水质工程学习题08

1水质工程学（上）例题、思考题、习题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。第2章水的处理方法概论4.典型给水处理工艺流程。例题1.设已知K＝5.14×10-5，G＝30s-1。经过絮凝后要求水中颗粒数量浓度减少3/4，即n/n=4，试按总絮凝时间T＝4t＝4×269＝1076s＝18min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AlO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。4.48/102=0.044mmol/L，剩余碱度取0.37mmol/L，则得：[CaO]=3×0.044－0.2+0.37＝0.3mmol/L3.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。设计流量Q=75000*1.06/24=3312.5m3/h＝0.92m3/s（水厂自用水量占6%)絮凝池净长度L＝QT/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0.25m/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b＝Q/Hv＝0.92/（2.8*0.55）=0.597m≈0.6m2末端廊道宽度b＝Q/Hv＝0.92/（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宽度和流速计算表26廊道分段号各段廊道宽度（m）各段廊道流速（m/s）各段廊道数各段廊道总净宽（m）4435554取隔板厚度δ=0.1m，共19块隔板，则絮凝池总长度L为：L＝17.8+19*0.1＝19.7m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。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？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15.河水总碱度0.1mmol/L（按CaO计硫酸铝（含AlO约16投加量为25m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17.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%)（2）采用3座同体积机械絮凝池串联（机械絮凝3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。Q＝100000×1.05/(2×24)＝2187.5m3/h＝0.608m3/s2）设计数据的选用表面负荷Q/A=0.6mm/s＝51.8m3/（m2.d沉淀池停留时间T=1.5h；沉淀池水平流速为v＝14mm/s。沉淀池表面积A＝2187.5×24/51.8＝1013.5m2沉淀池长L＝3.6×14×1.5＝75.6m，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=3.04m2。每个孔口尺寸定为15cm×8cm，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：出水渠断面宽度采用1.0m，出水渠起端水深按公式计算：22=1.733322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ω=6.7×3.32＝21.57m水流湿周χ=6.7+2×3.22＝13.14m水力半径R=21.574/13.14=1.64m弗劳德数Fr＝v2/Rg=1.42/（164×9811.2×10-5雷诺数Re＝vR/υ=1.4×164/0.01＝22960（按水温20℃计）2.设计单池产水量为15000m3/d的斜管沉淀池。水厂自用水按5％计。设计流量Q=15000m3/d×1.05＝650m3/h＝0.18m3/s表面负荷取q＝10m3/（m2.h2.8mm/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d＝25mm，长1000mm，水平倾角θ=4A＝Q/q=0.18/0.0028=64.5m2采取沉淀池尺寸为5.5×12＝66m2，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1.03A’=(5.5-0.5)×12/1.03=58m2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h＝Lsinθ=L×sin60°=0.87m，池子总高度H＝0.30+1.2+1.5+0.80+0.87＝4.67m。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。水力半径R=d/4=25/4=6.25mm=0.625cm当水温t＝20℃时，水的运动粘度υ=0.01cm2/s，按公式可求得管内流速：V＝Q/A’sinθ=0.18/58sin60°=0.0036m/s=0.36cm/sRe＝vR/υ=0.625×0.36/0.01=22.5b.弗劳德数Fr＝v2/Rg=0.362/（0.625×981）=2.1×10-4c.斜管中的沉淀时间T=L/v=1000/3.6=280s=4.6min(一般在2～5min之间)。思考题与习题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°?8.已知颗粒密度ρ=2.65g/cm3，粒径d＝0.45mm（按球形颗粒考虑），求该颗粒在20℃水中沉降9.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900m3/h，表面积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？（C表示泥沙初始浓0沉降试验数据00C/C0例题1.设滤池平面尺寸为7.5m×7.0m＝52.5m2。试设计大阻力配水系统。解：冲洗强度采用q＝14L/sm2，冲洗流量Q＝14×52.5＝735L/s＝0.735m3/s，5起端流速v0＝0.735/（0.85*0.85）=1m/s。支管中心距采用0.25m。支管数n＝7.5×2/0.25=60根（每侧30根）。支管长为（7.00-0.85-0.3）/2≈2.93m，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5.03×10-3m2，查水力计算表，得支管始端流0.131/52.5=0.25%。孔口直径采用9mm，每个孔口面积＝6.36×10-5m2。孔口数m＝0.131/(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e1＝7.5/40=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e＝2.9/17=0.17m。24）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/s2+(f’/nω)2=(0.1348/0.85*0.85)2+(0.1348/60*5.03*10-3)2=0.25＜0.29α=q/1000v’=14/1000*5.45=0.268%符合配水均匀性达到95％以上的要求。2滤层膨胀度e＝45％。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l＝B＝3m，中心距＝4/2=2m。每槽排水流量Q＝qF/2=14*12/2=84L/s=0.084m3/s。冲洗排水槽断面采用标准形状。按公式求断面模数：X＝0.45Q0.4＝0.45*0.0840.4m≈0.17m冲洗排水槽底厚采用δ=0.05m，保护高0.07m，则槽顶距砂面高度：H＝eH+2.5x+δ+0.07＝0.45*0.7+2.5*0.17+0.05+0.07＝0.86m2冲洗排水槽总面积与滤池面积之比＝2×l×2x/F=2×3×2×0.17/12=0.17＜0.25（符合要求）思考题与习题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？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。610.滤池的冲洗排水槽设计应符合哪些要求，并说明理由。除百分之几天然砂粒(分析砂样200g)。筛分试验记录筛分试验记录留在筛上砂量%40.643.4筛底盘通过该筛号的砂量质量（g）质量（g）%14.根据上题所选砂滤料，求滤速为10m/h的过虑起始水头损失为多少cm？已知：砂粒球度系数ф=0.94；砂层孔隙率m0＝0.4；砂层总厚度l0＝70cm；水温按15℃计。15.设大阻力配水系统干管起端流速为1m/s；支管起端流速为2m/s；孔口流速为3m/s。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。（3）校核排水槽在水平面上总面积