水質(zhì)工程學(xué)(Ⅰ)例題、思考題、習(xí)題參考答案

1、精選文檔水質(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?。ù箢w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，經(jīng)常懸浮于水流中。當(dāng)水靜置時(shí)，相對(duì)密度小的會(huì)上浮與水面，相對(duì)密度大的會(huì)下沉，因此簡潔去除。膠體：尺寸很小（10nm-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

2、。膠體通常帶負(fù)電荷，少量的帶正電荷的金屬氧化物膠體。一般可通過加入混凝劑進(jìn)去去除。溶解物：主要是呈真溶液狀態(tài)的離子和分子，如Ca2+、Mg2+、Cl-等離子，HCO3-、SO42-等酸根，O2、CO2、H2S、SO2、NH3等溶解氣體分子。溶解物與水成均相，透亮。但可能產(chǎn)生色、臭、味。是某些工業(yè)用水的去除對(duì)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(duì)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

3、水和生活污水的污染，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，但其流淌性較小，濁度較低；湖水含藻類較多，易產(chǎn)生色、臭、味。湖水簡潔受污染。含鹽量和硬度比河水高。湖泊、水庫水的富養(yǎng)分化已成為嚴(yán)峻的水污染問題。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)清亮，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CaCO3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)。水的感官性狀和一般化學(xué)指標(biāo)：色度、渾濁度、臭和味、pH值、總硬度、鐵、錳、銅、鋅、揮發(fā)酚類、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、水體的富養(yǎng)分化：水體的富養(yǎng)分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)境條件適宜的狀況下，水中所含的這些養(yǎng)分物質(zhì)足以使水體中的

5、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。水體的富養(yǎng)分化危害很大，對(duì)人類健康、水體功能等都有損害，包括：（1）使水味變得腥臭難聞。 （2）降低水的透亮度。（3）消耗水中的溶解氧。 （4）向水體中釋放有毒物質(zhì)。（5）影響供水水質(zhì)并增加供水成本。 （6）對(duì)水生生態(tài)的影響。2、水體的自凈：水體的自凈是指水體在流淌中或隨著時(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(duì)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. 某水樣接受CMB反應(yīng)器進(jìn)

6、行氯消毒試驗(yàn)，假定投氯量肯定，經(jīng)試驗(yàn)知：細(xì)菌被滅活速率為一級(jí)反應(yīng)，且k0.92min-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，依據(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)菌削減速率，于是，r（Ci）-k ?Ci-0.92 Ci，代入公式得，t-ln(0.01 C0/ C0)/0.92=-4.6/(-0.92)=5min2. 接受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，k0.92 min-1，代入

7、公式得： (C0/ Ci)-1/k=(C0/ 0.01C0)-1/0.92107.6 min對(duì)比可知，接受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. 在上題中若接受2個(gè)CSTR反應(yīng)器串聯(lián)，求所需要消毒時(shí)間為多少？解：Cn /C0= 0.01, n=2, 0.01=1/ (1+0.92 )2 9.9min； 2 =2*9.9=19.8min由此可知，接受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

8、凝：通過投加化學(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。 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)被分別去除。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-液或液-液分別的方法。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。膜分別：利用膜的孔徑或半滲透性質(zhì)實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分別。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。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)，固著在這些基團(tuán)上的正、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(duì)物質(zhì)的物理外觀毫無

9、明顯的轉(zhuǎn)變，也不引起變質(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：轉(zhuǎn)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)，可以推斷物料在反應(yīng)器里的流淌模型，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接受連續(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)器的操作狀況可以分為間歇式

10、反應(yīng)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(duì)立的抱負(fù)類型。4.抱負(fù)反應(yīng)器模型及其特點(diǎn)。通過簡化可得3種抱負(fù)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)器通常用于試驗(yàn)室試驗(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，經(jīng)攪拌

11、馬上與反應(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淌，而無集中作用。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)量傳遞就是平行流淌的主流傳遞。5.典型給水處理工藝流程。典型地表水處理流程：原水混凝沉淀過濾消毒飲用水典型除污染給水處理流程：原水預(yù)氧化混凝沉淀過濾活性炭吸附消毒飲用水一般冷卻水流程：1、原水自然沉淀冷卻用水2、原水自然沉淀混凝沉淀冷卻用水除鹽水處理流程：

12、濾過水陽離子交換陰離子交換除鹽水第3章 分散和絮凝例題1.設(shè)已知K5.14×10-5，G30s-1。經(jīng)過絮凝后要求水中顆粒數(shù)量濃度削減3/4，即n0/nM=4，試按抱負(fù)反應(yīng)器作以下計(jì)算：1）接受PF型反應(yīng)器所需絮凝時(shí)間為多少分鐘？2）接受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）接受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： ln4/(5.14×10-5×30)899s15min2）將題中數(shù)據(jù)代入公式得： （4-1）/(5.14×10-5×30)19

13、46s32min3）將題中數(shù)據(jù)代入公式得： （41/4-1）/(5.14×10-5×30)269s總絮凝時(shí)間 4 4×2691076s18min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，但接受4個(gè)機(jī)械絮凝池串聯(lián)時(shí)，絮凝效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Al2O3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/L×164.48mg/L，Al2O3分子量為102，故投藥量相當(dāng)于4.48/102=0.044 mmol/L，剩余堿度取0.

14、37 mmol/L，則得：CaO=3×0.0440.2+0.370.3 mmol/LCaO分子量為56，則市售石灰投量為：0.3×56/0.5=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)間接受20min；為協(xié)作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/h0.92 m3/s（水廠自用水量占6）絮凝池凈長度LQT/BH=3312.5*20/(22*2.8*60)=17.92m2）廊道寬度設(shè)計(jì)絮凝池起端流速取0.55m/

15、s，末端流速取0.25 m/s。首先依據(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，打算廊道分段數(shù)和各段廊道寬度。起端廊道寬度bQ/Hv0.92/（2.8*0.55）=0.597m0.6m末端廊道寬度bQ/Hv0.92/（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)1234各段廊道寬度（m）0.60.81.01.3各段廊道流速（m/s）0.550.410.330.25各段廊道數(shù)6554各段廊道總凈寬（m）3.6455.2四段廊道寬度之和b3.6+4+5+5.217.8m取隔板厚度0.1m，共19塊隔板，則絮凝池總長度L

16、為：L17.8+19*0.119.7m如要計(jì)算隔板絮凝池水頭損失和速度梯度，可依據(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，是分散和絮凝的總稱。分散：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.膠體的分散機(jī)理。膠體的分散機(jī)理有4個(gè)方面：壓縮雙電層作用、吸附電中和作用、吸附架橋作用、網(wǎng)捕卷掃作用。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

17、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，這樣雙電層中仍舊保持電中性，但是正離子的數(shù)量削減了，即雙電層的厚度變薄了，膠體顆?；瑒?dòng)面上的電位降低。當(dāng)電位降低至某一數(shù)值（臨界電位k）使膠體顆?？倓菽芮€上的勢壘處Emax=0時(shí)，膠體顆粒即可發(fā)生凝集作用。吸附電中和作用：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，削減了膠體顆粒間的靜電斥力，使膠體更易于聚沉。這種吸附作用的驅(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)

18、構(gòu)打算。吸附架橋作用：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。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“膠粒-高分子-膠?！钡男跄w。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)分？簡要敘述硫酸鋁混凝作用機(jī)理及

19、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，但是正離子的數(shù)量削減，雙電層的厚度變薄，膠體顆粒滑動(dòng)面上的電位降低。而吸附電中和作用是異號(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，削減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：不同pH條件下，鋁鹽可能產(chǎn)生的混凝機(jī)理不同。何種作用機(jī)理為主，打算于鋁鹽的投加量、pH、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Al3+的水解聚合反應(yīng)。pH<3 簡潔的水合

20、鋁離子起壓縮雙電層作用；pH=45 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）、吸附架橋作用：當(dāng)高分子

21、物質(zhì)投加過多時(shí)，膠體顆粒表面被高分子所掩蓋，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)捕卷掃作用：金屬氫氧化物在形成過程中對(duì)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，使上述各種作用力量發(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。

22、硫酸鋁：接受硫酸鋁作混凝劑時(shí)，運(yùn)輸便利，操作簡潔，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，帶來排解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：接受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)品極易吸水潮解，不易保管，腐蝕性較強(qiáng)，對(duì)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，不易把握。聚合氯化鋁（PAC）：聚合氯化鋁作混凝劑時(shí)

23、，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(duì)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，肯定范圍內(nèi)過量投加不會(huì)造成水的pH值大幅度下降，不會(huì)突然消滅混凝效果很差的現(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(duì)設(shè)備的腐蝕程度小，處理后水的pH值和堿度變化也較小。聚合硫酸鐵：接受聚合硫酸鐵作混凝劑時(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

24、種？在什么狀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 nH2O）、骨膠、聚丙烯酰胺（PAM）等高分子絮凝劑；調(diào)整原水酸堿度，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(duì)膠體顆粒穩(wěn)定作用，改善混凝效果；如投加Cl2、O3等；改善混凝劑形態(tài)，促進(jìn)混凝效果。如硫酸亞鐵作混凝劑使用時(shí)，應(yīng)將Fe2+氧化成Fe3。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

25、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.混凝試驗(yàn)的操作過程，接受何種混凝劑，用理論說明混凝試驗(yàn)中消滅的水質(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題及試驗(yàn)。9.絮凝過程中，G值的真正涵義是什么？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.依據(jù)反應(yīng)器原

26、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)上進(jìn)展而來的。將隔板絮凝池中的平直隔板轉(zhuǎn)變成間距較小的具有肯定角度的折板以產(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、

27、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(duì)混凝效果有較大的影響，最適宜的混凝水溫為2030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加、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、水的pH值對(duì)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(duì)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

28、中的堿度，特殊是無機(jī)鹽類混凝劑，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pH值降低，假如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(duì)膠體有愛護(hù)穩(wěn)定作用，將膠體顆粒愛護(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?；炷齽┓N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)狀況完全不同，因此應(yīng)依據(jù)原水水質(zhì)狀況優(yōu)化選用適當(dāng)?shù)幕炷齽┓N類。一般狀況下，混凝效果隨

29、混凝劑投加量的增加而提高，但當(dāng)混凝劑的用量達(dá)到肯定值后，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，所以要把握混凝劑的最佳投量。混凝劑投加方式：固體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具有電中和力量的混凝劑水解形態(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，假如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挨次對(duì)混凝效果也有很大影響。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)不行分割的階段，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？按

30、混凝劑的狀態(tài)分固體投加（干投）和溶液投加（濕投）；溶液投加（濕投）中按藥液加注到原水中的動(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。需要特地的干投機(jī)，而且要求固體藥劑顆粒細(xì)小而且均勻，易溶于水，投加到水中后能快速溶解。濕投：將混凝劑先溶解配制成肯定濃度的水溶液，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。這種投加方式平安牢靠，節(jié)省動(dòng)力。但是僅適合溶液池位置較高的狀況。壓力投加：利用水力或電動(dòng)力來將混凝藥液

31、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)備簡潔，使用便利，對(duì)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，并可通過轉(zhuǎn)變計(jì)量泵沖程或變頻調(diào)速來轉(zhuǎn)變藥液的投加量，適用于混凝劑投加自動(dòng)把握系統(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，把握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?；旌显O(shè)施基本

32、要求：藥劑與水混合必需快速均勻。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)造簡潔，但難以適應(yīng)水質(zhì)、水量等條件的變化，占地面積大。目前已較少接受。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。但混凝劑對(duì)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)不宜接受。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)造簡潔，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

33、式混合器是管道靜態(tài)混合器，混合快速均勻效果好，構(gòu)造簡潔，無活動(dòng)部件，安裝便利。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。攪拌器可接受槳板式、螺旋槳式、推動(dòng)式等多種形式?；旌闲Ч茫皇芩克|(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)電修理工作量?；旌线^程中，把握G值的作用是把握絮凝效果。14.當(dāng)前水廠中常用的絮凝設(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)口至出口漸漸減?。啃跄O(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

34、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)造簡潔、管理便利、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，簡潔引起絮凝體裂開。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、修理工作量也愈大。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

35、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，在工程中于絮凝開頭顆粒很小時(shí)接受大的G值，并隨著絮凝體尺寸增大而漸漸減小G值，最終絮凝體增至最大時(shí)接受最小的G值。即絮凝過程中，G值應(yīng)自進(jìn)口至出口漸漸減小。15.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當(dāng)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?Cl6-nm在制備過程中，把握m5，n4，試求該聚合鋁的堿化度為多少？17.某水廠接受精制硫酸鋁作為混凝劑

36、，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)原水懸浮物體積濃度5×10-5。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）接受3座同體積機(jī)械絮凝池串聯(lián)（機(jī)械

37、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)量濃度最終降低百分之幾？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。接受兩組池子。解：1）. 每組設(shè)計(jì)流量Q100000×1.05/(2×24)2187.5 m3/h0.608 m3/s2） 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的選用表面負(fù)荷Q/A=0.6mm/s51.8m3/（m2?d），沉淀池停留時(shí)間T=1.5h；沉淀池水平流速為v14 mm/s。3）計(jì)算沉淀池表面積A2187.5×24/51.8

38、1013.5 m2沉淀池長L3600/1000×14×1.575.6m，接受76m。沉淀池寬B=1013.5/76=13.3m，接受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。沉淀池有效水深HQT/BL2187.5×1.5/（13.4×76）=3.22m，接受3.5m（包括愛護(hù)高）。絮凝池與沉淀池之間接受穿孔布水墻，穿孔墻上的孔口流速接受0.2m/s，則孔口總面積為0.608/0.2=3.04 m2。每個(gè)孔口尺寸定為15cm×8cm，則孔口數(shù)為3.04/（0.15*0.08）=253個(gè)。沉淀池放空時(shí)間按

39、3h計(jì)，則放空管直徑按公式計(jì)算： ，接受DN350mm。出水渠斷面寬度接受1.0m，出水渠起端水深按公式計(jì)算： 為保證堰口自由落水，出水堰愛護(hù)高接受0.1m，則出水渠深度為0.68m。4）水力條件校核水流截面積6.7×3.3221.57m水流濕周6.7+2×3.2213.14 m水力半徑R=21.574/13.14=1.64m (A/p)弗勞德數(shù)Frv2/Rg=1.42/（164×981）1.2×10-5雷諾數(shù)RevR/=1.4×164/0.0122960（按水溫20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

40、：1） 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)流量Q=15000m3/d×1.05/24650 m3/h0.18 m3/s表面負(fù)荷取q10 m3/（m2?h）2.8mm/s斜管材料接受厚0.4mm塑料板熱壓成正六角形管，內(nèi)切圓直徑d25mm，長1000mm，水平傾角60°。2）計(jì)算按公式求得清水區(qū)面積：AQ/q=0.18/0.0028=64.5 m2實(shí)行沉淀池尺寸為5.5×1266 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=(5.5-0.5)×12/1.03=58 m2接受愛護(hù)高0.3m

41、，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hLsinL×sin60°0.87m，池子總高度H0.30+1.2+1.5+0.80+0.874.67 m。沉淀池進(jìn)口接受穿孔墻，排泥接受穿孔管，集水系統(tǒng)接受穿孔管。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t20時(shí)，水的運(yùn)動(dòng)粘度0.01cm2/s，按公式可求得管內(nèi)流速：VQ/Asin0.18/58sin60°=0.0036m/s=0.36cm/sRevR/=0.625×0.36/0.01=22.5b. 弗勞德數(shù)Frv2/Rg=0.362/

42、（0.625×981）=2.1×10-4c. 斜管中的沉淀時(shí)間T=L/v=1000/3.6=280s=4.6min(一般在25min之間)。思考題與習(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?；ゲ桓蓴_，且不受器皿壁的干擾，下沉過程中顆粒的大小、外形、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)水中含有的分散性顆?；蚍欠稚⑿灶w粒的濃度增加到肯定值后，大量顆粒在有限水體中下沉?xí)r，被排斥的水便有肯定的上升速度，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

43、絮聚而轉(zhuǎn)變大小、外形、密度，并且隨著沉淀深度和時(shí)間的增長，沉速也越來越快，絮凝沉淀由分散性顆粒產(chǎn)生。2.抱負(fù)沉淀池應(yīng)符合哪些條件？依據(jù)抱負(fù)沉淀?xiàng)l件，沉淀效率與池子深度、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。水流沿水平方向流淌，在過水?dāng)嗝嫔希鼽c(diǎn)流速相等，并在流淌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)抱負(fù)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(duì)u<u0的顆粒，沉降速度為u的顆粒的沉淀效

44、率為 ，則全部能夠在沉淀池中去除的，沉速小于uo的顆粒的去除率為： 。對(duì)u>u0的顆粒，沉淀效率為100%，即沉降速率大于截留沉速u0的顆粒能夠全部去除。則沉速大于等于u0的顆粒全部去除率為（1-p0）。因此，抱負(fù)沉淀池的總沉淀效率 式中p0沉速小于u0的顆粒重量占全部顆粒重量的百分率；由上述內(nèi)容可知，抱負(fù)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)處理水量肯定時(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

45、因素：（1）、水流的紊動(dòng)性：水流的紊動(dòng)，影響顆粒沉淀。所以期望紊動(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=400015000，屬于紊流。只有斜板（管）可達(dá)層流。（2）、水流的穩(wěn)定性：為避開外界干擾（異重流、風(fēng)浪等），期望穩(wěn)定性越高越好。水流的穩(wěn)定性以弗勞德數(shù) 來衡量，越大越穩(wěn)定。平流沉淀池宜使Fr10-5。（3）、分散作用的影響：實(shí)際沉淀池的水深對(duì)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)分？關(guān)系：對(duì)于抱負(fù)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：

46、區(qū)分：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)水為何接受穿孔隔墻？出水為什么往往接受出水支渠？穿孔隔墻作用：使流量均勻分布在進(jìn)水截面上，盡量削減擾動(dòng)。出水支渠作用：增加出水堰的長度，降低流量負(fù)荷，避開流線過于集中。6.斜管沉淀池的理論依據(jù)是什么？為什么斜管傾角通常接受60°？理論依據(jù)：淺池理論，即在保持截留沉速u0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)地削減沉淀時(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

47、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、斜管的傾角多接受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)從水中分別出來，清水在澄清池上部被收集。特點(diǎn)：8.已知顆粒密度2.65g/cm3，粒徑d0.45mm（按球形顆?？紤]），求該顆粒在20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

48、除。試按抱負(fù)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。平流沉淀池設(shè)計(jì)流量為900 m3/h，表面積500 m2。試按抱負(fù)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）015203060120180C/C010.980.880.700.300.120.08第5章 過濾例題 1. 設(shè)濾池平面尺寸為7.5m×7.0m52.5 m2。試設(shè)計(jì)大阻力配水系統(tǒng)。解：沖洗強(qiáng)度接受q14L/s?m2，沖洗流量Q14&

49、#215;52.5735L/s0.735m3/s，1） 干管接受鋼筋混凝土渠道。斷面尺寸：850mm×850mm，長7500mm。起端流速v00.735/（0.85*0.85）=1m/s。2）支管支管中心距接受0.25m。支管數(shù)n7.5×2/0.25=60根（每側(cè)30根）。支管長為（7.00-0.85-0.3）/22.93m，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5.03×10-3m2，查水力計(jì)算表，得支管始端流速va2.47m/s。3）孔口孔口流速接受5.6m

50、/s，孔口總面積f0.735×/5.6=0.131 m2。配水系統(tǒng)開孔比0.131/52.5=0.25%?？卓谥睆浇邮?mm，每個(gè)孔口面積6.36×10-5 m2。孔口數(shù)m0.131/(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e17.5/40=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°交叉排列，每排17個(gè)孔，孔中心距e22.9/17=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*10-5=0.13

51、48m2實(shí)際孔口流速v=0.735/0.1348=5.45m/s(f/0)2+(f/na)2=(0.1348/0.85*0.85)2+(0.1348/60*5.03*10-3)2=0.250.29q/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，B3m，F(xiàn)12m2。濾層厚H270cm，沖洗強(qiáng)度接受q14 L/（s ? m2）。濾層膨脹度e45。試設(shè)計(jì)沖洗排水槽斷面尺寸和沖洗排水槽高度H。解：每個(gè)濾池設(shè)2條沖洗排水槽，槽長lB3m，中心距4/2=2m。每槽排水流量QqF/2=14*12/2=84L/s=0.084 m3/s。沖

52、洗排水槽斷面接受標(biāo)準(zhǔn)外形。按公式求斷面模數(shù)： X0.45Q0.40.45*0.0840.4 m0.17m沖洗排水槽底厚接受0.05m，愛護(hù)高0.07m，則槽頂距砂面高度：HeH2+2.5x+ +0.070.45*0.7+2.5*0.17+0.05+0.070.86m校核：沖洗排水槽總面積與濾池面積之比2×l×2x/F=2×3×2×0.17/12=0.170.25（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？懸浮顆粒必需經(jīng)過遷移和粘附兩個(gè)過程才能完成去除的過程。遷移：包括沉淀、集中、慣性、截阻和水動(dòng)力效應(yīng)等5

53、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)過很多微型沉淀池。4、集中作用：懸浮顆粒物存在濃度梯度，使顆粒物集中到濾料顆粒表面被俘獲。5、水動(dòng)力效應(yīng)作

54、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進(jìn)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(duì)大小，打算了顆粒粘附和脫落的程度。過濾初期濾料較潔凈，孔隙率較大，孔隙流速較

55、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)漸漸增多，孔隙漸漸減小，水流流速加大，水流剪力增大，以致最終粘附上的顆粒首先脫落下來，或者水流挾帶的后續(xù)顆粒不能再有粘附現(xiàn)象，懸浮顆粒向下推移，下層濾料截留作用漸得發(fā)揮。改善途徑：濾池工作的經(jīng)濟(jì)性，與濾池過濾作用水頭是否被充分利用有關(guān)。在建成的重力式濾池里，濾池的過濾作用水頭都已經(jīng)確定。所以充分利用作用水頭，增長過濾時(shí)間，實(shí)現(xiàn)使濾池水頭損失達(dá)到最大值的工作周期（壓力周期），在運(yùn)行管理上是經(jīng)濟(jì)的。濾池的最優(yōu)工作條件是使水質(zhì)周期等于壓力周期。為達(dá)到這點(diǎn)，可以調(diào)整濾池的各種工藝參數(shù)，如增加濾層的厚度。在實(shí)際生產(chǎn)中由于影響濾池工作周期

56、的因素格外簡單，不行能在任何條件下都保持最優(yōu)工作條件，所以在濾池設(shè)計(jì)中一般接受水質(zhì)周期大于壓力周期的工作條件。進(jìn)展趨勢：由不均勻?yàn)V料構(gòu)成的單層濾層，由于反沖洗時(shí)的水力分級(jí)作用，導(dǎo)致不均勻?yàn)V料單層濾層的含污力量是不高的。為增加不均勻?yàn)V料單層濾層的含污力量，可以接受反粒度過濾或雙向流過濾。為削減水力分級(jí)給濾層帶來的不利影響，在工程中可以接受均勻?yàn)V料或者多種濾料混雜濾層。概念補(bǔ)充：水質(zhì)周期：濾池由開頭進(jìn)入有效過濾期到出水濁度達(dá)到泄漏值，稱為水質(zhì)周期。壓力周期：從開頭過濾到濾層水頭損失增至最大值時(shí)，濾池的過濾周期稱為壓力周期濾池的過濾作用水頭：濾前水的最高水位與濾后水水位（常為清水池水位）之差。含污力量：過濾周期結(jié)束時(shí)，整個(gè)濾料層單位體積濾料中所截留的雜質(zhì)量，以kg/m3或g/cm3計(jì)。含污力量大，表明整個(gè)濾料層所發(fā)揮的作用大，所以濾池性能的好壞很重要的一個(gè)指標(biāo)就是截污力量。濾池性能用含污力量來衡量。水力分級(jí)：在上升水流中使濾料分層的