水質(zhì)工程學作業(yè)及參考答案

水質(zhì)工程學作業(yè)及參考答案?一、作業(yè)題目（一）選擇題1.以下哪種不屬于水中常見的雜質(zhì)類型（）A.懸浮物質(zhì)B.膠體物質(zhì)C.溶解物質(zhì)D.氣態(tài)物質(zhì)2.水中懸浮顆粒在重力作用下的沉淀類型不包括（）A.自由沉淀B.絮凝沉淀C.擁擠沉淀D.壓縮沉淀E.氣浮沉淀3.以下關于混凝劑的說法錯誤的是（）A.硫酸鋁是常用的混凝劑之一B.聚合氯化鋁的混凝效果優(yōu)于硫酸鋁C.混凝劑投加量越多，混凝效果越好D.混凝劑的選擇需考慮水質(zhì)等因素4.過濾過程中，起主要過濾作用的是（）A.濾料B.濾層表面形成的濾膜C.過濾設備D.水流速度5.以下哪種消毒方法不會產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物（）A.氯氣消毒B.二氧化氯消毒C.紫外線消毒D.臭氧消毒

（二）簡答題1.簡述水中雜質(zhì)的來源及分類。2.說明自由沉淀、絮凝沉淀和擁擠沉淀的特點及適用情況。3.闡述混凝的基本原理。4.分析過濾的作用及影響過濾效果的因素。5.簡述常用消毒方法及其優(yōu)缺點。

（三）計算題1.某水廠處理水量為10000m3/d，原水懸浮顆粒濃度為30mg/L，要求出水懸浮顆粒濃度不超過5mg/L。采用平流式沉淀池，沉淀池長50m，寬10m，深3m。已知懸浮顆粒的沉速為0.3mm/s，試計算該沉淀池的表面負荷和沉淀時間，并判斷該沉淀池是否能滿足處理要求。2.某水樣采用硫酸鋁作為混凝劑進行處理，投加量為20mg/L。已知硫酸鋁的水解反應式為：Al?(SO?)?+6H?O?2Al(OH)?+3H?SO?。若原水堿度為100mg/L（以CaCO?計），計算混凝過程中消耗的堿度以及剩余堿度。

二、參考答案

（一）選擇題1.答案：D解析：水中常見雜質(zhì)類型包括懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)和溶解物質(zhì)，氣態(tài)物質(zhì)不屬于常見雜質(zhì)類型。2.答案：E解析：水中懸浮顆粒在重力作用下的沉淀類型有自由沉淀、絮凝沉淀、擁擠沉淀和壓縮沉淀，氣浮沉淀不屬于重力沉淀類型。3.答案：C解析：混凝劑投加量存在最佳值，并非越多越好，過多投加可能導致成本增加、水質(zhì)惡化等問題。4.答案：B解析：過濾過程中，濾層表面形成的濾膜起主要過濾作用，它截留了水中的雜質(zhì)。5.答案：C解析：紫外線消毒是通過紫外線照射破壞微生物的DNA結(jié)構來達到消毒目的，不會產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物；而氯氣消毒、二氧化氯消毒和臭氧消毒在消毒過程中可能會與水中有機物反應產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物。

（二）簡答題1.水中雜質(zhì)的來源及分類來源：自然過程：如降雨、徑流沖刷地面，將土壤顆粒、礦物質(zhì)等帶入水體；河流、湖泊、海洋中的生物代謝產(chǎn)物、死亡殘骸等也會成為水中雜質(zhì)的來源。人類活動：工業(yè)廢水排放，含有大量的重金屬、有機物、酸堿等污染物；生活污水排放，包含糞便、洗滌劑、食物殘渣等；農(nóng)業(yè)面源污染，如農(nóng)藥、化肥的流失等。分類：懸浮物質(zhì)：粒徑大于100nm的雜質(zhì)，如砂、黏土、藻類、細菌等，在水中呈懸浮狀態(tài)，可通過沉淀、過濾等方法去除。膠體物質(zhì)：粒徑在1100nm之間的雜質(zhì)，如硅膠、腐殖質(zhì)等，具有較大的比表面積，能吸附大量離子，穩(wěn)定性較高，通常需通過混凝等方法去除。溶解物質(zhì)：粒徑小于1nm的雜質(zhì)，以分子或離子狀態(tài)存在于水中，如各種鹽類、氣體、有機物等，需通過離子交換、膜分離等深度處理方法去除。2.自由沉淀、絮凝沉淀和擁擠沉淀的特點及適用情況自由沉淀：特點：懸浮顆粒濃度不高，顆粒之間互不干擾，各自獨立完成沉淀過程，沉淀過程中顆粒的形狀、大小、密度等不變，沉淀速度恒定。適用情況：主要用于沉淀初期，如原水進入沉淀池的初始階段，以及處理雜質(zhì)濃度較低的水樣。絮凝沉淀：特點：懸浮顆粒濃度適中，顆粒在沉淀過程中相互碰撞、凝聚，粒徑逐漸增大，沉淀速度加快。適用情況：常用于混凝沉淀工藝中，在混凝劑作用下，細小的懸浮顆粒和膠體顆粒發(fā)生絮凝，然后進行沉淀分離。擁擠沉淀：特點：懸浮顆粒濃度較高，顆粒之間相互擁擠，沉淀過程中顆粒的沉淀受到周圍顆粒的影響，沉淀速度隨深度增加而減小，最終形成壓縮層。適用情況：常見于污泥濃縮池等，當污泥濃度較高時，污泥的沉淀過程為擁擠沉淀。3.混凝的基本原理混凝是通過向水中投加混凝劑，使水中細小的懸浮顆粒和膠體顆粒凝聚成較大的顆粒，從而易于沉淀分離的過程。其基本原理包括：壓縮雙電層作用：混凝劑水解產(chǎn)生的高價陽離子，中和了膠體顆粒表面的電荷，使膠體顆粒的雙電層厚度減小，電位降低，顆粒間的排斥力減弱，從而易于相互靠近凝聚。吸附架橋作用：混凝劑水解產(chǎn)物具有線性結(jié)構，能吸附在多個膠體顆粒表面，通過"架橋"作用將顆粒連接在一起，形成粗大的絮凝體。網(wǎng)捕作用：混凝劑水解產(chǎn)生的沉淀物在自身沉降過程中，能網(wǎng)捕、卷帶水中的膠體顆粒和懸浮顆粒，一起沉淀下來。4.過濾的作用及影響過濾效果的因素過濾的作用：進一步去除水中的懸浮雜質(zhì)，使水的濁度降低，提高水質(zhì)的清澈度。去除水中部分細菌、病毒等微生物，對水起到一定的消毒作用。去除水中的有機物、膠體等雜質(zhì)，降低水的色度和臭味。影響過濾效果的因素：濾料性質(zhì)：濾料的粒徑、均勻度、孔隙率、密度等影響過濾效果。粒徑適中、均勻度好、孔隙率高的濾料過濾效果較好。濾速：濾速過高會導致雜質(zhì)穿透濾層，影響過濾效果；濾速過低則會降低過濾效率。水頭損失：隨著過濾的進行，濾層中雜質(zhì)逐漸增多，水頭損失不斷增大，當水頭損失達到一定程度時，需要進行反沖洗。原水水質(zhì)：原水的濁度、懸浮物濃度、有機物含量等會影響過濾效果，水質(zhì)較差時過濾難度增大。反沖洗：反沖洗的強度、時間等參數(shù)對過濾效果有重要影響，合理的反沖洗能恢復濾層的過濾性能。5.常用消毒方法及其優(yōu)缺點氯氣消毒：優(yōu)點：具有較強的殺菌能力，消毒效果可靠；成本較低；使用方便，易于操作管理。缺點：會與水中有機物反應產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物，如三鹵甲烷等，對人體健康有潛在危害；對某些病毒、芽孢的消毒效果較差。二氧化氯消毒：優(yōu)點：消毒效果好，能有效殺滅各種細菌、病毒、芽孢等；不產(chǎn)生三鹵甲烷等消毒副產(chǎn)物，安全性較高。缺點：制取成本較高；二氧化氯氣體具有一定毒性，需注意安全操作。紫外線消毒：優(yōu)點：消毒速度快，效率高；不產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物；設備操作簡單，占地面積小。缺點：無持續(xù)消毒作用，對水中雜質(zhì)、濁度要求較高；燈管壽命有限，運行成本較高。臭氧消毒：優(yōu)點：消毒能力強，能快速殺滅微生物；氧化分解有機物能力強，可降低水的色度和臭味；不產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物。缺點：制取成本高；無持續(xù)消毒作用；臭氧氣體有毒，需嚴格控制操作條件。

（三）計算題1.（1）計算表面負荷已知處理水量\(Q=10000m3/d=10000\div24\div3600m3/s\)，沉淀池面積\(A=50×10m2=500m2\)。表面負荷\(q=Q/A=(10000\div24\div3600)\div500=0.023m3/(m2·s)\)。

（2）計算沉淀時間已知懸浮顆粒沉速\(u=0.3mm/s=0.0003m/s\)，沉淀池水深\(H=3m\)。沉淀時間\(t=H/u=3\div0.0003=10000s=2.78h\)。

（3）判斷是否滿足處理要求原水懸浮顆粒濃度\(C_0=30mg/L\)，要求出水懸浮顆粒濃度\(C=5mg/L\)。理論沉淀效率\(\eta=(C_0C)/C_0×100\%=(305)/30×100\%=83.3\%\)。實際沉淀效率\(\eta_{實際}=q/u=0.023\div0.0003=76.7\%\)。由于\(\eta_{實際}<\eta\)，所以該沉淀池不能完全滿足處理要求。

2.（1）計算消耗的堿度硫酸鋁投加量為\(20mg/L\)，換算成物質(zhì)的量濃度\(C_{Al?(SO?)?}=(20×10^{3}\div342)mol/L\)。根據(jù)水解反應式，消耗的堿度\(n_{堿度}=6×C_{Al?(SO?)?}\)。已知原水堿度為\(100mg/L\)（以\(CaCO?\)計），換算成物質(zhì)的量濃度\(C_{CaCO?}=(100×10^{3}\div100)mol/L\)。消耗的堿度以\(CaCO?\)計的濃度\(C_{消耗}=n_{堿度}