水质工程学I考试试题(A卷)
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水质工程学I考试试题(A卷)
2003 —— 2004 学年度第 二 学期 期末 考试
标 准 答 案
第一部分:物理化学方法
一、填空题(每题1分,共10分)
1、现行《生活饮用水卫生标准》规定:色度 不超过5度 、铁 ≤0.3mg/L 、总大
肠菌数 ≤3个/L 。
2、物质的质量传递方式有三种,分别为: 主流传递 、 分子扩散传递 、 稳流扩散传递 。
3、混凝剂对水中胶体颗粒的混凝作用有四种,分别是: 压缩双电层 、 吸附电中和 、 吸附架桥 、 沉淀物网捕,卷扫作用 。 4、澄清池的类型基本上可分为 泥渣悬浮型 、 泥渣循环型 两大类。 5、气浮法按照产生微气泡方式的不同,分为 电解 气浮法、 散气___气浮法和 溶气___气
浮法。 6、V型滤池采用的配水方式是 小阻力 配水系统,冲洗方式是 气水反冲洗 。 7、过滤中和法中,中和滤池分为 普通中和滤池 、 升流式膨胀中和滤池 和 过滤中和滚筒 。 8、按照水中阴离子组成可把硬度分为 碳酸盐硬度 和 非碳酸盐硬度 ,又把 碳酸盐硬度 称为暂时硬度, 非碳酸盐硬度 称为永久硬度。 9、离子交换过程中,强酸树脂对pH值的适应范围为_1~14____,弱酸树脂对pH值的适应范围为_5~14__,强碱树脂对pH值的适应范围为__1~12______,弱碱树脂对pH值的适应范围为_0~7_。 10、反渗透所用的膜为一种 半透 膜,根据电子显微镜照片,这种膜的断面可分为 表皮层 、 过渡层 和 多孔层 三层。
二、名词解释(每题2分,共14分)
1、纵向分散模型: 指在推流型基础上加上一个纵向混合,即包括分子扩散、紊流扩散、短流、
环流、流速不均匀等的留台的一种非理想反应器模型。 2、固体通量:指单位时间内,通过单位面积的固体重量。
极限固体通量:指在浓缩池的深度方向,存在着一个固体通量最小的控制断面,此最小固体通
量称极限固体通量。
3、穿透深度:指在滤池的某一深度处,在过滤结束后,该处的出水浊度为3度,则这个深度
称为穿透深度。
4、折点加氯:为了获得自由性余氯,加氯量超过折点需氯量的加氯方法称折点加氯。
5、成熟期:指在除铁除盐滤池中,从新滤料开始使用到滤料表面被铁质活性滤膜覆盖而发黄
变成成熟滤料的时间。
6、溶胀性:干树脂浸泡水中时,体积长大或湿树脂转型时,体积发生变化的现象叫溶胀性。
7、截留分子量:指通过测定具有相似化学结构的不同分子量的超滤膜的截留率得到截留分子
量曲线,曲线上截留率大于90%或95%的分子量称为截留分子量
三、简答题(每题4分,共16分)
1、为什么串联的CSTR型反应器比同容积的单个CSTR型反应器效果好?
答:因为串联的CSTR型反应器中第一个反应器是在高浓度下进行反应,反应速度最快,
而后浓度逐渐降低,反应速度才逐渐降低,而单个CSTR反应器始终在低浓度下进行反应,反
应速率较小,故串联的CSTR型反应器比同容积的单个CSTR反应器效果好。
2、为什么说低温水难处理?其原因是什么?
答:原因有:
① 低温时无机盐水解速度慢,因为无机盐水解为吸热反应;
② 水温低时水的粘度大,会使布朗运动减弱,减少颗粒碰撞机会,同时水的剪力增大,絮凝
体容易破碎。
③ 水温低时絮凝体不容易沉淀。
④ 水温低时胶体水化作用增强,妨碍胶体凝聚。
⑤ 水温与水的pH值有关,水温低时,水的pH值提高,相应的混凝最佳pH值也提高。
3、试分析大阻力配水系统的工作原理,并说明大阻力配水系统和小阻力配水系统的设计原理
各是什么?
答:大阻力配水系统由穿孔配水支管和干管组成,起端支管的起端孔口流量为Qa与末端支管的末端孔口流量Qc有如下关系:
12
4131211142322212
ii
ca
SS
SSSSSSSS
∑∑
=
++++++
=
式中,S
1、S
2、S
3、S
4分别为配水系统、孔口、承托层、滤料层的阻力系数,显然,∑S
i1≠
∑S
i2,故Q
a≠Q
c。
在各阻力系数中,S
3和S
4在承托层、滤料层铺好后为定值,不能调节,要使Q
a≈Q
c,可采取
以下措施:
(1)使S
2增大,即减小孔口面积来增大S
21和S
22,同时削减了S
11≠S
12、S
31≈S
32、S
41≈S
42所
造成的布水不均匀的影响。这就是大阻力配水系统的设计原理。
(2)使S
1减小,减小配水系统S
11≠S
12对配水均匀性的影响,并在此基础上减小S
2以减小孔
口水头损失。这就是小阻力配水系统的设计原理。
4、试用离子交换平衡的观点说明混床除盐出水纯度高的原因。
答:可用离子交换平衡的观点解释混床除盐出水纯度高的原因:
RH+ROH+NaCl=RNa+RCl+H
2O
平衡常数为:
[][][]
[][][][][][]
[][][][]
[][][]
[][]
OHCl
OHNa
H
KKK
OHHOH
ClROHOHRCl
NaRHHRNa
ROHRHClNaOHRClRNa
K
222⋅
=⋅⋅==
−+−−
++
−+式中,——
水的电离常数。水温22℃时,=1.6×10OHK
2
OHK
2-16。
—— 阳树脂的选择性系数。=1.5。 Na
HKNa
HK
—— 阴树脂的选择性系数。Ⅰ型阴树脂=15, Cl
OHKCl
OHK
Ⅱ型阴树脂=2。 Cl
OHK
所以,K=1.5×15÷(1.6×10-16)=1.4×1017。
可见,K>>1,反应进行很彻底,反应物能全部变成生成物,故混床出水纯度高。
四、理想沉淀池的假设条件是什么?试推导理想沉淀池中沉速为()的颗粒的沉淀效
率公式,说明公式中各符号的含义,并对公式进行定性分析。(6分) iu
0uu
i<
答:所谓理想沉淀池,应符合以下三个假定:
(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,因此,颗粒的沉速始终不变。
(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,不再返回水流中。
设原水中沉速u
i<u
0的颗粒的浓度为C,由上图,沿着高度h内进入沉淀池的沉速为u
i的颗
粒能全部沉到池底被去除。故有:
0//
uu
tHth
Hh
HBvChBvC
QCCQ
Eic=====
式中,Q
c为沿着高度h内进入沉淀池的水的流量,Q
cC即为被去除的该种颗粒的量。将u
0的
表达式代入上式,得到:
AQu
Ei
/=
公式(3-16)称为哈真公式,该式表明悬浮颗粒在理想沉淀池中的去除率只与沉淀池的
表面负荷q及颗粒沉速u
i有关,而与沉淀池的水深、池长、水平流速、沉淀时间无关。对公式
(3-16)进行定性分析有如下结论:
①去除率E一定时,u
i增大则q增大,即产水量增大。
②q一定时,u
i增大则E增大,由斯笃克斯公式2
181
gduls•−
•=
μρρ
可知,要使u
i增大来提
高去除率E,就要增大颗粒粒径和密度,可通过提高絮凝效果来实现。故生产上比较重视混凝
工艺。 ③u
i一定时,Q也一定,A增大则E增大,当容积V一定时,水深H越小则表面积A越大,去除
率越高。即沉淀池池深浅些表面积增大可提高去除率E,该理论称为“浅池理论”。
五、已知水厂规模为25000
dm3,自用水系数为1.08,设计折板絮凝池,分为三档,各档的
水头损失分别为125㎜,50㎜,25㎜,并已知絮凝池的容积V=281.25,试校核该絮凝池的
G值、GT值是否满足要求。(水温t=20℃时,μ=1.0084×)。(4分) 3m
sp
a.103−
解:Q=25000×1.08=0.3125m3/s
T=V/Q=281.25/0.3125=900s H=125+50+25=200mm=0.2m
1
347.46
900100084.12.09800
−
−=
×××
==s
Th
G
μγ
GT=46.47×900=41823 均满足要求