水质工程学Ⅰ思考题答案

⽔质⼯程学Ⅰ思考题答案

参考答案

第1章 ⽔质与⽔处理概论

⼀、选择题1、 ABDE

2、 ABCE

3、 ABC

第2章 ⽔的处理⽅法概论

⼀、问答题1、答：CMB 型反应器的假定条件是整个反应器是⼀个封闭系统，在反应过程中不存在由物质的迁移⽽导致的物质输⼊和输出，且恒温操作。CSTR 反应器假定反应器内的物料完全均匀混合且与输出⽣产物均相同等温操作。

PF 反应器假定反应器内的物料仅以相同流速平⾏流动，⽽⽆扩散作⽤。唯⼀的质量传递就是平⾏流动的主流传递。

理想反应器虽不能完全准确地描述反应器内所进⾏的实际过程，但可以近似反映真实反应器的特征。⽽且，由理想反应器模型可进⼀步推出偏离理想状态的实际反应器模型。2、答：三种理想反应器的容积和物料停留时间根据反应器内物料衡算求得。

CMB 型 反应级 平均停留时间 0

)(10i c c k

- 1 i

c c Ln k 01 2 )1(100-i

c c kc n （n ≠1） ]1)[()1(11010----n i

n c c c n k CSTR 型 0 )(10i c c k

- 1 )1(10-i

c c k 2 )1(10-i

i c c kc n （n ≠1） )1(101--i n i

c c kc PF 型 0 )(10i c c k

- 1 i c c Ln k 01

2

)1(100-i

c c kc n （n ≠1） ]1)[()1(11010----n i n c c c n k 其中：c 0为进⼝物料浓度；

C i 为平均停留时间t 时的物料浓度；

K 为反应速率常数。

3、解：设原有细菌密度为c 0，t 时后尚存活的细菌密度为c i ，被杀死的细菌密度则为c 0-c i ，根据题意，在t 时刻，%5.990

=-c c c i o c i =0.005c 0，细菌被灭速率等于活细胞减少速率，于是，

i i i c kc c r 85.0)(-=-=，代⼊公式，得： 2.6)/005.0(85.010=-=i c c Ln t 所需消毒时间为6.2分钟。 4、解：已知属⼀级反应，k=2h -1 c 0=10c i ，则分别代⼊公式得

CSTR 型：h c c c c k t i i i 2

9)110(21)1(10=-=-= PF 型： h c c Ln c c Ln k t i

i i 2.1102110=== ⽔流在CSTR 型和PF 型分别需要时间4.5h ，1.2h 。

5、答：PF 型与CMB 型反应器所表达的浓度与停留时间关系式在形式上完全相同。因此，可以把PF 型反应器看作是⼀个沿⽔流⽅向运动的CMB 型反应器，亦即PF 型反应器中的位置变量对应于CMB 型反应器中的时间变量。串联的CMB 反应器数⽬越多，系统所需的反应器容积越⼩，其作⽤则越是接近于总容积和停留时间与之相等的PF 反应器。

在CMB 反应器中，反应物通过搅拌使之完全混合，⽽在PF 型反应器中，反应物在流动⽅向上不存在混合现象，但确因反应⽽使浓度发⽣变化。PF 型与CMB 型反应器均为沿液流⽅向，随流程增加，物料浓度逐渐降低，反应速度也随之减⼩。但PF型为连续操作，⽽CMB 型除反应时间外，还需考虑投料与卸料时间。

第3章 凝聚和絮凝

⼀、选择题1、B

2、D

3、B

4、A

5、G

6、ADE

7、ABC

8、ABCE 9、A 10、B 11、B 12、B

⼆、名词解释1.胶体稳定性：胶体离⼦在⽔中长期保持分散悬浮状态的特性。

2.同向絮凝：由机械或⽔⼒搅拌所造成的颗粒碰撞聚集称为同向絮凝。

3.胶体脱稳：通过投加混凝剂，胶体因ζ电位降低乃⾄失去聚集稳定性的过程称为胶体脱稳。

4.异向絮凝：由布朗运动所形成的颗粒碰撞聚集称为异向絮凝。

5.聚集稳定性：指胶体离⼦之间因表⾯同性电荷相斥或⽔化膜的阻碍作⽤⽽不能相互聚集的特性。

6. 动⼒学稳定：由布朗运动所造成的颗粒的稳定性

三、简答题1、在净化⽔时投加混凝剂的作⽤是什么？

答：通过混凝剂的电性中和、吸附架桥、⽹捕卷扫作⽤，使⽔中胶体和泥砂去除。2、试写出常⽤的三种混凝剂及⼀种有机⾼分⼦混凝剂。

答：硫酸铝、聚合氯化铝、聚合硫酸铝、三氯化铁、硫酸铁、聚合铁等⽆机混凝剂。

聚丙烯酰胺（PAM）等有机⾼分⼦混凝剂。3. 何谓吸附架桥作⽤？

答：当向⽔中投加⾼分⼦物质，当⾼分⼦链的⼀端吸附了某⼀胶粒后，另⼀端⼜吸附另⼀胶粒，⾼分⼦物质在这⾥起了胶粒与胶粒之间相互结合的桥梁作⽤，称为吸附架桥作⽤。四、论述题1、试述⽔温对混凝效果的影响。

答：①低温⽔混凝剂⽔解困难；

②低温⽔的粘度⼤，布朗运动减弱，碰撞机会减⼩；

③低温⽔胶体颗粒⽔化作⽤增强；

④低温⽔的PH提⾼，相应混凝最佳PH也提⾼。

2. 为什么有时需将PAM在碱性条件下⽔解成HPAM？PAM⽔解度是何意义？⼀般要求⽔解度

为多少？

答：因为聚丙烯酰胺中的酰胺基之间的氢键作⽤，线性分⼦往往不能充分伸展开来，致使架桥作⽤减弱。为此，需将PAM在碱性条件下⽔解成HPAM。由酰胺基转化为羟基的百分数称为⽔解度，⽔解度⼀般为30%~40% 。3. 试述混合和絮凝的作⽤及其对⽔⼒控制条件的要求。

答：在混合阶段,颗粒微⼩.异向絮凝为主,对⽔进⾏剧烈搅拌的⽬的使药剂快速、均匀的分散于⽔中以利于混凝剂快速⽔解,聚合及颗粒脱稳,故混合快速剧烈,G=700～1000s-1 ,时间T<2min,在絮凝阶段,主要靠机械或⽔⼒搅拌促使颗粒碰撞凝聚,为同向絮凝.在絮凝过程中,絮凝尺⼨逐渐增⼤,为防⽌其破碎,机械搅拌强度或⽔流速度反应逐渐减⼩, G=20～70s-1, GT=104～105。

第4章沉淀

⼀、选择题1、A

2、C

3、C

4、C

5、B

6、CE

7、ABDE

8、BCD

9、BCD 10、B 11、B

⼆、名词解释1.沉淀池表⾯负荷及其单位：单位沉淀池表⾯积的产⽔量（m 3/h .m 2）

2.拥挤沉淀：颗粒在沉淀过程中，彼此相互⼲扰，或者受到容器器壁的⼲扰，称为拥挤沉淀。

3.⾃由沉淀：颗粒在沉淀过程中，彼此没有⼲扰，只受到颗粒本⾝的重⼒和⽔流重⼒的作⽤。

4.接触絮凝：以⾼浓度活性泥渣作为接触介质，去除脱稳杂质的过程，称为接触絮凝。

5.平流式沉淀池异重流：进⼊较静⽽具有密度差异的⽔体的⼀股⽔流。

三、简答题1、为什么斜板、斜管沉淀池的⽔⼒条件⽐平流式沉淀池好？

答：由于斜板（管）的⽔⼒R 很⼩，因Re ⼩，Fr ⼤，⽔⼒条件好。3. 沉淀池表⾯负荷和颗粒截留沉速关系如何？两者涵义有何区别？

答：沉淀池表⾯负荷和颗粒截留沉速在数值上相等，但含义不同。沉淀池表⾯负荷指单位沉淀池表⾯积的产⽔量，⽽截留沉速指沉淀池中能被全部去除的所有颗粒中最⼩颗粒的沉速。四、论述题1．何谓理想沉淀池？由理想沉淀池沉淀效率A Q u E i =可得出什么结论？ 答：理想沉淀池应符合三个条件： 1)颗粒处于⾃由沉淀状态：即在沉淀过程中，颗粒之间互不⼲扰，颗粒的⼤⼩、形状和密度不变。2)⽔流沿着⽔平⽅向流动。在过⽔断⾯上，各点流速相等，并在流动过程中，流速始终不变。

3)颗粒沉到池底即认为已被去除，不再返回到⽔流中。 由A Q i

u E =可知：

1)当沉淀池去除率E ⼀定时，若颗粒沉速u i 提⾼，则Q/A 提⾼，在A 不变的条件下，则产⽔量Q 增加；⽽当沉淀池表⾯负荷Q/A ⼀定时，若颗粒沉速u i 提⾼，则沉淀池去除率E 提⾼；因此，要提⾼Q 和E ，都需提⾼u i ，故⽣产上均⾮常重视混凝⼯艺。2) 当沉淀池去除率E ⼀定时，则A 提⾼，在u i 不变的条件下，则产⽔量Q 增加；⽽当Q ⼀定时，若A 提⾼，则沉淀池去除率E提⾼；因此，要提⾼Q 和E ，都需提⾼A ，故当沉淀池容积⼀定时，池⾝浅些，则表⾯积A ⼤些，此即所谓“浅池“理论。

第5章 过滤

⼀、选择题1、A

2、D

3、D

4、C

5、BCD

6、BC

7、ACE 8、AD 9、BD 10、BC 11、B 12、A

⼆、名词解释1. 截留沉速：沉淀池所能全部去除的颗粒中最⼩颗粒的沉速。

2. 滤料的反冲洗膨胀率：反冲洗时滤层膨胀后所增加的厚度与膨胀前厚度之⽐，称为滤料的反冲洗膨胀率。

3. 滤料的不均匀系数：K 80=d 80/d 10,表⽰滤料粒径的不均匀程度。

4. 反粒度过滤：过滤中⽔流先经过粗的滤料层，⽽后经过细的滤料层。

5. 滤层负⽔头：过滤过程中，当滤层截留了⼤量杂质以⾄砂⾯以下某⼀深度处的⽔头损失超过该处⽔深时，称为滤层负⽔头。6. 强制滤速：指1个或2个滤池停产检修时，其余滤池在超过正常负荷下的滤速。

7. 均质滤料：指沿整个滤层深度⽅向的任⼀横断⾯上，滤料组成和平均粒径均匀⼀致。

8. 滤层的冲洗强度：单位时间，单位滤层⾯积所通过的冲洗⽔量（L/s.m2）。

9. 滤层含污能⼒：在⼀个过滤周期内，如果按整个滤层计，单位体积滤料中所截留的杂质量称为滤层含污能⼒。

10. 截污量：单位体积滤层中所截留的杂质量。

三、简答题1. 滤料不均匀系数K80越⼤，对滤料和反冲洗有何影响？

答：K80=d80/d10,K80越⼤，表⽰粗细颗粒尺⼨相差越⼤，颗粒越不均匀，对过滤和冲洗都很不利。因为K80越⼤时，滤层含污能⼒减少；反冲洗时，为满⾜粗颗粒膨胀要求，细颗粒可能被冲出滤池，若为满⾜细颗粒膨涨要求，粗颗粒将得不到很好冲洗。2. 试述滤池负⽔头所产⽣的危害。答：⽓囊对过滤有破坏作⽤,⼀是减少有效过滤⾯积,增加过滤⽔头损失及滤速;⼆是会破坏滤层结构,反冲洗时易将滤料带出池体。3. 给⽔处理所选⽤的滤料应符合哪些要求？

答：①具有⾜够的机械强度；

②具有⾜够的化学稳定性；

③具有⼀定的颗粒级配和适当的孔隙率

4. 简述V型滤池的主要特点。

答：1、采⽤较粗滤料较厚滤层以增加过滤周期。滤料为均质滤料。使滤池含污能⼒提⾼。滤料有效粒径d10=0.95～1.5mm,不均匀系数K60=1.2～1.5，滤层厚约0.95～1.5m。2、⽓、⽔反冲洗再加始终存在的横向表⾯扫洗，冲洗效果好、冲洗⽔量⼤⼤减⼩。

四、问答题1. 试述⼤阻⼒配⽔系统与⼩阻⼒配⽔系统的优缺点？并说明哪⼀个配⽔系统配⽔均匀性更好⼀些，为什么？

答：⼤阻⼒配⽔系统优点；配⽔均匀性好。缺点：结构较复杂，孔⼝⽔头损失⼤，冲洗时动⼒消耗⼤，管道易结垢，增加检修困难。

⼩阻⼒配⽔系统优点：配⽔系统压⼒较均匀，能耗少。缺

⼤阻⼒配⽔均匀性好于⼩阻⼒，原因是⼤阻⼒配⽔系统具有以巨⼤孔⼝阻⼒加以控制的能⼒。2. 相对于等速过滤，变速过滤有什么优点？为什么？

答：与等速过滤相⽐，在平均滤速相同的情况下，变速过滤的滤后⽔质较好，⽽且在相同过滤周期内，过滤⽔头损失也较⼩。其原因为，当滤料⼲净时，滤层孔隙率较⼤，虽然滤速较⾼，但孔隙中流速并⾮按滤速增⾼倍数⽽增⼤，相反，滤层内截留杂质量较多时，虽然滤速低，但因滤层孔隙率减⼩，孔隙流速未必过多减⼩，因⽽，过滤初期，滤速较⼤可使悬浮杂质深⼊下层滤料；过滤后期滤速减⼩，可防⽌悬浮颗粒穿透滤层。等速过滤不具备这种⾃然调节功能。

第8章离⼦交换

⼀、选择题1、C

2、C

3、C

4、B

5、C

6、A

7、ABC

8、BC

9、AC

10、C 11、A 12、D 13、D 14、B 15、B 16、B 17、A

⼆、名词解释1. 湿视密度：湿树脂的重量与其堆积体积之⽐。

2. 溶胀性：⼲树脂变为湿树脂，体积胀⼤，湿树脂在转型时，体积也会发⽣变化，称为树脂的溶胀性。