水质工程学习题

3水质工程学〔上〕例题、思考题、习题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。各种典型水质特点。《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2023)分类指标。2水的主要物理化学处理方法。反响器原理用于水处理有何作用和特点？反响器的类型。典型给水处理工艺流程。3例题设K＝5.14×10-5，G＝30s-13/4，即n/n=4，试按0 M抱负反响器作以下计算：承受PF承受CSTR〔如机械搅拌絮凝池〕所需絮凝时间为多少分钟？4CSTR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，但承受4个机械絮凝池串联时，絮凝效果接近推流型絮凝池。0.2mmol/L。市售精制硫酸铝〔含Al2O3约16％〕28mg/L。试估算石灰〔50％〕投量为多少mg/L。解：投药量折合Al2O3为28mg/L16％＝4.48mg/LAl2O3分子量为1024.48/102=0.044mmol/L0.37mmol/L，则得：[CaO]=3×0.044－0.2+0.37＝0.3mmol/LCaO56，则市售石灰投量为：0.3×56/0.5=33mg/L。某往复式隔板絮凝池设计流量为75000m3/d；絮凝时间承受20min；为协作平流沉淀池宽度和深22m2.8m。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〔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。首先依据起、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，打算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≈0.6m末端廊道宽度b＝Q/Hv＝0.92/〔2.8*0.25〕=1.3m4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＝0.1m19LL＝17.8+19*0.1＝19.7m假设要计算隔板絮凝池水头损失和速度梯度，可依据上表有关数据按公式分别求得。思考题与习题何谓胶体稳定性？胶体的分散机理。混凝过程中，压缩双电层和吸附-电中和作用有何区分？简要表达硫酸铝混凝作用机理及其与水pH高分子混凝剂投量过多时，为什么混凝效果反而不好？目前我国常用的混凝剂有哪几种？各有何优缺点？什么叫助凝剂？常用的有哪几种？在什么状况下需要投加助凝剂？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？混凝试验的操作过程，承受何种混凝剂，用理论说明混凝试验中消灭的水质变化。絮凝过程中，G值的真正涵义是什么？沿用已久的GGT出机械絮凝池和水力絮凝池的G依据反响器原理，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？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？混凝剂有哪几种投加方式?各有何优缺点和其适用条件？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G值的作用是什么？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值应自进口至出口渐渐减小？河水总碱度0.1mmol/〔按CaO计，硫酸铝〔含A23约16％〕投加量为25mg/。问是否需要投加石灰以保证硫酸铝顺当水解？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〔50％计〕？设聚合铝[A12(OH)nCl6-n]m在制备过程中，掌握m＝5，n＝4，试求该聚合铝的碱化度为多少？某水厂承受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310％计，试求溶解池和溶液池体积各为多少？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？〔水厂自用水量为5％〕设原水悬浮物体积浓度ф＝5×10-5α＝115℃计。设计流量Q＝360m3/h。搅拌功率〔或功率消耗〕P=195W。试求：絮凝池按PF15min承受3座同体积机械絮凝池串联〔机械絮凝池按CSTR型反响器考虑，絮凝池总体积与1〕一样。搅拌功率仍为195W3P=100W，P=60W，P=35W，试问1 2 3颗粒数量浓度最终降低百分之几？4例题10m3的平流式沉淀池。水厂本身用水占5％。承受两组池子。解：1〕.每组设计流量Q＝100000×1.05/(2×24)＝2187.5m3/h＝0.608m3/s设计数据的选用外表负荷Q/A=0.6mm/51.8〔m∙d，沉淀池停留时间沉淀池水平流速为v＝14mm/s。计算沉淀池外表积A＝2187.5×24/51.8＝1013.5m2沉淀池长L＝3.6×14×1.5＝75.6m，承受76m。沉淀池宽B=1013.5/76=13.3m，承受13.4m。由于宽度较大，沿纵向设置一道隔墙分成两格，每格13.4/2=6.7m。沉淀池有效水深H＝QT/BL＝2187.5×1.5/〔13.4×76〕=3.22m，承受3.5m〔包括保护高。絮凝池与沉淀池之间承受穿孔布水墙，穿孔墙上的孔口流速承受 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：0.713.4763.220.5d ＝0.344m，承受DN350mm。33600出水渠断面宽度承受1.0m，出水渠起端水深按公式计算：

0.58m0.608239.811.00.608239.811.02为保证堰口自由落水，出水堰保护高承受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〔20℃计〕15000m3/d5％计。解：设计数据设计流量Q=15000m3/d×1.05＝650m3/h＝0.18m3/s外表负荷取q＝10m3/〔m2∙h〕＝2.8mm/s0.4mmd＝25mm1000mm，水平倾角θ＝60°。计算按公式求得清水区面积：5.5×12＝66m2，为了配水均匀，进水区布置在12m5.5m扣除无效长度0.5。因此净出口面积〔考虑斜管构造系数1.0：0.3m1.2m1.5m0.80m，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。沉淀池进口承受穿孔墙，排泥承受穿孔管，集水系统承受穿孔管。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=4.6min2～5min思考题与习题什么叫自由沉淀、拥挤沉淀和絮凝沉淀？抱负沉淀池应符合哪些条件？依据抱负沉淀条件，沉淀效率与池子深度、长度和外表积关系如何？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？沉淀池外表负荷和颗粒截留沉速关系如何？两者涵义有何区分？平流沉淀池进水为何承受穿孔隔墙？出水为什么往往承受出水支渠？斜管沉淀池的理论依据是什么？为什么斜管倾角通常承受60°？澄清池的根本原理和主要特点是什么？颗粒密度ρ＝2.65g/c3，粒径d0.45m〔按球形颗粒考虑，求该颗粒在20℃速度为多少？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。试按抱负沉1所需沉淀池平面积为多少m〔沉速为0.1mm/s180cm处。平流沉淀池设计流量为900m3/h，500m2。试按抱负沉淀池条件，求该池可去除泥沙颗粒约百分之几？〔C表示泥沙初始浓0度，C。沉降试验数据取样时间〔min〕015203060120180C/C010.980.880.700.300.120.085例题7.5m×7.0m＝52.5m2。试设计大阻力配水系统。解：冲洗强度承受q＝14L/sm2，冲洗流量Q＝14×52.5＝735L/s＝0.735m3/s，1〕干管承受钢筋混凝土渠道。断面尺寸：850mm×850mm，长7500mm。起端流速v＝0.735/〔0.85*0.85〕=1m/s。0支管0.25m。支管数n＝7.5×2/0.25=60〔30。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v＝2.47m/s。a孔口孔口流速承受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%。孔口直径承受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240e＝7.5/40=0.187m。1每根支管孔口数＝〔2060-80〕/60=3334个孔，分两排布置，孔口向下与中垂线夹角45°交17个孔，孔中心距e＝2.9/17=0.17m。2配水系统校核实际孔口数m’=34*60+80=2120个实际孔口总面积f’=2120*6.36*10-5=0.1348m2实际孔口流速v’=0.735/0.1348=5.45m/s(f’/ω)2+(f’/nω)2=(0.1348/0.85*0.85)2+(0.1348/60*5.03*10-3)2=0.25＜0.290 aα＝q/1000v’=14/1000*5.45=0.268%95％以上的要求。设滤池平面尺寸为L=4，＝3，F12m。滤层厚H＝70c，冲洗强度承受＝14L〔sm2。2滤层膨胀度e＝45％。试设计冲洗排水槽断面尺寸和冲洗排水槽高度H。解：每个滤池设2条冲洗排水槽，槽长l＝B＝3m，中心距＝4/2=2m。每槽排水流量Q＝qF/2=14*12/2=84L/s=0.084m3/s。冲洗排水槽断面承受标准外形。按公式求断面模数：X＝0.45Q0.4＝0.45*0.0840.4m≈0.17m冲洗排水槽底厚承受δ＝0.05m0.07m，则槽顶距砂面高度：H＝eH2+2.5x+δ+0.07＝0.45*0.7+2.5*0.17+0.05+0.07＝0.86m校核：冲洗排水槽总面积与滤池面积之比＝2×l×2x/F=2×3×2×0.17/12=0.17＜0.25〔符合要求〕思考题与习题为什么粒径小于滤层中孔隙尺寸的杂质颗粒会被滤层拦截下来？从滤层中杂质分布规律，分析改善快滤池的几种途径和滤池进展趋势。什么叫“等速过滤”和“变速过滤”？分析两种过滤方式的优缺点。什么叫“负水头”？它对过滤和冲洗有何影响？如何避开滤层中“负水头”产生？什么叫滤料“有效滤径”和“不均匀系数”？不均匀系数过大对过滤和反冲洗有何影响？“均质滤料”的涵义是什么？双层和多层滤料混杂与否与哪些因素有关？滤料混杂对过滤有何影响？气-水反冲洗有哪几种操作方式？各有何优缺点？大阻力配水系统和小阻力配水系统的涵义是什么？各有何优缺点？把握大阻力配水系统的根本原理和公式的推导过程。小阻力配水系统有哪些形式？选用时主要考虑哪些因素？滤池的冲洗排水槽设计应符合哪些要求，并说明理由。冲洗水塔或冲洗水箱高度和容积如何确定？V某自然海砂筛分结果见下表，依据设计要求，d＝0.54mm，K＝2.0。试问筛选滤料时，共需筛10 80除百分之几自然砂粒(分析砂样200g)。筛分试验记录筛孔留在筛上砂量通过该筛号的砂量〔mm〕质量〔g〕％质量〔g〕％2