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水质工程学（上）例题、思考题、习题第1章 水质与水质标准1.水中杂质按尺寸大小可分为几类？了解各类杂质主要来源、特点及一般去除方法。2.各种典型水质特点。3.生活饮用水卫生标准(GB5749-2006) 分类指标。第2章 水的处理方法概论1. 水的主要物理化学处理方法。2.反应器原理用于水处理有何作用和特点？3. 反应器的类型。4.典型给水处理工艺流程。第3章 凝聚和絮凝例题1.设已知K5.1410-5，G30s-1。经过絮凝后要求水中颗粒数量浓度减少3/4，即n0/nM=4，试按理想反应器作以下计算：1）采用PF型反应器所需絮凝时间为多少分钟？2）采用CSTR反应器（如机械搅拌絮凝池）所需絮凝时间为多少分钟？3）采用4个CSTR型反应器串联所需絮凝时间为多少分钟？解：1）将题中数据代入公式得：ln4/(5.1410-530)899s15min2）将题中数据代入公式得：（4-1）/(5.1410-530)1946s32min3）将题中数据代入公式得：（41/4-1）/(5.1410-530)269s总絮凝时间 442691076s18min由此可知，推流型絮凝池的絮凝效果优于单个机械絮凝池，但采用4个机械絮凝池串联时，絮凝效果接近推流型絮凝池。2. 某地表水源的总碱度为0.2mmol/L。市售精制硫酸铝（含Al2O3约16）投量为28mg/L。试估算石灰（市售品纯度为50）投量为多少mg/L。解：投药量折合Al2O3为28mg/L164.48mg/L，Al2O3分子量为102，故投药量相当于4.48/102=0.044 mmol/L，剩余碱度取0.37 mmol/L，则得：CaO=30.0440.2+0.370.3 mmol/LCaO分子量为56，则市售石灰投量为：0.356/0.5=33 mg/L。3. 某往复式隔板絮凝池设计流量为75000m3/d；絮凝时间采用20min；为配合平流沉淀池宽度和深度，絮凝池宽度22m，平均水深2.8m。试设计各廊道宽度并计算絮凝池长度。解：1）絮凝池净长度设计流量Q=75000*1.06/24=3312.5 m3/h0.92 m3/s（水厂自用水量占6）絮凝池净长度LQT/BH=3312.5*20/(22*2.8*60)=17.92m2）廊道宽度设计絮凝池起端流速取0.55m/s，末端流速取0.25 m/s。首先根据起、末端流速和平均水深算出起末端廊道宽度，然后按流速递减原则，决定廊道分段数和各段廊道宽度。起端廊道宽度bQ/Hv0.92/（2.8*0.55）=0.597m0.6m末端廊道宽度bQ/Hv0.92/（2.8*0.25）=1.3m廊道宽度分为4段、各段廊道宽度和流速见下表。廊道宽度和流速计算表廊道分段号1234各段廊道宽度（m）0.60.81.01.3各段廊道流速（m/s）0.550.410.330.25各段廊道数6554各段廊道总净宽（m）3.6455.2四段廊道宽度之和b3.6+4+5+5.217.8m取隔板厚度0.1m，共19块隔板，则絮凝池总长度L为：L17.8+19*0.119.7m如果要计算隔板絮凝池水头损失和速度梯度，可根据上表有关数据按公式分别求得。思考题与习题1. 何谓胶体稳定性？2. 胶体的凝聚机理。3. 混凝过程中，压缩双电层和吸附-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。4. 高分子混凝剂投量过多时，为什么混凝效果反而不好？5. 目前我国常用的混凝剂有哪几种？各有何优缺点？6. 什么叫助凝剂？常用的有哪几种？在什么情况下需要投加助凝剂？7. 何谓同向絮凝和异向絮凝？两者的絮凝速率（或碰撞速率）与哪些因素有关？8. 混凝实验的操作过程，采用何种混凝剂，用理论说明混凝实验中出现的水质变化。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。10. 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？11. 影响混凝效果的主要因素有哪几种？这些因素是如何影响混凝效果的？12. 混凝剂有哪几种投加方式?各有何优缺点和其适用条件？13. 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？14. 当前水厂中常用的絮凝设备有哪几种？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？15. 河水总碱度0.1mmol/L（按CaO计），硫酸铝（含Al2O3约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，试问水厂每天约需要多少千克石灰（石灰纯度按50计）？16. 设聚合铝A12(OH)nCl6-nm在制备过程中，控制m5，n4，试求该聚合铝的碱化度为多少？17. 某水厂采用精制硫酸铝作为混凝剂，其最大投量为35 mg/L。水厂设计水量100000m3/d。混凝剂每日调制3次，溶液浓度按10计，试求溶解池和溶液池体积各为多少？18. 隔板絮凝池设计流量为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值各为多少？（水厂自用水量为5）19. 设原水悬浮物体积浓度510-5。假定悬浮颗粒粒径均匀，有效碰撞系数1，水温按15计。设计流量Q360m3/h。搅拌功率（或功率消耗）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（机械絮凝池按CSTR型反应器考虑），絮凝池总体积与（1）相同。搅拌功率仍为195W，设3座絮凝池搅拌功率分别为：P1=100W，P2=60W，P3=35W，试问颗粒数量浓度最后降低百分之几？第4章 沉淀例题1. 设计日产水量为10万m3的平流式沉淀池。水厂本身用水占5。采用两组池子。解：1）. 每组设计流量Q1000001.05/(224)2187.5 m3/h0.608 m3/s2） 设计数据的选用表面负荷Q/A=0.6mm/s51.8 m3/（m2d），沉淀池停留时间T=1.5h；沉淀池水平流速为v14 mm/s。3）计算沉淀池表面积A2187.524/51.81013.5 m2沉淀池长L3.6141.575.6m，采用76m。沉淀池宽B=1013.5/76=13.3m，采用13.4m。由于宽度较大，沿纵向设置一道隔墙分成两格，每格宽为13.4/2=6.7m。沉淀池有效水深HQT/BL2187.51.5/（13.476）=3.22m，采用3.5m（包括保护高）。絮凝池与沉淀池之间采用穿孔布水墙，穿孔墙上的孔口流速采用0.2m/s，则孔口总面积为0.608/0.2=3.04 m2。每个孔口尺寸定为15cm8cm，则孔口数为3.04/（0.15*0.08）=253个。沉淀池放空时间按3h计，则放空管直径按公式计算：，采用DN350mm。出水渠断面宽度采用1.0m，出水渠起端水深按公式计算：为保证堰口自由落水，出水堰保护高采用0.1m，则出水渠深度为0.68m。4）水力条件校核水流截面积6.73.3221.57m水流湿周6.7+23.2213.14 m水力半径R=21.574/13.14=1.64m弗劳德数Frv2/Rg=1.42/（164981）1.210-5雷诺数RevR/=1.4164/0.0122960（按水温20计）2. 设计单池产水量为15000 m3/d的斜管沉淀池。水厂自用水按5计。解：1） 设计数据设计流量Q=15000m3/d1.05650 m3/h0.18 m3/s表面负荷取q10 m3/（m2h）2.8mm/s斜管材料采用厚0.4mm塑料板热压成正六角形管，内切圆直径d25mm，长1000mm，水平倾角60。2）计算按公式求得清水区面积：AQ/q=0.18/0.0028=64.5 m2采取沉淀池尺寸为5.51266 m2，为了配水均匀，进水区布置在12m长的一侧。在5.5m的长度中扣除无效长度0.5m。因此净出口面积（考虑斜管结构系数1.03）：A=(5.5-0.5)12/1.03=58 m2采用保护高0.3m，清水区高度1.2m，配水区高度1.5m，穿孔排泥槽高0.80m，斜管高度hLsinLsin600.87m，池子总高度H0.30+1.2+1.5+0.80+0.874.67 m。沉淀池进口采用穿孔墙，排泥采用穿孔管，集水系统采用穿孔管。3）核算a. 雷诺数水力半径R=d/4=25/4=6.25mm=0.625cm当水温t20时，水的运动粘度0.01cm2/s，按公式可求得管内流速：VQ/Asin0.18/58sin60=0.0036m/s=0.36cm/sRevR/=0.6250.36/0.01=22.5b. 弗劳德数Frv2/Rg=0.362/（0.625981）=2.110-4c. 斜管中的沉淀时间T=L/v=1000/3.6=280s=4.6min(一般在25min之间)。思考题与习题1. 什么叫自由沉淀、拥挤沉淀和絮凝沉淀？2. 理想沉淀池应符合哪些条件？根据理想沉淀条件，沉淀效率与池子深度、长度和表面积关系如何？3. 影响平流沉淀池沉淀效果的主要因素有哪些？沉淀池纵向分格有何作用？4. 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？5. 平流沉淀池进水为何采用穿孔隔墙？出水为什么往往采用出水支渠？6. 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？7. 澄清池的基本原理和主要特点是什么？8. 已知颗粒密度2.65g/cm3，粒径d0.45mm（按球形颗粒考虑），求该颗粒在20水中沉降速度为多少？9. 平流沉淀池设计流量为720 m3/h。要求沉速等于和大于0.4mm/s的颗粒全部去除。试按理想沉淀条件，求：（1）所需沉淀池平面积为多少m2？（2）沉速为0.1mm/s的颗粒，可去除百分之几？10. 原水泥沙沉降试验数据见下表。取样口在水面下180cm处。平流沉淀池设计流量为900 m3/h，表面积500 m2。试按理想沉淀池条件，求该池可去除泥沙颗粒约百分之几？（C0表示泥沙初始浓度，C表示取样浓度）。沉降试验数据取样时间（min）015203060120180C/C010.980.880.700.300.120.08第5章 过滤例题 1. 设滤池平面尺寸为7.5m7.0m52.5 m2。试设计大阻力配水系统。解：冲洗强度采用q14L/sm2，冲洗流量Q1452.5735L/s0.735m3/s，1） 干管采用钢筋混凝土渠道。断面尺寸：850mm850mm，长7500mm。起端流速v00.735/（0.85*0.85）=1m/s。2）支管支管中心距采用0.25m。支管数n7.52/0.25=60根（每侧30根）。支管长为（7.00-0.85-0.3）/22.93m，取2.9m。式中0.3m为考虑渠道壁厚及支管末端与池壁间距。每根支管进口流量735/60=12.25L/s，支管直径选用80mm，支管截面积为5.0310-3m2，查水力计算表，得支管始端流速va2.47m/s。3）孔口孔口流速采用5.6m/s，孔口总面积f0.735/5.6=0.131 m2。配水系统开孔比0.131/52.5=0.25%。孔口直径采用9mm，每个孔口面积6.3610-5 m2。孔口数m0.131/(6.36*10-5)=2060个。考虑干管顶开2排孔，每排40个孔，孔口中心距e17.5/40=0.187m。每根支管孔口数（2060-80）/60=33个，取34个孔，分两排布置，孔口向下与中垂线夹角45交错排列，每排17个孔，孔中心距e22.9/17=0.17m。4）配水系统校核实际孔口数m=34*60+80=2120个实际孔口总面积f=2120*6.36*10-5=0.1348m2实际孔口流速v=0.735/0.1348=5.45m/s(f/0)2+(f/na)2=(0.1348/0.85*0.85)2+(0.1348/60*5.03*10-3)2=0.250.29q/1000v=14/1000*5.45=0.268%符合配水均匀性达到95以上的要求。2. 设滤池平面尺寸为L=4m，B3m，F12m2。滤层厚H270cm，冲洗强度采用q14 L/（s m2）。滤层膨胀度e45。试设计冲洗排水槽断面尺寸和冲洗排水槽高度H。解：每个滤池设2条冲洗排水槽，槽长lB3m，中心距4/2=2m。每槽排水流量QqF/2=14*12/2=84L/s=0.084 m3/s。冲洗排水槽断面采用标准形状。按公式求断面模数： X0.45Q0.40.45*0.0840.4 m0.17m冲洗排水槽底厚采用0.05m，保护高0.07m，则槽顶距砂面高度：HeH2+2.5x+ +0.070.45*0.7+2.5*0.17+0.05+0.070.86m校核：冲洗排水槽总面积与滤池面积之比2l2x/F=2320.17/12=0.170.25（符合要求）思考题与习题1. 为什么粒径小于滤层中孔隙尺寸的杂质颗粒会被滤层拦截下来？2. 从滤层中杂质分布规律，分析改善快滤池的几种途径和滤池发展趋势。3. 什么叫“等速过滤”和“变速过滤”？分析两种过滤方式的优缺点。4. 什么叫“负水头”？它对过滤和冲洗有何影响？如何避免滤层中“负水头”产生？5. 什么叫滤料“有效滤径”和“不均匀系数”？不均匀系数过大对过滤和反冲洗有何影响？“均质滤料”的涵义是什么？6. 双层和多层滤料混杂与否与哪些因素有关？滤料混杂对过滤有何影响？7. 气-水反冲洗有哪几种操作方式？各有何优缺点？8. 大阻力配水系统和小阻力配水系统的涵义是什么？各有何优缺点？掌握大阻力配水系统的基本原理和公式的推导过程。9. 小阻力配水系统有哪些形式？选用时主要考虑哪些因素？10. 滤池的冲洗排水槽设计应符合哪些要求，并说明理由。11. 冲洗水塔或冲洗水箱高度和容积如何确定？12. 所谓V型滤池，其主要特点是什么？13. 某天然海砂筛分结果见下表，根据设计要求，d100.54mm，K802.0。试问筛选滤料时，共需筛除百分之几天然砂粒(分析砂样200g)。筛分试验记录筛孔（mm）留在筛上砂量通过该筛号的砂量质量（g）质量（g）2.360.81.6518.41.0040.60.5985.00.2543.40.219.2筛底盘2.6