给水工程课后思考题答案

1十四章：1、水中杂质按尺寸大小可分成几类？了解各类杂质主要来源、特点及一般去除方法。答：水中杂质按尺寸大小可分成三类：１）悬浮物和胶体杂质：悬浮物尺寸较大，易于在水中下沉或上浮。但胶体颗粒尺寸很小，在水中长期静置也难下沉，水中所存在的胶体通常有粘土、某些细菌及病毒、腐殖质及蛋白质等。有机高分子物质通常也属于胶体一类。天然水中的胶体一般带有负电荷，有时也含有少量正电荷的金属氢氧化物胶体。粒径大于０.1mm的泥砂去除较易，通常在水中很快下沉。而粒径较小的悬浮物和胶体物质，须投加混凝剂方可去除。２）溶解杂质，分为有机物和无机物两类。它们与水所构成的均相体系，外观透明，属于真溶液。但有的无机溶解物可使水产生色、臭、味。无机溶解杂质主要的某些工业用水的去除对象，但有毒、有害无机溶解物也是生活饮用水的去除对象。有机溶解物主要来源于水源污染，也有天然存在的。2、概略叙述我国天然地表水源和地下水源的特点。(8’)答：1）、我国水文地质条件比较复杂。各地区地下水中含盐量相差很大，但大部分地下水的含盐在200～500mg/L之间。一般情况下，多雨地区含盐量较低；干旱地区含盐量较高。地下水硬度高于地表水，我国地下水总硬度通常在60～300mg/L（以CaO计）之间，少数地区有时高达300～700mg/L。我国含铁地下水分布较广，比较集中的地区是松花江流域和长江中、下游地区。黄河流域、珠江流域等地也都有含铁地下水。含铁量通常为10mg/L以下，个别可高达30mg/L。地下水中的锰与铁共存，但含铁量比铁不。我国地下水含有锰量一般不超过2mg/L～3mg/L。个别高达30mg/L。2）、我国是世界上高浊度水河众多的国家之一。西北及华北地区流经黄土高原的黄河水系、海河水系及长江中、上游等，河水含砂量很大，华北地区和东北和西南地区大部分河流，浊度较低。江河水的含盐量和硬度较低。总的来说，我国大部分河流，河水含流量和硬度一般均无碍于生活饮用。（作为给水水源，江河水水质具有哪些特点？答：水中悬浮物和胶态杂质含量较多，浊度高于地下水。江河水的含盐量和硬度较低。江河水最大的确定是：宜受工业废水、生活污水及其他各种人为污染，因而水的色、臭、味变化较大，有毒或有害物质易进入水体。水温不稳定，夏季常不能满足工业冷却用水的要求。）（2、作为给水水源，地下水水质具有哪些特点？答：地下水水质、水温较稳定。地下水硬度高于地表水，地下水中的铁常与锰共存，超过饮用水标准，需经处理方可使用，含盐量各硬度较高。）3、了解《生活饮用水卫生标准》中各项指标的意义。(7’)答：在《标准》中所列的水质项目可分成以下几类。一类属于感官性状方面的要求，如不的水度、色度、臭和味以及肉眼可见物等。第二类是对人体健康有益但不希望过量的化学物质。第三类是对人体健康无益但一般情况下毒性也很低的物质。第四类有毒物质。第五类细菌学指标，目前仅列细菌总数、总大肠菌数和余氯三项。4、反应器原理用于水处理有何作用和特点？(7’)答：反应器是化工生产过程中的核心部分.在反应器中所进行的过程,既有化学反应过程,又有物理过程,影响因素复杂。在水处理方面引入反应器理论推动了水处理工艺发展。在化工生产过程中，反应器只作为化学反应设备来独立研究，但在水处理中，含义较广泛。许多水处理设备与池子都可作为反应器来进行分析研究，包括化学反应、生物化学反应以至物理过程等。例如，不的氯化消毒池，除铁、除锰滤池、生物滤池、絮凝池、沉淀池等等，甚至一段河流自净过程都可应用反应器原理和方法进行分析、研究。25、试举出3种质量传递机理的实例。(7’)答：质量传递输可分为：主流传递；分子扩散传递；紊流扩散传递。1）、主流传递：在平流池中，物质将随水流作水平迁移。物质在水平方向的浓度变化，是由主流迁移和化学引起的。2）、分子扩散传递：在静止或作层流运动的液体中，存在浓度梯度的话，高浓度区内的组分总是向低浓度区迁移，最终趋于均匀分布状态，浓度梯度消失。如平流池等。3）、在绝大多数情况下，水流往往处于紊流状态。水处理构筑物中绝大部分都是紊流扩散。6、3种理想反应器的假定条件是什么？研究理想反应器对水处理设备的设计和操作有何作用。答：3种理想反应器的假定条件如下1）完全混合间歇式反应器中的反应：不存在由物质迁移而导致的物质输入和输出、且假定是在恒温下操作。2）完全混合连续式反应器：反应器内物料完全均匀混合且与输出产物相同的假定，且是在恒温下操作。3）推流型反应器：反应器内的物料仅以相同流速平行流动，而无扩散作用，这种流型唯一的质量传递就是平行流动的主流传递。4）在水处理方面引入反应器理论推动了水处理工艺发展。在化工生产过程中，反应器只作为化学反应设备来独立研究，但在水处理中，含义较广泛。许多水处理设备与池子都可作为反应器来进行分析研究，包括化学反应、生物化学反应以至物理过程等。例如，氯化消毒池，除铁、除锰滤池、生物滤池、絮凝池、沉淀池等等，甚至一段河流自净过程都可应用反应器原理和方法进行分析、研究。介绍反应器概念，目的就是提供一种分析研究水处理工艺设备的方法和思路。7、为什么串联的CSTR型反应器比同体积的单个CSTR型反应器效果好？(8’)答：如果采用多个体积相等的CSTR型反应器串联使用，则第2只反应器的输入物料浓度即为第1只反应器的输出物料浓度，以此类推。设为一级反应，每只反应器可写出如下公式：01CC=tk11；12CC=tk11；……1nnCC=tk11所有公式左边和右边分别相乘：tktktktkCCCCCCCCnn111111111231201ntkCCn110式中t为单个反应器的反应时间。总反应时间tnT。串联的反应器数愈多，所需反应时间愈短，理论上，当串联的反应器数n时，所需反应时间将趋近于CMB型和PF型的反应时间。8、混合与返混合在概念上有何区别？返混合是如何造成的？3答：CMB和CSTR反应器内的混合是两种不同的混合。前者是同时进入反应器又同时流出反应器的相同物料之间的混合，所有物料在反应器内停留时间相同；后者是在不同时间进入反应器又在不同时间流出反应器的物料之间的混合，物料在反应器内停留时间各不相同，理论上，反应器内物料的停留时间由。这种停留时间不同的物料之间混合，在化学反应工程上称之为“返混”。显然，在PF反应器内，是不存在返混现象的。造成返混的原因，主要是环流、对流、短流、流速不均匀、设备中存在死角以及物质扩散等等。9、PF型和CMB型反应器为什么效果相同？两者优缺点比较。答：在推流型反应器的起端（或开始阶段），物料是在C0的高浓度下进行的，反应速度很快。沿着液流方向，随着流程增加（或反应时间的延续），物料浓度逐渐降低，反应速度也随之逐渐减小。这也间歇式反应器的反应过程是完全一样的。介它优于间歇式反应器的在于：间歇式反应器除了反应时间以外，还需考虑投料和卸料时间，而推流型反应器为连续操作。11、何谓“纵向分散模型”？纵向分散模型对水处理设备的分析研究有何作用？(7’)答：纵向分散模型就是在推流型基础上加上一个纵向的混合，而这种混合又可设想为一种扩散所引起的，其中既包括分子扩散、紊流扩散，又包括短流、环流、流速不均匀等。这种模型与实际所研究的对象基本等效，不必去深究扩散机理及其它细节，所以在对水处理设备的分析研究中采用此模型更简单方便。第十五章混凝思考题1、何谓胶体稳定性？试用胶粒间互相作用势能曲线说明胶体稳定性的原因。答：胶体稳定性是指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。原因P255最后一段。2、混凝过程中，压缩双电层和吸附-电中和作用有何区别？简要叙述硫酸铝混凝作用机理及其与水的pH值的关系。答：压缩双电层机理：由胶体粒子的双电层结构可知，反离子的浓度在胶粒表面处最大，并沿着胶粒表面向外的距离呈递减分布,最终与溶液中离子浓度相等。当向溶液中投加电解质，使溶液中离子浓度增高，则扩散层的厚度减小。该过程的实质是加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力把原有部分反离子挤压到吸附层中，从而使扩散层厚度减小。由于扩散层厚度的减小，电位相应降低，因此胶粒间的相互排斥力也减少。另一方面，由于扩散层减薄，它们相撞时的距离也减少，因此相互间的吸引力相应变大。从而其排斥力与吸引力的合力由斥力为主变成以引力为主(排斥势能消失了)，胶粒得以迅速凝聚。吸附-电中和机理：胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子或分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了电位离子所带电荷，减少了静电斥力，降低了ξ电位，使胶体的脱稳和凝聚易于发生。此时静电引力常是这些作用的主要方面。上面提到的三价铝盐或铁盐混凝剂投量过多，凝聚效果反而下降的现象，可以用本机理解释。因为胶粒吸附了过多的反离子，使原来的电荷变号，排斥力变大，从而发生了再稳现象。4硫酸铝混凝作用机理及其与水的pH值的关系：Ph3时，压缩扩散双电层作用。Ph3时,吸附-电中和作用。Ph3时水中便出现聚合离子及多核羟基配合物，这些物质会吸附在胶核表面，分子量越大，吸附作用越强。3,高分子混凝剂投量过多时，为什么混凝效果反而不好？答：在废水处理中，对高分子絮凝剂投加量及搅拌时间和强度都应严格控制，如投加量过大时，一开始微粒就被若干高分子链包围，而无空白部位去吸附其他的高分子链，结果造成胶粒表面饱和产生再稳现象。已经架桥絮凝的胶粒，如受到剧烈的长时间的搅拌，架桥聚合物可能从另一胶粒表面脱开，重又卷回原所在胶粒表面，造成再稳定状态。4、目前我国常用的混凝剂有哪几种？各有何优缺点？答：铝系：硫酸铝明矾聚合氯化铝（PAC）聚合硫酸铝（PAS）铁系：三氯化铁硫酸亚铁聚合硫酸铁（PFS）聚合氯化铁（PFC）有机高分子混凝剂：聚丙烯酰胺（PAM）优缺点：优点缺点硫酸铝价格较低，使用便利，混凝效果较好，不会给处理后的水质带来不良影响当水温低时硫酸铝水解困难，形成的絮体较松散；不溶杂质含量较多。聚合氯化铝（PAC）1应用范围广;2易快速形成大的矾花，沉淀性能好，投药量一般比硫酸铝低;3、适宜的PH值范围较宽(在5～9间)；4、水温低时，仍可保持稳定的混凝效果；5、其碱化度比其他铝盐、铁盐为高，因此药液对设备的侵蚀作用小三氯化铁极易溶于水；沉淀性好，处理低温水或低浊水效果比铝盐的好氯化铁液体、晶体物或受潮的无水物腐蚀性极大，调制和加药设备必须考虑用耐腐蚀材料硫酸亚铁不如三价铁盐那样有良好的混凝效果；残留在水中的Fe2+会使处理后的水带色；聚合硫酸铁投加剂量少；絮体生成快；对水质的适应范围广以及水解时消耗水中碱度少聚丙烯酰胺（PAM）常作助凝剂以配合铝盐和铁盐作用，效果显著5、什么叫助凝剂？常用的助凝剂有哪几种？在什么情况下需要投加助凝剂？答：在单独使用混凝剂不能取得预期效果时，需投加某种辅助药剂以提高混凝效果，这种药剂称为助凝剂。助凝剂通常是高分子物质，作用机理是高分子物质的吸附架桥。5常用的助凝剂有：骨胶、聚丙烯酰胺及其水解物、活化硅酸、海藻酸钠等。当单独使用混凝剂效果不佳时采用助凝剂，例如：对于低温、低浊度水采用铝盐或铁盐混凝时，形成絮粒往往细小松散，不易沉淀。当加如少量活化硅酸时，絮凝体的尺寸和密度就会增大，沉速加快。6、为什么有时需将PAM在碱化条件下水解成HPAM？PAM水解度是何涵义？一般要求水解度为多少？答：PAM聚丙烯酰胺，混凝效果在于对胶体表面具有强烈的吸附作用，在胶粒之间形成桥联。由于酰胺基之间的氢键作用，线性分子往往不能充分伸展开来，致使桥架作用消弱。为此，通常将PAM在碱性条件下（pH10）进行部分水解，生成阴离子型水解聚合物（HPAM）PAM水解度：由酰胺基转化为羟基的百分数称水解度。一般控制水解度在30%--40%较好。7.何谓同向絮凝和异向絮凝？两者絮凝速率（或碰撞数率）与哪些因素有关？同向絮凝：由流体运动所造成的颗粒碰撞聚集称为同向絮凝。其数率与颗粒直径的三次方成正比，与颗粒数量浓度平方成正比，以及速度梯度一次方成正比。异向絮凝：由布朗运动所造成的颗粒碰撞聚集称异向絮凝。其数率与水温成正比，与颗粒的