华北理工水质工程学(给水处理)习题及答案

水质工程学(给水处理)习题及答案华北理工大学给水排水教研室2013．9十四章给水处理概论【习题】（p252）14-1．在实验室内作氯消毒试验。已知细菌被灭活速率为一级反应，且k＝0.85min－1。求细菌被灭99.5％时，所需消毒时间为多少分钟？解：细菌加氯灭活是一级反应。k=0.85min-1eCCkt0ln1灭活99.5%。Ce=(1－99.5%)Co200%5.99110eCCmin23.6200ln85.01t14-2．设物料i分别通过CSTR型和PF到反应器进行反应后。进水和出水中i浓度之比均为C0／Ce＝10，且属一级反应，k=2h-1。求水流在CSTR型和PF型反应器内各需多少停留时间？（注：C0——进水中i初始浓度；Ce——出水中I浓度）解：1)由CSTR型一级反应停留时间公式：)1(10eCCkt)(5.4)110(21ht2）由PF型一级反应停留时间公式：iCCkt0ln1)(15.110ln21ht14-3．题3中若采用4只CSTR型反应器串联，其余条件同上。求串联后水流总停留时间为多少？解：由四个CSTR反应器串联：一级反应。nonktCC1110eoCC12hk则：4211101t1+2t=1.778t=0.389hT=nt=4×0.389=1.557h14-4．液体中物料i浓度为200mg／L，经过2个串联的CSTR型反应器后，浓度降至20mg／L．液体流量为5000m3/h，反应级数为1，速率常数为0.8h-1。求每个反应器的体积和总反应时间。解：一级反应，两个串联。nonktCC1110120020onCCn=2k=0.8h-128.011101t(1+0.8t)2=100.8t=2.162t=2.703(h)总反应时间：T=nt=2×2.703=5.406（h）每个反应器体积：V=Q·t=5000m3/h×2.703h=13514m3补充习题:Questions:14-1Laboratorytestswereconductedonthechemicaltreatmentofawaterusingbothalongnarrowflocculationtank(plugflow)andacompletelymixedunit.Theobservedrateconstantsundersteady-stateconditionswerefirst-orderkineticsequalto“12perday”forplugflowand“36perday”forcompletemixing.Foraninfluentconcentrationof80mg/l,whichprocessrequirestheshorterretentiontimetoachievea95percentcompletionofthereaction?Solution:1、Plugflow(PF):k=12day-1%95oeoCCC95.01oeCC2005.01eoCCdayCCkteo250.005.01ln121ln12、Completemixing(CSTR)k=12day-12005.01eoCCdayCCktio528.012036111Answer:Plugflowprocessrequirestheshorterretentiontimetoachievea95percentcompletionofthereaction.14-2Basedonlaboratorystudies,therateconstantforachemicalcoagulationreactionwasfoundtobefirst-orderkineticswithakequalto75perday.Calculatethedetentiontimesrequiredincompletelymixedandplug-flowreactorsforan80percentreduction,Co=200mg/landCt=40mg/l.Solution:1、Forcompletelymixedreactor11ioCCktk=75day－140200ioCCdayt053.01402007512、ForPlug-flowReactordayCCktio021.040200ln751ln1Answer:1、Required0.053dayforcompletelymixedreactor.2、Required0.021dayforplug-flowreactor.十五章混凝【习题】(p286)15—1河水总碱度0.lmmol/L（按Cao汁）。硫酸铝（含Al2O3为16%）投加量为25mg／L，问是否需要投加石灰以保证硫酸铝顺利水解？没水厂每日生产水量50000m3，试问水厂每天约需要多少千克石灰（石灰纯度按50％计）。解：投药量折合成Al2O3为25mg/L×0.16=4mg/LAl2O3的分子量：101.96=102投药后浓度：剩余碱度取0.37CaO浓度：[CaO]=3×[a]-[x]+[δ][a]——混凝剂投量，0.039mmol/L。[x]——原水碱度，按CaO计，0.1mmol/L。（CaO）[δ]——保证反应的剩余碱度。0.37(0.25～0.5mmol/LCaO)[CaO]=3×0.039－0.1+0.37=0.387mmol/LCaO分子量为56。石灰纯度为50%。投量为：0.387mmol/L×56/0.5=43.34mg/L=43.34g/m3水厂每天投加量：43.34g/m3×50000m3=2167200g=2167.2Kg15—2设聚合铝[A12(OH)n•Cl6-n]m在制备过程中。控制m=5，n=4，试求该聚合铝的碱化度为多少？解：聚合铝[A12(OH)n•Cl6-n]mm=5;n=4。碱化度%7.6652345%1003AlOHB15—3某水厂采用精制硫酸铝作为混凝剂，其最大投量为35mg／L。水厂设计水量100000m/d。混凝剂每日调制3次，溶液浓度按10％计，试求溶解池和溶液池体积各为多少?解：1）溶液池容积，W2:bnaQW4172Q——水处理量，Q=100000m3/d=4166.7m3/h。LmmolLmg/039.0102/4Ga——最大混凝剂投加量，a=35mg/L。b——溶液浓度，b=10(注：式中的%已计入系数417中)n——每日调制次数，n=3。32657.113104177.416635mW2）溶解池，W1：W1=(0.2～0.3)W2取W1=0.25W2W1=0.25×11.657=2.914m315—4隔板絮凝池设计流量75000m3／d絮凝池有效容积为1100m3。絮凝池总水头损失为求絮凝池总的平均速度梯度G值和TG值各为多少？（水厂自用水量按5％0.26m。计）。解：求及TG值，Q=75000m3/d×1.05=78750m3/d=0.911m3/s体积V=1100m3sQVT9.1206911.011001674.459.12061001.126.081.9sTghGh=0.26m;ν=0.0101cm2/s=1.01×10-6m2/s（20℃水的运动粘度，）3.552079.120674.45TG15—5某机械絮疑池分成3格。每格有效尺寸为2.6m（宽）X2.6m（长）X4.2m（深）。每格没一台垂直轴桨板搅拌器，构造按图15-22，没计各部分尺寸为：r2=1050mm；浆板长1400mm，宽120mm；，r0=525mm。叶轮中心点旋转线速度为：第一格v1=0.5m/s第二格v2=0.32m／s第三格v3=0.2m/s求：3台搅拌器所需搅拌功率及相应的平均速度梯度G值（水温按200C计）。解：（1）第一格v1=0.5m/s第二格v2=0.32m/s第三格v3=0.2m/s取浆板相对水流的线速度等于浆板相对固定物系线速度的0.75倍。则：（r0=0.525m）sradrvw/714.0525.05.075.075.0011sradrvw/457.0525.032.075.075.0022sradrvw/286.025.02.075.075.0033(2)浆板所需功率：长:宽11.1DC3/1000mKg)(07.148714.081.40644.056.093.005.1714.04.1810001.14)(84)(8434444341423414231WrrlwCrrlwCPDD)(83.38457.081.40632WP)(52.9286.081.40633WP(3)求：G值。20℃sPa310002.1V=2.6×2.6×4.2=28.39m3131115.7239.2810002.107.148sVPG13294.3639.2810002.182.38sG13315.1839.2810002.152.9sG1332198.4739.28310002.152.983.3807.48.13sVPPPG15—6设原水悬浮物体积浓度φ=5×10-5。假定悬浮颗粒粒径均匀。有效碰撞系数α=1，水温按15℃计（15℃µ=1.14×10-3Pa·s）。设计流量Q＝360m3/h。搅拌功率（或功率消耗）P＝195W。试求：（1）絮凝池按PF型反应器考虑，经15min絮凝后，水中颗粒数量浓度将降低百分之几？（2）采用3座同体积机械絮凝池串联（机械絮凝池按CSTR型反应器考虑），絮凝池总体积与（1）同。搅拌总功率仍为195W，设3座絮凝池搅拌功率分别为。P1=100W，P2=60W，P3=35W，试问颗粒数量浓度最后降低百分之几？解：做法I(1)nnKGtoln115℃µ=1.14×10-3Pa·s551037.61416.310544KV=360m3/h×0.25h=90m31359.43901014.1195sVPGt=15min=900snnoln1037.659.4319005499.2lnnno17.12nno降低百分率：%8.9117.12111ooonnnnn（2）每池容积：90/3=30m3ti=15/3=5min=300s131107.54301014.1100sVpG11111nnkGto107.541037.6130015nno033.2107.541037.63001511tkGnno492.01onnn1=0.492n013289.41301014.160sG80.1189.411037.630015221tkGnnn2=0.556n1=0.273n013399.31301014.135sG611.1199.311037.630015332tkGnnn3=0.62n2=0.169n0颗粒数量浓度降低了（1-0.169）×100%=83.1%做法II1360.433031014.13560100sG由式111mmonnGKt可得式mmoGtKnn1979.5165.421037.630035monn颗粒数量浓度降低了%28.83979.51111moomonnnnn十六章沉淀和澄清【习题】(p314)16—1.已知颗