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《水质工程学》作业习题（一）给水处理部分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。解：1).投药量含Al2O3为：(25mg/L×16%)/102=0.039mmol/L若不投加石灰，则反应后的剩余碱度为：3×0.039-0.1=0.017mmol/L而保证反应顺利进行的剩余碱度一般为0.25~0.5mmol/L(CaO)故反应不能顺利进行，须投加石灰。2）水厂每日生产水量50000m3,石灰纯度按50%计，取剩余碱度0.33mmol/L则[CaO]=3×0.039-0.1+0.33=0.35mmol/L水厂每天需投加的石灰量为：（0.35×56）/2×（50000/1000）=1960Kg2．设聚合铝[Al2（OH）nCl6-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？解：因为B=[OH]/3[Al]×100%由已知[Al2（OH）nCl6-n]m，控制m=5，n=4则：B=4/（3×2）×100%=66.7%3．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？解：20℃时水的运动粘度ν=0.01cm2/s，ρp=2.65g/cm3，ρ1=1g/cm3，d==0.45mm由u====1)设Re1，则CD=24/Re=24ν/ud=得CD=0.293，Re=81.9，不满足要求。2)设1000Re2500,则CD=0.4得，u=98.5/（0.4）1/2=155.74mm/sRe=ud/ν=155.74×0.45/1=70.083不满足要求。3）设1Re1000,则CD=10/得CD2=100/Re=100ν/ud得CD=1.72Re=100/1.722=33.8满足要求故u=98.5/=98.5/1.31=75.19mm/s4．平流沉淀池设计流量为720m3/h。要求沉速等于或大于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？解：1）由溢流率u0=Q/A得A=Q/u0则0.4×103（m/s）=720/3600AA=500m22)E=ui/(Q/A)=ui/u0=0.1/0.4=25%5．原水泥砂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900m3/h，表面积为500m2。试按理想沉淀池条件，求该池可去除泥砂颗粒约百分之几？（C0表示泥砂初始浓度，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解：根据上述实验数据，可得悬浮颗粒的沉速分布（沉速计算见下表）。如下图：沉速计算取样时间（min)015203060120180u=h/t(cm/min)-129631.51截流沉速在数值上等于表面负荷率：==3cm/min从图上查的=3cm/min时，小于该沉速的颗粒组成部分等于p=0.35。从图上，相当于积分式的阴影部分面积为0.55。因此得到总去除百分数为：P=(1-0.35)+=83.33%6．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，共需筛除百分之几天然砂粒（分析砂样200g）解：取河砂砂样200g，用一组筛子过筛，最后称出留在各个筛子上的砂量，填入下表：筛分试验记录筛孔（mm）留在晒上砂量通过该号筛的砂量质量（g）%质量（g）%2.360.80.4199.299.61.6518.49.2180.890.41.0040.620.3140.270.10.5985.042.555.227.60.2543.421.711.85.90.219.24.62.61.3筛底盘2.61.3--合计200100并根据表绘成下图：从筛分曲线上，筛除大粒径（d1.48mm）颗粒约筛除16%，小粒径（d0.39mm）颗粒约筛除16%,共筛除32%。7．根据第6题所选砂滤料，求滤速为10m/h的过滤起始水头损失约为多少cm?已知：砂粒球度系数ф＝0.94；砂层孔隙率m0=0.4;砂层厚度l0=70cm；水温按15℃计；.解：,t=15℃,ν=1.14又根据已知(d取过砂量50%的孔径，为0.8mm)8．根据第6题所选砂滤料作反冲洗试验。设冲洗强度q=15L/(s.m2)且滤层全部膨胀起来，求滤层总膨胀度约为多少？（滤料粒径按当量粒径计）。已知：滤料密度ρ＝2.65g/cm3;水的密度按1g/cm3计；滤层膨胀前孔隙率m0=0.4;水温按15℃计。解：根据已知条件和公式计算：9．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。解：要配水均匀性要求在95%以上，即要求Qa/Qc≥0.95则Ha≥9（v2o+v2a）/2g=9（12+22）/（2×9.8）=2.3而Ha=（v/μ）2/2g=（3/0.62）2/（2×9.8）=1.2故该配水系统的配水均匀性不能达到95%以上。10．如原水含10mg/LFe2+和2mg/LMn2+，求曝气法氧化铁猛时所需的理论空气用量。4Fe2+＋O2+10H2O→4Fe(OH)3+8H+2Mn2+＋O2+2H2O→2MnO2+4H+解：与Fe2+反应的O2量为：10mg/L/（56×4）×32=1.43mg/L与Mn2+反应的O2量为：2mg/L/（54.9×2）×32=0.58mg/L所需的理论空气用量为：（1.43+0.58）/21%=9.57mg/L11.活性碳吸附试验结果如下：烧杯编号活性碳量m(mg)平衡浓度Ce(mg/L)qe(mg/mg)1075.0-25044.00.124310030.00.089420017.50.057555006.70.027268003.90.0177710003.00.0144（1）试求浓度为3mg/l时的q值。（2）求弗罗因德利希吸附公式德K和n值。解：（1）由上表得，浓度为3mg/l时的q=14.4mg/g（2）按烧杯实验所得值绘图：，n=1.255