于地下水流经岩层时溶解了各种可溶性矿物质，因而水的含盐量通常高于地表水；地下水硬度高于地表水；同时我国含铁地下水分布较广。3了解《生活饮用水卫生标准》中各项指标的意义。答：生活饮用水水质标准共35项。其中感官性状和一般化学指标15项，主要为了保证饮用水的感官性状良好。毒理学指标15项、放射指标2项，是为了保证水质对人不产生毒性和潜在危害；细菌学指标3项是为了保证饮用水在流行病学上安全而制定的。4反应器原理用于水处理有何作用和特点？答:在水处理方面引入反应器理论，推动了水处理工艺发展。许多水处理设备与池子都可作为反应器来进行分析，包括化学反应、生物化学反应以至纯物理过程等。歹I」如，水的氯化消毒池，除铁滤池、生物滤池、絮凝池、沉淀池等等,甚至一段河流自净过程都可应用反应器原理和方法进行分析、研究。30\n2试举出3种质量传递机理的实例。答：主流传递；分子扩散传递；紊流扩散传递33种理想反应器的假定条件是什么？研究理想反应器对水处理设备的设计和操作有何作用？答：1）完全混合间歇式反应器：恒温2）完全混合连续式反应器：反应器内物料完全均匀混合且与输出产物相同3）推流式反应器：反应器内的物料仅以相同流速平行流动，而无扩散作用7为什么串联的CSTR型反应器比同容积的单个CSTR型反应器效果好？答：采用多个体积相同的CSRT型反应器串联使用，则第二个反应器的输出物料浓度即为第一个反应器的输出物料浓度，一次类推。所以采用两个串联的CSTR型反应器，所需要的消毒时间比一个同容积的单个CSTR型反应器大大缩短。8混合与返混在概念上有何区别？返混是如何造成的？答：混合，即在CMB中同种物料之间的混合，停留时间相同。返混，即在CSRT停留时间不同的物料之间混合。原因：环流、对流、短流、流速不均匀、设备中存在死角以及物质扩散9PF型和CMB型反应器为什么效果相同？两者优缺点比较。答：1）因为在推流型反应器的起端，物料是在Co的高浓度下进行反应，反应速度很快。沿着液流方向，随着流程增加，物料浓度逐渐降低，反应速度也随之逐渐减小。这与CMB型反应器内的反应过程是完全一样的。2）PF型比CMB型反应器优于在：CMB型反应器除了反应时间外，还需要考虑投料和卸料时间，而PF型反应器为连续操作。103种理想反应器的容积或物料停留时间如何求得？试写出不同反应级数下3种理想反应器内物料的平均停留时间公式。答：1）3种理想反应器的容积V=Qt,物料停留时间『=「9）。2）完全混合间歇式反应器（CMB型）1零级T=-C0-Cik一级YlnC1C二级T=LC0_1kW（CJ完全混合连续式反应器30\n1零级T=-C0-Ci一级T=1'4_JkgJ二级丁二工n二kCi、G）推流式反应器1布级T=Co-Gk一级T=Ln"KCi二级T=1C0-1kCo2J11何谓“纵向分散模型”？纵向分散模型对水处理设备的分析研究有何作用？答：纵向分散模型其基本设想是在推流型基础上加上一个纵向混合。在水处理中，沉淀池、氯消毒池、生物滤池、冷却塔等，均可作为PFD型反应器来进行研究。习题1.在实验室内作氯消毒试验。已知细菌被灭活速率为一级反应，且k=0.85min-1。求细菌被灭活99.5%寸，所需消毒时间为多少分钟？CM或应器:设原有细菌密度为CO,t时候尚存活的细菌密度为Ci,被杀死的细菌密度则为C0-Ci,根据题意，Ci=0.005C0,细菌被灭速率等于活细菌减少速率，于是：习题1.在实验室内作氯消毒试验。已知细菌被灭活速率为一级反应，且k=0.85min-1。求细菌被灭活99.5%寸，所需消毒时间为多少分钟？2.设物料i分别通过CSTR®和PF型反应器进行反应后，进水和出水中i浓度之比均为C0/Ce=10,且属一级反应，k=2h-1。求水流在CSTF©和PF型反应器内各需多少停留时间？（注：C0-一进水中i初始浓度；Ce-―出水中i浓度）第十五章混凝思考题1.何谓胶体稳定性？试用胶粒间相互作用势能曲线说明胶体稳定性的原因。30\n答：1）胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性，称为胶体稳定性。2）当两个胶粒相互接近至双电层发生重叠时，便产生静电斥力。静电斥力与两胶粒相面间距x有关，用排斥势能ER表示。然而，相互接近的两胶粒之间+除了静电斥力外，还存在范德华引力。此力同样与胶粒间距有关。用吸引势能Ea表示。将排斥势能和吸引势能相加即为总势能E。相互接近的两胶粒能否凝聚，决定于总势能Eo由图可知，当oax或x>oc时，吸引势能均占优势。不过，x>oc时虽然两胶粒表现相互吸引趋势，但由于存在着排斥能峰这一屏障，两胶粒乃无法靠近。要使两胶粒表面间距小于oa，不朗移动的动能首先要克服排斥能峰才行。然而，胶粒不朗运动的动能远小于Emax，两胶粒之间距离无法靠近到oa以内，故胶体处于分散稳定状态。30\n图152相互作用势能与粒间距离关系(口)双电层重猩］(/>)势能变化曲线2.混凝过程中，压缩电层和吸附-电中和作用有何区别？简要叙述硫酸铝混凝作+用机理及其与水的PH值的关系。答影响水混凝的主要因素有：水温、pH值、碱度、水中浊质颗粒浓度、水中有机污染物、混凝剂种类与投加量、混凝剂投加方式、水利条件。水温：水温对混凝效果有较大的影响，最适宜的混凝水温为20〜30c之30\n间。水温低时，絮凝体形成缓慢，絮凝颗粒小，混凝效果较差。水温高时，混凝剂水解反应速度快，形成的絮凝体水合作用增强、松散不易沉降。pH值：pH主要从两方面影响混凝效果：1、水的pH值直接与水中胶体颗粒的表面电荷和电位有关，不同的pH值下胶体颗粒的表面电荷和电位不同，所需要的混凝剂量也不同；2、水的pH值对混凝剂的水解反应有显著影响，不同的混凝剂的最佳水解反应所需要的pH值范围不同。因此水的pH值对混凝效果的影响因混凝剂种类而异。碱度：由于混凝剂加入原水后，发生水解反应，反应过程中需要消耗水中的碱度，特别是无机盐类混凝剂，消耗的碱度更多。当原水中碱度很低时，投入混凝剂因消耗水中的碱度而使水的pH值降低，如果pH值超出混凝剂的最佳混凝pH值范围，将使混凝效果受到显著影响。④水中浊质颗粒浓度：浊质颗粒浓度过低时，颗粒间的碰撞几率大大减小，混凝效果变差。浊质颗粒浓度过高时，要使胶体颗粒脱稳所需的混凝剂量也将大幅度增加。⑤水中有机污染物：水中有机物对胶体有保护稳定作用，将胶体颗粒保护起来，阻碍胶体颗粒之间的碰撞，阻碍混凝剂与胶体颗粒之间的脱稳凝集作用。⑥混凝剂种类与投加量：不同种类的混凝剂的水解特性和使用的水质情况完全不同，因此应根据原水水质情况优化选用适当的混凝剂种类。一般情况下，混凝效果随混凝剂投加量的增加而提高，但当混凝剂的用量达到一定值后，混凝效果达到顶峰，再增加混凝剂用来则混凝效果反而下降，所以要控制混凝剂的最佳投量。⑦水利条件：水利条件包括水力强度和作用时间两方面的因素。混凝过程分为快速混合与絮凝反应两个连续不可分割的阶段，不同阶段所需要的水利条件也30\n不同。2.高分子混凝剂投量过多时，为什么混凝效果反而不好？答：化学混凝的机理至今仍未完全清楚。因为它涉及的因素很多，如水中杂质的成分和浓度、水温、水的pH值、碱度，以及混凝剂的性质和混凝条件等。当混凝剂加量大时,混凝剂相互之间会有影响，使上述压缩双电层作用、吸附架桥作用、网捕作用能力发生变化，但不都是作用力加强，大于它的最佳投药量时，再投加混凝剂反而效果会降低。3.目前我国常用的混凝剂有哪几种？各有何优缺点？答：1）目前我国常采用的混凝剂有硫酸铝、聚合铝、三氯化铁、硫酸亚铁、聚合铁。4）（1）硫酸铝的优缺点是运输方便，使用方便，但制造过程复杂，价格较高。（2）聚合铝的优缺点是对水中胶粒起电性中和及架桥作用，投加量较小，对水的PH值变化适应性较强。但是制备较复杂。（3）三氯化铁的优缺点是使用的PH值范围较宽，形成的絮凝体密实；较好的处理低温或低浊水。但是三氯化铁腐蚀性较强，且固体产品易吸水潮解，不易保管。（4）硫酸亚铁的优缺点是产品运输方便，使用方便，投加简单，但是混凝效果不好，处理后的水带色，有时添加氧化法。（5）聚合铁的优缺点是有优良的混凝效果，腐蚀性较小，但是处理饮用水时，需要检验它的毒性。5.什么叫助凝剂？常用的助凝剂有哪几种？在什么情况下需要投加助凝剂？答：1）当单独使用混凝剂不能取得预期效果时，需要投加某种辅助药剂以提高混凝效果，这种药剂称为助凝剂。2）常用的助凝剂有：骨胶、聚丙烯酰胺及其水解产物、活化硅胶、海藻酸钠等。3）在以下情况下需要投加助凝剂：（1）原水碱度不足而使铝盐混凝剂水解困难。（2）低温、低浊水，采用铝盐混凝剂时，形成的絮粒往往细小松散，不易沉淀。6.为什么有时需将PAM在碱化条件下水解成HPAM？PAM水解度是何涵义?一般要求水解度为多小？答：1）因为酰胺基之间的氢键作用，线性分子往往不能充分伸展开来，致使桥架作用消减。2）水解度的涵义是酰胺基转化为竣基的百分数。3）一般要求水解度为30%^40%30\n7.何谓同向絮凝和异向絮凝？两者的凝聚速率与那些因素有关？答：（1）由布朗运动所造成的颗粒碰撞聚集称异向絮凝。由流体运动所造成的颗粒碰撞聚集称同絮凝。（2）异向絮凝：与颗粒碰撞速率，水温，颗粒数量浓度有关；同向絮凝：与速度梯度，颗粒半径，颗粒数量浓度有关。8.混凝控制指标有哪几种？为什么要重视混凝控制指标的研究？你认为合理的控制指标应如何确定？答：1）混凝控制指标有G值和GT值两种。G值指速度梯度，用来表征混凝时的搅拌程度；GT中，T是絮凝反应时间（不含混合时间），GT值包含了表征搅拌的量G和反应时间T,所以是一个综合衡量混凝过程的量，量纲为1.因为快速搅拌的目的是为了使混凝剂瞬间、快速、均匀地分散到水中，以避免药剂分散不均匀，造成局部药剂浓度过高，影响混凝剂自身水解及其与水中胶体（或杂质颗粒）的作用。慢速搅拌是为了使快速搅拌时生成的微絮凝体进一步成长成粗大、密实的絮凝体，以实现固液分离。只有将G值（最优慢速搅拌强度）、GT值（快速搅拌条件）控制到最佳状态，才能既得到理想的混凝效果，又是的搅拌时间缩短在应有的范围内。减少了搅拌时间，既节省了成本。2）因为G值和GT值变化幅度很大，从而失去控制意义。3）在控制指标的研究时应该把颗粒浓度及稳定程度等因素考虑进去，提出以CvGT或aCvGT值作为控制指标。9.絮凝过程中，G值的真正涵义是什么？沿用已久的G值和GT值的数值范围存在什么缺陷？请写出机械絮凝池和水力絮凝池的G值公式。答：（1）G值的真正的涵义是反映了能量消耗。（2）絮凝阶段，平均G=20〜70s-1范围内，平均GT=1X10-4〜1X10-5范围内。存在缺陷是G值和GT值变化幅度很大，从而失去控制意义。（3）机械絮凝池的G值的公式：G=式中N—水的动力粘度，Pa・s;p一单位体积流体所耗功率，w/mG一速度梯度，s-1;水力絮凝池的G值的公式：而G=\丁式中g一重力加速度，9.8m/s-2;30\nh一混凝设备中的水头损失，m;u一水的运动粘度，m/s；T一水流在混凝设备中的停留时间，s；7.根据反应器原理，什么形式的絮凝池效果较好？折板絮凝池混凝效果为什么优于隔板絮凝池？答：（1）折板形式的絮凝池效果较好。（2）折板絮凝池的优点是水流在同波折板之间曲折流动或在异波折板之间缩、放流动且连续不断，以至形成众多的小漩涡，提高了颗粒碰撞絮凝效果。它与隔板絮凝池相比，水流条件大大改善，亦即在总的水流能量消耗中，有效能量消耗比例提高，故所需絮凝时间可以缩短，池子体积减小。8.影响混凝效果的主要因素有哪几种如？这些因素是如何影响混凝效果的？答：1）影响混凝效果的因素比较复杂，其中包括水温、水化学特性、水中杂质性质和浓度以及水力条件。2）水温的影响：低温时，尽管投加大量混凝剂也难获得良好的混凝效果，通常絮凝体形成缓慢，絮凝颗粒细小、松散。因为（1）无机盐混凝剂水解是吸热反应，低温水混凝剂水解困难。（2）低温水的粘度大，使水中杂质颗粒布朗运动强度降低，碰撞机会减小，不利于胶粒脱稳凝聚。（3）水温低时，胶体颗粒水化作用增强，妨碍胶体凝聚。（4）水温与PH值有关。水白PH值和碱度影响：无机盐在不同的PH值水解产物不同，而不同的水解产物对颗粒的絮凝效果不同。因此控制PH值范围对无机盐水解有很大作用。水中悬浮物浓度的影响：水中悬浮物浓度很低时，颗粒碰撞速率大大减小，混凝效果差，为了提高低浊度原水的混凝效果，采用以下措施（1）在投加混凝剂的同时，投加高分子助凝剂。（2）投加矿物颗粒以增加混凝剂水解产物的凝结中心，提高颗粒碰撞速率并增加絮凝体密度。（3）采用直接过滤法。如果原水悬浮物含量过高，所需混凝剂量将相应地大大增加。为了减小混凝剂用量，通常投加高分子助凝剂。9.混凝剂有哪几种投加方式？各有何优缺点及其适用条件？答：（1）混凝剂投加方式有：泵前投加、高位溶液池重力投加、水射器投加、泵投加。（2）泵前投加优缺点是：投加方式安全可靠，但是有设水封箱防止空气进入一般适用于取水泵房距水厂较近者。（3）高位溶液池重力投加优缺点是：投加方式安全可靠，但溶液池位置较高。一般适用于取水泵房距水厂较远者。（4）水射器投加优缺点是：投加方式设备简单，使用方便，溶液池高度不受太大限制，但水射器效率较低，且易磨损。通常适用任何水厂。（5）泵投加优缺点是：药剂和水充分混合，不必另备计量设备。但是不好维修。30\n最适合用于混凝剂自动控制系统。13.何谓混凝剂“最佳剂量”？如何确定最佳剂量并实施自动控制？答：1）混凝剂“最佳剂量”是指达到既定水质目标的最小混凝剂投加量。2）根据实验室混凝搅拌试验确定混凝剂最佳剂量，然后进行人工调节。通过数学模型法、现场模以试验法和特性参数法。14.当前水厂中常用的混合方法有哪几种？各有何优缺点？在混合过程中，控制G值的作用是什么？答：1）当前水厂中常用的混合方法有水泵混合、管式混合和机械混合池。2）（1）水泵混合的优缺点是混凝效果较好，不需另建混合设备，节省动力。但是对取水泵房距水厂处理构筑物较远时，不利于后续絮凝。（2）管式混合的优缺点是构造简单，无活动部件，安装方便，混合快速而均匀。但是当流量国小时效果下降。（3）机械混合的优缺点是混合效果较好，且不受水量变化影响，适用于各种规模的水厂。但是增加机械设备并相应增加维修工作。3）控制G值的作用就是控制絮凝时间。15.当前水厂中常用的絮凝剂设备有哪几种？各有何优缺点？在絮凝过程中，为什么G值应自进口至出口逐渐减小？答：1当前水厂中常用的絮凝剂设备有隔板絮凝池、折板絮凝池和机械絮凝池。2（1）隔板絮凝池的优缺点是构造简单，管理方便。但是流量变化较大者，絮凝效果不稳定，絮凝时间较长，池子容积较大。（2）折板絮凝池优缺点是水流在同波折板之间曲折流动或在异波折板之间缩、放流动且连续不断，以至形成众多的小涡旋，提高了颗粒碰撞絮凝效果。絮凝时间较短，池子体积减小。但是安装维修较困难，折板费用较高。（3）机械絮凝池的优缺点是可随水质、水量变化而随时改变转速以保证絮凝效果，能应用于任何规模水厂。但是需机械设备因而增加机械维修工作，同时增加造价。3因为絮凝过程和那个中，为避免絮凝体破碎，絮凝设备内的流速及水流转弯处的流速应沿程逐渐减少，从而G值也沿程逐渐减少。30\n16.采用机械絮凝池时，为什么要采用3〜4档搅拌机且各档之间需用隔墙分开？答：因为单个机械絮凝池接近于CSTR型反应器，故宜分格串联。分格愈多，愈接近PF型反应器，絮凝效果愈好，但分格过多，造价增高且增加维修工作量。各档之间用隔墙分开是为防止水流短路，习题1.河水总碱度0.1mmol/L（按CaO计）。硫酸铝（含Al2O3为16%）投加量为25mg/L,问是否需要投加石灰以保证硫酸铝顺利水解？设水厂每日生产水量50000m3,试问水厂每天大约需要多小千克石灰（石灰纯度按50%计）。解：投药量折合AlzQ为25mg/LX16%=4.00mg/LAI2Q分子量为102,故投药量相当于4+102=0.039mmol/L。KCaQ=3X0.039—0.1〈3X0.039,故需要投加石灰。剩余碱度取0.25mmol/L,则得：KCaOR=3X0.039—0.1+0.25=0.267mmol/LCaO分子量为56,则水厂每天石灰的投加量：0.267X56+0.5X50000=1495.2kg;剩余碱度取0.25mmol/L,则得：KCaQ=3X0.039—0.1+0.5=0.517mmol/LCaO分子量为56,则水厂每天石灰的投加量：0.517X56+0.5义50000=2895.2kg。2.设聚合铝[Al2（OH）nCl6n]m在制备过程中，控制m=5,n=4,试求该聚合铝的碱化度为多小？解：因为m=5,n=4代入；聚合铝[Al2（OH）4•Cl2]5聚合铝的碱化度：[OH]B=3[A口义100%=4+2+3X100%=66.7%3.某水厂采用精制硫酸铝作为混凝剂，其最大投量为35mg/L。水厂设计水量100000m3/d。混凝剂每日调剂3次，溶液浓度按10%计，试求溶解池和溶液池体积各为多小？解：取溶7夜浓度为10%按溶液池容积公式计算:aQ351000002一=417nc4170.1324=1165.7m3,30\n溶解池容积：W=(0.2〜0.3)X1165.7=233.2〜349.7m3另一解：如果最大投量为35mmol/L,则计算如下:W=aQ417nc一―3=35*342*0.001*100000/(417*0.1*3*24)=398.681m溶解池容积：W=(0.2〜0.3)X398.7=79.74.2-119.6ml1.隔板絮凝池设计流量75000m3/d。絮凝池有效容积为1100m3。絮凝池总水头损失为0.26m。求絮凝池总的平均速度梯度G值和GT值各为多小？（水厂自用水量按5%计）。解：Q=7500（X1.05+3600+24=0.91m3/s,T=V/Q=1100+0.91=1209s按G值计算公式(水温按10度计，v=1.011X10-6PaS：G=30309.806.26=46s1,1.011101029GT=GXT=46X20X60=552005.某机械絮凝池分成3格。每格有效尺寸为2.6m（宽）X2.6m（长）X4.2mQ^）。每格设一台垂直轴桨板搅拌器，构造按图15—21,设计各部分尺寸为：r2=1050mm;桨板长1400mm，宽120mm;r0=525mm。叶轮中心点旋转线速度为：第一格v1=0.5m/s第二格v2=0.32m/s第三格V3=0.2m/s求：3台搅拌器所需搅拌功率及相应地平均速度梯度G值（按水温200C计）。解：设桨板相对于水流的线速度等于桨板旋转线速度0.75倍，则相对于水流的叶轮转速为：0.75v_r。0.750.50.525=0.71rad/s3=0.750.320.525=0.46rad/s0.750.20.525=0.29rad/s301）桨板所需功率计算:30\n30外侧桨板r2=1050mm,r=930mm内侧桨板ri=560,r2=440mm内外侧桨板各四块，将有关数据代人公式得：一Cd344'1'1r2-riPl=1841.1100034444=0.7131.41.054-0.9340.564-0.444=146.1w以同样方法可求得：P2=45.1w,P3=9.9w2）计算平均速度梯度G值（水温按200C计，u=1.005X10-3Pa•s）每格有效容积V=2.6X2.6X4.2=28.4m3第一格第二格=40s-1=72s-1第三格G9.9=19s-11.00910,28.4絮凝池总平均速度梯度G值:P3P2P—9.9—45.1—146.1―G=V3W=Y3M1.009父10工父28.4=48.596.设原水悬浮物体积浓度力=5X10-5.假定悬浮颗粒粒径均匀，有效碰撞系数a=1,水温按15度计，设计流量Q=360m3/h。搅拌功率P=195W。试求：（1）絮凝池按PF型反应器考虑，经15min絮凝后，水中颗粒数量浓度将降低百分之几？（2）采用3座同体积机械絮凝池串联，絮凝池总体积与（1）同。搅拌总功率为195W,设3座絮凝池搅拌功率分别为：P=100W,P=60W,P=35W,试问颗粒数量浓度最后降低百分之几？解第十六章沉淀和澄清思考题1.什么叫自由沉淀、拥挤沉淀和絮凝沉淀？答：（1）颗粒沉淀过程中，彼此没有干扰，只受到颗粒本身在水中的重力和水流阻力的作用，称为自由沉淀。（2）颗粒在沉淀过程中，彼此相互干扰，或者受到容器壁的干扰，虽然其粒度和自由沉淀相同，但沉淀速度却较小，称为拥挤沉淀。（3）在水中投加混凝剂后,其中悬浮物的胶体及分散颗粒在分子力的相互作用30\n下生成絮状体且在沉降过程中它们互相碰撞凝聚,其尺寸和质量不断变大,沉速不断增加，称为絮凝沉淀。1.已知悬浮颗粒密度和粒径，可否采用公式（16-4）直接求得颗粒沉速？为什么？答：可以采用公式（16-4）直接求得颗粒沉速。因为公式（16-4）含有阻力系数CD,而阻力系数却与雷洛数Re有关。而不同水流状态CD与Re有不同的关系。根据不同水流状态Q、Q取值不同而计算得出的颗粒沉速公式也不同。4.理想沉淀池应符合哪些条件？根据理想沉淀池条件，沉淀效率与池子深度、长度和表面积关系如何？答：（1）是理想沉淀池应符合以下条件：1）颗粒处于自由沉淀状态。2）水流沿着水平方向流动。3）颗粒沉到池底即认为已被去除，不再返回水流中。（2）根据理想沉淀池条件，沉淀效率与池子深度和长度无关，而它与表面积成正比关系。5.影响平流沉淀池沉淀效果的主要因素有哪些？沉淀池纵向向分格有何作用？答：影响平流沉淀池沉淀效果主要有两方面：（1）沉淀池实际水流状况对沉淀效果的影响，但是在实际沉淀池中，停留时间总是偏离理想沉淀池，表现在一部分水流通过沉淀区的时间小于t0,而另一部分水流大于to,这种现象称为短流。它产生的原因是：1）进水的惯性作用；2）出水堰产生的水流抽吸；3）较冷或较重的进水产生的异重流：4）风浪引起的短流；5）池内存在导流壁和刮泥设施。（2）絮凝作用的影响沉淀池纵向分格作用是：减小水力半径，改善水流条件。6.沉淀池表面负荷和颗粒截留沉速关系如何？两者涵义有何区别？答：（1）沉淀池表面负荷在数值上等于颗粒截留沉淀，同时它们的表达式都是Q/A。（2）沉淀池表面负荷的涵义是单位沉淀池表面积的产水量。而颗粒截留沉速的涵义是自池顶开始下沉所能全部去除的颗粒中最小颗粒的速度。7.设计平流沉淀池是主要根据沉淀时间、表面负荷还是水平流速？为什么？答：设计平流沉淀池主要根据是沉淀时间或表面负荷;因为沉淀时间作为指标所积累的经验较多，设计是应两者兼顾，以沉淀时间控制，以表面负荷30\n校核，或者相反也可以。同时有原水水质、沉淀水水质要求、水温等设计资料。6.平流沉淀池进水为什么要采用穿孔隔板？出水为什么往往采用出水支渠？答：（1）因为进水区的作用是使水流均匀分布在整个进水截面上，并尽量减小扰动，防止絮凝体破碎。（2）因为沉淀后的水应尽量在出水区均匀流出，同时缓和出水区附近的流线过于集中，降低堰口的流量负荷。..............--..°7.斜管沉淀池的理论根据是什么？为什么斜管倾角通常采用60°？答（1）斜管沉淀池的理论根据是在沉淀池有效容积一定的条件下，增加沉淀面积，可使颗粒去除率提高。（2）因为水从下向上流动，颗粒则沉于斜板底部，当颗粒累积到一定程度时，便自动滑下。8.澄清池的基本原理和主要特点是什么？答：（1）澄清池的基本原理是：依靠活性泥渣层达到澄清目的。当脱稳定杂质随水流与泥渣层接触时，便被泥渣层阻留下来，使水获得澄清。（2）主要特点：1）将絮凝和沉淀两个过程在一个构筑物内靠活性泥渣完成；2）澄清池则充分利用了活性泥渣的絮凝作用。3）澄清池的排泥措施，能不断排除多余的陈旧泥渣，其排泥量相当于新形成的活性泥渣量。11.简要叙述书中所列4中澄清池的构造、工作原理和主要特点。答：1）悬浮澄清池的构造是穿孔配水管、泥渣悬浮层、穿孔集水槽、强制出水管、排泥窗口、气水分离器。悬浮澄清池的工作原理：是加药后的原水经气水分离器从穿孔配水管流入澄清池，水自下而上通过泥渣悬浮层后，水中杂质被泥渣层截留，清水从穿孔集水槽流出。习题1.已知颗粒密度p=2.65g/cm3，粒径d=0.45mm（按球形颗粒考），求该颗粒在200C水中沉降速度为多少？解：已知：20c时，v=1.006x10-6m2/s,p=1.009X10-3Pa・s水的密度pi=1g/cm3,g=9.8N/Kg,d=0.45mm,(1)假设Re<1,则水呈层流状态，其沉降速度u为：1。一:121(2.65-1)103与2C«,30\nu=-1gd2=—3-9.8(0.4510)2=0.18m/s18」181.00910_____3ud0.180.4510而R=一=6—=81>1、1.00610"6因此，假设不成立，u=0.18m/s不符合要求。(2)假设11.53mm）应筛除约12.8％，总共需筛除16.4%+12.8%=29.2%左右。2、根据第1题所选砂滤料，求滤速为10m/h的过滤起始水头损失约为多少cm？解：对应的粒径0.41mm（位于0.25mm和0.59mm之间）和1.53mm（处于1mm和1.65mm之间）。则滤料可分成三层进行计算,粒径范围分别为0.41mm-0.59mm之间,0.59mm-1mm之间，1mm-1.53mm之间。则对应的计算粒径为0.5mm,0.795mm,1.265mm。由图可知与之对应的重量百分比为0.15,0.61,0.24。已知v=0.01011cm/smo=0.4lo=70cmv=1000/3600=0.28cm/s2g=981cm/s则起始水头损失4、设大阻力配水系统干管起端流速为1cm/s；支管起流速为2m/s；孔口流速为3m/So试通过计算说明该配水系统的配水均匀性是否达到95%以上。解：设q—冲洗强度，L/s.m2vo一干管进口流速Va一起端支管进口流速V一孔口流速W0一干管截面积Wa一支管截面积n—支管根数则f/w0=V0/V=1/3f/nwa=Va/V=2/33030所以该配水系统的均匀性未达到95%30\n17-25冲洗推水槽剖面6、滤池平面尺寸、冲洗强度及砂滤池厚度同第5题，并已知:5、设滤池平面尺寸为5.4m(长)X4m(宽)。滤层厚70cm。冲洗强度q=14L/(sm2),滤层膨胀度e=40%。采用3条排水槽，槽长4m,中心距为1.8m。求:(1)标准排水槽断面尺寸。(2)排水槽顶距砂面高度。(3)校核排水槽在水平面上总面积是否符合设计要求。解：每个滤池设3条排水槽，槽长l=B=4m每条排水槽的出口流量为Q=qf/3=14*5.4*4/3=0.1008m3/s冲洗排水槽断面如图所示断面模数x=0.45Q0.4=0.45*0.10080.4=0.18m冲洗排水槽底厚6=0.05m,保护高0.07m则排水槽顶距砂面高度：H=eH2+2.5x+6+0.07=0.4*0.7+2.5*0.18+0.05+0.07=0.85m校核排水槽总面积：排水槽总面积与滤池面积之比=3*l*2x/F=3*4*2*0.18/(5.4*4)=0.2<0.25故符合要求30冲洗时间6min；承托层厚0.45m；大阻力配水系统开孔比a=0.25%;滤料密度为2.62g/cm3;滤层孔隙率为0.4;冲洗水箱至滤池的管道中总水头损失按0.6m计。求：(1)冲洗水箱容积。(2)冲洗水箱底至滤池排水槽冲洗槽高度。解：(1)冲洗水箱容积按单个滤池冲洗水量的1.5倍计算：一一____一一一一一3V=0.09qFt=0.09*14*5.4*4*6=163.3m3(2)从清水池至滤池的冲洗管道中总水头损失hi=0.6m滤池配水系统水头损失30\n承托层的水头损失h3=0.022qz=0.022*14*0.45=0.14m滤料层的水头损失备用水头h5=2m冲洗水箱底至滤池排水槽冲洗槽高度7、两个无阀滤池合用一个冲洗水箱。滤池设计流量为4000m3/d。请设计滤池平面尺寸和冲洗水箱深度(设计参数自己选用)。解：设滤池采用石英砂滤料，滤池滤速取10m/h,冲洗强度取14L/(s.m2)冲洗历时5min.则单格滤池面积为：F=4000/(10*24)=16.67m2取滤池尺寸长=4.5m,宽=4m冲洗水箱深度第18章消毒3.目前水的消毒方法主要有哪几种？简要评述各种消毒方法的优缺点。答：主要方法和优缺点见下表:方式优点缺点氯经济有效，有后续消毒效果，技术成熟对某些病毒芽抱无效，产生臭味受pH影响，有消毒副产物THMs氯胺当水中存在后机物和苯酚时，氯胺消毒/、会产生氯臭和氯酚臭，且大大减少THMs的生成，能较长时间保持水中余氯杀菌能力弱，本身是致突变剂C1O2杀菌效果比氯好，不受PH影响，/、产生有机卤代物成本高，现场制备，使用，设备复杂，管理操作要求高，消毒副产物亚氯酸盐有一定的毒性O3除色除臭效果好，杀菌氧化能力均比氯强，溶于水后使DO增加，投资运行成本高，无后续杀菌能力紫外线杀菌效果好，快速简洁电耗大，紫外灯管和石英套管需要定期更换，对浊度要求局，有光复活现象30\n4.什么叫自由性氯？什么叫化合性氯？两者消毒效果有何区别？简述两者消毒原理。答：两种物质介绍见下表：名称自由性氯化合性氯定义以次氯酸，次氯酸盐离子和溶解的单质氯形式存在的氯以氯胺和有机氯胺形式存在的总氯的一部分消毒机理主要是次氯酸起作用，它为中性分子，能扩散到带负电的细菌表面，并通过细胞的细胞壁穿透到细胞内部，起到氧化作用破坏细胞的酶系统而杀死细胞它使微生物的酶被氧化失效，破坏微生物正常的新陈代谢，从而使微生物死亡。消毒效果经济肩效，有后续消毒效果，技术成熟；有消毒副产物当水中存在后机物和苯酚时，氯胺消毒不会产生氯臭和氯酚臭，且大大减少THMs的生成，能较长时间保持水中余氯。但是，消毒作用缓慢。杀菌能力差5.水的pH值对氯消毒作用有何影响？为什么？答：氯消毒作用的机理，主要是通过次氯酸HOCl起作用：Cl2+H2O=HOCl+HClHOC&H++OCl因为起消毒作用的是HOCl，而pH值HOCl与OC「的相对比例取决于温度和PH值。pH值较高时，OC「居多，pH>9时，OC厂接近100%;pH值较低时，HOCl较多，当PH<6时，HOCl接近100%,当pH=7.54时，HOCl与OCl的量相当。所以，要保持好的的消毒效果，需要调整pH值。6.什么叫折点加氯？出现折点的原因是什么？折点加氯有何利弊?30\n答：从整个曲线看，到达峰点H时，余氯最高，但这是化合性余氯而非自由性余氯。到达折点时，余氯最低。如继续加氯，余氯增加，此时所增加的是自由性余氯。加氯量超过折点需要量时称为折点氯化。原因：当水中的有机物主要是氨和氮化合物时。AH段，加氯后，氯与氨发生反应，有余氯存在，有一定的消毒效果，但余氯为化合性的氯。HB段，仍然产生化合性余氯。但由于加CL2量增加了，出现氧化。反应结果使氯氨被氧化成为一些不起消毒作用的化合物，余氯反而逐渐减少了，最后到最低的折点BoBC段，已没有消耗C12的杂质了，此时出现自由性余氯优点：当原水受到严重污染时，采用普通的混凝沉淀和过滤加上一般加氯量的消毒方法都不能解决问题时，折点加氯法可取得明显效果，它能降低水的色度，取出恶臭，降低水中有机物含量；还能提高混凝效果。缺点：会生成有毒的三氯甲烷5.什么叫余氯？余氯的作用是什么？答：抑制水中残余病原微生物的再度繁殖，管网中尚须维持少量剩余氯，这部分剩余氯称做余氯。作用：抑制水中残余病原微生物的再度繁殖6.用什么方法制取03和NaOCl?简述其消毒原理和优缺点。答：03消毒制取：在现场用空气和纯氧发生器放电产生的原理：利用其强氧化性杀死病原微生物优点：除色除臭效果好，杀菌氧化能力均比氯强，溶于水后使DO增加，无毒缺点：投资运行成本高，无后续杀菌能力NaOCl消毒制取：用发生器的钛阳极电解食盐水制得NaCl+H20tNaOCl+H2原理：其消毒效果仍依靠HOCl,NaOCl+H2O=HOCl+NaOH优点：经济有效，有后续杀毒能力，技术成熟。30\n缺点：对某些芽抱病毒无效，有臭味，有消毒副产物THMs第19章水的其他处理方法1、水中含铁、钻、高氟等会有什么危害？危害：(1)含铁量高时，有铁腥味，影响水的口感；作为造纸，纺织，印染，化工和皮革精制等生产用水，会降低产品质量；含铁水会使家庭用具发生锈斑,洗涤衣物出现黄色或棕色的斑迹；铁质沉淀物Fe2O3会滋长铁细菌，堵塞管道,有时自来水会出现红水。(2)含钮量高的水所产生的问题铁的情况相似，例如使水有色，味，臭，损坏纺织，造纸，酿酒，食品等工业产品的质量，家具器具会被污染成棕色或者黑色，洗涤衣物会有微黑色或浅灰色斑迹。(3)长期饮用含氟量高的水会引起慢性氟中毒，特别是对牙齿和骨骼产生严重危害，轻者患氟斑牙，表现为牙釉质损坏，牙齿过早脱落，重者则骨关节疼痛，甚者骨骼变形，完全丧失劳动力。3、地下水除铁时常用什么工艺？为什么地下水出钻比除铁困难？除铁常用工艺为(1)将02加入含铁地下水(2)曝气(3)接触过滤(4)消毒(5)出水铁和钻的性质相似，但是铁的氧化还原电位比钮低，所以容易被02氧化,相同pH值时Fe2+比Mn2+的氧化速率快，以致影响Mn2+的氧化，因此地下水除钻比除铁困难。4、何种水质条件下使曝气除铁法增加困难，可用什么措施解决？水的碱度不足会影响氧化速率使曝气除铁法增加困难。将PH值增大到7.0以上可解决30