环保设备原理及应用穆毅课后答案

第1章1-1知识考查简述离心泵的工作原理。参考答案：利用旋转叶轮产生离心力，借离心力输送流体，并提高其压力，流体沿轴向进入叶轮转90度后沿径向流出，流体排出后在叶轮进口形成真空，流体则由吸入室吸入。叶轮连续旋转，流体则不断被吸入和输出。2.离心式泵有哪些主要部件?各有何作用?叶轮:将原动机的机械能传递给流体，使流体获得压力能和动能。吸入室:以最小的阻力损失引导液体平稳的进入叶轮，并使叶轮进口处的液体流速分布均匀。压出室:收集从叶轮流出的高速流体，然后以最小的阻力损失引入压水管或次级叶轮进口，同时还将液体的部分动能转变为压力能。导叶:汇集前一级叶轮流出的液体，并在损失最小的条件下引入次级叶轮的进口或压出室，同时在导叶内把部分动能转化为压力能。3．请简述一下离心泵的分类以及各自的应用场景。参考答案：（1）按叶轮数目单级离心泵：适用于扬程较低、流量较大的场合，如城市给排水、农业灌溉等。多级离心泵：用于高扬程工况，如高层建筑供水、石油化工高压进料等。（2）按叶轮吸入方式单吸离心泵：适用于流量较小、吸入性能要求不高的场合，如小型工业装置、家庭供水。双吸离心泵：常用于大流量场合，如大型给排水工程、电站循环水系统。（3）按泵轴位置卧式离心泵：应用广泛，如工厂物料输送、城市污水处理。立式离心泵：适合节省空间的场合，如高层建筑地下室泵房、深井提水。（4）按壳体结构蜗壳式离心泵：常见于一般工业和民用流体输送。导叶式离心泵：用于对性能要求较高的场合。1-2知识拓展1.查阅资料，请简述未来离心泵的发展方向

参考答案：可以从变频技术和智能控制技术的应用，降低了能耗和噪音，提高了设备的运行效率和安全性方面回答2．请结合相关资料，阐述我国在离心机领域发展所做出的贡献。

参考答案：可以从技术创新，市场拓展，应用领域（核能工业，航空工业，生物医药领域）拓展，行业标准制定等方面阐述。第2章2-1知识考查1.风机按照工作原理可分为哪几类？并简述各类风机的气流流动特点。参考答案：风机按照工作原理主要分为离心式风机、轴流式风机和回转式风机。离心式风机气流轴向进入叶轮后主要沿径向流动；轴流式风机气流轴向进入叶轮，近似在圆柱形表面上沿轴线方向流动；回转式风机利用转子旋转改变气室容积来工作。2.说明离心式风机的工作原理和基本结构。参考答案：离心式风机工作原理：在动力机带动下，气体轴向进入叶轮，经叶轮高速旋转，在离心力作用下被甩向叶轮外侧，以较高速度离开叶轮汇集到蜗壳状机壳中。由于机壳断面逐渐扩大，气体流动速度降低，部分动能转变为势能（静压），从机壳排气口排出。叶轮中心区域产生真空，外界气体在压力差作用下流入叶轮，实现连续送风。基本结构：由吸气口、叶轮、机壳等部件组成。机壳多为蜗壳式，吸气口保证气流均匀充满叶轮进口，叶轮是心脏部分，将机械能传递给气体，机壳收集增压气体并导至排出口。3．离心式风机、轴流式风机和罗茨鼓风机在不同工况下的效率变化特点及原因是什么？请结合它们的工作原理和结构进行详细分析。参考答案：离心式风机：后向叶轮效率较高，一般可达0.9以上，前向叶轮效率相对较低。其原因在于后向叶轮气体的涡流和摩擦能量损失小。在风量变化时，其效率曲线有最高值，在最佳工况点附近效率较高，偏离最佳工况点效率会下降，这是因为风量变化会影响气体在叶轮和机壳内的流动状态，导致能量损失增加。例如，当风量过大时，气体在机壳内的流速过快，会产生较大的水力损失。轴流式风机：其效率也存在最高值，在设计工况附近效率较高。对于不同型式，如型式A由于没有导叶，叶轮出口动能损失大，效率较低，只适用于低压；型式B因有出口导叶将动能转化为静压能，效率比A型高，适用于中、高压；型式C叶轮进口有负预旋，水力损失大，但在某些工况变化时效率变化较小；型式D虽结构复杂，但在较大流量变化范围内能保持较高效率。这是因为轴流式风机的效率与叶片和导叶的设计、气流的流动状态密切相关，工况变化会改变气流的入射角等参数，影响能量转换效率。罗茨鼓风机：在压力在允许范围内调节时，流量变化甚微，效率相对稳定。这是因为其工作原理是通过两个转子的强制输气，没有内压缩过程，气体的输送主要依靠转子的机械运动，所以在一定压力范围内，压力变化对其流量和效率影响较小。但随着压力升高，气体泄漏等因素会使效率有所下降。2-2知识拓展1.请简述风机的维护方法及其重要性。参考答案：风机作为一种广泛应用于工业生产和日常生活中的设备，其稳定运行对保障生产和节能降耗具有重要意义。定期和有效的维护风机能够延长设备的使用寿命，提高效率，并减少故障停机时间。维护方法：可以从定期检查和清洁、润滑保养、检查振动和噪音、检查电气系统、定期检查风机的密封和防护装置来分别阐述。2.请查阅相关资料，了解风机在国防工业领域的应用情况。参考答案：无

第3章课后题3-1知识考查1.在污水处理中，格栅、沉砂池和沉淀池的主要作用分别是什么？它们的去除对象有何不同？参考答案：格栅主要放置在构筑物之前或泵站前，其作用是截留废水中粗大的悬浮物或漂浮物，如纤维、碎皮、毛发等，防止这些物质堵塞或缠绕后续处理构筑物的管道、阀门或水泵等，减轻后续处理负荷，保证污水处理设施正常运行。沉砂池一般以重力分离为基础，去除废水中比重较大的无机颗粒，像泥砂、煤渣等，可减轻水泵和管道的磨损，防止后续污水处理构筑物管道堵塞，缩小污泥处理构筑物容积，提高污泥有机组分含量和肥料价值。沉淀池是分离悬浮物的主要处理构筑物，能去除水中可沉降颗粒，使水得到澄清，其进水区和出水区使水流均匀流过，沉淀区进行颗粒沉降，污泥区贮存、浓缩和排出污泥，缓冲区防止已沉降颗粒因水流动再度浮起。2.气浮装置有哪些类型？电解气浮、布气气浮和溶气气浮装置的工作原理。参考答案：气浮装置依照产生微气泡方式不同，可分为电解气浮装置、布气气浮装置和溶气气浮装置。电解气浮是在直流电作用下，通过电极组正负两极产生氢和氧的微细气泡，将废水中颗粒状污染物带至水面分离。其气泡粒径小（如氢气泡粒径10-20μm、氧气泡粒径20-30μm，平均粒径20μm左右），比表面积大，浮载能力高，适用于脆弱絮凝体分离，还具有降低BOD、氧化、脱色和杀菌等作用，对废水负荷变化适应性强，占地少、无噪声，但存在能量利用率低、电极材料易钝化和结垢等问题。布气气浮采用扩散板或缩孔管等向气浮池通入压缩空气，或借水泵吸水管吸入空气等方式充气，分为叶轮气浮和射流气浮。叶轮气浮是在电机驱动下叶轮高速旋转形成负压吸入空气，废水进入后形成直径约1000μm微气泡，经导向叶片和整流板后垂直上升，刮板刮出泡沫。它适用于处理水量不大、污染物浓度较高的废水，如洗煤废水等。射流气浮是以水带气，喷嘴射出高速水流使吸入室形成真空吸入空气，气水混合物在喉管内能量交换粉碎空气成微细气泡后进入气浮池。溶气气浮利用空气在不同压力下在水中溶解度差异，将清水或处理出水加压并加气，使空气溶解后骤然减至常压析出微小气泡（初始粒度80μm左右）附着絮体上浮。其净化效果好，在含油废水、含纤维废水处理方面应用广泛。但溶气气浮设备复杂，能耗高，释放器易堵，操作维护要求高；布气气浮设备简单，能耗低，易维护，但气泡较大，处理效果相对较弱。3.膜分离设备中，微滤、超滤、纳滤和反渗透的截留物质粒径范围和工作压力有何不同？参考答案：微滤膜能截留100-1000μm之间的颗粒，允许大分子和溶解性固体（无机盐）等通过，但截留悬浮物、细菌及大分子量胶体等物质，运行压力一般为0.03-0.7MPa。超滤膜能截留3-100μm之间的颗粒，只允许溶剂（如水分子）、无机盐及小分子有机物透过，截留悬浮物、胶体、蛋白质和微生物等大分子物质，运行压力一般为0.1-3MPa。纳滤膜能截留1-3nm之间的颗粒，能去除分子量200的有机物，在较低压力（仅1MPa）下正常运行。反渗透是用足够压力使溶液中的溶剂（水）通过反渗透膜分离出来，主要截留溶液中的离子，其分离过程不需加热，无相变，耗能少，但设备费用高，膜清洗效果较差，工作压力较高。3-2知识拓展1.请查阅相关资料，简述膜分离技术未来发展方向。参考答案：膜分离工艺未来发展方向主要集中在高性能膜材料研发、绿色低碳化、智能化应用及多领域拓展。新材料如有机-无机复合膜、二维纳米片膜等将提升膜的性能。同时，膜技术将朝着节能降耗、智能化运行和资源回收利用方向发展。此外，随着环保要求提高，膜分离在水处理、新能源、化工等领域的应用将进一步扩大。2.在混合与絮凝设备中，水泵混合、隔板混合和机械混合的工作原理和优缺点分别是什么？参考答案：水泵混合是将药剂加于水泵吸水管或吸水喇叭口处，利用水泵叶轮高速转动实现快速剧烈混合，能得到良好混合效果，且不需另建混合设备，但需在水泵内侧、吸入管和排放管内壁衬耐酸、耐腐材料，当泵房远离处理构筑物时不宜采用，因已形成的絮体在管道出口易破碎且难以重新聚结。隔板混合设备如分流隔板式混合槽内设隔板，药剂于隔板前投入，水在隔板通道间流动与药剂充分混合，混合效果较好，但占地面积大，水头损失也大；多孔隔板式混合槽内设穿孔隔板，水流经小孔运动使药剂与原水充分混合，可调整淹没孔口数目适应流量变化，但同样水头损失较大。机械混合设备多采用桨板式机械搅拌混合槽，混合槽可圆形或方形，桨板转动圆周速度1.5m/s以上，停留时间约10-15s，可设挡板加强混合效果，其优点是混合效果好且不受水量变化影响，适用于各种规模处理厂，但增加了机械设备维修工作量。

第4章4-1知识考查1.鼓风曝气系统中不同类型空气扩散装置的优缺点分别是什么？参考答案：1）微气泡型空气扩散装置（如扩散板、扩散管、固定式平板型和钟罩型微孔空气扩散器等）优点是氧利用率相对较高，能产生微小气泡增加气液接触面积；缺点是微孔易堵塞，空气需过滤净化，扩散阻力大。2）中气泡型空气扩散装置（如穿孔管、网状膜空气扩散装置）构造简单，不易堵塞，阻力小，但氧利用率和动力效率较小。3）水力剪切型空气扩散装置（如固定螺旋空气扩散装置）利用水力剪切作用将大气泡切割成小气泡，氧利用率较高，服务面积较大，可均匀布置在池内，但对设备安装和运行条件有一定要求。4）水力冲击型空气扩散装置（如自激振荡脉冲射流曝气器）通过自激振荡使气液混合体受反复剪切，气泡尺寸更小，提高了气液接触面积和氧转移效率，气液两相接触面变换快，出流压力和速度增大，服务面积广，但设备结构相对复杂。2.活性污泥法脱氮除磷工艺中，氧化沟工艺、A²/O工艺和SBR工艺在运行过程中的关键控制参数有哪些？参考答案：（1）氧化沟工艺的关键控制参数包括曝气设备的转速或淹没深度以调节供氧量，进水分配井的配水均匀性，出水溢流堰的堰高调节，以及沟内流速的控制（如通过设置导流墙、安装潜水推流器等），以防止污泥沉积并实现好氧和缺氧区的交替，满足硝化和反硝化反应需求，同时要注意控制污泥膨胀、泡沫和流速不均等问题。（2）A²/O工艺关键在于控制厌氧池、缺氧池和好氧池的水力停留时间、污泥回流比和硝化液回流比，确保聚磷菌厌氧释磷、缺氧反硝化和好氧硝化吸磷过程的顺利进行，还要注意防止沉淀池内反硝化和污泥厌氧释磷，以及满足硝化细菌生长的环境条件。

（3）SBR工艺的关键控制参数包括各运行阶段的时间顺序控制（如充水-厌氧、曝气-好氧、缺氧、沉淀、排水和闲置阶段的时间分配），反应池内的溶解氧浓度控制，以及根据进水水质和水量灵活调整运行方式，通过控制时间实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，有效抑制活性污泥膨胀。3.在污泥处理过程中，污泥浓缩和气浮浓缩的原理、适用污泥类型及优缺点分别是什么？参考答案：污泥浓缩的原理是在重力作用下将污泥中的间隙水挤出，属于压缩沉淀类型。适用于密度较大的污泥和沉渣，如初沉池污泥。优点是设备简单，成本较低；缺点是浓缩效果相对有限，对于一些密度较小或疏水性污泥效果不佳。气浮浓缩的原理是依靠大量微小气泡附在污泥颗粒表面，减小颗粒密度使污泥上浮。适用于密度接近于1的疏水性污泥。优点是对疏水性污泥浓缩效果较好，能有效分离污泥；缺点是需要额外的设备（如压力溶气罐、气浮池等），运行成本较高，操作相对复杂。4.生物膜法中普通生物滤池、高负荷生物滤池和塔式生物滤池在结构和性能上有哪些主要区别？参考答案：（1）普通生物滤池由池体、滤床、布水装置和排水通风系统组成。池体多为方形、矩形或圆形，滤床由滤料分层组成，布水装置有固定式和活动式，排水通风系统要保证排水和通风良好。其优点是处理效果好、运行稳定、节能；缺点是负荷低、占地面积大、易堵塞、卫生条件差。（2）高负荷生物滤池在结构上与普通生物滤池类似，但滤料粒径和厚度更大，多采用圆形池体和旋转布水装置。性能上通过限制进水BOD5和采用处理水回流提高了有机负荷率和水力负荷率，回流可稀均化进水、冲刷生物膜和控制滤水蝇等，但出水水质硝化程度相对较低。（3）塔式生物滤池为塔式结构，由塔身、滤料、布水系统、通风系统和排水系统组成，宜采用轻质滤料，一般采用自然通风或人工机械通风。其负荷比高负荷生物滤池大，可承受高浓度废水，耐冲击能力强，占地面积小，管理方便，但出水浓度较高，常有游离细菌，一般用于二级处理串联系统的第一级或废水处理要求不高的情况。4-2知识拓展1．请查阅相关资料，总结短程硝化-厌氧氨氧化工艺相较于传统的A2/O工艺的优势，同时了解短程硝化-厌氧氨氧化工艺在我国应用现状。参考答案：（1）节能降耗：短程硝化-厌氧氨氧化工艺工通过控制硝化过程在亚硝酸氮阶段就停止，减少了氧气的消耗，从而降低了曝气量和能耗。与传统A2/O工艺相比，短程硝化工艺可以减少20%的氧气消耗。（2）减少碳源需求：短程硝化-厌氧氨氧化工艺在脱氮过程中减少了对有机碳源的需求，因为亚硝酸氮的还原需要的碳源比硝酸氮少。这不仅降低了外加碳源的成本，还减少了剩余污泥的产生。（3）提高处理效率：短程硝化-厌氧氨氧化工艺能够更高效地去除氮和磷。研究表明，在缺氧/厌氧条件下，短程反硝化厌氧氨氧化工艺（PDA）可以实现高达97.75%的总氮去除率。短程硝化-厌氧氨氧化工艺在我国的应用情况，请读者通过现场考查或者网上收集相关资料自行回答。2．在国家双碳战略目标的背景下，请展望城市污水处理厂未来的发展趋势。参考答案：读者可以从以下方面回答：1）研发回收城市污水中的碳资源。2）智能化管理，提高能源利用效率。3）污水处理园区铺设光伏板，实现电源自给自足。4）推广膜生物反应器(MBR)、短程硝化厌氧氨氧化等低碳处理工艺。

第5章5-1知识考查1．旋风除尘器的除尘效率受哪些因素影响？在实际应用中如何根据这些因素优化旋风除尘器的性能？旋风除尘器除尘效率受入口流速（12-20m/s为佳）、筒体直径（越小效率越高）、粉尘粒径、二次效应（可喷淋水改善）、气体温黏及底部气密性等影响。实际应用中，设计依气体含尘量选合适筒体直径与入口尺寸，运行时稳定流速，防底部漏风，确保高效除尘。2．袋式除尘器的滤料有哪些种类？各自的优缺点是什么？在选择滤料时需要考虑哪些因素？袋式除尘器滤料有天然、无机、合成纤维等。天然纤维如棉、羊毛价低但耐温差；无机纤维如玻璃纤维耐酸碱但脆；合成纤维性能多样。按结构分素布、绒布和毡，平纹净化高但透气差，缎纹相反，斜纹耐磨且净化清灰好。选滤料需考虑粉尘粒度、成分等性质及过滤、耐温等性能，适配工况保障除尘。3．石灰石-石膏法烟气脱硫系统中，吸收塔有哪些类型？各自的工作原理和优缺点是什么？石灰石-石膏法脱硫系统吸收塔有喷淋、填料、双回路、喷射鼓泡塔。喷淋塔逆流内部件少、结垢和压损小，但逆流阻力大；填料塔用塑料格栅延长气液接触时间，顺流结构紧凑但压降随格栅高度变；双回路塔分两级，不同pH控制提高效率和利用率；喷射鼓泡塔省设备，低pH运行，石膏易脱水但脱硫率与压降有关。4．选择性催化还原法（SCR）脱硝工艺中，催化剂失活的原因有哪些？如何对失活催化剂进行再生利用？SCR脱硝工艺中催化剂失活原因包括高温烧结（450℃以上）、碱中毒（飞灰中碱金属）、砷中毒（气态砷化合物）、堵塞与磨损（飞灰成分及高速烟气流）等。失活催化剂约90%可再利用，可通过水洗再生、活性盐溶液活化再生、热（还原）再生、酸液处理和SO₂酸化热再生等方法进行再生利用。5-2知识拓展1．请查找相关信息，总结我国在脱硫脱硝和烟气除尘领域取得了显著成就。参考答案：参考国家近些年来出台了一系列政策推动脱硫脱硝和烟气除尘技术的发展与应用，我国科研人员在脱硫脱硝和烟气除尘领域取得多项突破，以及得益于政策推动和技术进步，我国空气质量显著改善，全国重点区域PM2.5浓度大幅下降等。2.请查找相关资料，简述脱硫脱硝和烟气除尘技术的发展趋势。参考答案：请自行总结，合理即可。1）通过改进催化剂材料和反应器设计，进一步提高脱除效率，更加注重高效性和经济性。2）未来脱硫脱硝和烟气除尘技术将融合智能控制系统与远程监控技术，实现自动清洗、远程监控与故障预警，提升管理效率。3）在循环经济理念下，脱硫脱硝副产物的资源化利用将成为新的研究方向。

第6章6-1知识考查1.简述阻抗复合式消声器的优势，根据图中的消声频率特性曲线判断阻抗复合消声器的类型。参考答案：阻性消声器的中高频消声效果较好，抗性消声器于低中频消声效果较好。若将二者的特性合成一体，则在低、中、高整个频段内皆有比较好的消声效果。图中的消声频率特性曲线有两个消声峰，且消声频率范围较宽，可能是改良型扩张室消声器或双层微孔消声器。2.试设计D型罗茨鼓风机消声器，风量为11m3/min，对其选型并求出气流速度。参考答案：查表表6-6得到，风量为11m/min，最接近的是D3型号，其通道截面积为0.0216m2，因此其气流速度vv=CFM3.试论述传振系数T与f/f0及阻尼比ζ的关系，可绘图说明。参考答案：从图可以看出，当f/f0＜2时，T≥1，隔振系统不仅不起隔振作用，反而放大振动的干扰。f/f0越接近1，放大振动干扰的作用越明显。当f/f0＝1时，隔振系统和振源发生共振。当f/f0＞2时，T＜1，此时隔振系统才能发挥隔振作用。虽然f/f0的值越大，隔振效果越好，但f/f0的值过大，T减少得很缓慢，同时考虑到工艺、制作等方面的困难，f/f0的值不宜取得过高。在实际应用中，f/f0的值一般取2.5～5。（2）传振系数T与阻尼比ζ的关系。从图可以看出，在f/f0＜2的范围内，ζ值越大，T值越小，体现出增大阻尼对控制振动的明显作用。机械设备在启动或关闭后，振动强度逐渐加强或减弱，振动频率也会逐渐升高或降低，在某一频率处会和系统的固有频率一致而出现共振。共振引起的剧烈振动对机械设备是不利的，因此，为了减轻共振区的振动，在隔振装置上增加一定的阻尼是有好处的。在f/f0＞2的范围内，ζ值越大，T值也越大，这时阻尼对隔振有不利的影响。为了降低共振的影响，希望阻尼大一些，但阻尼大了，又会使隔振装置在高f/f0范围效果变差。因此，在实际应用中应权衡利弊设置阻尼。通常情况下，ζ的值一般选用0.02～0.1。6-2知识拓展1.简述噪声控制设备在双碳目标下的重要性，试从吸声材料与隔热材料的协同设计，噪声控制的多维度效果进行论述。参考答案：在双碳目标下，噪声控制设备的作用愈加重要。通过吸声材料与隔热材料的协同设计，可以实现噪声和热量的双重控制，既能降低噪声污染，又能提升能源效率。吸声材料通过减少声波反射来降低噪声，而隔热材料则阻止热能流失，提高能源利用率。两者的结合不仅提高噪声隔离效果，还能有效节能，符合双碳目标的要求。噪声控制的多维度效果包括环境保护、能源效率、健康舒适性以及可持续发展。有效的噪声控制可以减少对生态环境的影响，提升设备效率，减少能源消耗，同时改善工作和居住环境，降低噪声对健康的负面影响。因此，噪声控制设备在推动绿色低碳社会、实现双碳目标方面具有重要意义。2.查阅文献，对于本书中所提及的振动控制设备应用场景，能否设计新技术将振动能量进行利用？参考答案：请自行总结，合理即可。

第7章7-1知识考查1．螺旋输送机在结构和输送方面有哪些特点？参考答案：螺旋输送机由机槽、螺旋、轴、轴承和传动装置组成。螺旋叶片有全叶式、带式等多种形状，适用于不同物料。轴可空心或实心，一般分段连接。轴承用于承受轴向力和支撑轴。它主要用于水平输送颗粒或粉状物，倾斜角度一般小于20°，构造简单紧凑、密封好，但单位动力消耗大、易磨损且输送距离较短。2．固体废物分选设备的分类依据及常见类型有哪些？参考答案：固体废物分选设备依据固体废物的物理特性差异分类，常见类型有筛分设备（如固定筛、滚动筛、共振筛），利用筛孔分离不同粒度物料；重力分选设备（如风力分选设备），依据物料重量在气流中不同运动轨迹分选；磁力分选设备（如辊筒式、悬挂带式磁选机），依靠磁性差异分选铁磁物质。3．焚烧炉设备的分类及应用场景？参考答案：（1）炉排型焚烧炉固定式炉排焚烧炉：应用场景：适用于焚烧少量的易燃性废物，如废纸屑、木屑及纤维素等。由于其操作简单、造价低廉，但燃烧效率较低，通常用于小型垃圾处理设施。活动式炉排焚烧炉：应用场景：是目前处理城市生活垃圾中最广泛使用的焚烧炉类型。适用于低热值、高水分的生活垃圾，能够实现