第十至十九章 给水处理理论至其他处理方法习题及答案

1、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。6 3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？9 PF型和CMB型反应器为什么效果相同？两者优缺点比较。10 3种理想反应器的容积或物料停留时间如

2、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

3、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。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

4、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

5、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

6、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。列如，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。5 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6 3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

7、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

8、散9 PF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C0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。10 3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=。 2) 完全混合间歇式反应器（CMB型） 零级 T=一级 T=二

9、级 T= 完全混合连续式反应器零级T=一级 T=二级 T= 推流式反应器零级 T=一级 T=二级T=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？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=0.85 min-1。求细菌被灭活99.5%时，所需消毒时间为多少分钟？CMB反应器： 设原有细菌密度为C0，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=0.005 C0，细菌被

10、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=0.85 min-1。求细菌被灭活99.5%时，所需消毒时间为多少分钟？2. 设物料i分别通过CSTR型和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=2 h-1。求水流在CSTR型和PF型反应器内各需多少停留时间？（注：C0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。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

11、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E。由图可知，当oa<x<oc时，排斥势能占优势，x=ob时，排斥势能最大，用Emax表示。当oa>x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

12、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。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2030之间。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p

13、H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。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。 水中有

14、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。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。 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不同。3.高分子混凝剂投量过多时，为什么混凝效果反而不好？

15、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。4.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。2）（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

16、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

17、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羧基的百分数。3）一般要求水解度为30%40%。7.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

18、； 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

19、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=2070s-1范围内，平均GT=1×10-41×10-5范围内。存在缺陷是

20、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=式中水的动力粘度，Pa·s; P单位体积流体所耗功率，W/m3; G速度梯度，s-1; 水力絮凝池的G值的公式： G=式中 g重力加速度，9.8m/s-2; h混凝设备中的水头损失，m; 水的运动粘度，m2/s; T水流在混凝设备中的停留时间，s;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？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

21、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。11.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

22、与PH值有关。水的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。12.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：

23、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。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

24、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

25、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

26、，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。 16.采用机械絮凝池时，为什么要采用34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

27、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Al2O3为25mg/L×16%=4.00mg/L。Al2O3分子量为102，故投药量相当于4÷102=0.039mmol/L。CaO=3×0.0390.13×0.039，故需要投加石灰。剩余碱度取0.25mmol/L，则得： CaO=3×0.0390.10.25=0.267mmol/LCaO分子量为56，则水厂每天石灰的投加量： 0.267×56÷0.5×50000=1495.2kg;剩余碱度取0.

28、25mmol/L，则得： CaO=3×0.0390.10.5=0.517mmol/LCaO分子量为56，则水厂每天石灰的投加量： 0.517×56÷0.5×50000=2895.2kg。2.设聚合铝Al2(OH)n·Cl6nm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·Cl25 聚合铝的碱化度： B=×100% =4÷2÷3×100%=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100

29、000m3/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：取溶液浓度为10%，按溶液池容积公式计算： W2=1165.7m3, 溶解池容积：W1=(0.20.3)×1165.7=233.2349.7m3另一解：如果最大投量为35mmol/L，则计算如下：W2=35*342*0.001*100000/(417*0.1*3*24) =398.681 m3 溶解池容积：W1=(0.20.3)×398.7=79.74.2119.6m34.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

30、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=75000×1.05÷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=1.011×10-6Pa·S： G= = = 46s-1 GT=G×T =46×20×60=552005.某机械絮凝池分成3格。每格有效尺寸为2.6m(宽)×2.6m(长)×4.2m(深)。每格设一台垂直轴桨板搅拌器，构造按图1521，设计各部分尺寸为：r2=1050mm;桨板长 14

31、00mm,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： W1= = =0.71rad/s W2= =0.46rad/s W3=0.29rad/s1) 桨板所需功率计算：外侧桨板r2=1050mm,r1=930mm;内侧桨板r1=560,r2=440mm,内外侧桨板各四块，将有关数据代人公式得： P1=146.1w以同样方法可求得：P2=45

32、.1w, P3=9.9w2) 计算平均速度梯度G值（水温按200C计，u=1.005×10-3Pa·s）每格有效容积V=2.6×2.6×4.2=28.4m3 第一格 G1=72s-1 第二格 G2=40s-1第三格 G3=19s-1絮凝池总平均速度梯度G值： G=48.5s-16.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

33、，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

34、淀。2.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CD、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

35、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t0，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

36、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。8. 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

37、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。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°？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。10.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

38、；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：20时，=1.006×10-

39、6m2/s， =1.009×10-3Pa·s水的密度1=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： u=0.18m/s而Re=81>1 因此，假设不成立，u=0.18m/s不符合要求。(2) 假设1<Re<1000，其沉降速度u为：u=0.075m/s而Re=33.51<Re<1000，符合要求。答：该颗粒在20水中的沉降速度0.75m/s2、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。试按理论沉淀条件，求：（1）所需沉淀池平面积为多少

40、？（2）沉速为0.1mm/s的颗粒，可去除百分之几？解：（1）根据公式： u=Q/A A=Q/u=720÷(3600×0.4×10-3)=500m2答：所需沉淀池平面积为500m2。 (2)根据公式可得： E=ui/u0=0.1/0.4×100=25%答：沉速为0.1mm/s的颗粒，可去除25%。3. 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900m3/h，表面积为500m2。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)0152030601

41、20180C0/C10.980.880.700.300.120.08解：已知h=180cm，Q=9003/h，A=500m2，求不同沉淀速度时，通过取样口的颗粒的沉淀速度如下：沉速计算取样时间(min)015203060120180u=h/t值（cm/min）-129631.51截留沉速在数值上等于表面负荷： u0=Q/A=900÷60÷500=0.03m/min=3cm/min绘出P-u曲线如图示：从图上查得u0=3cm/min时，小于该沉速的颗粒组成部分等于0.3，从图上相当于积分式的阴影部分面积为0.45。因此，得到总去除百分数为：答：按理想沉淀池条件，该池可去除泥沙

42、颗粒约为85%。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：悬浮颗粒与滤料颗粒之间的粘附作用使得粒径小于滤层中孔隙尺寸的杂质颗粒被滤层拦截下来。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。答：滤层中杂质分布规律：是从顶到底部呈指数关系递减快滤池改善途径： 改善传统滤料粒径和级配，使之尽可能趋于均匀; 适当提高滤速，以提高杂质的穿透深度开发粒径均一，截污能力强，又易于反冲洗的新型滤料； 进反力度过程，使滤料粒径沿水流方向逐渐减小。现已出现了双层，多层，三层及均质滤料，气水反冲滤池。双层滤料上层采用密度较小、粒径较大的轻质滤料，下层采用密度较大

43、、粒径较小的重质滤料，双层滤料含污能力较单层滤料高一倍。在相同滤速下，过滤周期增长；在相同过滤周期下，滤速增长。三层滤料上层采用密度较小、粒径较大的轻质滤料，中层采用中等密度、中等粒径滤料，下层采用密度较大、粒径较小的重质滤料，三层滤料不仅含污能力较高，而且保证了滤后的水质。均质滤料是指沿整个滤层深度方向的任一横断面上，滤料组成和平均粒径均匀一致。这种均质滤料层的含污能力显然大于上细下粗的级配滤层。3、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出哪几种滤池属“等速滤池”。答：等速过滤：滤池过滤速度保持不变，即滤池流量不变时 变速过滤：滤速随时间而逐

44、渐减小的过滤称为 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，由公式知，当率料粒径、形状、滤层级配和厚度以及水温已定时，如果孔隙减小，则在水头损失保持不变的条件下，将引起滤速的减小，反之，在滤速保持不变时，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基本过滤方式。等速过滤优点：截污量多；缺点：水头损失变化大，如出水堰口低于滤料层，还可能出现负水头现象变速过滤优点：水质好，水头损失小；缺点：刚冲洗完时，滤速过高，即滤速变化较大。虹吸滤池和无阀滤池均属“等速过滤”等速过滤是指滤池滤速保持不变的过滤；变速过滤是指滤速随过滤时间而逐渐减少的过滤。形成：在滤料粒径、

45、形状、滤层级配和厚度以及水温一定时，如果孔隙率减小，水头损失保持不变，则滤速将减小，利用这一原理产生了变速过滤；反之，滤速保持不变，则水头损失将增加，利用这一原理就可以形成等速过滤。优缺点：变速过滤在过滤初期，滤速较大可以使悬游杂质深入下层滤料，过滤后期滤速减小，可防止悬浮颗粒穿透滤层。等速过滤不具备这种自然调节功能，并可能产生负水头现象。等速滤池：虹吸滤池和无阀滤池属于等速滤池。5、 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？“均质滤料”的涵义是什么？答：滤料有效粒径（d10）：指通过滤料重量10%的筛孔孔径滤料不均匀系数（K80）:指通过滤料重量80%的

46、筛孔孔径。影响：滤料不均匀系数过大，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，若满足细颗粒膨胀要求，粗颗粒可能得不到很好的冲洗。均质滤料是指滤料均匀，K80等于1。9、 滤料承托层有何作用？粒径级配和厚度如何考虑？答：滤料承托层的作用：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。单层或双层滤料滤池采用大阻力配水系统时，承托层采用天然卵石或砾石，其每层厚度都为100mm，粒径自上而下为24、48、816、1632 mm。三层滤料滤池自上而下，14层采用重质矿石粒径由0.58mm依次增加，厚度14层为50 mm，第5、6层采用砾石粒径由832m

47、m依次增加，厚度为100 mm或更大。12、 什么叫“最小流态化冲洗流速”？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：最小流态化冲洗流速是指反冲洗时滤料刚刚开始流态化的冲洗速度。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随反冲洗强度增大而增大。13、 气水反冲洗有哪几种操作方式？各有何优缺点？答：气水反冲洗有以下几种操作方式：1）、先用空气反冲，然后再用水反冲；2）、先用空气水同时反冲，然后再用水反冲；3）、先用空气反冲，然后再用气水同时反冲；最后再用水反冲。优缺点：单独水冲耗水量大，冲洗结束后滤料上细下粗分层明显；气水反冲保持原来

48、滤层结构，而提高滤层含污能力，又节省冲洗水量。但需增加气冲设备，池子结构及冲洗操作复杂。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？掌握大阻力配水系统的基本原理和公式（17-32）的推导过程。答： “大阻力“一词的含义是指配水系统中孔口阻力较大。大阻力配水系统的优点是配水均匀性较好。但结构复杂；孔口水头损失大，冲洗时动力消耗大；管道易结垢，增加检修困难。 “小阻力”一词的含义是指配水系统中孔口阻力较小。小阻力配水系统的优缺点刚好与大阻力配水系统相反。15、 小阻力配水系有哪些形式？选用时主要考虑哪些因素？答：小阻力配水系统有穿孔滤板、滤砖、滤头等形式。选用时主要考虑流速和

49、阻力等因素。18、 冲洗水塔或冲洗水箱高度和容积如何确定？答：冲洗水塔或冲洗水箱的高度是由公式H0=h1+h2+h3+h4+h5计算得出，其中h1是指从水塔或水箱至滤池的管道中总水头损失h2是指滤池配水系统水头损失h3是指承托层水头损失h4是指滤料层水头损失h5是指备用水头容积计算是根据v=0.09qFtF是单格滤池面积，t是冲洗历时，q是冲洗强度。22、 为什么无阀滤池通常采用2格或3格滤池合用1个冲洗水箱？合用冲洗水箱的滤池格数过多对反冲洗有何影响？ 答：由水箱有效深度公式H=0.06qt/n可知，合用一个冲洗水箱的滤池数愈多，冲洗水箱深度愈小，滤池总高度得以降低。这样，不仅降低造价，也有

50、利于与滤前处理构筑物在高程上的衔接。冲洗强度的不均匀程度也可减小。一般，合用冲洗水箱的滤池数n=23，而以2格合用冲洗水箱者居多。因为合用冲洗水箱滤池数过多时，将会造成不正常冲洗现象。例如，某一格滤池的冲洗行将结束时，虹吸破坏管刚露出水面，由于其余数格滤池不断向冲洗水箱大量供水，管口很快又被水封，致使虹吸破坏不彻底，造成该格滤池时断时续地不停冲洗。23、 进水管U形存水弯有何做作用？答：进水管设置U形存水弯的作用，是防止滤池冲洗时，空气通过进水管进入虹吸管从而破坏虹吸。当滤池反冲洗时，如果进水管停止进水，U形存水弯即相当于一根测压管，存水弯中的水位将在虹吸管与进水管连接三通的标高以下。这说明此

51、处有强烈的抽吸作用。如果不设U形存水弯，无论进水管停止进水或继续进水，都会将空气吸入虹吸管。24、 虹吸管管径如何确定？设计中，为什么虹吸上升管管径一般要大于下降管径？答：方法：一般采用式算法确定：即初步选定管径，算出总水头损失，当总水头损失接近冲洗水头时，所选管径适合，否则重新计算。 原因：保证虹吸时出水管道是满流状态，非满流状态下是无法虹吸的25、 虹吸滤池分格数如何确定？虹吸滤池与普通快滤池相比有哪些主要优缺点？答：确定方法：必须满足当1格滤池冲洗时，其余数格滤池过滤总水量必须满足该格滤池冲洗强度要求优点: 1.不需要大型闸门及相应的电动或水力等控制设备; 2.不需要设置冲洗水箱或冲洗水

52、泵; 3.操作管理方便及易于实现自动化等。缺点： 1.池深较大（5 6 m),池体构造较复杂； 2.洗水排水槽的水浪费掉，消耗水量较大； 3.由于采用小阻力配水系统，冲洗效果不佳，所以，单元滤池面积不宜过大。26、 为什么小水厂不宜采用移动罩滤池？它的主要优点和缺点是什么？ 答：小水厂不能充分发挥冲洗罩使用效率,所以移动罩滤池适用于大、中型水厂。优点：池体结构简单；无需冲洗水箱或水塔；无大型阀门，管件少；采用泵吸式冲洗罩时，池深较浅。缺点：移动罩滤池比其它快滤池增加了机电及控制设备；自动控制和维修较复杂。27、 所谓V型滤池，其主要特点是什么？简要地综合评述普通快滤池、无阀滤池、移动罩滤池、V

53、型滤池及压力滤池的主要优缺点和适用条件。答：V型滤池因两侧（或一侧也可）进水槽设计成V字形而得名。其主要特点是：（1）、可采用较粗滤料较厚滤层以增加过滤周期。（2）、气、水反冲再加始终存在的横向表面扫洗，冲洗效果好，冲洗水量大大减少。普通快滤池运转效果良好，首先是冲洗效果得到保证。使用任何规模水厂。主要缺点是管配件及阀门较多，操作较其它滤池稍复杂。无阀滤池多用于中小型给水工程。优点是：节省大型阀门，造价较低；冲洗完全自动，因而操作管理较方便。缺点是：池体结构较复杂：滤料处于封闭结构中，装、卸困难；冲洗水箱位于滤池上部，出水标高较高，相应的抬高了滤前处理构筑物如沉淀池或澄清池的标高，从而给水厂处

54、理构筑物的总体高程布置往往带来困难。移动罩滤池适用于大、中型水厂。优点：池体结构简单；无需冲洗水箱或水塔；无大型阀门，管件少；采用泵吸式冲洗罩时，池深较浅。缺点：移动罩滤池比其它快滤池增加了机电及控制设备；自动控制和维修较复杂。压力滤池常用于工业给水处理中，往往与离子交换器串联使用。其特点是：可省去清水泵站；运转管理较方便；可移动位置，临时性给水也很使用。但耗用钢材多，滤料的装卸不方便。1、 某天然海砂筛分结果见下表，根据设计要求：d10=0.54mm，K80=2.0.试问筛选滤料时，共需筛选除百分之几天然砂粒（分析砂样200g）。解：筛孔（mm）留在筛上砂量通过该号筛的筛量质量（g）%质量（

55、g）%2.361.651.000.590.250.21筛底盘0.818.440.685.043.49.22.60.49.220.342.521.74.61.3199.2180.8140.255.211.82.699.690.470.127.65.91.3合计200100%由上表绘制滤料筛分曲线根据设计要求， d10=0.54mm，d80=d10K80=0.54*2=1.08mm帅选方法如下：自横坐标0.54mm和1.08mm两点，分别做垂线和筛分曲线相交。自两交点作平行线与右边纵坐标轴相交，并以此交点作为10%和80%，在此之间分成7等分，则每份为10%的砂量，以此向上下两端延伸，即得0和100%指点。如图，右侧坐标轴所示，以此作为新坐标。再自新坐标原点和合1