水質(zhì)工程學(xué)(Ⅰ)例題、思考題、習(xí)題參考答案

1、水質(zhì)工程學(xué)例題、思考題、習(xí)題參考答案第1章水質(zhì)與水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)1. 水中雜質(zhì)按尺寸大小可分為幾類？了解各類雜質(zhì)主要來源、特點(diǎn)及一般去除方法。水中雜質(zhì)按尺寸大小分為懸浮物、膠體、溶解物三類。懸浮物: 尺寸較大（1?m-1mm），可下沉或上浮（大顆粒的泥砂、礦碴下沉，大而輕的有機(jī)物上浮） 主要是泥砂類無機(jī)物質(zhì)和動(dòng)植物生存過程中產(chǎn)生的物質(zhì)或死亡后的腐敗產(chǎn)物等有機(jī)物。這類雜質(zhì)由于尺寸較大，在水中不穩(wěn)定，常常懸浮于水流中。當(dāng)水靜置時(shí)，相對密度小的會(huì)上浮與水面，相對密度大的會(huì)下沉，因此容易去除。膠體: 尺寸很?。?0nm-100nm ）,具有穩(wěn)定性，長時(shí)靜置不沉。主要是粘土、細(xì)菌和病毒、腐殖質(zhì)和蛋白質(zhì)等。膠體通

2、常帶負(fù)電荷，少量的帶正電荷的金屬氧化物 膠體。般可通過加入混凝劑進(jìn)去去除。溶解物:O2、CO2、主要是呈真溶液狀態(tài)的離子和分子，如Ca2+、Mg2+、Cl-等離子，HCOf、SO42等酸根,H2S、SO2、NH3等溶解氣體分子。溶解物與水成均相，透明。但可能產(chǎn)生色、臭、味。是某些工業(yè)用水的去除對象，需要特殊處理。有毒有害的無機(jī)溶解物和有機(jī)溶解物也是生活飲用水 的去除對象。2. 各種典型水質(zhì)特點(diǎn)。（數(shù)值可不記）江河水：易受自然條件影響，濁度高于地下水。江河水年內(nèi)濁度變化大。含鹽量較低，一般在70900mg/L之間。硬度較低，通常在 50400mg/L(以CaCO3計(jì))之間。江河水易受工業(yè)廢水和生

3、活污水的污染，色、臭、味變化較大，水溫不穩(wěn)定。湖泊及水庫水：主要由河水補(bǔ)給，水質(zhì)類似河水，但其流動(dòng)性較小，濁度較低；湖水含藻類較多, 易產(chǎn)生色、臭、味。湖水容易受污染。含鹽量和硬度比河水高。湖泊、水庫水的富營養(yǎng)化已成為嚴(yán) 重的水污染問題。海水：海水含鹽量高，在7.543.0g/L之間，以氯化物含量最高，約占83.7%，硫化物次之，再次為碳酸鹽，其它鹽類含量極少。海水須淡化后才可飲用。地下水：懸浮物、膠體雜質(zhì)在土壤滲流中已大部分被去除，水質(zhì)清澈，不易受外界污染和氣溫變化 的影響，溫度與水質(zhì)都比較穩(wěn)定，一般宜作生活飲用水和冷卻水。含鹽量通常高于地表水(海水除外),大部分地下水含鹽量在1005000

4、mg/L,硬度通常在100500mg/L(以CaCO?計(jì))，含鐵量一般 10mg/L以下，個(gè)別達(dá) 30mg/L。3. 生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB5749-2006)分類指標(biāo)。生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)有四類指標(biāo)：水的感官性狀和一般化學(xué)指標(biāo)、微生物學(xué)指標(biāo)、毒理性指標(biāo)、放 射性指標(biāo)。pH值、總硬度、鐵、錳、銅、鋅、揮發(fā)酚水的感官性狀和一般化學(xué)指標(biāo)：色度、渾濁度、臭和味、 類、陰離子合成洗滌劑、硫酸鹽、氯化物、溶解性總固體等。微生物學(xué)指標(biāo)：細(xì)菌總數(shù)、大腸菌群、游離性余氯。補(bǔ)充:1、水體的富營養(yǎng)化:水體的富營養(yǎng)化是指富含磷酸鹽和某些形式的氮素的水，在光照和其他環(huán)境條件適宜的情況下，水 中所含的這些營養(yǎng)物質(zhì)足以使

5、水體中的藻類過量生長，在隨后的藻類死亡和隨之而來的異養(yǎng)微生物 代謝活動(dòng)中，水體中的溶解氧很可能被耗盡，造成水體質(zhì)量惡化和水生態(tài)環(huán)境結(jié)構(gòu)破壞的現(xiàn)象。(1)使水味變得腥臭難聞。(2)降低水的透明度。(3)消耗水中的溶解氧。(4)向水體中釋放有毒物質(zhì)。水體的富營養(yǎng)化危害很大，對人類健康、水體功能等都有損害，包括:2、水體的自凈:水體的自凈是指水體在流動(dòng)中或隨著時(shí)間的推移，水體中的污染物自然降低的現(xiàn)象。通過化學(xué)作用和生物作用對水體中有機(jī)物的氧化分解，使污染物質(zhì)濃度衰減，是水體自凈的主要過程。第2章水的處理方法概論例題1.某水樣采用CMB反應(yīng)器進(jìn)行氯消毒實(shí)驗(yàn)，假定投氯量一定，經(jīng)實(shí)驗(yàn)知：細(xì)菌被滅活速率為一

6、級(jí)反應(yīng)，且k= 0.92min-1，求細(xì)菌滅活99%時(shí)所需時(shí)間為多少?解：設(shè)原有細(xì)菌密度為C0, t時(shí)后尚存活的細(xì)菌密度為Ci，被殺死的細(xì)菌密度則為C0-Ci，根據(jù)題意，在t時(shí)刻，C0-Ci/C0=99% , Ci = 0.01C0，細(xì)菌被滅速率等于活細(xì)菌減少速率，于是,r (Ci )=-k ?Ci = -0.92 Ci，代入公式得，t= -In(0.01 C0/ C0)/0.92=-4.6/(-0.92)=5min2.采用CSTR反應(yīng)器作為氯化消毒池，條件同上，求細(xì)菌去除率達(dá)到99%,所需消毒時(shí)間為多少?解：Ci = 0.01C0 , k= 0.92 min-1，代入公式得： =(C0/ C

7、i)-1/k=(C0/ 0.01C0)-1/0.92= 107.6 min對比可知，采用 CSTR反應(yīng)器所需消毒時(shí)間幾乎是 CMB反應(yīng)器時(shí)間的21.5倍，由于CSTR反應(yīng)器僅僅是在細(xì)菌濃度為最終濃度Ci = 0.01C0下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)速度很低。3.在上題中若采用 2個(gè)CSTR反應(yīng)器串聯(lián),求所需要消毒時(shí)間為多少?)2解：Cn /C0= 0.01,n=2, 0.0仁1/(1+0.92=9.9min ;= 2 =2*9.9=19.8min由此可知，采用 2個(gè)CSTR反應(yīng)器串聯(lián)，所需消毒時(shí)間比1個(gè)反應(yīng)器大大縮小。串聯(lián)的反應(yīng)器數(shù)量越多，所需反應(yīng)時(shí)間越短。1. 水的主要物理化學(xué)處理方法。混凝：通過投加化

8、學(xué)藥劑，使水中的懸浮固體和膠體聚集成易于沉淀的絮凝體。-液或液-液分離的方法。沉淀和澄清：通過重力作用，使水中的懸浮顆粒、絮凝體等物質(zhì)被分離去除。浮選：利用固體或液滴與它們在其中懸浮的液體之間的密度差，實(shí)現(xiàn)固過濾：使固-液混合物通過多孔材料（過濾介質(zhì)），從而截留固體并使液體（濾液）通過的過程。膜分離：利用膜的孔徑或半滲透性質(zhì)實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離。吸附：通常在水處理中指固相材料浸在液相或氣相中,液相或氣相物質(zhì)固著到固相表面的傳質(zhì)現(xiàn)象。固著在這些基團(tuán)上的正、離子交換：在分子結(jié)構(gòu)上具有可交換的酸性或堿性基團(tuán)的不容性顆粒物質(zhì), 負(fù)離子能和基團(tuán)所接觸的液體中的同符號(hào)離子交換為對物質(zhì)的物理外觀毫無明顯的改變，也

9、不引起 變質(zhì)或增溶作用的過程。中和：把水的pH調(diào)整到接近中性或是調(diào)整到平衡pH值的任何處理。氧化與還原：改變某些金屬或化合物的狀態(tài)，使他們變成不溶解的或無毒的。2. 反應(yīng)器原理用于水處理有何作用和特點(diǎn)?作用：應(yīng)用反應(yīng)器理論，能夠確定水處理裝置的最佳形式，估算所需尺寸，確定最佳的操作條件。利用反應(yīng)器的停留時(shí)間分布函數(shù)，可以判斷物料在反應(yīng)器里的流動(dòng)模型，也可以計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn) 化率。特點(diǎn)：水處理反應(yīng)器較多在常溫常壓下工作；水處理反應(yīng)器的進(jìn)料多是動(dòng)態(tài)的；水處理工程中通常 都是采用連續(xù)式反應(yīng)器。3. 反應(yīng)器的類型。按反應(yīng)器內(nèi)物料的形態(tài)可以分為均相反應(yīng)器和多相反應(yīng)器。按反應(yīng)器的操作情況可以分為間歇式反應(yīng)

10、器和連續(xù)流式反應(yīng)器兩大類。連續(xù)流式反應(yīng)器有活塞流反應(yīng)器（管式反應(yīng)器）和恒流攪拌反應(yīng)器（連續(xù)攪拌罐反應(yīng)器）兩種完全 對立的理想類型。4. 理想反應(yīng)器模型及其特點(diǎn)。通過簡化可得3種理想反應(yīng)器：完全混合間歇式反應(yīng)器（ CMB型）、完全混合連續(xù)式反應(yīng)器（CSTR型）、推流式反應(yīng)器（PF型）。完全混合間歇式反應(yīng)器（CMB型） 反應(yīng)物投入容器后，通過攪拌使物質(zhì)均勻混合，同時(shí)發(fā)生反應(yīng)，直到反應(yīng)物到預(yù)期要求時(shí)，停止操 作，排出反應(yīng)產(chǎn)物。在反應(yīng)過程中不存在由物質(zhì)遷移而導(dǎo)致的物質(zhì)輸入和輸出，且假定在恒溫下操作。CMB型反應(yīng)器通常用于實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)或少量的水處理。完全混合連續(xù)式反應(yīng)器（CSTR型） 當(dāng)反應(yīng)物投入反應(yīng)器后

11、，經(jīng)攪拌立即與反應(yīng)器內(nèi)的料液達(dá)到完全均勻混合，新的反應(yīng)物連續(xù)輸入, 反應(yīng)產(chǎn)物也連續(xù)輸出。輸出的產(chǎn)物濃度和成分與反應(yīng)器內(nèi)的物料相同。進(jìn)口濃度和出口濃度不一樣。由于快速混合，輸出取隔板厚度8= 0.1m，共19塊隔板，則絮凝池總長度L為:的物料各部分的停留時(shí)間各不相同。推流式反應(yīng)器（PF型） 反應(yīng)器的物料僅以相同的流速平行流動(dòng)，而無擴(kuò)散作用。物料濃度在垂直液流方向完全均勻，而沿 著液流方向?qū)l(fā)生變化。這種流型的唯一的質(zhì)量傳遞就是平行流動(dòng)的主流傳遞。5. 典型給水處理工藝流程。典型地表水處理流程: 原水7混凝7沉淀7過濾7消毒7飲用水典型除污染給水處理流程: 原水7預(yù)氧化7混凝7沉淀7過濾7活性炭吸

12、附7消毒7飲用水一般冷卻水流程:1、原水7自然沉淀7冷卻用水 2、原水7自然沉淀7混凝7沉淀7冷卻用水除鹽水處理流程: 濾過水7陽離子交換7陰離子交換7除鹽水第3章凝聚和絮凝例題1.設(shè)已知K = 5.14 30-5, G= 30s-1。經(jīng)過絮凝后要求水中顆粒數(shù)量濃度減少3/4，即n0/nM=4，試按理想反應(yīng)器作以下計(jì)算:1）采用PF型反應(yīng)器所需絮凝時(shí)間為多少分鐘?2）采用CSTR反應(yīng)器（如機(jī)械攪拌絮凝池）所需絮凝時(shí)間為多少分鐘?3）采用4個(gè)CSTR型反應(yīng)器串聯(lián)所需絮凝時(shí)間為多少分鐘?解：公式詳見書本 P74式3-41、42、431）將題中數(shù)據(jù)代入公式得:2）將題中數(shù)據(jù)代入公式得:=In4/(5

13、.14 10-5 30) = 899s= 15min=(4-1) /(5.14 13-5 30)= 1946s = 32min4個(gè)機(jī)械絮凝池串聯(lián)時(shí)，絮凝效總絮凝時(shí)間=4 = 4X269= 1076s = 18min由此可知，推流型絮凝池的絮凝效果優(yōu)于單個(gè)機(jī)械絮凝池，但采用 果接近推流型絮凝池。2. 某地表水源的總堿度為0.2mmol/L。市售精制硫酸鋁（含 AI2O3約16%）投量為28mg/L。試估算石灰（市售品純度為 50%）投量為多少 mg/L。解：投藥量折合Al2O3為28mg/LX16 %= 4.48mg/L , Al2O3分子量為102，故投藥量相當(dāng)于 4.48/102=0.044

14、 mmoI/L，剩余堿度取 0.37 mmoI/L，則得:CaO=3 >0.044 0.2+0.37 = 0.3 mmoI/LCaO分子量為56,則市售石灰投量為:0.3 >6/0.5=33 mg/L。3. 某往復(fù)式隔板絮凝池設(shè)計(jì)流量為75000m3/d ;絮凝時(shí)間采用20min ;為配合平流沉淀池寬度和深度, 絮凝池寬度22m，平均水深2.8m。試設(shè)計(jì)各廊道寬度并計(jì)算絮凝池長度。解:1）絮凝池凈長度設(shè)計(jì)流量 Q=75000*1.06/24=3312.5 m3/h = 0.92 m3/s (水廠自用水量占 6%)絮凝池凈長度 L = QT/BH=3312.5*20/(22*2.8*

15、60)=17.92m 2）廊道寬度設(shè)計(jì)絮凝池起端流速取 0.55m/s，末端流速取0.25 m/s。首先根據(jù)起、末端流速和平均水深算出起末端廊道寬度，然后按流速遞減原則，決定廊道分段數(shù)和各段廊道寬度。起端廊道寬度 b = Q/Hv = 0.92/ (2.8*0.55 ) =0.597m 0.6m末端廊道寬度 b = Q/Hv = 0.92/ (2.8*0.25 ) =1.3m廊道寬度分為4段、各段廊道寬度和流速見下表。廊道寬度和流速計(jì)算表廊道分段號(hào)1各段廊道寬度（m)0.6 0.81.0 1.3各段廊道流速（m/s)0.55 0.410.33 0.25各段廊道數(shù)6各段廊道總凈寬（m）3.6 4

16、55.2四段廊道寬度之和 Eb= 3.6+4+5+5.2 = 17.8mL = 17.8+19*0.1 = 19.7m如要計(jì)算隔板絮凝池水頭損失和速度梯度，可根據(jù)上表有關(guān)數(shù)據(jù)按公式分別求得。思考題與習(xí)題 混凝：水中膠體粒子以及微小懸浮物的聚集過程稱為混凝，是凝聚和絮凝的總稱。凝聚：膠體脫穩(wěn)并生成微小聚集體的過程。絮凝：脫穩(wěn)膠體或微小懸浮物聚結(jié)成大的絮凝體的過程?；炷^程涉及：水中膠體的性質(zhì)； 混凝劑在水中的水解； 膠體與混凝劑的相互作用。1.何謂膠體穩(wěn)定性?膠體穩(wěn)定性是指膠體粒子在水中長期保持分散懸浮狀態(tài)的特性。2.膠體的凝聚機(jī)理。膠體的凝聚機(jī)理有 4個(gè)方面：壓縮雙電層作用、吸附 一電中和作用

17、、吸附 一架橋作用、網(wǎng)捕 一卷掃 作用。壓縮雙電層作用: 水中膠體顆粒通常帶有負(fù)電荷，使膠體顆粒間相互排斥而穩(wěn)定，當(dāng)加入含有高價(jià)態(tài)正電荷離子的電 解質(zhì)時(shí)，高價(jià)態(tài)正離子通過靜電引力進(jìn)入到膠體顆粒表面，置換出原來的低價(jià)正離子，這樣雙電層 中仍然保持電中性，但是正離子的數(shù)量減少了，即雙電層的厚度變薄了，膠體顆?；瑒?dòng)面上的位降低。當(dāng)Z電位降低至某一數(shù)值（臨界電位Zk使膠體顆粒總勢能曲線上的勢壘處Emax=O時(shí),膠體顆粒即可發(fā)生凝集作用。吸附一電中和作用: 膠體顆粒表面吸附異號(hào)離子、異號(hào)膠體顆粒或帶異號(hào)電荷的高分子，從而中和了膠體顆粒本身所帶 部分電荷，減少了膠體顆粒間的靜電斥力，使膠體更易于聚沉。這種

18、吸附作用的驅(qū)動(dòng)力包括靜電引 力、氫鍵、配位鍵和范德華力等，具體何種作用為主要驅(qū)動(dòng)力，由膠體特性和被吸附物質(zhì)本身的結(jié) 構(gòu)決定。吸附一架橋作用: 不帶電，帶異號(hào)電荷，甚至帶有與膠粒同性電荷的高分子物質(zhì)在范德華引力、共價(jià)鍵、氫鍵或其他 物理化學(xué)作用下，與膠粒也產(chǎn)生吸附作用。膠粒-高分子-膠?！钡男跄w。當(dāng)高分子鏈的一端吸附了某一膠粒后，另一端又吸附另一膠粒，形成 在這里高分子起了膠粒與膠粒之間的橋梁作用，故稱為吸附架橋作用。網(wǎng)捕一卷掃作用: 當(dāng)鋁(鐵)鹽混凝劑投量很大而形成大量氫氧化物沉淀時(shí)，會(huì)像多孔的網(wǎng)一樣，將水中的膠體顆粒 和懸浮濁質(zhì)捕獲、卷掃下來，稱網(wǎng)捕或卷掃作用。這是一種機(jī)械作用，所需的混凝

19、劑投量與原水雜 質(zhì)含量成反比，即雜質(zhì)少，用量多。3. 混凝過程中，壓縮雙電層和吸附-電中和作用有何區(qū)別？簡要敘述硫酸鋁混凝作用機(jī)理及其與水的pH值的關(guān)系。壓縮雙電層作用是高價(jià)態(tài)正電荷離子置換出膠體顆粒表面的低價(jià)正離子，雙電層中仍保持電中性,Z電位降低。但是正離子的數(shù)量減少，雙電層的厚度變薄，膠體顆?；瑒?dòng)面上的 而吸附一電中和作用是異號(hào)離子、異號(hào)膠體顆粒、帶異號(hào)電荷的高分子中和膠體顆粒本身所帶部分 電荷，減少膠體顆粒間的靜電斥力。膠體顆粒表面電荷不但可能被降為零，而且還可能帶上相反的 電荷，即膠體顆粒反號(hào)，發(fā)生再穩(wěn)定的現(xiàn)象。硫酸鋁的混凝機(jī)理:pH、不同pH條件下，鋁鹽可能產(chǎn)生的混凝機(jī)理不同。何種

20、作用機(jī)理為主，決定于鋁鹽的投加量、溫度等。實(shí)際上，幾種可能同時(shí)存在。其中，水的pH值直接影響AI3+的水解聚合反應(yīng)。P H<3簡單的水合鋁離子起壓縮雙電層作用;pH=4 5多核羥基絡(luò)合物起吸附電性中和作用；除色時(shí)適宜。pH=6.57.5氫氧化鋁聚合物起吸附架橋作用；絮凝的主要作用，除濁時(shí)最佳。4. 高分子混凝劑投量過多時(shí)，為什么混凝效果反而不好?(1)、壓縮雙電層作用：電位最多可降至0，因而不能解釋以下兩種現(xiàn)象：(1)混凝劑投加過多, 混凝效果反而下降；(2)與膠粒帶同樣電荷的聚合物或高分子有機(jī)物也有好的凝集效果。(2) 、吸附一電中和作用：膠體顆粒與異號(hào)離子作用，首先是吸附，然后才是電

21、荷中和，因此當(dāng)投加混凝劑時(shí)，膠體顆粒表面電荷不但可能被降為零，還可能帶上相反電荷。即膠體顆粒反號(hào)，發(fā)生 重新穩(wěn)定的現(xiàn)象。(3) 、吸附一架橋作用：當(dāng)高分子物質(zhì)投加過多時(shí)，膠體顆粒表面被高分子所覆蓋，兩個(gè)膠體顆粒接近時(shí)，受到膠粒與膠粒之間因高分子壓縮變形產(chǎn)生的反彈力和帶電高分子之間的靜電排斥力，使 膠體顆粒不能凝集。(4) 、網(wǎng)捕一卷掃作用：金屬氫氧化物在形成過程中對膠粒的網(wǎng)捕與卷掃，所需混凝劑與原水雜質(zhì)含量成反比，即當(dāng)原水膠體含量少時(shí)，所需混凝劑多，反之亦然。當(dāng)混凝劑加量大時(shí)，混凝劑相互之間會(huì)有影響，使上述各種作用能力發(fā)生變化，但不都是作用力加強(qiáng)，大于混凝劑的最佳投藥量時(shí)，再投加混凝劑反而效果

22、會(huì)降低。5. 目前我國常用的混凝劑有哪幾種？各有何優(yōu)缺點(diǎn)?我國常用的混凝劑有：（無機(jī)鹽類：）硫酸鋁、三氯化鐵；（高分子混凝劑：）聚合氯化鋁（PAC）、聚 合硫酸鐵。硫酸鋁：采用硫酸鋁作混凝劑時(shí)，運(yùn)輸方便，操作簡單，混凝效果好。但水溫低時(shí)，硫酸鋁水解困 難，形成的絮凝體較松散，混凝效果變差。粗制硫酸鋁由于不溶性雜質(zhì)含量高，使用時(shí)廢渣較多, 帶來排除廢渣方面的操作麻煩，而且因酸度較高而腐蝕性強(qiáng)，溶解與投加設(shè)備需要考慮防腐。三氯化鐵：采用三氯化鐵作混凝劑時(shí)，易溶解，形成的絮凝體比鋁鹽絮凝體密實(shí)，沉降速度快，處理底紋、低濁水時(shí)效果優(yōu)于硫酸鋁，使用的pH值范圍較寬，投加量比硫酸鋁小。但三氯化鐵固體產(chǎn)品極

23、易吸水潮解，不易保管，腐蝕性較強(qiáng)，對金屬、混凝土、塑料等均有腐蝕性，處理后水色度 比鋁鹽處理水高，最佳投加量范圍較窄，不易控制。聚合氯化鋁（PAC）:聚合氯化鋁作混凝劑時(shí)，形成混凝體速度快，絮凝體大而密實(shí)，沉降性能好;投加量比無機(jī)鹽類混凝劑低；對原水水質(zhì)適應(yīng)性好，無論是低溫、低濁、高濁、高色度、有機(jī)污染等原水，均保持較穩(wěn)定的處理效果；最佳混凝pH值范圍較寬，最佳投加量范圍寬，一定范圍內(nèi)過pH值和堿度量投加不會(huì)造成水的 pH值大幅度下降，不會(huì)突然出現(xiàn)混凝效果很差的現(xiàn)象；由于聚合氯化鋁的鹽基度比無機(jī)鹽類高，因此在配制和投加過程中藥液對設(shè)備的腐蝕程度小，處理后水的 變化也較小。聚合硫酸鐵：采用聚合硫

24、酸鐵作混凝劑時(shí)，混凝劑用量少；絮凝體形成速度快、沉降速度快；有效 的pH值范圍寬；與三氯化鐵相比腐蝕性大大降低；處理后水的色度和鐵離子含量均較低。6. 什么叫助凝劑？常用的有哪幾種？在什么情況下需要投加助凝劑?凡能提高或改善混凝劑作用效果的化學(xué)藥劑可稱為助凝劑。常用的助凝劑按其投加目的可分為以下幾類:吸附架橋改善已形成的絮體結(jié)構(gòu)；如活化硅酸（SiO2 nH20 ）、骨膠、聚丙烯酰胺（PAM ）等高分子絮凝劑;Cl2、03 等;Fe2+氧化成Fe3 +。 調(diào)節(jié)原水酸堿度，促進(jìn)混凝劑水解；如投加石灰、硫酸等; 破壞水中有機(jī)污染物對膠體顆粒穩(wěn)定作用，改善混凝效果；如投加 改善混凝劑形態(tài)，促進(jìn)混凝效果

25、。如硫酸亞鐵作混凝劑使用時(shí)，應(yīng)將7. 何謂同向絮凝和異向絮凝？兩者的絮凝速率（或碰撞速率）與哪些因素有關(guān)?異向絮凝：由布朗運(yùn)動(dòng)引起的顆粒碰撞聚集稱為異向絮凝。布朗運(yùn)動(dòng)所造成的顆粒碰撞速率與水溫成正比,與顆粒的數(shù)量濃度平方成正比，而與顆粒尺寸無關(guān)。同向絮凝：由水力或機(jī)械攪拌所造成的流體運(yùn)動(dòng)引起的顆粒碰撞聚集稱為同向絮凝。顆粒同向碰撞速率與顆粒濃度平方成正比，與粒徑的三次方（即體積）成正比，與速度梯度G成正比。8.混凝實(shí)驗(yàn)的操作過程，采用何種混凝劑，用理論說明混凝實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的水質(zhì)變化。硫酸鋁、三氯化鐵、聚合氯化鋁（PAC）、聚合氯化鐵、聚丙烯酰胺（PAM ）。參照第5題及實(shí)驗(yàn)。9.絮凝過程中，G值

26、的真正涵義是什么？沿用已久的 G值和GT值的數(shù)值范圍存在什么缺陷？請寫出機(jī)械絮凝池和水力絮凝池的G值公式。G值反映了能量消耗的概念，即一個(gè)瞬間受剪而扭轉(zhuǎn)的單位體積水流所消耗的功率。10.根據(jù)反應(yīng)器原理，什么形式的絮凝池效果較好？折板絮凝池混凝效果為什么優(yōu)于隔板絮凝池?PF型（推流型）優(yōu)于單個(gè) CSTR型（完全混合連續(xù)型）。單個(gè)機(jī)械絮凝池接近于 CSTR型（完全混合連續(xù)型）型反應(yīng)器，故宜分格串聯(lián)。分格愈多，愈接近于PF型（推流型），絮凝效果愈好。折板絮凝池是在隔板絮凝池基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。將隔板絮凝池中的平直隔板改變成間距較小的具有定角度的折板以產(chǎn)生更多的微渦旋，增加絮凝體顆粒碰撞的機(jī)會(huì)。與隔板絮

27、凝池相比，折板絮凝池可以縮短總絮凝時(shí)間，絮凝效果良好。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?影響水混凝的主要因素有：水溫、pH值、堿度、水中濁質(zhì)顆粒濃度、水中有機(jī)污染物、混凝劑種類與投加量、混凝劑投加方式、水利條件。水溫：水溫對混凝效果有較大的影響，最適宜的混凝水溫為2030C之間。水溫低時(shí)，絮凝體形成緩慢，絮凝顆粒小，混凝效果較差。水溫高時(shí)，混凝劑水解反應(yīng)速度快，形成的絮凝體水合作用增強(qiáng)、松散不易沉降。pH值：pH主要從兩方面影響混凝效果:1、水的pH值直接與水中膠體顆粒的表面電荷和電位有關(guān),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;2

28、、水的pH值對混凝劑的水解反應(yīng)有顯著影響，不同的混凝劑的最佳水解反應(yīng)所需要的pH值范圍不同。因此水的pH值對混凝效果的影響因混凝劑種類而異。堿度：由于混凝劑加入原水后，發(fā)生水解反應(yīng)，反應(yīng)過程中需要消耗水中的堿度，特別是無機(jī)鹽類pH值降具有電中和能力的混凝劑水解形態(tài)不完全一樣,因此投加到水中后產(chǎn)生的混凝效果也不一樣。另外,混凝劑，消耗的堿度更多。當(dāng)原水中堿度很低時(shí)，投入混凝劑因消耗水中的堿度而使水的 低，如果pH值超出混凝劑的最佳混凝 pH值范圍，將使混凝效果受到顯著影響。水中濁質(zhì)顆粒濃度：濁質(zhì)顆粒濃度過低時(shí)，顆粒間的碰撞幾率大大減小，混凝效果變差。濁質(zhì)顆粒 濃度過高時(shí)，要使膠體顆粒脫穩(wěn)所需的混

29、凝劑量也將大幅度增加。水中有機(jī)污染物：水中有機(jī)物對膠體有保護(hù)穩(wěn)定作用，將膠體顆粒保護(hù)起來，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)凝集作用。混凝劑種類與投加量：不同種類的混凝劑的水解特性和使用的水質(zhì)情況完全不同，因此應(yīng)根據(jù)原水 水質(zhì)情況優(yōu)化選用適當(dāng)?shù)幕炷齽┓N類。一般情況下，混凝效果隨混凝劑投加量的增加而提高，但當(dāng) 混凝劑的用量達(dá)到一定值后，混凝效果達(dá)到頂峰，再增加混凝劑用來則混凝效果反而下降，所以要 控制混凝劑的最佳投量?；炷齽┩都臃绞剑汗腆w混凝劑與液體混凝劑甚至不同濃度的液體混凝劑之間，其中能壓縮雙電層或如果除投加混凝劑之外還投加其他助凝劑，則各種藥劑之間的投加先后順序?qū)炷?/p>

30、效果也有很大影 響。水利條件：水利條件包括水力強(qiáng)度和作用時(shí)間兩方面的因素?；炷^程分為快速混合與絮凝反應(yīng)兩 個(gè)連續(xù)不可分割的階段，不同階段所需要的水利條件也不同。12.混凝劑有哪幾種投加方式 ？各有何優(yōu)缺點(diǎn)和其適用條件?;溶液投加（濕投）中按藥液加注到原水中按混凝劑的狀態(tài)分固體投加（干投）和溶液投加（濕投） 的動(dòng)力來源分重力投加和壓力投加。壓力投加分水射器投加和泵投加。按混凝劑投加到原水中的位置分泵前投加和泵后投加;干投：把固態(tài)混凝劑不經(jīng)水溶直接投加到要處理的原水中。需要專門的干投機(jī)，而且要求固體藥劑 顆粒細(xì)小而且均勻，易溶于水，投加到水中后能迅速溶解。濕投：將混凝劑先溶解配制成一定濃度的水溶

31、液，然后再投加到要處理的原水中。重力投加：利用混凝劑溶液的重力，將混凝劑溶液從較高的溶液池自動(dòng)流向并加注到原水中的投加 方式。這種投加方式安全可靠，節(jié)省動(dòng)力。但是僅適合溶液池位置較高的情況。壓力投加：利用水力或電動(dòng)力來將混凝藥液加注到原水中的投加方式。水射器投加：利用高壓水通過水射器噴嘴與喉管之間形成的抽吸作用將藥液吸入，并借助水的余壓 將藥液加注到原水中。設(shè)備簡單，使用方便，對溶液池高度無特殊要求。但水射器效率較低而且易 磨損。泵投加：利用泵將電能轉(zhuǎn)變成動(dòng)能將藥液加注到原水中的投加方式。分計(jì)量泵投加和離心泵投加。離心泵投加需要配置相應(yīng)的計(jì)量設(shè)置，計(jì)量泵投加則不用另配計(jì)量裝置，并可通過改變計(jì)量

32、泵沖程或變頻調(diào)速來改變藥液的投加量，適用于混凝劑投加自動(dòng)控制系統(tǒng)。13.當(dāng)前水廠中常用的混合方法有哪幾種？各有何優(yōu)缺點(diǎn)？在混合過程中，控制G值的作用是什么？水廠中常用的混合方法有：水力混合、水泵混合、管式混合、機(jī)械混合。混合設(shè)施基本要求：藥劑與水混合必須快速均勻。水力混合：是建設(shè)有專用的不同形式的構(gòu)筑物來達(dá)到特定的水利條件以完成藥劑與原水的混合。構(gòu)造簡單，但難以適應(yīng)水質(zhì)、水量等條件的變化，占地面積大。目前已較少采用。水泵混合：是講混凝劑投加到原水泵之前吸水管或吸水喇叭口處，利用水泵葉輪高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的渦流而達(dá)到混合目的。水泵混合效果好，不需不需另建混合設(shè)施，節(jié)省動(dòng)力，適合于大、中、小型水廠。但混

33、凝劑對水泵有可能產(chǎn)生腐蝕作用，取水泵房距離水廠處理構(gòu)筑物距離大于150m時(shí)不宜采用。管式混合：利用從原水泵后到絮凝反應(yīng)設(shè)施之間的這一段壓水管使藥劑與原水混合。構(gòu)造簡單，無需另建混合設(shè)施。但混合效果不穩(wěn)定，流速低時(shí)混合不充分。常用的管式混合器是管道靜態(tài)混合器,混合快速均勻效果好，構(gòu)造簡單，無活動(dòng)部件，安裝方便。機(jī)械混合：在混合池內(nèi)安裝攪拌裝置，以電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)攪拌裝置使藥劑與原水混合。攪拌器可采用槳板式、螺旋槳式、推進(jìn)式等多種形式。混合效果好，不受水量水質(zhì)變化的影響，適用于各種規(guī)模的水廠。但增加了機(jī)械設(shè)備成本并增加了相應(yīng)的機(jī)電維修工作量?；旌线^程中，控制 G值的作用是控制絮凝效果。14.當(dāng)前水廠中常

34、用的絮凝設(shè)備有哪幾種？各有何優(yōu)缺點(diǎn)？在絮凝過程中，為什么G值應(yīng)自進(jìn)口至出口逐漸減小?絮凝設(shè)施可分為水力絮凝反應(yīng)設(shè)施和機(jī)械絮凝反應(yīng)設(shè)施兩大類。常用的絮凝設(shè)備有：隔板絮凝池、折板絮凝池、機(jī)械絮凝池及其他形式絮凝池（柵條、網(wǎng)格絮凝池;穿孔旋流絮凝池等）。絮凝設(shè)施基本要求：混合后，通過絮凝設(shè)備應(yīng)形成肉眼可見的大的密實(shí)絮凝體。隔板絮凝池：有往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式兩種。構(gòu)造簡單、管理方便、效果較好。但絮凝時(shí)間較長、容積較大、轉(zhuǎn)彎處局部水頭損失大，容易引起絮凝體破碎。折板絮凝池：有同波折板和異波折板兩種。與隔板絮凝池相比，總絮凝時(shí)間縮短，絮凝效果良好。機(jī)械絮凝池：單個(gè)機(jī)械絮凝池接近于CSTR （完全混合連續(xù)型）型反

35、應(yīng)器，故宜分格串聯(lián)。分格愈多，愈接近于 PF （推流型），絮凝效果愈好。但分格愈多，造價(jià)愈高、維修工作量也愈大。攪拌器有：槳板和葉輪式等。目前我國常用槳板。攪拌軸安裝位置有水平和垂直兩種。水平軸式實(shí)適用于大型水廠；垂直軸式實(shí)適用于中、小型水廠。在絮凝反應(yīng)過程中，為了保證絮凝體不被打碎，并使絮凝體容積較小，節(jié)省建設(shè)費(fèi)用，在工程中于絮凝開始顆粒很小時(shí)采用大的 G值，并隨著絮凝體尺寸增大而逐漸減小G值，最后絮凝體增至最大時(shí)采用最小的 G值。即絮凝過程中， G值應(yīng)自進(jìn)口至出口逐漸減小。15.河水總堿度O.1mmol/L （按CaO計(jì)），硫酸鋁（含AI2O3約16%）投加量為25mg/L。問是否需要投加

36、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)）？16.設(shè)聚合鋁A12（OH）n?CI6-nm在制備過程中，控制m = 5, n= 4,試求該聚合鋁的堿化度為多少?17.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。混凝劑每日調(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?18.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值和GT值各為多少？（水廠自用水量為5%）19.設(shè)原水懸浮物體積

37、濃度4）= 5X10-5。假定懸浮顆粒粒徑均勻，有效碰撞系數(shù)a= 1,水溫按15C計(jì)。設(shè)計(jì) ，流量 Q= 360m3/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?第4章沉例題1.設(shè)計(jì)日產(chǎn)水量為10萬m3的平流式沉淀池。水廠本身用水占5%。采用兩組池子。解：1）.每組設(shè)計(jì)流量Q =

38、100000 >1.05/(2 24)= 2187.5 m3/h = 0.608 m3/s 2）設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的選用表面負(fù)荷 Q/A=0.6mm/s = 51.8m3/ (m2?d),沉淀池停留時(shí)間 T=1.5h ;沉淀池水平流速為 v = 14 mm/s。3）計(jì)算沉淀池表面積 A = 2187.5 44/51.8 = 1013.5 m2沉淀池長 L = 3600/1000 41441.5= 75.6m，采用 76m。沉淀池寬B=1013.5/76=13.3m，采用13.4m。由于寬度較大，沿縱向設(shè)置一道隔墻分成兩格，每格寬 為 13.4/2=6.7m。0.2m/s，則孔口總面積為沉淀池有效水

39、深 H = QT/BL = 2187.5 4.5/ （13.4 46） =3.22m，采用3.5m （包括保護(hù)高）。絮凝池與沉淀池之間采用穿孔布水墻，穿孔墻上的孔口流速采用0.608/0.2=3.04 m2。每個(gè)孔口尺寸定為15cmX8cm，則孔 口數(shù)為 3.04/ (0.15*0.08 ) =253 個(gè)。沉淀池放空時(shí)間按 3h計(jì)，則放空管直徑按公式計(jì)算:，采用 DN350mm。出水渠斷面寬度采用 1.0m，出水渠起端水深按公式計(jì)算:為保證堰口自由落水，出水堰保護(hù)高采用0.1m，則出水渠深度為 0.68m。4）水力條件校核水流截面積 3= 6.7 4.32= 21.57m水流濕周 X 6.7+

40、2 43.22 = 13.14 m水力半徑 R=21.574/13.14=1.64m(A/p)弗勞德數(shù) Fr = v2/Rg=1.42/ (164X981 )= 1.2 40-5雷諾數(shù) Re = vR/u =1.4 4 164/0.0=22960 (按水溫 20 C 計(jì))2.設(shè)計(jì)單池產(chǎn)水量為15000 m3/d的斜管沉淀池。水廠自用水按5%計(jì)。解:1）設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)流量 Q=15000m3/d< 1.05/24 = 650 m3/h= 0.18 m3/s表面負(fù)荷取 q= 10 m3/ (m2?h)= 2.8mm/s斜管材料采用厚 0.4mm塑料板熱壓成正六角形管，內(nèi)切圓直徑d = 25mm

41、,長1000mm，水平傾角0=60°2）計(jì)算按公式求得清水區(qū)面積:A = Q/q=0.18/0.0028=64.5 m2采取沉淀池尺寸為 5.5 >12= 66 m2,為了配水均勻，進(jìn)水區(qū)布置在12m長的一側(cè)。在5.5m的長度中扣除無效長度0.5m。因此凈出口面積（考慮斜管結(jié)構(gòu)系數(shù)1.03）:A' =(5.50.5) 12/1.03=58 m2采用保護(hù)高0.3m，清水區(qū)高度1.2m，配水區(qū)高度1.5m，穿孔排泥槽高 0.80m，斜管高度h= Lsin 0=LXsi n60 = 0.87m，池子總高度 H = 0.30+1.2+1.5+0.80+0.87 = 4.67 m

42、。沉淀池進(jìn)口采用穿孔墻，排泥采用穿孔管，集水系統(tǒng)采用穿孔管。3）核算a. 雷諾數(shù)水力半徑 R=d/4=25/4=6.25mm=0.625cm當(dāng)水溫t = 20C時(shí)，水的運(yùn)動(dòng)粘度u= 0.01cm2/s，按公式可求得管內(nèi)流速:V = Q/A' sin=0.18/58sin60 =(°036m/s=0.36cm/sRe= vR/ u =0.625 X 0.36/0.01=22.5b. 弗勞德數(shù) Fr = v2/Rg=0.362/ (0.625 981) =2.1 X0-4c. 斜管中的沉淀時(shí)間T=L/v=1000/3.6=280s=4.6min( 般在 2 5min 之間)。思考

43、題與習(xí)題1.什么叫自由沉淀、擁擠沉淀和絮凝沉淀?自由沉淀：單個(gè)顆粒在無邊際水體中沉淀，其下沉的過程顆粒互不干擾，且不受器皿壁的干擾，下 沉過程中顆粒的大小、形狀、密度保持不變，經(jīng)過一段時(shí)間后，沉速也不變。擁擠沉淀：當(dāng)水中含有的凝聚性顆?；蚍悄坌灶w粒的濃度增加到一定值后，大量顆粒在有限水體 中下沉?xí)r，被排斥的水便有一定的上升速度，使顆粒所受的摩擦阻力增加，顆粒處于相互干擾狀態(tài),此過程稱為擁擠沉淀。絮凝沉淀：在沉淀的過程，顆粒由于相互接觸絮聚而改變大小、形狀、密度，并且隨著沉淀深度和 時(shí)間的增長，沉速也越來越快，絮凝沉淀由凝聚性顆粒產(chǎn)生。2.理想沉淀池應(yīng)符合哪些條件？根據(jù)理想沉淀?xiàng)l件，沉淀效率與

44、池子深度、長度和表面積關(guān)系如何？ 平流沉淀池構(gòu)造：（1）進(jìn)水區(qū)；（2）沉淀區(qū)；（3）污泥區(qū)；（4）出水區(qū)。條件: 顆粒處于自由沉淀狀態(tài)，顆粒的沉速始終不變。 水流沿水平方向流動(dòng)，在過水?dāng)嗝嫔?，各點(diǎn)流速相等，并在流動(dòng)過程中流速始終不變。 顆粒沉到底就被認(rèn)為去除，不再返回水流中。關(guān)系：設(shè)理想沉淀區(qū)的深度為H，長度為L,寬度為B，進(jìn)入沉淀區(qū)的水流量為Q則有：水平流速，沉降時(shí)間，截留沉速，表面負(fù)荷對u<uO的顆粒，沉降速度為u的顆粒的沉淀效率為，則所有能夠在沉淀池中去除的，沉速小于uo的顆粒的去除率為：。對u>uO的顆粒，沉淀效率為1OO% ,即沉降速率大于截留沉速 uO的顆粒能夠全部去除

45、。 則沉速大于等于uO的顆粒全部去除率為（1-pO ）。因此，理想沉淀池的總沉淀效率式中pO沉速小于uO的顆粒重量占所有顆粒重量的百分率;由上述內(nèi)容可知，理想沉淀區(qū)的沉淀效率只與截留沉速有關(guān)，即水在沉淀區(qū)中的沉淀效率只與表面負(fù)荷有關(guān)，而與其他工藝參數(shù)（如沉淀時(shí)間、池深、水流速度等）無關(guān)。當(dāng)處理水量一定時(shí)，沉淀效率只與沉淀池的表面積有關(guān)，即沉淀池表面積越大，沉淀效率越高。3.影響平流沉淀池沉淀效果的主要因素有哪些？沉淀池縱向分格有何作用?主要因素:（1）、水流的紊動(dòng)性：水流的紊動(dòng)，影響顆粒沉淀。所以希望紊動(dòng)性小些。紊動(dòng)性大小可用雷諾數(shù) 來衡量，Re越大紊動(dòng)性越強(qiáng)。平流沉淀池一般Re=4OOO15

46、OOO，屬于紊流。只有斜板（管）可達(dá)層流。（2）、水流的穩(wěn)定性：為避免外界干擾（異重流、風(fēng)浪等），希望穩(wěn)定性越高越好。水流的穩(wěn)定性以(3)、凝聚作用的影響：實(shí)際沉淀池的水深對混凝沉淀效果也有影響。作用：降低水力半徑 R,從而降低雷諾數(shù) Re并提高弗勞德數(shù)Fr。4. 沉淀池表面負(fù)荷和顆粒截留沉速關(guān)系如何？兩者涵義有何區(qū)別?關(guān)系：對于理想沉淀池，表面負(fù)荷在數(shù)值上等于截留沉速，但意義不同。即: 區(qū)別：表面負(fù)荷是指單位沉淀面積上所承受的水流量。截留沉速是指恰好能從池頂始端沉淀到池底末端時(shí)的顆粒沉降速度。5. 平流沉淀池進(jìn)水為何采用穿孔隔墻？出水為什么往往采用出水支渠?穿孔隔墻作用：使流量均勻分布在進(jìn)水

47、截面上，盡量減少擾動(dòng)。出水支渠作用：增加出水堰的長度，降低流量負(fù)荷，避免流線過于集中。60 °6. 斜管沉淀池的理論根據(jù)是什么？為什么斜管傾角通常采用理論根據(jù)：淺池理論，即在保持截留沉速uO和水平流速v都不變的條件下，減小沉淀池的深度，就能相應(yīng)地減少沉淀時(shí)間和縮短沉淀池的長度。從另一方面來說，在原體積不變時(shí)，增加沉淀面積，可使顆粒去除率提高。斜板、斜管的傾角，應(yīng)能使沉泥能自動(dòng)下滑，其值與沉泥的性質(zhì)及顆粒粗細(xì)有關(guān)。在城市自來水的混凝沉淀池中，斜板、斜管的傾角多采用60°7. 澄清池的基本原理和主要特點(diǎn)是什么?原理：把絮凝和沉淀綜合在一個(gè)構(gòu)筑物中完成，主要靠活性泥渣層達(dá)到澄清目

48、的。當(dāng)脫穩(wěn)的雜質(zhì)隨 水流與泥渣層接觸時(shí)，便被泥渣層阻留下來，使水獲得澄清。這是把泥渣層做為接觸介質(zhì)的凈化過 程，也是一種絮凝過程，稱接觸絮凝。在絮凝的同時(shí)，雜質(zhì)從水中分離出來，清水在澄清池上部被 收集。特點(diǎn):8. 已知顆粒密度 p= 2.65g/cm3，粒徑d= 0.45mm （按球形顆粒考慮），求該顆粒在 20 C水中沉降速度為多少?9.平流沉淀池設(shè)計(jì)流量為720 m3/h。要求沉速等于和大于0.4mm/s的顆粒全部去除。試按理想沉淀?xiàng)l件，求：（1）所需沉淀池平面積為多少m2？（ 2）沉速為0.1mm/s的顆粒，可去除百分之幾?10.原水泥沙沉降試驗(yàn)數(shù)據(jù)見下表。取樣口在水面下180cm處。平

49、流沉淀池設(shè)計(jì)流量為900 m3/h ,表面積500 m2。試按理想沉淀池條件， 求該池可去除泥沙顆粒約百分之幾？（ C0表示泥沙初始濃度,C表示取樣濃度）。沉降試驗(yàn)數(shù)據(jù)取樣時(shí)間（min）015203060120180800乙I/OOGOOZO88086000/0第5章過濾例題1. 設(shè)濾池平面尺寸為 7.5m >7.0m = 52.5 m2。試設(shè)計(jì)大阻力配水系統(tǒng)。解：沖洗強(qiáng)度采用 q= 14L/s?m2 ,沖洗流量 Q= 14X52.5 = 735L/S = 0.735m3/s,1)干管采用鋼筋混凝土渠道。斷面尺寸:850mr> 850mm，長 7500mm。=1m/s。起端流速 v

50、0 = 0.735/ (0.85*0.85 )2)支管支管中心距采用 0.25m。支管數(shù)n= 7.5 >2/0.25=60根(每側(cè)30根)。支管長為(7.00-0.85-0.3 )/2沁2.93m取2.9m。式中0.3m為考慮渠道壁厚及支管末端與池壁間距。每根支管進(jìn)口流量=735/60=12.25L/s ,支管直徑選用80mm，支管截面積為5.03 Xl0-3m2,查水力計(jì)算表，得支管始端流速va= 2.47m/s。3/孔口孔口流速采用5.6m/s，孔口總面積 f = 0.735 >5.6=0.131 m2。配水系統(tǒng)開孔比a= 0.131/52.5=0.25%?？卓谥睆讲捎?mm，

51、每個(gè)孔口面積=6.36 >0-5 m2?？卓跀?shù) m= 0.131/(6.36*10-5)=2060 個(gè)?？紤]干管頂開2排孔，每排40個(gè)孔,孔口 中心距 e1 = 7.5/40=0.187m。每根支管孔口數(shù)=(2060-80 /60=33個(gè)，取34個(gè)孔，分兩排布置，孔口向下與中垂線夾角45°交錯(cuò)排列，每排17個(gè)孔，孔中心距e2= 2.9/17=0.17m。4/配水系統(tǒng)校核實(shí)際孔口數(shù) m' =34*60+80=2120 個(gè) 實(shí)際孔口總面積 f ' =2120*6.36*105=0.1348m2實(shí)際孔口流速 v' =0.735/0.1348=5.45m/s (

52、f ' / 3 0)2+(f ' /n 3 a)2=(0.1348/0.85*0.8S4B/60*5.03*10-3)2=0.25 < 0.29a= q/1000v ' =14/1000*5.45=0.268%符合配水均勻性達(dá)到95%以上的要求。2. 設(shè)濾池平面尺寸為 L=4m ,B = 3m, F= 12m2。濾層厚H2 = 70cm，沖洗強(qiáng)度采用 q = 14 L/(s ? m2)。濾層膨脹度e= 45%。試設(shè)計(jì)沖洗排水槽斷面尺寸和沖洗排水槽高度解：每個(gè)濾池設(shè) 2條沖洗排水槽，槽長 I = B = 3m,中心距=4/2=2m。每槽排水流量 Q= qF/2=14

53、*12/2=84L/s=0.084 m3/s。沖洗排水槽斷面采用標(biāo)準(zhǔn)形狀。按公式求斷面模數(shù):X = 0.45Q0.4 = 0.45*0.0840.4 m 0.17m沖洗排水槽底厚采用A 0.05m，保護(hù)高0.07m，則槽頂距砂面高度:H = eH2+2.5x+5 +0.&70.45*0.7+2.5*0.17+0.05+0.07 = 0.86m校核:沖洗排水槽總面積與濾池面積之比=2X1 >2x/F=2 X3X2 >0.17/12=0.17 < 0.25 （符合要求）思考題與習(xí)題1. 為什么粒徑小于濾層中孔隙尺寸的雜質(zhì)顆粒會(huì)被濾層攔截下來?懸浮顆粒必須經(jīng)過遷移和粘附兩個(gè)

54、過程才能完成去除的過程。遷移：包括沉淀、擴(kuò)散、慣性、截阻和水動(dòng)力效應(yīng)等5種基本作用。粘附：包括范德華引力、靜電力以及某些化學(xué)鍵和某些特殊的化學(xué)吸附力作用、絮凝顆粒間的架橋作用等作用。粒徑小于濾層中孔隙尺寸的雜質(zhì)顆粒遷移到濾料表面時(shí)，主要通過粘附作用，即在范德華引力、靜電力、某些化學(xué)鍵和某些特殊的化學(xué)吸附力作用下，被濾層攔截。而粘附作用主要取決于濾料和水中顆粒表面的物理化學(xué)性質(zhì)，而與粒徑尺寸大小無關(guān)。遷移:1、截阻作用:懸浮物沿流線運(yùn)動(dòng)，與濾料表面接觸時(shí)被俘獲。2、慣性作用:顆粒具有自身的慣性力而脫離流線，到達(dá)濾料顆粒表面。3、沉淀作用:水流通過砂濾料層相當(dāng)于經(jīng)過無數(shù)微型沉淀池。4、擴(kuò)散作用:懸

55、浮顆粒物存在濃度梯度，使顆粒物擴(kuò)散到濾料顆粒表面被俘獲。5、水動(dòng)力效應(yīng)作用：水流經(jīng)過砂濾層具有速度梯度G值，使顆粒發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)而脫離流線。粘附: 粘附作用是一種物理化學(xué)作用。當(dāng)水中顆粒遷移到濾料顆粒表面時(shí)，在范德華引力、靜電力、某些 化學(xué)鍵和某些特殊的化學(xué)吸附力作用下，被粘附在濾料顆粒表面上，或者粘附在濾料顆粒表面上原 先粘附的顆粒上。因此，粘附作用主要取決于濾料和水中顆粒表面的物理化學(xué)性質(zhì)，而無需增大顆粒尺寸。2. 從濾層中雜質(zhì)分布規(guī)律，分析改善快濾池的幾種途徑和濾池發(fā)展趨勢。濾層內(nèi)雜質(zhì)分布規(guī)律: 在顆粒粘附同時(shí)，還存在著由于孔隙中水流剪力作用而導(dǎo)致顆粒從濾料顆粒表面上脫落趨勢。粘附 力和水流剪力相對大小，決定了顆粒粘附和脫落的程度。過濾初期濾料較干凈，孔隙率較大，孔隙流速較小，因而水流剪力較小，粘附作用占優(yōu)勢。隨著過 濾時(shí)間的延長，濾層中雜質(zhì)逐漸增多，孔隙逐漸減小，水流流速加大，水流剪力增大，以致最后粘 附上的顆