水质工程学Ⅰ思考题答案

参考答案第1章水质与水处理概论一、选择题1、ABDE2、ABCE3、ABC第2章水的处理方法概论一、问答题1、答：CMB型反应器的假定条件是整个反应器是一个封闭系统，在反应过程中不存在由物质的迁移而导致的物质输入和输出，且恒温操作。CSTR反应器假定反应器内的物料完全均匀混合且与输出生产物均相同等温操作。PF反应器假定反应器内的物料仅以相同流速平行流动，而无扩散作用。唯一的质量传递就是平行流动的主流传递。理想反应器虽不能完全准确地描述反应器内所进行的实际过程，但可以近似反映真实反应器的特征。而且，由理想反应器模型可进一步推出偏离理想状态的实际反应器模型。2、答：三种理想反应器的容积和物料停留时间根据反应器内物料衡算求得。CMB型反应级平均停留时间0)(10icck1iccLnk012)1(100icckcn（n≠1）]1)[()1(11010nincccnkCSTR型0)(10icck1)1(10icck2)1(10iicckcn（n≠1）)1(101inicckcPF型0)(10icck1iccLnk012)1(100icckcn（n≠1）]1)[()1(11010nincccnk其中：c0为进口物料浓度；Ci为平均停留时间t时的物料浓度；K为反应速率常数。3、解：设原有细菌密度为c0，t时后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，在t时刻，%5.990cccioci=0.005c0，细菌被灭速率等于活细胞减少速率，于是，iiickccr85.0)(，代入公式，得：2.6)/005.0(85.010iccLnt所需消毒时间为6.2分钟。4、解：已知属一级反应，k=2h-1c0=10ci，则分别代入公式得CSTR型：hccccktiii29)110(21)1(10PF型：hccLnccLnktiii2.1102110水流在CSTR型和PF型分别需要时间4.5h，1.2h。5、答：PF型与CMB型反应器所表达的浓度与停留时间关系式在形式上完全相同。因此，可以把PF型反应器看作是一个沿水流方向运动的CMB型反应器，亦即PF型反应器中的位置变量对应于CMB型反应器中的时间变量。串联的CMB反应器数目越多，系统所需的反应器容积越小，其作用则越是接近于总容积和停留时间与之相等的PF反应器。在CMB反应器中，反应物通过搅拌使之完全混合，而在PF型反应器中，反应物在流动方向上不存在混合现象，但确因反应而使浓度发生变化。PF型与CMB型反应器均为沿液流方向，随流程增加，物料浓度逐渐降低，反应速度也随之减小。但PF型为连续操作，而CMB型除反应时间外，还需考虑投料与卸料时间。第3章凝聚和絮凝一、选择题1、B2、D3、B4、A5、G6、ADE7、ABC8、ABCE9、A10、B11、B12、B二、名词解释1.胶体稳定性：胶体离子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。2.同向絮凝：由机械或水力搅拌所造成的颗粒碰撞聚集称为同向絮凝。3.胶体脱稳：通过投加混凝剂，胶体因ζ电位降低乃至失去聚集稳定性的过程称为胶体脱稳。4.异向絮凝：由布朗运动所形成的颗粒碰撞聚集称为异向絮凝。5.聚集稳定性：指胶体离子之间因表面同性电荷相斥或水化膜的阻碍作用而不能相互聚集的特性。6.动力学稳定：由布朗运动所造成的颗粒的稳定性三、简答题1、在净化水时投加混凝剂的作用是什么？答：通过混凝剂的电性中和、吸附架桥、网捕卷扫作用，使水中胶体和泥砂去除。2、试写出常用的三种混凝剂及一种有机高分子混凝剂。答：硫酸铝、聚合氯化铝、聚合硫酸铝、三氯化铁、硫酸铁、聚合铁等无机混凝剂。聚丙烯酰胺（PAM）等有机高分子混凝剂。3.何谓吸附架桥作用？答：当向水中投加高分子物质，当高分子链的一端吸附了某一胶粒后，另一端又吸附另一胶粒，高分子物质在这里起了胶粒与胶粒之间相互结合的桥梁作用，称为吸附架桥作用。四、论述题1、试述水温对混凝效果的影响。答：①低温水混凝剂水解困难；②低温水的粘度大，布朗运动减弱，碰撞机会减小；③低温水胶体颗粒水化作用增强；④低温水的PH提高，相应混凝最佳PH也提高。2.为什么有时需将PAM在碱性条件下水解成HPAM？PAM水解度是何意义？一般要求水解度为多少？答：因为聚丙烯酰胺中的酰胺基之间的氢键作用，线性分子往往不能充分伸展开来，致使架桥作用减弱。为此，需将PAM在碱性条件下水解成HPAM。由酰胺基转化为羟基的百分数称为水解度，水解度一般为30%~40%。3.试述混合和絮凝的作用及其对水力控制条件的要求。答：在混合阶段,颗粒微小.异向絮凝为主,对水进行剧烈搅拌的目的使药剂快速、均匀的分散于水中以利于混凝剂快速水解,聚合及颗粒脱稳,故混合快速剧烈,G=700～1000s-1,时间T2min,在絮凝阶段,主要靠机械或水力搅拌促使颗粒碰撞凝聚,为同向絮凝.在絮凝过程中,絮凝尺寸逐渐增大,为防止其破碎,机械搅拌强度或水流速度反应逐渐减小,G=20～70s-1,GT=104～105。第4章沉淀一、选择题1、A2、C3、C4、C5、B6、CE7、ABDE8、BCD9、BCD10、B11、B二、名词解释1.沉淀池表面负荷及其单位：单位沉淀池表面积的产水量（m3/h.m2）2.拥挤沉淀：颗粒在沉淀过程中，彼此相互干扰，或者受到容器器壁的干扰，称为拥挤沉淀。3.自由沉淀：颗粒在沉淀过程中，彼此没有干扰，只受到颗粒本身的重力和水流重力的作用。4.接触絮凝：以高浓度活性泥渣作为接触介质，去除脱稳杂质的过程，称为接触絮凝。5.平流式沉淀池异重流：进入较静而具有密度差异的水体的一股水流。三、简答题1、为什么斜板、斜管沉淀池的水力条件比平流式沉淀池好？答：由于斜板（管）的水力R很小，因Re小，Fr大，水力条件好。3.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：沉淀池表面负荷和颗粒截留沉速在数值上相等，但含义不同。沉淀池表面负荷指单位沉淀池表面积的产水量，而截留沉速指沉淀池中能被全部去除的所有颗粒中最小颗粒的沉速。四、论述题1．何谓理想沉淀池？由理想沉淀池沉淀效率AQuEi可得出什么结论？答：理想沉淀池应符合三个条件：1)颗粒处于自由沉淀状态：即在沉淀过程中，颗粒之间互不干扰，颗粒的大小、形状和密度不变。2)水流沿着水平方向流动。在过水断面上，各点流速相等，并在流动过程中，流速始终不变。3)颗粒沉到池底即认为已被去除，不再返回到水流中。由AQiuE可知：1)当沉淀池去除率E一定时，若颗粒沉速ui提高，则Q/A提高，在A不变的条件下，则产水量Q增加；而当沉淀池表面负荷Q/A一定时，若颗粒沉速ui提高，则沉淀池去除率E提高；因此，要提高Q和E，都需提高ui，故生产上均非常重视混凝工艺。2)当沉淀池去除率E一定时，则A提高，在ui不变的条件下，则产水量Q增加；而当Q一定时，若A提高，则沉淀池去除率E提高；因此，要提高Q和E，都需提高A，故当沉淀池容积一定时，池身浅些，则表面积A大些，此即所谓“浅池“理论。第5章过滤一、选择题1、A2、D3、D4、C5、BCD6、BC7、ACE8、AD9、BD10、BC11、B12、A二、名词解释1.截留沉速：沉淀池所能全部去除的颗粒中最小颗粒的沉速。2.滤料的反冲洗膨胀率：反冲洗时滤层膨胀后所增加的厚度与膨胀前厚度之比，称为滤料的反冲洗膨胀率。3.滤料的不均匀系数：K80=d80/d10,表示滤料粒径的不均匀程度。4.反粒度过滤：过滤中水流先经过粗的滤料层，而后经过细的滤料层。5.滤层负水头：过滤过程中，当滤层截留了大量杂质以至砂面以下某一深度处的水头损失超过该处水深时，称为滤层负水头。6.强制滤速：指1个或2个滤池停产检修时，其余滤池在超过正常负荷下的滤速。7.均质滤料：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。8.滤层的冲洗强度：单位时间，单位滤层面积所通过的冲洗水量（L/s.m2）。9.滤层含污能力：在一个过滤周期内，如果按整个滤层计，单位体积滤料中所截留的杂质量称为滤层含污能力。10.截污量：单位体积滤层中所截留的杂质量。三、简答题1.滤料不均匀系数K80越大，对滤料和反冲洗有何影响？答：K80=d80/d10,K80越大，表示粗细颗粒尺寸相差越大，颗粒越不均匀，对过滤和冲洗都很不利。因为K80越大时，滤层含污能力减少；反冲洗时，为满足粗颗粒膨胀要求，细颗粒可能被冲出滤池，若为满足细颗粒膨涨要求，粗颗粒将得不到很好冲洗。2.试述滤池负水头所产生的危害。答：气囊对过滤有破坏作用,一是减少有效过滤面积,增加过滤水头损失及滤速;二是会破坏滤层结构,反冲洗时易将滤料带出池体。3.给水处理所选用的滤料应符合哪些要求？答：①具有足够的机械强度；②具有足够的化学稳定性；③具有一定的颗粒级配和适当的孔隙率4.简述V型滤池的主要特点。答：1、采用较粗滤料较厚滤层以增加过滤周期。滤料为均质滤料。使滤池含污能力提高。滤料有效粒径d10=0.95～1.5mm,不均匀系数K60=1.2～1.5，滤层厚约0.95～1.5m。2、气、水反冲洗再加始终存在的横向表面扫洗，冲洗效果好、冲洗水量大大减小。四、问答题1.试述大阻力配水系统与小阻力配水系统的优缺点？并说明哪一个配水系统配水均匀性更好一些，为什么？答：大阻力配水系统优点；配水均匀性好。缺点：结构较复杂，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。小阻力配水系统优点：配水系统压力较均匀，能耗少。缺点：配水均匀性较差。大阻力配水均匀性好于小阻力，原因是大阻力配水系统具有以巨大孔口阻力加以控制的能力。2.相对于等速过滤，变速过滤有什么优点？为什么？答：与等速过滤相比，在平均滤速相同的情况下，变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。其原因为，当滤料干净时，滤层孔隙率较大，虽然滤速较高，但孔隙中流速并非按滤速增高倍数而增大，相反，滤层内截留杂质量较多时，虽然滤速低，但因滤层孔隙率减小，孔隙流速未必过多减小，因而，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。等速过滤不具备这种自然调节功能。第8章离子交换一、选择题1、C2、C3、C4、B5、C6、A7、ABC8、BC9、AC10、C11、A12、D13、D14、B15、B16、B17、A二、名词解释1.湿视密度：湿树脂的重量与其堆积体积之比。2.溶胀性：干树脂变为湿树脂，体积胀大，湿树脂在转型时，体积也会发生变化，称为树脂的溶胀性。3.顺流再生固定床：再生时再生液的流动方向与交换时的水流方向相反。4.逆流再生：交换时的水流方向与再生时再生液的流动方向相反的称为逆流再生。5.再生比耗：单位体积树脂所消耗的纯再生剂物质的量与树脂工作交换容量的比值（mol/mol）。5.湿真密度：湿树脂的重量与其本身所占体积之比。6.树脂饱和度：在水的软化处理中，指单位体积树脂所吸附的Ca++、Mg++含量与其全交换容量之比。7.树脂工作交换容量：在给定的条件下，树脂实际可利用的交换能力。8.树脂全交换容量：一定量的树脂所具有的活性基因或可交换离子的总量称为全交换容量。10.逆流再生：原水与再生液分别从上而下以同一方向流经离子交换器的固定床称为顺流再生固定床。11.水的软化处理：去除水中的Ca++，、Mg++等硬度的过程。12.交联度：离子交换树脂中交联剂占树脂总重量的百分数。13.复床除盐：由强酸性阳离子交换器与阴离子交换器串联使用以达到水的脱盐目的。14.阴双层床：同一交换器内，装有弱碱和强碱两种树脂，借助于树脂湿真密度之差，经反洗分层后弱碱树脂在上，强碱树脂在下的双层床。三、简答题1．什么是离子交换树脂的两种溶胀性？答：树脂由干态转为湿态时，体积增大，称为绝对溶胀性；当树脂转型时体积发生变化称为相对溶胀性。2.什么叫做树脂的工作交换容量？它与全交换容量有什么不同？答：在实际工作条件下,离子交换树脂所能发挥出的交换容量称为工作交换容量；而全交换容量是指树脂制备时所具有的全部能力,工作交换容量