水質(zhì)工程學計算題

1、現(xiàn)有一種直徑、高均為1cm的圓柱體顆粒在靜水中自由沉淀，已知該種顆粒密度=1。8g/cm3，水的密度=1g/cm3，則這種顆粒在水中自由沉淀時最小沉速為多少？（重力加速度為980cm/S2,繞流阻力系數(shù)）；提示:由題義可得，這種顆粒在水中自由沉淀時沉速大小取決于圓柱體在顆粒垂直方向投影面積的大小。最小的沉速是顆粒在垂直方向投影面積最大時取得。2、在實驗室內(nèi)做氯氣消毒試驗。已知細菌被滅活速率為一級反應(yīng),且k=0。85min—1求細菌被滅活99。5℅時，所需消毒時間為多少分鐘？提示:由一級反應(yīng)方程式可得：lgCA=lgCA0–o.4343kt而CA=（1-99。5%）CAO,k=0。85min-1得t=（lgCA0-lgCA）/0。4343k=6。23(min)3、設(shè)物料i分別通過CSTR型和PF型反應(yīng)器進行反應(yīng)，進水和出水中I濃度之比為,且屬于一級反應(yīng)，k=2h—1水流在CSTR型和PF型反應(yīng)器內(nèi)各需多少停留時間？（注：—進水中i初始濃度;—出水中i濃度）提示:1)由CSTR一級反應(yīng)方程式可得： t=(C0/Ce-1)/k=(10—1）/2=4.5h2）由PF一級反應(yīng)方程式可得：t=(㏑C0-㏑Ce)/k=1.15h4、題3中若采用4只CSTR型反應(yīng)器串聯(lián),其余條件同上。求串聯(lián)后水流總停留時間為多少?提示：由CSTR二級反應(yīng)方程式可得：C2/C0=(1/（1+kt)）2得t=1。08（h）所以T=4t=4。32（h）5、液體中物料i濃度為200mg/L,經(jīng)過2個串聯(lián)的CSTR型反應(yīng)器后，i的濃度降至20mg/L。液體流量為5000m3/h;反應(yīng)級數(shù)為1；速率常數(shù)為0.8h-1。求每個反應(yīng)器的體積和總反應(yīng)時間。提示：由CSTR二級反應(yīng)方程式可得：C2/C0=(1/（1+kt)）2得t=2.2（h)所以T=2t=5。4(h)V=Qt=5000×2.7=13500（m3）6、河水總堿度0.1mmol/L（按CaO計）。硫酸鋁（含Al2O3為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）。提示：投入藥劑量折合Al2O3為25mg/l×16％=4mg，Al2O3的分子量為102。故投入藥劑量相當于4/102=0.039mmol/l，剩余堿度取0。37mmol/l，則得［CaO]=3×0.039—0。1×0。37=0。487(mmol/l），CaO的分子量為56，則石灰投量為0.487×56×50000/0。5=2。3×106（g)=2.3×103(kg）7、設(shè)聚合鋁[Al2（OH）nCl6-n］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？8、某水廠采用精制硫酸鋁作為混凝劑，其最大投量為35mg/L。水廠設(shè)計水量100000m3/d。混凝劑每日調(diào)制3次，溶液濃度按10℅計，試求溶解池和溶液池體積各為多少？9、隔板絮凝池設(shè)計流量75000m3/d。絮凝池有效容積為1100mm3。絮凝池總水頭損失為0.26m.求絮凝池總的平均速度梯度值和值個為多少？（水廠自用水按5℅）.10、某機械絮凝池分成3格。每格有效尺寸為2。06m（寬）2.6m（長）4。2（深)。每格設(shè)一臺垂直軸槳板攪拌器，構(gòu)造按下圖，設(shè)計各部分尺寸為：r2=1050m;槳板長1400mm,寬120mm;r0=525m。葉輪中心點旋轉(zhuǎn)線速度為：第一格=0。5m/s第二格=0。32m/s第三格=0.2m/s求:3臺攪拌器所需攪拌功率及相應(yīng)的平均速度剃度G值（水溫按200C計)。11、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150C計.設(shè)計流量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座同體積機械絮凝池串聯(lián)（機械絮凝池按CSTR型反應(yīng)器考慮）,絮凝池總體積與(1）同.攪拌總功率仍為195W，設(shè)3座絮凝池攪拌功率分別為：P1=60W，P2=60W，P3=35W,試問顆粒數(shù)量濃度最后降低百分之幾?12、已知顆粒密度=2.65g/cm3，粒徑=0.45mm（按球形顆?？紤]），求該顆粒在200C水中沉降速度為多少13、設(shè)處沉池為平流式，澄清部分高為H,長為L，進水量為Q，試按理想沉淀理論對比：①出水渠設(shè)在池末端②如圖所示,設(shè)三條出水渠時，兩種情況下可完全分離掉的最小顆粒沉速uo。解：1）可完全分離掉的最小顆粒沉速uo滿足得2）當水流至距池末端處時，最小顆粒沉速滿足得當水流至距池末端處時，最小顆粒沉速滿足得當水流至距池末端時，最小顆粒沉速滿足得所以設(shè)三條出水渠時,可完全分離掉的最小顆粒沉速uo為，其值小于出水渠設(shè)在池末端時可完全分離掉的最小顆粒沉速uo.14、平流沉淀池設(shè)計流量為720m3/h。要求沉速等于和大于0。4mm/s的顆粒全部去除.試按理想沉淀條件,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？解：已知Q=720m3/h=0。2m3/su0=0.4mm/sui=0。1mm/s所需沉淀池平面積為沉速為0.1mm/s的顆粒的去除率為33、原水泥砂沉降試驗數(shù)據(jù)見下表。取樣口在水面180cm處。平流沉淀池設(shè)計流量為900m3/h，表面積為500m2,試按理想沉淀池條件，求該池可去除泥砂顆粒約百分之幾？(表示泥砂初始濃度，表示取樣濃度)。取樣時間(min）015203060120180/10。980。880。700.300.120.08解：已知h=180cmQ=900m3/hA=500m2沉速計算取樣時間（min）015203060120180u=h/t(cm/min)_129631。51沉速分布見下圖。截留沉速u0===3cm/min從圖上查得u0=3cm/min時,小于該沉速的顆粒組成部分等于p0=0。30。從圖上，相當于積分式dp的面積為0。506.因此得到總?cè)コ俜謹?shù)為：P=（1-0。30）+(0。506）=86。9％15、公式與公式有何同異？后者是否可用于過濾,前者是否可用于反沖洗?為什么?1）兩公式相比后者右邊多了紊流項(第二項)，而層流項(第一項)的常數(shù)值稍小.2)后者既有紊流項又有層流項,故該式適用于層流、過渡區(qū)和紊流區(qū)，過濾水流處于層流狀態(tài)，所以后者可用于過濾。前者僅適用于處于層流狀態(tài)的水流，對水流狀態(tài)復雜的反沖洗不適用。16、大阻力配水系統(tǒng)和小阻力配水系統(tǒng)的涵義是什么？各有什么優(yōu)缺點?掌握大阻力配水系統(tǒng)的基本原理和公式≤0。29的推導過程。1）在配水系統(tǒng)中，如果孔口內(nèi)壓頭最大的a孔和c孔出流量相等，則可認為整個濾池布水是均勻的。由于排水槽上緣水平，可認為沖洗時水流自各孔口流出后的終點水頭在同一水平面上，這一水平面相當于排水槽的水位?？卓趦?nèi)壓頭與孔口流出后的重點水頭之差,即為水流經(jīng)孔口、承托層和濾料層的總水頭損失，分別以H‘a(chǎn)和H‘c表示。H‘c=H‘a(chǎn)+(v02+va2）①設(shè)上述各項水頭損失均與流量平方成正比,則有：H‘a(chǎn)=(S1+S‘2）Qa2H‘c=(S1+S‘‘2)Qc2式中Qa—孔口a出流量；Qc—孔口c出流量；S1—孔口阻力系數(shù)。當孔口尺寸和加工精度相同時,各孔口S1均相同;S‘2，S‘‘2—分別為孔口a和c處承托層及濾料層阻力系數(shù)之和。將上式代入①式可得：由上式可知,兩孔口出流量不可能相等。但使Qa盡量接近Qc是可能的。其措施之一就是減小孔口總面積以增大孔口阻力系數(shù)S1。增大S1就削弱了承托層、濾料層阻力系數(shù)及配水系統(tǒng)壓力不均勻的影響,這就是“大阻力”的涵義。小阻力配水系統(tǒng)基本原理可從大阻力配水系統(tǒng)原理上引申出來。在①式中如果不以增大孔口阻力系數(shù)S1的方法而是減小干管和支管進口流速v0和va,同樣可使布水趨于均勻。從①式可以看出，v0和va減小到一定程度，等式右邊根號中第2項對布水均勻性的影響將大大削弱?；蛘哒f，配水系統(tǒng)總的壓力變化對布水均勻性的影響將甚微，在此基礎(chǔ)上，可以減小孔口阻力系數(shù)以減小孔口水頭損失.“小阻力”的涵義,即指配水系統(tǒng)中孔口阻力較小，這是相對于“大阻力”而言的。2)大阻力配水系統(tǒng)的優(yōu)點是配水均勻性較好.但結(jié)構(gòu)較復雜；孔口水頭損失大，沖洗時動力消耗大；管道易結(jié)垢，增加檢修困難.此外，對沖洗水頭有限的虹吸濾池和無閥濾池，大阻力配水系統(tǒng)不能采用.小阻力配水系統(tǒng)可克服上述缺點。17、某天然海砂篩分結(jié)果見下表根據(jù)設(shè)計要求：=0。54mm，K80=2。0。試問篩選濾料時，共需篩除百分之幾天然砂粒（分析砂樣200g）篩分實驗記錄篩孔（mm）留在篩上砂量通過該號篩的砂量質(zhì)量(g）℅質(zhì)量(g)℅2.360.81.6518.41。0040.60.5985。00.2543.40。219.2篩盤底2。6合計200已知：砂粒球度系數(shù)=0.94；砂層孔隙率=0.4;砂層總厚度=70cm；水溫按150C解：補填以上表格如下。篩孔（mm）留在篩上砂量通過該號篩的砂量質(zhì)量(g)℅質(zhì)量（g）℅2。360。80。4199.299.61。6518.49。2180。890.41.0040.620.3140。270.10.5985。042。555。227.60。2543。421.711.85.90.219.24。62.61.3篩盤底2.61。3-—合計200100.0由已知設(shè)計要求d10=0。54mmK80=2.0，則d80=2х0.54=1。08。按此要求篩選濾料，方法如下：自橫坐標0.54mm和1。08mm兩點，分別作垂線與篩分曲線相交.自兩交點作平行線與右邊縱坐標軸相交，并以此交點作為10％和80%，在10%和80%之間分成7等分，則每等分為10%的砂量,以此向上下兩端延伸,即得0和100％之點，以此作為新坐標。再自新坐標原點和100%作平行線與篩分曲線相交，在此兩點以內(nèi)即為所選濾料,余下部分應(yīng)全部