水质工程学计算题

1、1、现有一种直径、高均为1cm的圆柱体颗粒在静水中自由沉淀，已知该种颗粒 密度s=1.8g/cm3，水的密度水=1g/cm3，则这种颗粒在水中自由沉淀时最小沉速为多少？(重力加速度为980cm/S2，绕流阻力系数cd )；2提示：由题义可得，这种颗粒在水中自由沉淀时沉速大小取决于圆柱体在颗粒垂 直方向投影面积的大小。最小的沉速是颗粒在垂直方向投影面积最大时取得。2、在实验室内做氯气消毒试验。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%时，所需消毒时间为多少分钟？提示：由一级反应方程式可得：lgCA = IgCAo - o.4343kt而 Ca =(1-99.5

2、%) Cao， k=0.85min-1得 t =(lgCA0 - lgCA) /0.4343k=6.23(min)3、 设物料i分别通过CSTR型和PF型反应器进行反应，进水和出水中I浓度之 比为C。/Ce 10，且属于一级反应，k=2h-1水流在CSTR型和PF型反应器内各需多少停留时间？(注：C。一进水中i初始浓度；Ce 出水中i浓度)提示：1)由CSTR 级反应方程式可得：t=(C0/Ce-1)/k=(10-1)/2=4.5h2)由PF 一级反应方程式可得：t=( In C0- In Ce)/k=1.15h4、题3中若采用4只CSTR型反应器串联，其余条件同上。求串联后水流总停 留时间为

3、多少？提示：由CSTR二级反应方程式可得：C2/C0=(1/(1+kt)2 得 t=1.08(h)所以 T=4t=4.32(h)5、 液体中物料i浓度为200mg/L，经过2个串联的CSTR型反应器后，i的浓度 降至20mg/L。液体流量为5000m3/h;反应级数为1;速率常数为0.8h-1。求每个 反应器的体积和总反应时间。提示：由CSTR二级反应方程式可得：C2/C0=(1/(1+kt)2 得 t=2.2(h)所以 T=2t=5.4(h)V=Qt=5000 X2.7=13500(m3)6、 河水总碱度0.1mmoI/L (按CaO计)。硫酸铝(含Al 2O3为16% )投加量为 25mg

4、/L，问是否需要投加石灰以保证硫酸铝顺利水解？设水厂日生产水量 50000m3，试问水厂每天约需要多少千克石灰(石灰纯度按50%计)。提示：投入药剂量折合 AI2O3为25mg/l X6%=4mg，AI2O3的分子量为102。 故投入药剂量相当于 4/102=0.039mmol/l，剩余碱度取 0.37mmol/l，则得 CaO=3 0.039-0.1 037=0.487(mmol/l)，CaO 的分子量为 56，则石灰投量为 0.487 650000/0.5=2.3 1(g)=2.3 103(kg)7、设聚合铝Al 2 (OH) nCl6-n在制备过程中，控制m=5, n=4,试求该聚合铝的

5、 碱化度为多少？8、 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？9、隔板絮凝池设计流量 75000m3/d。絮凝池有效容积为1100mm3。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值个为多少？（水厂自 用水按5%） o10、 某机械絮凝池分成3格。每格有效尺寸为2.06m （宽）2.6m （长）4.2（深）。 每格设一台垂直轴桨板搅拌器，构造按下图，设计各部分尺寸为： t=1050m；桨 板长1400mm，宽120mm； r0=525m。叶轮中

6、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的平均速度剃度G值（水温按20C计）o桨板功率计算图11、设原水悬浮物体积浓度=5 10-5。假定悬浮颗粒粒径均匀，有效碰撞系数a=1，水温按150C计。设计流量Q=360m3/ho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）同。搅拌总功率仍为195W，设3座絮凝池搅拌功率分别 为：Pi=60

7、W, P2=60W, P3=35W，试问颗粒数量浓度最后降低百分之几？12、 已知颗粒密度 =2.65g/cm3，粒径d =0.45mm （按球形颗粒考虑），求该颗粒 在200C水中沉降速度为多少13、 设处沉池为平流式，澄清部分高为 H，长为L,进水量为Q,试按理想沉淀 理论对比：出水渠设在池末端如图所示，设三条出水渠时，两种情况下可完全分离掉的最小颗粒沉速Uoo解：1）可完全分离掉的最小颗粒沉速Uo满足V U02）当水流至距池末端2-L处时，最小颗粒沉速u0满足53lt1 U0U05Vh3 L当水流至距池末端15L处时,最小颗粒沉速u0满足t2H tgU02QV-A10VU0当水流至距池末

8、端时，最小颗粒沉速 u0满足Uo1lH to t2UoUo1Qgv2Vh3 L所以设三条出水渠时，可完全分离掉的最小颗粒沉速uo为H，其值小3 L于出水渠设在池末端时可完全分离掉的最小颗粒沉速Uo。14、平流沉淀池设计流量为720m3/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？解：已知 Q=720m3/h=0.2m3/s uo=O.4mm/s ui=0.1mm/s1）所需沉淀池平面积为A沽 几 50m22）沉速为0,1mm/s的颗粒的去除率为E十01 2533、原水泥砂沉降试

9、验数据见下表。取样口在水面180cm处。平流沉淀池设计流量为900m3/h，表面积为500m2，试按理想沉淀池条件，求该池可去除泥 砂颗粒约百分之几？ （ C0表示泥砂初始浓度，C表示取样浓度）。取样时间（min）015203060120180C/C。10.90.80.70.30.10.0880028解：已知 h=180cm Q=900m3/hA=500m2沉速计算取样时间（min）015203060120180u=h/t(cm/mi n)129631.51沉速分布见下图Q 900 100 ,截留沉速uo=3cm/minA 500 60从图上查得U0=3cm/mln时，小于该沉速的颗粒组成部分

10、等于 p0=O.3O。从图p0上，相当于积分式0 udp的面积为0.506。因此得到总去除百分数为：1P=(1-0.30)+f (0.506)=86.9%15公式 H 0h180V(l(1)2i0v ngm。(Pi/d|2) 与公式i 1150v (1 m。)23md。1.75 丄 7 g d mL0v2有何同异？后者是否可用于过滤，前者是否可用于反冲洗？为什么？1）两公式相比后者右边多了紊流项（第二项），而层流项（第一项）的常数值稍 小。2）后者既有紊流项又有层流项，故该式适用于层流、过渡区和紊流区，过滤 水流处于层流状态，所以后者可用于过滤。前者仅适用于处于层流状态的水流，对水流状态复杂的反冲洗不适用。16、大阻力配水系统和小阻力配水系统的涵义是什么？各有什么优缺点？掌握大2 2阻力配水系统的基本原理和公式-1.52）颗粒约筛除13.6%，小粒径（d0.43）颗粒约筛除1