给水工程14-21章课后思考题与习题答案整合版

1、十四章 给水处理概论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：杂质无外乎两种来源：一是自然过程，例如地层矿物质在水中的溶解，水中微生物的繁殖及其死亡残 骸等；二是人为因素，即工业废水、农业污水及生活污水的污染。水中杂质按尺寸大小可分成三类： 悬浮物：悬浮物尺寸较大，易于在水中下沉或上浮。粒径大于0.1m m的泥砂去除较易，通常在水中很快下沉。粒径较小的悬浮物，须投加混凝剂方可去除。胶体杂质：尺寸很小，在水中长期静置也难下沉，水中所存在的胶体通常有粘土、某些细菌及病毒、腐殖 质及蛋白质等。有机高分子物质通常也属于胶体一类。天然水中的胶体一般带有负电荷，有时也

2、含有少量 正电荷的金属氢氧化物胶体。须加混凝剂方可去除。溶解杂质：分为有机物和无机物两类。它们与水所构成的均相体系，外观透明，属于真溶液。有的无机溶 解物可使水产生色、臭、味。2、了解?生活饮用水卫生标准?中各项指标的意义。 |答：在?标准?中所列的水质工程可分成以下几类。一类属于感官性状方面的要求。浊度、色度、臭和味以及肉眼可见物等。第二类是对人体健康有益但不希望过量的化学物质。第三类是对人体健康无益但一般情况下毒性也很低的物质。第四类有毒物质。第五类细菌学指标，目前仅列细菌总数、总大肠菌数和余氯三项。3、反响器原理用于水处理有何作用和特点？答：反响器是化工生产过程中的核心局部 .在反响器中

3、所进行的过程，既有化学反响过程，又有物理过 程,影响因素复杂。在水处理方面引入反响器理论推动了水处理工艺开展。在化工生产过程中，反响器只 作为化学反响设备来独立研究，但在水处理中，含义较广泛。许多水处理设备与池子都可作为反响器来进 行分析研究，包括化学反响、生物化学反响以至物理过程等。例如，水的氯化消毒池，除铁、除锰滤池、 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响器原理和方法进行分析、研究。4、试举岀3种质量传递机理的实例。答：质量传递输可分为：主流传递；分子扩散传递；紊流扩散传递。1主流传递：物质随水流主体而移动，它与液体中物质浓度分布无关，而与流速有关。实例：在平流

4、池中，物质将随水流作水平迁移。物质在水平方向的浓度变化，是由主流迁移和化学引起的。2分子扩散传递：与浓度梯度有关。在静止或作层流运动的液体中，存在浓度梯度的话，高浓度区内的组分总是向低浓度区迁移，最终趋于均匀分布状态，浓度梯度消失。实例：如平流池存在浓度梯度时。3紊流扩散传递：在紊流状态下，液体质点不仅具有随水流前进的运动，还具有上下左右的脉动， 且伴有涡旋。在绝大多数情况下，水流往往处于紊流状态。水处理构筑物中绝大局部都是紊流扩散。5、3种理想反响器的假定条件是什么？研究理想反响器对水处理设备的设计和操作有何作用。答：3种理想反响器的假定条件如下1完全混合间歇式反响器CMB型:不存在由物质迁

5、移而导致的物质输入和输出、且假定是在恒温下操 作。2完全混合连续式反响器CSTR型：反响器内物料完全均匀混合且与输出产物相同的假定，且是在恒 温下操作。3推流型反响器PF型：反响器内的物料仅以相同流速平行流动，而无扩散作用。这种流型唯一的质 量传递就是平行流动的主流传递。在水处理中，反响器含义较广泛。许多水处理设备与池子都可作为反响器来进行分析研究，包括化学 反响、生物化学反响以至物理过程等。例如，氯化消毒池，除铁、除猛滤池，生物滤池等等。在水处理方 面引入反响器理论，提供了一种分析研究水处理工艺设备的方法和思路，推动了水处理工艺开展。通过简 化的反响器称理想反响器，虽然理想反响器内不能完全准

6、确地描述反响器内所进行的实际过程，但可近似 反响真实反响器的特征。而且，由理想反响器模型可进一步推岀偏离理想状态的实际反响器模型。6、为什么串联的CSTR型反响器比同体积的单个 CSTR型反响器效果好？ 8 '答：串联的反响器数愈多，所需反响时间愈短，理论上，当串联的反响器数n时，所需反响时间将趋近于CMB型和PF型的反响时间。7、混合与返混合在概念上有何区别？返混合是如何造成的？答：CM罰CSTR反响器内的混合是两种不同的混合。前者是同时进入反响器又同时流出反响器的相同物料之间的混合，所有物料在反响器内停留时间相同；后者是在不同时间进入反响器又在不同时间流出反 应器的物料之间的混合，

7、物料在反响器内停留时间各不相同，理论上，反响器内物料的停留时间由0至无穷大。这种停留时间不同的物料之间混合，在化学反响工程上称之为“返混。显然，在PF反响器内，是不存在返混现象的。造成返混的原因，主要是环流、对流、短流、流速不均匀、设备中存在死角以及物 质扩散等等。返混：广义地说，泛指不同时间进入系统的物料之间的混合，狭义地说，返混专指物料逆流动方向的流动和混合。8 PF型和CMB型反响器为什么效果相同？两者优缺点比拟。答：在推流型反响器的起端或开始阶段，物料是在 C的高浓度下进行反响，反响速度很快。沿着液流方向，随着流程增加或反响时间的延续，物料浓度逐渐降低，反响速度也随之逐渐减小。这与间歇

8、式反响器的反响过程是完全一样的。介它优于间歇式反响器的在于：间歇式反响器除了反响时间以外，还需 考滤投料和卸料时间，而推流型反响器为连续操作。9. 为什么CSTR型反响器生产能力低于 PF型？在PF反响器内，液流以相同流速平行流动，物料浓度在垂直于流动方向完全混合均匀，但沿流动反向绝无混合现象，物料浓度在流动方向形成浓度梯度。而在CSTR型反响器内，物料完全均匀混合，无论进口端还是岀口端，浓度都相同。PF型反响器在进口端是在高浓度 Co下进行反响，反响速率高，只是在岀口端才在低浓度Ce下进行反响。而CSTR型始终在低浓度Ce下进行反响，故反响器始终处于低反响速率 下操作，这就是 CSTR型反响

9、器生产能力低于 PF型的原因。10、 何谓“纵向分散模型PFD ?纵向分散模型对水处理设备的分析研究有何作用？7 '答：实际反响器总是介于推流型和完全混合连续流型之间。纵向分散模型就是在推流型根底上加上一个纵向的混合，而这种混合又可设想为一种扩散所引起的，其中既包括分子扩散、紊流扩散，又包括短流、环流、流速不均匀等。只要这种模型与实际所研究的 对象根本等效，不必去深究扩散机理及其它细节。纵向分散模型介于CSTR型和PF型之间，所以在对水处理设备的分析研究中采用此模型更贴近实际反响器模，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型反响器来进行研究。第十五章混凝1、何

10、谓胶体稳定性？试用胶粒间互相作用势能曲线说明胶体稳定性的原因 答：胶体稳定性是指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。胶体稳定性分动力学稳定和聚集稳定两种。动力学稳定性系指颗粒布朗运动对抗重力影响的能力，粒子愈小，动力学稳定性愈高。聚集稳定性系指胶体粒子之间不能相互聚集的特性。胶体粒子很小，比外表积大从而外表能很大，在布朗运动作用下，有自发地相互聚集的倾向。但由于粒子外表同性电荷的 斥力作用或水化膜的阻碍使这种自发聚集不能发生。胶体稳定性，关键在于聚集稳定性。对憎水胶体而言，聚集稳定性主要决定于胶体颗粒外表的动电位即Z电位，Z电位愈高，同性电荷斥力愈大。虽然胶体的Z电位是导致聚集稳定性的直

11、接原因，但研究方法却可从两胶粒之间相互作用力及其 与两胶粒之间的距离关系来评价。DLVC理论认为，当两个胶粒相互接近以致双电层发生重叠时，便产生静电斥力，其与两胶粒外表间距 x有关，用排斥势能 Er表示，排斥势能随x增大而指数关系减小。相互接近 的两胶粒之间同时还存在范德华引力，用吸引势能Ea表示，与x成反比。当Oavxvoc时,排斥势能占优势,x=0b时，排斥势能优势最明显，用Emax表示，称排斥能峰。只有当x<0a时，吸引势能随间距急剧增大,凝聚才会发生。要使两胶粒外表间距小于0a,布朗运动的动能首先要能克服排斥能峰Emax才行。然而，胶体布朗运的动能远小于 Emax两胶粒之间距离无

12、法靠近到Oa以内，故胶体处于分散稳定状态。对于亲水胶体如有机胶体或高分子物质而言，水化作用确是胶体聚集稳定性的主要原因。它们的水化作用往往来源于粒子外表极性基团对水分子的强烈吸附，使粒子周围包裹一层较厚的水化膜阻碍胶粒相 互靠近。2、混凝过程中，压缩双电层和吸附-电中和作用有何区别？简要表达硫酸铝混凝作用机理及其与水的pH值的关系。答：压缩双电层机理：当向溶液中投加电解质，使溶液中反离子浓度增高，参加的反离子与扩散层原 有反离子之间的静电斥力把原有局部反离子挤压到吸附层中，使扩散层的厚度减小。从而不仅两胶粒吸引 力相应变大，并且造成电位相应降低，使胶粒间的相互排斥力减少。此时，合力由斥力变成引

13、力，胶粒得 以迅速凝聚。吸附-电中和机理：胶粒外表吸附异号离子、异号胶粒、或带异号电荷的高分子，从而中和了胶体颗 粒本身所带局部电荷，减少了胶体颗粒间的静电斥力，降低了E电位，使胶体颗粒更易于聚沉。这种吸附 作用的驱动力包括静电力、氢键、配位键和范德华力等等。此机理可解释再稳现象。胶粒吸附了过多的反离子，使原来的电荷变号，排斥力变大，从而发生了再稳现象。吸附架桥作用：是指分散体系中的胶体颗粒通过吸附有机或无机高分子物质架桥连接，凝集为大的聚 集体而脱稳聚沉，此时胶体颗粒之间并不直接接触，高分子物质在两个胶体颗粒之间像一座桥将他们连接 起来。网捕-卷扫作用：当铝盐或铁盐混凝剂投量很大而形成大量氢

14、氧化物沉淀时，可以网捕、卷扫水中胶 体以致产生沉淀别离。所需混凝剂量与原水杂质含量成反比。根据原水水质不同，在同一原水混凝中可能发生多种作用机理。无论哪一种作用机理都并非十全十美。硫酸铝混凝作用机理及其与水的pH值的关系：pH<3时，简单水和铝离子可压缩双电层作用。范围内时，主要是多核羟基配合物对负电荷胶体起吸附-电中和作用；pH=7-7.5范围内，电中性氢氧化铝聚合物可起吸附架桥作用，同时也存在某些羟基配合物的电性中和作用。天然水的pH一般在6.5-7.8 之间，铝盐的混凝作用主要是吸附架桥和电性中和。当铝盐投加量过大，可起网捕和卷扫作用。在一定的PH值下，几种作用都可能同时存在，只是

15、程度不同。如果水中胶粒含量过低，往往需要投加大量铝盐混凝剂使之产生卷扫作用才能发生混凝作用。3高分子混凝剂投量过多时，为什么混凝效果反而不好？答：如投加量过大时，胶体颗粒外表被高分子所覆盖，两胶粒接近时，受到胶粒与胶粒之间因高分子压缩变形产生的反弹力和带电高分子之间的静电排斥力，使胶体不能聚集。最正确投量应是既能把胶粒快速絮凝起来，又可使絮凝起来的最大胶粒不易脱落。4、目前我国常用的混凝剂有哪几种？各有何优缺点? 答：铝系：硫酸铝、聚合氯化铝 PAC铁系：三氯化铁、硫酸亚铁、聚合硫酸铁PFS有机高分子混凝剂：聚丙烯酰胺PAM。优缺点优点缺点硫酸铝价格较低，使用便利，混凝效果较好，不会给处理后的

16、水质带来不良影响当水温低时，硫酸铝水解困难，形成的絮体较松散；不溶杂 质含量较多；酸度较高而腐蚀性强，溶解与投加设备需考滤 防腐。聚合氯化铝PAQ1.形成絮凝体速度快，絮凝体大而密实，沉降性能好；2. 投加量比无机盐类混凝剂低；3.适宜的PH值范围较宽在 59间;4.对原水水质适应性好；5.对设备的腐蚀程度小,处理后水的pH值和碱度变化也较小。缺点无机理：主要是利用水解缩合过程中产生的高价多核配合物的 压缩双电层作用和吸附电中和作用。三氯化铁极易溶于水；形成的絮凝体密实，沉淀性好；处理低温水 或低浊水效果比铝盐的好；适用的pH值范围较宽，投加连比硫酸铝小。固体产品极易吸水潮解，不易保管；腐蚀性

17、较强；处理后水 色度较铝盐处理水高；最正确投加量范围较窄，不易控制等。硫酸亚铁价格低廉不如三价铁盐那样有良好的混凝效果；残留在水中的Fe2+会使处理后的水带色。聚合硫酸铁投加剂量少；絮体形成快，沉降速度也快；有效的pH值范围宽；与三氯化铁相比腐蚀性大大降低，处理后的色度和铁离子含量均较低。聚丙烯酰胺PAM混凝效果在于对胶体外表具有强烈的吸附作用， 在胶粒之 间形成桥联。常作助凝剂以配合铝盐和铁盐作用， 效果显 著。有毒，毒性在于单体丙烯酰胺。Ps :合成有机高分子絮凝剂可分为阳离子型占重要地位、阴离子型、两性聚合物以及非离子型聚合物。非离子的主要品种是聚丙烯酰胺PAM。与合成高分子絮凝剂相比，

18、天然高分子物质分子量低，电荷密度较小，易生物降解而失去活性，因此实际应用不多。但其毒性可能比合成高分子要小，而且由于 易于生物降解，不会引起环境污染问题，所以这反面的研究受到关注。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：在单独使用混凝剂不能取得预期效果时，需投加某种辅助药剂以提高混凝效果，这种药剂称为助凝剂。传统意义上的助凝剂通常是高分子物质，其作用往往是为了改善絮凝体结构，促使细小而松散的絮粒变得 粗大而密实，作用机理是高分子物质的吸附架桥。常用的助凝剂有：骨胶、聚丙烯酰胺及其水解物、活化硅酸、海藻酸钠等。当单独使用混凝剂效果不佳时采用助凝剂，例如：对于低温、

19、低浊度水采用铝盐或铁盐混凝剂时，形 成絮粒往往细小松散，不易沉淀。当加如少量活化硅酸时，絮凝体的尺寸和密度就会增大，沉速加快。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少？答：PAM聚丙烯酰胺，混凝效果在于对胶体外表具有强烈的吸附作用，在胶粒之间形成桥联。由于酰 胺基之间的氢键作用，线性分子往往不能充分伸展开来，致使桥架作用消弱。为此，通常将PAM在碱性条件下pH>10进行局部水解，生成阴离子型水解聚合物 HPAMPAM水解度：由酰胺基转化为羟基的百分数称水解度。一般控制水解度在30%-40%较好。7. 何谓同向絮凝和异向絮凝？两者

20、絮凝速率或碰撞数率与哪些因素有关？同向絮凝：由流体运动所造成的颗粒碰撞聚集称为同向絮凝。其速率与颗粒直径的三次方成正比，与 颗粒数量浓度平方成正比，以及速度梯度一次方成正比。异向絮凝：由布朗运动所造成的颗粒碰撞聚集称异向絮凝。其速率与水温成正比，与颗粒的数量浓度平方成反比，而与颗粒尺寸无关。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？在絮凝阶段，以同向絮凝为主。同向絮凝不仅与 G值有关，还与絮凝时间 T有关。TN0即为整个絮凝时间 内单位体积流体中颗粒碰撞次数，因 NL与G成正比，因此在絮凝阶段，通常以 G值或GT值作为控制指标。 重视混凝剂控制

21、指标的研究，可以控制混凝效果，即节省能源，取得好的混凝效果。在絮凝过程中，所施功率或 G值愈大，颗粒碰撞速率愈大，絮凝效果愈好，但实际絮凝过程中，G值增大时，水流的剪切力也随之增大，已形成的絮体有破碎的可能，如何计算或控制一个最正确G值，使到达最正确的絮凝效果又不致使絮凝体破裂的 G值能有待研究。由于大的絮凝体容易破碎，故自絮凝开始至絮凝结束，G值应渐次减小。9. 絮凝过程中，G值的真正涵义是什么？沿用依旧的G值和GT值的数值范围存在什么缺陷？请写岀机械絮凝池和水力絮凝池的 G值公式。G值表示速度梯度，控制混凝效果的水力条件，反映能量消耗概念。旧的G值和GT值变化幅度很大，从而失去控制意义。而

22、且按公式求得的G值，并未反响有效功率消耗。10折板絮凝池混凝效果为什么优于隔板絮凝池？答：折板絮凝池的优点是：水流在同曲折板之间曲折流动或在异曲折板之间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。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，絮凝效果良好。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？影响混凝效果的主要因素有水温，水的PH值和碱度及水中悬浮物浓度、有机物污染。水温：a.无机盐的水解是吸热反响，低温水混凝剂水解困难；b. 低温水的粘度大，使水中杂质颗粒布朗

23、运动强度减弱，碰撞时机减少，不利于胶粒脱稳凝聚；c. 水温低时胶体颗粒水化作用增强，阻碍胶体混凝；d. 水温与水的PH值有关。PH值：水的PH对混凝效果的影响很大。一方面，不同的PH值下胶体颗粒的外表电荷和电位不同，所需要的混凝剂量也不同；另一方面，水的pH对混凝剂的水解反响有显著影响。水的碱度：当原水碱度缺乏或混凝剂投量甚高时，水的pH值将大幅度下降以至影响混凝剂继续水解。如果水的PH值超岀混凝剂最正确混凝 pH值范围，将使混凝效果受到显著影响。悬浮物浓度：含量过低时，颗粒碰撞速率大大减小，混凝效果差。含量高时，所需铝盐或铁盐混凝剂量将 大大增加。水中有机污染物的影响：水中中有机物对胶体有保

24、护稳定作用，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聚作用。此外，混凝剂种类与投加量、混凝剂投加方式、水力条件对混凝效果的影响都是非常显著的。要根据水质 情况和所投加的混凝剂优化选择。12. 混凝剂有哪几种投加方式？各有何优缺点及其适用条件？混凝剂投加分固体投加干投和液体投加湿投两种方式。Ps：搅拌装置有机械搅拌、压缩空气搅拌及水力搅拌等。常用的有：1、泵前投加 该投加方式平安可靠，一般适用于取水泵房距水厂较近者2、高位溶液池重力投加 该投加方式平安可靠，但溶液池位置较高。适用于取水泵房距水厂较远者3、水射器投加 该投加方式设备简单，使用方便，溶液池高度不受太大限制，但水射器

25、效率较低，且易磨损。4、泵投加 有两种方式：一是采用计量泵，一是采用离心泵配上流量计。采用计量泵不必另备计量设备，泵上有计量标志，最适合用于混凝剂自动控制系统。13. 何谓混凝剂“最正确剂量？如何确定最正确剂量并实施自动控制？混凝剂“最正确剂量，即混凝剂的最正确投加量，是指到达既定水质目标的最小混凝剂投加量。目前问 过大多数水厂还是根据实验室混凝搅拌试验确定混凝剂最正确剂量，然后进行人工调整。这种方法虽然简单 易行，但实验结果到生产调节往往滞后，且试验条件与生产条件也很难一致，故试验所得最正确剂量未必是 生产上的最正确剂量。混凝工艺的自动控制技术正逐步推广应用，主要有数学模型法、现场模拟实验法

26、、特 性参数法等。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？1 水泵混合 混合效果好，不需另建混合设施，节省动力，大、中、小型水厂均可采用。但采用FeC2 混凝剂时，假设投量较大，药剂对水泵叶轮可能有轻微腐蚀作用。适用于取水泵房靠近水厂处理构筑物的场合，两者间距不宜大于 150m。2 管式混合 简单易行。无需另建混合设备，但混合效果不稳定，管中流速低，混合不充分。3 机械混合池 混合效果好，且不受水量变化影响，缺点是增加机械设备并相应增加维修工作。 控制G值的作用是可以控制混凝效果，即节省能源，取得好的混凝效果。15当前水厂中常用的絮凝设备有哪

27、几种？各有何优缺点？在絮凝过程中，为什么G值应自进口至岀口逐渐减少？分为两大类：水力搅拌式和机械搅拌式。1 、隔板絮凝池包括往复式和回转式两种。优点：构造简单，管理方便。缺点：流量变化大时， 絮凝效果不稳定，絮凝时间长，池子容积大。2 、折板絮凝池优点：与隔板絮凝池相比，提高了颗粒碰撞絮凝效果，水力条件大大改善，缩短 了絮凝时间，池子体积减小。缺点：因板距小，安装维修较困难，折板费用较高。3 、机械絮凝池优点：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 水厂缺点：需机械设备因而增加机械维修工作。G值增大时，水流的剪切力也随之增大，已形成的絮体有破碎的可能。絮凝过程中絮凝体

28、尺寸逐渐增大，为防止絮凝体破碎，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。16.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？因为单个机械絮凝池接近于 CSTR型反响器，故宜分格串联。 分格愈多，愈接近PF型反响器，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。1、河水总械度QJjwffiod fit CaO H人臓酸铝含AIQ为16%投加量为2mgfL 问是否需要投加石灰以保还硫勰铝顺利水解？设水厂每口生产水最00詔，试 问水厂每约需耍多少千克石灰石灰纯反按50%il o解¥将礦醸铝投

29、加量折合成馳q为：25 i亦斗呷"分子虽为102,故投加药量相当于 = 0,039mmo/Z102剩余碱度取 03 TwrwoZ ； L, ®J CaO - 3 0.0眇-U 7.37 _. 0JS7/ L 所以需翌投加榔刖讪切匚石灰以保证硫醱铝顺利水解“石灰仆子最为5缶 那么石灰投加 虽 为0胡戸56 士 d334 mg L4334 5000 J 1'»00-2167UOW<JO = J10-Jfg2. 设聚合铝必心厅/%丄在制备过程中，控制脚二"试求该聚合铝的喊 化度人參少？解：浪据题意得：碱化度总=肆11皿=丄"00妬=陆祕

30、3x| |3x2m、某水厂采用搐制硫酸铝为混凝剂*其最大授鼠为聲帼 匚水厂设il流吊为 woooo«3/rf.混凝剂每日调制3次，落液浓度按10%计.试求浸解池和溶液池体 枳各为多少？»1溶液池体积为¥a&O J 5x1.05x100000,叭12 24m417c?i24x417 10-3榕解池体积为：叭=1(1 2-0.?lFF =0 2 =0 25 1 2.24 = 3.06；«J4、隔板絮凝池设计流帚松丽F X劉凝池有效容积为11临九 絮凝池总水头损失为0.26m 0求絮凝池总的平均速度梯度值6和方伯各为多少？水厂口用水蚩解:计算流呈9&a

31、mp; <0.911 > 026hHxlQxllOOQ - 75000xQ-e 5%) - 7875OW3 id - 0.911m3 / 3 .那么平均速度梯度为 1=43,0：$ 15&C)(用 20它算是 «,a0J_1)灿可“哈楼际册乍囲咏此跳嘶W5；果机械絮凝池分成丄格各格有效尺寸为2.6血宽X2,6m长压4启诃深;每格设台垂直恤浆板搅井器，构迪按图15-24设各局部尺寸为：尸1050m;浆板t£ 1400mm,宽120mm:二525mm°叶轮中心点旋转纯速度为卡第一格 Vi-05m/s第二格 vj=032m/s第三格 Vj=0T2m/

32、s求：3台搅扌半机所需搅拌功率及郴应的平肉速度梯度G值水温按20f计人解乍设桨梶相对于水流的线速度等于桨板旋转线速度的0.75倍，那么相对干水流 的叶轮转速为：鑒1.字竺酥血“币 0 525卿巧X075*0.3；亠叭=0.46ratl - Sn0.5250巧“0J5*O,2“叭=0.29n?rf f s币0.525外桨板岭=L05M = J 05-042 = 0,93»i ；内桨扳心-0,525 + 0.06 = O,5S5i -0525-0 06-0.465W，内外桨扳备四块.带入公式：号=工£號甘十 =斗*0 7讨血_0那么+©捋山4唐=1轅2那么A =才-彳

33、=円"1°°°*1.4*0.41 *rJ.O54 -0,934 +0,5854-0.454 = 4031JF号=土寻耳碩寸一屮24"口；卬闻*1"02严1+0一0时+0上03常J - IO.WZ = 2 6*2 64 2 = JS.392nj2 一 -_卫為7= IS.&Lf_l-'<11 OOS*10_i *28 S92耳乜"：=jT.ZZ 二旳*1 騒 1 二灵?4i-n*37- V1.005*10_J *3*28.392 "设愎水悬浮物体积浓度<4=S<10-假定咼浮颗粒粒径

34、均匀有效押掩系数水温按匕计°设讣流量。=3如儿 搅拌功率或功率消耗ESH 试求:Cl第凝池按珂型反响器考点.经1呵边絮凝片水屮颗粒数虽浓度甜降低百分之儿？2采用3喋同体积机械絮凝池串联机械絮凝池按E77?型反响器考虑人絮凝池总体积与1同搅拌总功率仍为195IF,设3座累凝池搅拌功率分别为:片=100瞬迅=怎聊.片=刖匕试问颗料数m浓度最后降低白分Z儿？解:(Di WMpfWI应器 = 7 = 360x13/60 = 90m3 p = 19?/90 = 2 17JF； w? 15*CBh /=! I4> 103Pi7*5* 那么 答：肯奇理论：C=COH/HtG_ =屮3血T来用

35、公武匚丄*111色KG )1j4*K = A =x5xl0-J = 6.371fl-73.14-12.1*II水中颗粒数赵度将降低"金同皿2h用3座同休积机械絮凝池串联,那么打十p _E - l95WG =G = 43.6r_1T-i = 15min. r = 5iuin = 300i 6.16 -Oil 6n_乩?/"f -1-0.16 = 0.84-H4o%16章沉淀和澄清1 什么叫自由沉淀，拥挤沉淀和絮凝沉淀？答：在沉淀过程中，彼此没有收到干扰，只收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。颗粒在沉淀的过程中，彼此相互干扰，或者收到容器壁的干扰，虽然其粒

36、度和第一种相同，但沉淀速 度却较小，称为拥挤沉淀。拥挤沉淀：颗粒的沉降受到周围其他颗粒的影响， 颗粒间相对位置保持不变， 形成一个整体共同下沉, 与澄清水之间有一个清晰的泥水界面。2 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：不能够。因为从16-4 式可以知道，要求得颗粒的沉速，除了要知道悬浮颗粒密度和粒径外， 还需要知道阻力系数 Cd。3.了解肯奇沉淀理论的根本概念和它的用途。涵义：高度为H，均匀浓度为Ct沉淀管中所含悬浮物量和原来高度为H,均匀浓度为CO的沉淀管中所含悬浮物量相等。4 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、长度和外表

37、积关系如何？ 答：1颗粒处于自由沉淀状态。2水流沿着水平方向流动，流速不变3 颗粒沉到池底即认为已被去除，不再返回水流中去除率E由式子可知：悬浮颗粒在理想沉淀池中的去除率只与沉淀池的外表负荷有Q/A关，而与其他因素如水深，池长，水平流速和沉淀时间均无关。5.影响平流沉淀池沉淀效果的主要因素有哪些？沉淀池纵向分格有何作用？答：1沉淀池实际水流状况对沉淀效果的影响。包括水流的紊动性和水流稳定性；分别用雷诺数 Re和弗劳德数Fr; 2凝聚作用的影响。沉淀池纵向分格/斜板/斜管沉淀池可以减小水力半径 R从而降低Re和提高Fr数，有利于沉淀和加强水 的稳定性，从而提高沉淀效果。6沉淀池外表负荷和颗粒截留

38、沉速关系如何？两者涵义有何区别？答：Q外表负荷在数值上等于截留沉速，但涵义不同。前者是指单位沉淀池外表积的产水量，U0 A后者代表自池顶开始下沉所能全部去除的颗粒中的最小颗粒的沉速。7. 设计平流沉淀池是根据沉淀时间、外表负荷还是水平流速？为什么？Ui答：设计平流沉淀池是根据外表负荷 .因为根据E=可知，悬浮颗粒在理想沉淀池中的去除率Q/A只与沉淀池的外表负荷有关，而与其他因素如水深、池长、水平流速和沉淀时间均无关。8. 平流沉淀池进水为什么要采用穿孔隔墙？出水为什么往往采用出水支渠 ？答:平流沉淀池进水采用穿孔隔墙的原因是使水流均匀地分布在整个进水截面上，并尽量减少扰动。增加岀水堰的长度或堰

39、口布置，采用岀水支渠是为了使岀水均匀流岀，缓和岀水区附近的流线过于集中，降低堰口的流量负荷。9. 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度？答：斜管沉淀池的理论根据：根据公式 E= ，在沉淀池有效容积一定的条件下，增加沉淀面积,Q/A可使颗粒去除率提高。因为斜管倾角越小，沉淀面积越大，沉淀效率越高，但对排泥不利，根据生产实践， 故倾角宜为60度。10. 澄清池的根本原理和主要特点是什么？答：根本原理：原水加药后进入澄清池，使水中的脱稳杂质与澄清池中的高浓度泥渣颗粒充分接触碰 撞凝聚，并被泥渣层拦截下来，水得到澄清。主要特点：澄清池将絮凝和沉淀两个过程综合与一个构筑物内完成，

40、主要利用活性泥渣层到达澄清的 目的。当脱稳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。11简要表达书中所列四种澄清池的构造，工作原理和主要特点?主要构造工作原理主要特点悬浮澄清池气水别离器，澄清 室，泥渣浓缩室等加药后的原水经汽水别离作用：别离空气，以免进入澄 清池扰动泥渣层 从配水管进入澄清室， 水自下而上通过 泥渣层，水中杂质被泥渣层截留，清水从集水槽流出，泥渣进入浓缩室浓缩外运。一般用于小型水厂， 处理效果受水质，水量等变 化影响大，上升流速较小。脉冲澄清池脉冲发生器，进 水室，真空泵， 进水管，稳流板原水由进水管进入进水室，由于真空泵造成的真空使进水 室水位上升，此为进

41、水过程，当水位到达最高水位时，进 气阀翻开通入空气， 进水室的水位迅速下降， 此为澄清池 放水过程。通过反复循环地进水和放水实现水的澄清。澄清池的上升流速发生周期性的变化，处理效果受水量水质 水温影响较大，构造也较复杂。机械搅拌澄清池第一絮凝室，第 二絮凝室，别离 室加药后的原水进入第一絮凝室和第二絮凝室内与高浓度的回流泥渣相接触， 到达较好的絮凝效果， 结成大而 重的絮凝体，在别离室中进行别离。泥渣的循环利用机械进行抽升，增加维修工作， 结构较复杂。泥渣回流量大，浓度高，需按要求 进行调整控制，对原水的水量、水质、水温的变 化适应性强。水力循环 澄清池第一絮凝室，第 二絮凝室，泥渣浓缩室，别

42、离 室，喷嘴原水从池底进入，先经喷嘴高速喷入喉管，在喉管 下部喇叭口造成真空而吸入回流泥渣。原水和泥渣在喉管剧烈混合后被送入两絮凝室， 从絮凝室岀来的水进入别离 室进行泥水别离。泥渣一局部进入浓缩室，一局部进行回 流。结构较简单，无需机械设备，但泥渣回流量难以 控制，且因絮凝室容积较小，絮凝时间较短，处 理效果较机械澄清池差，耗药量大，对原水水量， 水质和水温的变化适应性较差， 适用于中、小型 水厂。前两种是泥渣悬浮型澄清池，后两种是泥渣循环型澄清池。L颗粒密度加26昭粒径川皿4切叭按球形颗粒考虑求该颗粒在20芒水屮沉降速度为名少？解：(1设R卒:L那么根按斯托立斯公式右I Pp-Pi ,a

43、- grf-18 /:x 9.8(0,45 x IV fIS 1.002 xlC-3'7= O.18(m/j)由干心討产他上心 阴此得到严 4"心4 x 9.8 x (2650 -1000) x 0 45 x 10-3 八“八3xl000x0.182C 口 =r=二 0J99丹4"因此心亍念论这与假设不厉故题造铝误.(2) & KRe<1000那么根据阿兰公式，白(4 (2650-1000|2 x9 8?1.225)1.002 k 10 x 1000x 0.45 x 10=7.5x10 畑 5)I 斗 Or P p y由于g总七厂"因此得到厂

44、4 x 9.S x (2650 -1000) x 0.45 k 1 tl'3p_悩 23xlOOOxO.O752_ -因此Re100 100 =1 =* = 33 无Ci 1.725*这与假役相符，故题设1E确。所以，该额粒在20C水中的沉降速度Jj 75mm/s；2；平流沉淀池设计流量为圖":耍求沉也等于和大F 0.4mm * s 的额粒全韶Bi.试按理想沉淀象件*求：门所需沉淀池平面积污筝少？(2)沉速为01刚心的颗轧町去除百分Z几？解：(1)设计流 R Q = 720m- h = 720. 3600?»J= Q.2m j沉淀池友面负荷-k* -0.4/nm s

45、 = 0.4 IO'1 m ； sjf.因此所需沉幄池面积为：A = - = Q.2/i0.4技IO-3= 500m1(2)沉速为(Hmm/生的颗粒的占除率为；E =100-25%叫0.4乳 惊水泥沙沉阱实验数据见下衣取样口 ffi/Klfij'b 180 cm处.平流沉淀池设计流兄为面枳为5W试按埋想沉淀池条件'求该池町去除泥沙颗粒约百 分Z几？ (Co我示泥沙初始浓度匚表示取样浓度L沉降试验数据01,2060120ISO(?灿106OGB0.700.300 12Q06解：沉速计算恥闰寸(ga01120io60120ISOhLf - t-129631 5I画出沉速分布

46、图(图167T此处略强流沉速在数値上等于衣面员荷率：Q 900/60A 500=3r?j '' tnir从图上査得片：斑亦niin时小于诒沉速的颗粒组成陥分托"3,相当于积分式 匸工眦的阴影局部而积为0.486,因此得到总去除百分数为：比%-03+-*0 486-0.&62 = 86.2%3第17章过滤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？答：颗粒较小时，布朗运动较剧烈，然后会扩散至滤粒外表而被拦截下来。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开展趋势。答：使用双层滤料、三层滤料或混合滤料及均质滤料等滤层组成以改变上细下粗

47、的滤层中杂质分布严 重的不均匀现象，提高滤层含污能力。3、直接过滤有哪两种方式？采用原水直接过滤应注意哪些问题？答：两种方式：1、原水经加药后直接进入滤池过滤，滤前不设任何絮凝设备，这种过滤方式一般称“接触过滤 2、滤池前设一简易微絮凝池，原水加药混合后先经微絮凝池，形成粒径相近的微絮凝池后粒径大致在4060卩m左右即刻进入滤池过滤，这种过滤方式称“微絮凝过滤。注意问题：1原水浊度和色度较低且水质变化较小。2采用双层、三层或均质材料，滤料粒径和厚度适当增大，否那么滤层外表孔隙易被堵塞。3水进入滤池前，无论是接触过滤或微絮凝过滤，均不应形成大的絮凝体以免很快堵塞滤层外表孔隙。4滤速应根据原水水质

48、决定。4、清洁滤层水头损失与哪些因素有关？过滤过程中水头损失与过滤时间存在什么关系？可否用数学式表 达？答：因素：滤料粒径、形状、滤层级配和厚度及水温。随着过滤时间的延长，滤层中截留的悬浮物量逐渐增多，滤层孔隙率逐渐减小，当滤速保持不变的情况下，将引起水头损失的增加。5、什么叫“等速过滤和“变速过滤？两者分别在什么情况下形成？分析两种过滤方式的优缺点并指 岀哪几种滤池属“等速过滤。答：当滤池过滤速度保持不变，亦即滤池流量保持不变时，称“等速过滤。滤速随过滤时间而逐渐减小的过滤称“变速过滤。随着过滤时间的延长，滤层中截留的悬浮物量逐渐增多，滤层孔隙率逐渐减小，由公式可知道，当滤 料粒径、形状、滤

49、层级配和厚度以及水温已定时，如果孔隙率减小，那么在水头损失保持不变的条件下，将 引起滤速的减小；反之，当滤速保持不变的情况下，将引起水头损失的增加。这样就产生了等速过滤和变 速过滤两种根本过滤方式。与等速过滤相比，在平均滤速相同情况下，减速过滤的滤后水质较好，而且，在相同过滤周期内，过滤水 头损失也较小。过滤初期，滤速较大可使悬浮杂质深入下层滤料；过滤后期滤速减小，可防止悬浮颗粒穿 透滤层。等速过滤那么不具备这种自然调节功能。虹吸滤池和无阀滤池即属等速过滤的滤池，移动罩滤池属变速过滤的滤池，普通快滤池可以设计成变速过 滤也可设计成等速过滤。6什么叫“负水头 ？它对过滤和冲洗有何影响？如何防止滤

50、层中“负水头的产生 ？答：在过滤过程中，当滤层截留了大量的杂质以致砂面以下某一深度处的水头损失超过该处水深时，便岀现负水头现象.负水头会导致溶解于水中的气体释放岀来而形成气囊。气囊对过滤有破坏作用，一是减少有效过滤面积，使过滤时的水头损失及滤层中孔隙流速增加 ，严重时会影响滤后水质；二是气囊会穿过滤层上升，有可能把 局部细滤料或轻质滤料带出，破坏滤层结构。反冲洗时，气囊更易将滤料带出滤池。防止岀现负水头的方法是增加砂面上水深，或令滤池岀口位置等于或高于滤层外表，虹吸滤池和无阀滤池所以不会出现负水头现象即是这个原因。7. 什么叫滤料“有效粒径和“不均匀系数？不均匀系数过大对过滤和反冲洗有何影响？

51、 “均质滤料的涵义是什么？滤料的有效径粒是指通过滤料重量的筛孔孔径，不均匀系数表示滤料粒径级配 .不均匀系数愈大，表示粗细尺寸相差愈大，颗粒愈不均匀，这对过滤和冲洗都很不利。因为不均匀系数较大时，过滤时滤层含污能力减小；反冲洗时，为满足粗颗粒膨胀要求，细颗粒可能被冲出滤池，假设为满足细颗粒膨胀要求，粗颗粒将得不 到很好清洗，如果径粒系数愈接近1,滤料愈均匀，过滤和反冲洗效果愈好，但滤料价格提高。8. 双层和多层滤料混杂与否与那些因素有关？滤料混杂对过滤有何影响？主要决定于滤料的密度差，粒径差及滤料的粒径级配，滤料形状，水温及反冲洗强度等因素.滤料混杂对过滤影响如何 ，有两种不同的观点.一种意见

52、认为，滤料交界面上适度混杂，可防止交界面 上积聚过多杂质而是水头损失增加较快，故适度混杂是有益的；另一种意见认为滤料交界面不应有混杂现象.因为上层滤料起截留大量杂质作用，下层那么起精滤作用，而界面分层清晰，起始水头损失将较小.实际上，滤料交界面不同程度的混杂是很难防止的.生产经验说明，滤料交界混杂厚度在一定时，对滤料有益无害.9. 滤料承托层有何作用？粒径级配和厚度如何考滤 ？承托层作用，主要是防止滤料从配水系统中流失，同时对均布冲洗水也有一定作用 .为防止反冲洗时承托层移动，对滤料滤池常采用 粗-细-粗的砾石分层方式.上层粗砾石用以防止中 层细砾石在反冲洗过程中向上移动；中层细砾石用以防止砂

53、滤料流失 .下层粗砾石那么用以支撑中层细砾石.具体粒径级配和厚度，应根据配水系统类型和滤料级配确定.对于一般的级配分层方式，承托层总厚度不一定增加，而是将每层厚度适当减小.10. 滤池反冲洗强度和滤层膨胀度之间关系如何？当滤层全部膨胀起来以后 ，反冲洗强度增大，水流通过滤层的水头损失是否同时增大 ？为什么？当冲洗流速超过 Vmf以后，滤层中水头损失不变，但滤层膨胀起来.冲洗强度愈大，膨胀度愈大。不会，因为当冲洗流速超过最小流态化冲洗流速Vmf时，滤料处于悬浮状态，其受力平衡，即水流冲击力等于重力，水流冲击力用于克服重力做功，做功大小用水头损失表示，重力不变，所以水头损失也不变。12什么叫“最小

54、流态化冲洗流速？当反冲洗流速小于最小流态化冲洗流速时，反冲洗时的滤层水头损失 与反冲洗强度是否有关？答：Vmf是反冲时滤料刚刚开始流态化的冲洗流速，称“最小流态化冲洗流速。反冲洗流速小于最小流态化冲洗流速时，反冲洗时的滤层水头损失与反冲洗强度有关。13气-水反冲洗有哪几种操作方式？答：操作方式有以下 3种：1) 先用空气反冲，然后再用水反冲。2) 先用气-水同时反冲，然后再用水反冲。3) 先用空气反冲，然后用气 -水同时反冲，最后再用水反冲。14.滤池冲洗的目的是什么？冲洗方法有哪几种？简述各方式的工作原理和优缺点？冲洗的目的是去除滤层中所截留的污物，使滤池恢复过滤能力。快滤池冲洗方法有以下几

55、种：1.高速水流反冲洗；2.气、水反冲洗；3.外表助冲加高速水流反冲洗高速反冲洗原理 ：利用流速较大的反向水流冲洗滤料层，使整个滤层到达流态化状态，且具有一定 的膨胀度。截留于滤层中的污物，在水流剪力和滤料颗粒碰撞摩擦双重作用下，从滤料外表脱落下来，然 后被冲洗水带岀滤池。冲洗流速过大或过小，冲洗效果均会降低。优缺点：高速水流反冲洗虽然洗操作方 便，池子和设备较简单，但是冲洗耗水量大，冲洗结束后，滤料上细下粗分层明显。气、水反冲洗效果在于：利用上升空气气泡的振动可有效地将附着于滤料外表污物擦洗下来使之悬浮 与水中，然后再用水“低速反冲把污物排除池外。优缺点：采用气、水反冲洗方法既提高冲洗效果，有 节省冲洗水量。同时，冲洗时滤层不一定需要膨胀或仅有轻微膨胀，冲洗结束后，滤层能保持原来滤层结 构，从而提高滤层含污能力。但气、水反冲洗需增加气冲设备，池子结构及冲洗操作也较复杂。14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？答：配水系统的作用在于使冲洗水在整个滤池面积上均匀分布。一般规定：配水系统开孔比为=0.20%0.25%为大阻力配水系