给水工程课后思考题答案

十四章：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：水中杂质按尺寸大小可分成三类：１）悬浮物和胶体杂质：悬浮物尺寸较大，易于在水中下沉或上浮。但胶体颗粒尺寸很小，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。天然不中的胶体一般带有负电荷，有时也含有少量正电荷的金属氢氧化物胶体。粒径大于０.1mm的泥砂去除较易，通常在水中很快下沉。而粒径较小的悬浮物和胶体物质，须投加混凝剂方可去除。２）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。但有的无机溶解物可使水产生色、臭、味。无机溶解杂质主要的某些工业用水的去除对象，但有毒、有害无机溶解物也是生活饮用水的去除对象。有机溶解物主要来源于水源污染，也有天然存在的。2、概略叙述我国天然地表水源和地下水源的特点。(8’)答：1）、我国水文地质条件比较复杂。各地区地下水中含盐量相差很大，但大部分地下水的含盐在200～500mg/L之间。一般情况下，多雨地区含盐量较低；干旱地区含盐量较高。地下水硬度高于地表水，我国地下水总硬度通常在60～300mg/L（以CaO计）之间，少数地区有时高达300～700mg/L。我国含铁地下水分布较广，比较集中的地区是松花江流域和长江中、下游地区。黄河流域、珠江流域等地也都有含铁地下水。含铁量通常为10mg/L以下，个别可高达30mg/L。地下水中的锰与铁共存，但含铁量比铁不。我国地下水含有锰量一般不超过2mg/L～3mg/L。个别高达30mg/L。2）、我国是世界上高浊度水河众多的国家之一。西北及华北地区流经黄土高原的黄河水系、海河水系及长江中、上游等，河水含砂量很大，华北地区和东北和西南地区大部分河流，浊度较低。江河水的含盐量和硬度较低。总的来说，我国大部分河流，河水含流量和硬度一般均无碍于生活饮用。（作为给水水源，江河水水质具有哪些特点？答：水中悬浮物和胶态杂质含量较多，浊度高于地下水。江河水的含盐量和硬度较低。江河水最大的确定是：宜受工业废水、生活污水及其他各种人为污染，因而水的色、臭、味变化较大，有毒或有害物质易进入水体。水温不稳定，夏季常不能满足工业冷却用水的要求。）（2、作为给水水源，地下水水质具有哪些特点？答：地下水水质、水温较稳定。地下水硬度高于地表水，地下水中的铁常与锰共存，超过饮用水标准，需经处理方可使用，含盐量各硬度较高。）3、了解《生活饮用水卫生标准》中各项指标的意义。(7’)答：在《标准》中所列的水质项目可分成以下几类。一类属于感官性状方面的要求，如不的水度、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。4、反应器原理用于水处理有何作用和特点？(7’)答：反应器是化工生产过程中的核心部分.在反应器中所进行的过程,既有化学反应过程,又有物理过程,影响因素复杂。在水处理方面引入反应器理论推动了水处理工艺发展。在化工生产过程中，反应器只作为化学反应设备来独立研究，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应器来进行分析研究，包括化学反应、生物化学反应以至物理过程等。例如，不的氯化消毒池，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。(7’)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：在平流池中，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：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。如平流池等。3）、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部分都是紊流扩散。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：3种理想反应器的假定条件如下1）完全混合间歇式反应器中的反应：不存在由物质迁移而导致的物质输入和输出、且假定是在恒温下操作。2）完全混合连续式反应器：反应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，这种流型唯一的质量传递就是平行流动的主流传递。4）在水处理方面引入反应器理论推动了水处理工艺发展。在化工生产过程中，反应器只作为化学反应设备来独立研究，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应器来进行分析研究，包括化学反应、生物化学反应以至物理过程等。例如，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应器原理和方法进行分析、研究。介绍反应器概念，目的就是提供一种分析研究水处理工艺设备的方法和思路。7、为什么串联的CSTR型反应器比同体积的单个CSTR型反应器效果好？(8’)答：如果采用多个体积相等的CSTR型反应器串联使用，则第2只反应器的输入物料浓度即为第1只反应器的输出物料浓度，以此类推。设为一级反应，每只反应器可写出如下公式：01CC=tk11；12CC=tk11；……1nnCC=tk11所有公式左边和右边分别相乘：tktktktkCCCCCCCCnn111111111231201ntkCCn110式中t为单个反应器的反应时间。总反应时间tnT。串联的反应器数愈多，所需反应时间愈短，理论上，当串联的反应器数n时，所需反应时间将趋近于CMB型和PF型的反应时间。8、混合与返混合在概念上有何区别？返混合是如何造成的？答：CMB和CSTR反应器内的混合是两种不同的混合。前者是同时进入反应器又同时流出反应器的相同物料之间的混合，所有物料在反应器内停留时间相同；后者是在不同时间进入反应器又在不同时间流出反应器的物料之间的混合，物料在反应器内停留时间各不相同，理论上，反应器内物料的停留时间由。这种停留时间不同的物料之间混合，在化学反应工程上称之为“返混”。显然，在PF反应器内，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。9、PF型和CMB型反应器为什么效果相同？两者优缺点比较。答：在推流型反应器的起端（或开始阶段），物料是在C0的高浓度下进行的，反应速度很快。沿着液流方向，随着流程增加（或反应时间的延续），物料浓度逐渐降低，反应速度也随之逐渐减小。这也间歇式反应器的反应过程是完全一样的。介它优于间歇式反应器的在于：间歇式反应器除了反应时间以外，还需考虑投料和卸料时间，而推流型反应器为连续操作。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？(7’)答：纵向分散模型就是在推流型基础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。这种模型与实际所研究的对象基本等效，不必去深究扩散机理及其它细节，所以在对水处理设备的分析研究中采用此模型更简单方便。十五章：1、微污染主要指水源水中、含量增加。答：有机物，氨氮2、聚丙烯酰胺既是剂，也是剂。答：混凝，助凝3、高分子混凝剂投量过多时，为什么混凝效果反而不好？答：当高分子物质投量过多时，将产生“胶体保护”作用。“胶体保护”可理解为：当全部胶粒的吸附面均被高分子覆盖以后，两胶粒接近时，就受到高分子的阻碍而不能聚集。这种阻碍来源于高分子之间的相互排斥。排斥里可能来源于“胶粒－胶粒”之间高分子受到压缩变形（象弹簧被压缩一样）而具有排斥势能，也可能由于高分子之间的电性斥力（对带电高分子而言）或水化膜。4、目前我国自来水厂内常用的无机混凝剂有哪些？常用的助凝剂有哪些？答：目前，我国自来水厂内常用的无机混凝剂包括铝系和铁系。其中，铝系混凝剂包括硫酸铝、明矾、聚合氯化铝、聚合硫酸铝。铁系混凝剂包括三氯化铁、硫酸亚铁、聚合硫酸铁以及聚合氯化铁。水厂内常用的助凝剂有：骨胶、聚丙烯酰胺及其水解产物、活化硅酸、海藻酸钠等。5、什么是助凝剂？在什么情况下需投加助凝剂？答：当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。助凝剂通常为高分子物质。其作用往往是为了改善絮体结构，促使细小而松散的絮粒变得粗大而密实，作用机理是吸附架桥。例如：对于低温、低浊水，采用铝盐或铁盐混凝剂时，形成的絮粒往往细小松散，不易沉淀。当投入少量活化硅酸时，絮凝体的尺寸和密度就会增大，沉速加快。6、混合和絮凝反应同样都是解决搅拌问题，它们对搅拌的要求有何不同？为什么？混合的目的是使胶体颗粒凝聚脱稳，在混合过程中，必须要使混凝剂的有效成分迅速均匀地与水中胶体颗粒接触产生凝聚作用，所以混合过程要求强烈、快速、短时，在尽可能短的时间内使混凝剂均匀分散到原水中。絮凝反映的目的就是要创造促使细小颗粒有效碰撞逐渐增长成大颗粒，最终使颗粒能重力沉降，实现固液分离。要完成有效的同向絮凝，需满足两个条件：1、要使细小颗粒产生速度梯度，，同时要求整个絮凝池中颗粒运动速度必须由快到慢逐级递减，才能保证已发生有效碰撞而絮凝的大颗粒不会破碎，保证絮凝效果。2、要有足够的反应时间，使颗粒逐渐增长到可以重力沉降的尺寸。9、在絮凝过程中，为什么G值应自进口至出口逐渐减小？答：为了适应絮体增长的需要，G值在进口处较大，此时，絮凝初期，絮凝体尺寸较小，无破碎之虑，采用较大的G值；絮凝后期，絮体尺寸较大，采用较小的G值，而且沿水流方向是逐渐递减的。11、影响混凝效果的主要因素有哪些？答：影响混凝效果的主要因素有以下六类：1.混凝剂的种类和投量5.水中悬浮物浓度影响2.水力条件和作用时间6.水中杂质影响3.水温影响4.水的PH值和碱度影响12、混凝剂有哪几种投加方式？各有何优缺点及适用条件？答：混凝剂常见的投加方式有：（1）泵前投加。这种方式安全可靠，一般适用于取水泵房距水厂较近者不大于150m，当取水泵房距水厂处理构筑物较远时，不易采用泵前投加。2）高位水池重力投加。当取水泵房距水厂较远者，应建造高架溶液池利用重力将药液投入水泵压水管上，或者投加在混合池入口处。这种投加方式安全可靠，但溶液池位置较高。（3）水射器投加。这种投加方式设备简单，使用方便，溶液池高度不受太大限制，但水射器效率较低，易磨损。（4）泵投加。有利于药液与水的混合。采用计量泵最是和混凝剂自动控制系统。16、采用机械絮凝池时，为什么采用3~4档搅拌器且各档之间需用隔墙分开？答：单个机械絮凝池接近于CSTR型反应器，故宜分格串联。分格越多，越接近于PF反应器，絮凝效果越好，但分格过多，造价增高且增加维修工作量，一般采用3－4挡分格，每格均安装一台搅拌机，各挡搅拌机之间用隔墙分开以防止水流短路。为适应絮凝体形成规律，第一格内搅拌强度最大，而后逐格减少，从而速度梯度G值也相应由大到小十六章：1、什么叫自由沉淀、拥挤沉淀和絮凝沉淀？(7’)答：自由沉淀是指颗粒在沉淀过程中，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的沉淀；而拥挤沉淀是指颗粒在沉淀过程中，彼此相互干扰，或者受到容器壁的干扰的沉淀；利用絮凝剂使水中悬浮杂质形成较粗大的絮凝体，再通过自由沉淀的沉淀称为絮凝沉淀。3、了解肯奇沉淀理论的基本概念和它的用途。(8’)答：肯奇沉淀理论：Ct=C0H0/Ht其中高度为Ht、均匀浓度为Ct的沉淀管中所含悬浮物量和原来高度为H0、均匀浓度为C0的沉淀管中所含悬浮物量相等。这种理论使用于较短的沉淀管作实验，来推测实际沉淀效果。1、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何？(7’)答：理想沉淀池应符合以下3个条件：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