水質(zhì)工程學(xué)1第二次作業(yè).doc

思考題1.何謂膠體穩(wěn)定性？試用膠粒間互相作用勢(shì)能曲線說明膠體穩(wěn)定性的原因。 答：膠體穩(wěn)定性是指膠體粒子在水中長(zhǎng)期保持分散懸浮狀態(tài)的特性。膠體穩(wěn)定性分”動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定”和聚集穩(wěn)定”兩種。動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性系指顆粒布朗運(yùn)動(dòng)對(duì)抗重力影響的能力，粒子愈小，動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性愈高。聚集穩(wěn)定性系指膠體粒子之間不能相互聚集的特性。膠體粒子很小，比表面積大從而表面能很大，在布朗運(yùn)動(dòng)作用下，有自發(fā)地相互聚集的傾向。但由于粒子表面同性電荷的斥力作用或水化膜的阻礙使這種自發(fā)聚集不能發(fā)生。膠體穩(wěn)定性，關(guān)鍵在于聚集穩(wěn)定性。 對(duì)憎水膠體而言，聚集穩(wěn)定性主要決定于膠體顆粒表面的動(dòng)電位即電位，電位愈高，同性電荷斥力愈大。雖然膠體的電位是導(dǎo)致聚集穩(wěn)定性的直接原因，但研究方法卻可從兩膠粒之間相互作用力及其與兩膠粒之間的距離關(guān)系來評(píng)價(jià)。DLVO理論認(rèn)為，當(dāng)兩個(gè)膠粒相互接近以致雙電層發(fā)生重疊時(shí)，便產(chǎn)生靜電斥力,其與兩膠粒表面間距x有關(guān)，用排斥勢(shì)能ER表示，排斥勢(shì)能隨x增大而指數(shù)關(guān)系減小。相互接近的兩膠粒之間同時(shí)還存在范德華引力，用吸引勢(shì)能EA表示，與x成反比。當(dāng)0axoc時(shí),排斥勢(shì)能占優(yōu)勢(shì),x=0b時(shí),排斥勢(shì)能優(yōu)勢(shì)最明顯,用Emax表示，稱排斥能峰。只有當(dāng)x10）進(jìn)行部分水解，生成陰離子型水解聚合物（HPAM）PAM水解度：由酰胺基轉(zhuǎn)化為羥基的百分?jǐn)?shù)稱水解度。一般控制水解度在30%-40%較好。9.絮凝過程中，G值的真正涵義是什么？沿用依舊的G值和GT值的數(shù)值范圍存在什么缺陷？請(qǐng)寫出機(jī)械絮凝池和水力絮凝池的G值公式。 答：G值表示速度梯度，控制混凝效果的水力條件，反映能量消耗概念。 舊的G值和GT值變化幅度很大，從而失去控制意義。而且按公式求得的G值，并未反應(yīng)有效功率消耗。11.影響混凝效果的主要因素有哪幾種？這些因素是如何影響混凝效果的？ 影響混凝效果的主要因素有水溫，水的PH值和堿度及水中懸浮物濃度、有機(jī)物污染水溫：a.無機(jī)鹽的水解是吸熱反應(yīng)，低溫水混凝劑水解困難；b.低溫水的粘度大，使水中雜質(zhì)顆粒布朗運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度減弱，碰撞機(jī)會(huì)減少，不利于膠粒脫穩(wěn)凝聚； c.水溫低時(shí)膠體顆粒水化作用增強(qiáng)，妨礙膠體混凝； d.水溫與水的PH值有關(guān)。 PH值：水的PH對(duì)混凝效果的影響很大。一方面，不同的PH值下膠體顆粒的表面電荷和電位不同，所需要的混凝劑量也不同；另一方面，水的pH對(duì)混凝劑的水解反應(yīng)有顯著影響。 水的堿度：當(dāng)原水堿度不足或混凝劑投量甚高時(shí)，水的pH值將大幅度下降以至影響混凝劑繼續(xù)水解。如果水的PH值超出混凝劑最佳混凝pH值范圍，將使混凝效果受到顯著影響。 懸浮物濃度：含量過低時(shí)，顆粒碰撞速率大大減小，混凝效果差。含量高時(shí)，所需鋁鹽或鐵鹽混凝劑量將大大增加。 水中有機(jī)污染物的影響：水中中有機(jī)物對(duì)膠體有保護(hù)穩(wěn)定作用，阻礙膠體顆粒之間的碰撞，阻礙混凝劑與膠體顆粒之間的脫穩(wěn)凝聚作用。 此外，混凝劑種類與投加量、混凝劑投加方式、水力條件對(duì)混凝效果的影響都是非常顯著的。要根據(jù)水質(zhì)情況和所投加的混凝劑優(yōu)化選擇。13.何謂混凝劑“最佳劑量”？如何確定最佳劑量并實(shí)施自動(dòng)控制？ 答：混凝劑“最佳劑量”，即混凝劑的最佳投加量，是指達(dá)到既定水質(zhì)目標(biāo)的最小混凝劑投加量。目前問過大多數(shù)水廠還是根據(jù)實(shí)驗(yàn)室混凝攪拌試驗(yàn)確定混凝劑最佳劑量，然后進(jìn)行人工調(diào)整。這種方法雖然簡(jiǎn)單易行，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果到生產(chǎn)調(diào)節(jié)往往滯后，且試驗(yàn)條件與生產(chǎn)條件也很難一致，故試驗(yàn)所得最佳劑量未必是生產(chǎn)上的最佳劑量?；炷に嚨淖詣?dòng)控制技術(shù)正逐步推廣應(yīng)用，主要有數(shù)學(xué)模型法、現(xiàn)場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn)法、特性參數(shù)法等習(xí)題1.河水總堿度0.1mmol/L（按CaO計(jì)），硫酸鋁（含Al2O3約16）投加量為25mg/L。問是否需要投加石灰以保證硫酸鋁順利水解？設(shè)水廠每日生產(chǎn)水量50000m3，試問水廠每天約需要多少千克石灰（石灰純度按50計(jì)）？ 解：（1）由于要保證硫酸鋁順利水解需要0.250.50 mmol/L的剩余堿度。而河水中只有0.1 mmol/L的堿度，故需要投加石灰以保證硫酸鋁順利水解 （2） 投藥量折合Al2O3為 25mg/L164mg/L，Al2O3分子量為102，故投藥量相當(dāng)于4/102=0.039 mmol/L，剩余堿度取0.35mmol/L，則得： CaO=30.0390.1+0.350.37 mmol/L CaO分子量為56，則市售石灰投量為：0.375650000/0.51000=2072kg 2.設(shè)聚合鋁A12(OH)n?Cl6-nm在制備過程中，控制m5，n4，試求該聚合鋁的堿化度為多少？ 解：B=【OH】/3*【AL】100%=20/30=66.7%3.某水廠采用精制硫酸鋁作為混凝劑，其最大投量為35 mg/L。水廠設(shè)計(jì)水量100000m3/d?；炷齽┟咳照{(diào)制3次，溶液濃度按10計(jì)，試求溶解池和溶液池體積各為多少？ 解：溶液池體積為 W2=24100aQ/10001000cn=aQ/417cn=35100000/41710324=11.66m3 溶解池體積為W1=0.3W2=3.5m34.隔板絮凝池設(shè)計(jì)流量為75000m3/d。絮凝池有效容積為1100m3,絮凝池總水頭損失為0.26m。求絮凝池總的平均速度梯度G值利GT值各為多少?(水廠自用水量為5%）解: Q=750001.05=09115T=V/Q=1100/09115=12068S 45.76GT=45.761206.8=55220.58 20G70. 10000GT100000 5.某機(jī)械絮凝池分成三格。各格有效尺寸為26m(寬)2.6m(長(zhǎng))42m(深)。每格設(shè)一臺(tái)垂直軸漿板攪拌器,構(gòu)造按圖15-21,設(shè)各部分尺寸為:r2=1050m;漿板長(zhǎng)1400mm,寬120mm,ro=525mm。葉輪中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)線速度為: 第一格V1=0.5m/s第二格v2=032m/s第三格v3=02m/s 求:3臺(tái)攪拌機(jī)所需攪拌功率及相應(yīng)的平均速度梯度G值(水溫按20計(jì))。 解:設(shè)槳板相對(duì)于水流的線速度等于槳板旋轉(zhuǎn)線速度的0.75倍,則相對(duì)于水流的葉輪轉(zhuǎn)速為 6.設(shè)原水懸浮物體積濃度510-5。假定懸浮顆粒粒徑均勻，有效碰撞系數(shù)1，水溫按15計(jì)。設(shè)計(jì)流量Q360m3/h。攪拌功率（或功率消耗）P=195W。試求： （1） 絮凝池按PF型反應(yīng)器考慮，經(jīng)15min絮凝后，水中顆粒數(shù)量濃度將降低百分之幾？ （2）采用3座同體積機(jī)械絮凝池串聯(lián)（機(jī)械絮凝池按CSTR型反應(yīng)器考慮），絮凝池總體積與（1）相同。攪拌功率仍為195W，設(shè)3座絮凝池?cái)嚢韫β史謩e為：P1=100W，P2=60W，P3=35W，試問顆粒數(shù)量濃度最后降低百分之幾？解:(1):采用PF型反應(yīng)器 V=QT=36015/60=9