水质工程学习题08

1水质工程学（上）例题、思考题、习题第1章水质与水质标准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。3.《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)分类指标。第2章水的处理方法概论1.水的主要物理化学处理方法。2.反应器原理用于水处理有何作用和特点？3.反应器的类型。4.典型给水处理工艺流程。第3章凝聚和絮凝例题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n0/nM=4，试按理想反应器作以下计算：1）采用PF型反应器所需絮凝时间为多少分钟？2）采用CSTR反应器（如机械搅拌絮凝池）所需絮凝时间为多少分钟？3）采用4个CSTR型反应器串联所需絮凝时间为多少分钟？解：1）将题中数据代入公式得：t＝ln4/(5.14×10-5×30)＝899s＝15min2）将题中数据代入公式得：t＝（4-1）/(5.14×10-5×30)＝1946s＝32min3）将题中数据代入公式得：t＝（41/4-1）/(5.14×10-5×30)＝269s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Al2O3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。解：投药量折合Al2O3为28mg/L×16％＝4.48mg/L，Al2O3分子量为102，故投药量相当于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/LCaO分子量为56，则市售石灰投量为：0.3×56/0.5=33mg/L。3.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。解：1）絮凝池净长度设计流量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分段号1234各段廊道宽度（m）0.60.81.01.3各段廊道流速（m/s）0.550.410.330.25各段廊道数6554各段廊道总净宽（m）3.6455.2四段廊道宽度之和∑b＝3.6+4+5+5.2＝17.8m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1.何谓胶体稳定性？2.胶体的凝聚机理。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的pH值的关系。4.高分子混凝剂投量过多时，为什么混凝效果反而不好？5.目前我国常用的混凝剂有哪几种？各有何优缺点？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。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。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？12.混凝剂有哪几种投加方式?各有何优缺点和其适用条件？13.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？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值应自进口至出口逐渐减小？15.河水总碱度0.1mmol/L（按CaO计），硫酸铝（含Al2O3约16％）投加量为25mg/L。问是否需要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石灰（石灰纯度按50％计）？16.设聚合铝[A12(OH)n∙Cl6-n]m在制备过程中，控制m＝5，n＝4，试求该聚合铝的碱化度为多少？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。混凝剂每日调制3次，溶液浓度按10％计，试求溶解池和溶液池体积各为多少？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％）19.设原水悬浮物体积浓度ф＝5×10-5。假定悬浮颗粒粒径均匀，有效碰撞系数α＝1，水温按15℃计。设计流量Q＝360m3/h。搅拌功率（或功率消耗）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（机械絮凝池按CSTR型反应器考虑），絮凝池总体积与（1）3相同。搅拌功率仍为195W，设3座絮凝池搅拌功率分别为：P1=100W，P2=60W，P3=35W，试问颗粒数量浓度最后降低百分之几？第4章沉淀例题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。解：1）.每组设计流量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。3）计算沉淀池表面积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，每格宽为13.4/2=6.7m。沉淀池有效水深H＝QT/BL＝2187.5×1.5/（13.4×76）=3.22m，采用3.5m（包括保护高）。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：m344.03600322.3764.137.05.0＝d，采用DN350mm。出水渠断面宽度采用1.0m，出水渠起端水深按公式计算：m58.00.181.9608.073.1g73.1323222＝BQH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/（164×981）＝1.2×10-5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。解：1）设计数据设计流量Q=15000m3/d×1.05＝650m3/h＝0.18m3/s表面负荷取q＝10m3/（m2∙h）＝2.8mm/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＝60°。2）计算4按公式求得清水区面积：A＝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1.03）：A’=(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。3）核算a.雷诺数水力半径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1.什么叫自由沉淀、拥挤沉淀和絮凝沉淀？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何？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°？7.澄清池的基本原理和主要特点是什么？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℃水中沉降速度为多少？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。试按理想沉淀条件，求：（1）所需沉淀池平面积为多少m2？（2）沉速为0.1mm/s的颗粒，可去除百分之几？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？（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）015203060120180C/C010.980.880.700.300.120.08第5章过滤例题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/s∙m2，冲洗流量Q＝14×52.5＝735L/s＝0.735m3/s，1）干管5采用钢筋混凝土渠道。断面尺寸：850mm×850mm，长7500mm。起端流速v0＝0.735/（0.85*0.85）=1m/s。2）支管支管中心距采用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，得支管始端流速va＝2.47m/s。3）孔口孔口流速采用5.6m/s，孔口总面积f＝0.735×/5.6=0.131m2。配水系统开孔比α＝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