给水工程课后思考题答案

1、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。粒径大于0 .lmm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须投加混凝剂方可去除。( 2)胶体 胶体颗粒尺寸较小，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。胶体物质须投加混凝剂方可去除。(3)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，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。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200500mg/L之间。一般情况下，多雨地区含盐量较低；干旱地区含盐量

2、较高。地下水硬度高于地表水，我国地下水总硬度通常在60300mg/L (以CaO计)之间，少 数地区有时高达 300700mg/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10 mg/L以下，个别可高达30mg/L。 地下水中的锰与铁共存，但含锰量比含铁量低。我国地下水含有锰量一般不超过2 mg/L 3 mg/L。个别高达 30 mg/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。5、试举出3种质量传递机理的实例。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

3、，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，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。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？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。设为一级反应，每只反应器可写出如下公式C12C1C11二C 1 + kt 0 所有公式左边和右边分别相乘：C C C C1 2 3C

4、CC0 1 2C1n=C 1 + ktn-1n=Cn-1Cn1 1 + kt 1 + k t 1 + kt 1 + kt (1 S n式中t为单个反应器的反应时间。总反应时间T = nt。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nTa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。 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。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）

5、，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。而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2、 聚丙烯酰胺既 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，即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

6、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。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

7、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，可采用较大的G值；在絮凝后期，絮体尺寸较大，应采用较小的G值，且沿水流 方向逐渐递减。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2. 水力条件和作用时间3. 水温影响4. 水的 PH 值和碱度影响5. 水中悬浮物浓度影响6. 水中杂质影响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，适用于取水泵房距水厂较近的情况。当取水泵房距水厂处理构筑物超过150m时，不宜采用泵前投加。（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）

8、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。采用计量泵最适合混凝剂自动控制系统。16、采用机械絮凝池时，为什么采用34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34 个分格， 每格均安装一台搅拌机，各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。I 、亠十六章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：C=CH/H其中高度为H、均匀浓度为C的沉淀管中

9、所含悬浮物量 t 0 0 t t t和原来高度为H、均匀浓度为C的沉淀管中所含悬浮物量相等。这种理论适用于较短的沉 淀管作实验，来推测实际沉淀效果。4、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？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）颗粒沉到池底即认为已被去除。根据理想沉淀条件，沉淀效率与池子深度、长度无关，与表面积成反比。5、影响平流式沉淀池沉淀效果的因素有哪些？答： （1）沉淀池实际水流状况对沉淀效果的影响。由于如下原因引起水流短流：进水 的惯性作用；出水堰产生的水流抽吸；较冷或较重的进水产生的异重流；风浪引起的短流； 池内存在导流壁和刮泥设施等。（2）凝聚作用的影响。6、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？（7）答：颗粒的截留沉速与沉淀池表面负荷Q/A相等。但含义不同，表面负荷代表自池 顶A开始下沉所能全部去除的颗粒中的最小颗粒的沉速；而截留沉速u反映了沉淀池所能 全部去除的颗粒中的最小颗粒的沉速。7、设计平流沉淀池主要根据沉淀时间、表面负荷还是水平流速？为什么？（7）答：设计平流沉淀池的主要控制指标是表面负荷或停留时间，从理论上说，采用前者较为合理，但是以停留时间作为指标所积累的经验较多。在实际设计中应两者兼顾。水平流速 对设计平流沉淀池不是主要根据。8、平流沉淀池进水为什么采用穿孔隔墙？出水为什么往往采用出水支渠？ 答：平流沉淀池要求进水区是使水流均匀地分布在整个进水截面上，并尽量减少扰动， 防止絮凝体破碎。一般做法是使水流从絮凝池直接流入沉淀池，通过穿孔墙将水流均匀分布 于沉淀池整个断面上。而出水采用出水支渠是使水尽量均匀流出，同

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