水质工程学大题

四个混凝作用机理1、压缩双电层作用机理2、吸附—电性中和作用机理3、吸附架桥作用机理4、沉淀物的网捕、卷扫作用机理天然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。1、悬浮物泥砂类无机物质和动植物生存过程中产生的物质或死亡后腐败产物等有机物尺寸较大，在水中不稳定，常常悬浮于水流中重力沉降2、胶体细小的泥砂、矿物质等无机物和腐殖质等有机物比表面积很大，有明显表面活性，常带电，稳定的存在于水中物理化学方法3、溶解物气体、矿物质等溶解呈真溶液状态存在，难以除去离子交换与膜技术什么叫水体的富营养化？水体富营养化有何危害？指富含磷酸盐和氮素的水，在光照和其他环境适宜的情况下，水中的营养物质使水中的藻类过量生长，在随后藻类死亡和异养微生物代谢活动中，水中溶解氧被耗尽，造成水体质量恶化和水生态环境结构破坏的现象。危害：1、使水味变得腥臭难闻2、降低水的透明度3、消耗水中的溶解氧4、向水中释放有毒物质5、影响供水水质并增加供水成本6、对水生生态的影响理想反应器有哪几种类型？各有何特点？1、完全混合间歇式反应器（CMB型）：在CMB型反应器中，搅拌使物质均匀混合，同时进行反应，直到反应产物达到预期要求时停止反应，并排出产物。整个反应器为一个封闭系统，该系统在反应过程中不存在由物质迁移（质量传递）而导致的物质输入和输出2、完全混合连续式反应器（CSTR型）：在CSTR型反应器中，反应物投入后，经搅拌立即与反应器内液体达到完全均匀混合，新反应物连续输入，反应产物也连续输出。CSTR型反应器所用消毒时间较长，如果采用多个体积相等的CSTR型反应器串联使用，将会大大缩短反应时间。3、活塞流反应器（PF型）：物料以相同流速平行流动，无扩散作用，物料浓度在垂直于液流方向完全均匀，而沿着液流方向将发生变化。唯一的质量传递是平行流的主流传递。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？既可以使反应过程有一个确定不变的反应速度，又可以分段控制反应，还可以使物料在反应器内的停留时间相对地比较集中。典型给水处理工艺流程和典型污水处理工艺流程有哪些？给水处理：地表水常规处理、地表水直接过滤、高浊度水处理、受污染水源处理污水处理：城市污水处理、回用水处理、焦化废水处理、洗浴废水处理何谓胶体稳定性？试用胶粒间相互作用势能曲线说明胶体稳定性的原因。胶体稳定性指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。分为1、动力学稳定性2、聚集稳定性。将排斥势能ER与吸引势能EA相加可得到总势能E。在E～x曲线上，当x＝ob时存在最大值Emax，即为排斥能峰；当x＜oa或x＞oc时，吸引势能占优势，两胶粒可相互吸引；当oa＜x＜ob时，排斥势能占优势，且存在排斥能峰，两胶粒相互排斥。因此，只有x＜oa时，吸引势能EA随x减小而急剧增大，两胶粒才会发生凝聚。如果布朗运动的动能EB＞Emax，两胶粒之间就可通过布朗运动克服排斥能峰而碰撞凝聚。但是天然水中胶体布朗运动的动能EB＜＜Emax，于是胶体长期处于分散稳定状态。混凝过程中，压缩双电层作用和吸附—电性中和作用有何异同？同：都可使胶体ζ电位降低异：1、压缩双电层是依靠溶液中反离子浓度增加而使胶体扩散层厚度减小，导致ζ电位降低，其总电位0保持不变，且为纯静电作用，不可能使胶体电荷符号改变。2、吸附－电性中和是异号反离子直接吸附在胶核表面，总电位0会发生变化，会由0降低至'0，ζ电位降低至k3、压缩双电层通常由简单离子（如Na+、Ca2+、Al3+等）起作用，而吸附－电性中和通常由高分子物质或高聚合离子起作用。高分子混凝剂投量过多时，为什么混凝效果反而不好？1、胶体颗粒表面电荷不但可能被降为零，而且还可能带上相反的电荷，即是胶体颗粒反号，发生再稳定现象，形成胶体保护目前我国常用的混凝剂有哪几种？各有何优缺点？1、硫酸铝：使用方便，混凝效果较好，不会给处理后的水质带来不良影响，但是水温低时硫酸铝水解困难，形成的絮凝体较松散，处理效果不及铁盐混凝剂。2、三氯化铁：易溶解、易混合，形成的絮凝体密度大，沉降快。处理低温水或低浊水效果比铝盐好。具有强腐蚀性，投加量最佳范围较窄，如果控制不好，会导致出水的色度增大。固体产品易受潮，不易保管。3、聚合铁：投药剂量低，形成絮体的速度较快，矾花粗大，沉降迅速。适应的水质条件较宽，基本上不用控制溶液pH值。其腐蚀性大大减弱。处理后水的色度和铁离子含量均较低。PFS对人体无生理毒性，是非常安全的水处理剂。4、有机高分子混凝剂：在混凝过程中吸附架桥作用显著，对于高浊水、低浊水和污水处理、污泥脱水都有显著的效果，同时用量较低，但是因其价格昂贵，使用受到一定限制。什么是同向絮凝和异向絮凝？两者的絮凝速率与哪些因素有关？其控制指标是什么？异向絮凝：指脱稳胶体由于布朗运动相碰撞而凝聚的现象。同向絮凝：指借助于水力或机械搅拌使胶体颗粒相碰撞而凝聚的现象。异向絮凝速率与水温有关，与颗粒数量浓度的平方成正比，而与颗粒粒径无关。同向絮凝速率和单位体积中胶体颗粒数量，颗粒直径，G有关。控制指标是水力梯度G。G和GT值的涵义是什么？试推导机械搅拌和水力搅拌条件下的G值表达式。G是速度梯度，是相邻两流层的速度增量和垂直于水流方向的两流层之间的距离的比值。G值间接反映单位时间颗粒碰撞次数，GT值反映总的碰撞次数。1/2(/)Gpu、1/2(/)GghT、1/2(/)GrhuTp：单位体积水流消耗的功率或单位体积消耗的搅拌器的功率。根据反应器原理，什么形式的絮凝池效果较好？折板絮凝池混凝效果为什么优于隔板絮凝池？隔板絮凝池、穿孔旋流絮凝池、折板絮凝池、栅条、网格絮凝池、机械絮凝池。利用折板间多次转折或缩放水流形成涡流，使沿程能量消耗均匀，较好地絮凝。影响混凝效果的主要因素有哪几种？这些因素是如何影响混凝效果的？1、水温低温时无机盐水解速度慢，因为无机盐水解为吸热反应。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。水温低时絮凝体不容易沉淀。2、PH值3、碱度水解过程中不断产生H+，会导致水的pH值不断下降，要使水的pH值保持在最佳范围，则水中应有足够的碱性物质与H+中和。4、浊度Stokes公式表示什么水流状态下的沉速公式？试对该公式进行定性分析。层流。公式为2181gduls分析：1、颗粒沉速u的决定因素是ls，当ls时，u呈负位，颗粒上浮；ls时，u呈正值，颗粒下沉，故絮凝过程中形成粗大密实的絮凝体有利于提高沉淀效果；2、沉速u与颗粒的直径d2成正比，所以增大颗粒直径d，可大大地提高沉淀(或上浮)效果3、u与μ成反比，μ决定于水质与水温，在水质相同的条件下，水温高则μ值小，有利于颗粒下沉(或上浮)，反之，水温低时处理效果差。4、由于沉速u的测定比较容易，通常以沉速u来代表具有该沉速的某一特点颗粒进行沉淀性能分析。理想沉淀池的假设条件是什么？推导理想沉淀池中沉速为ui（uiu0）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。条件：1、颗粒处于自由沉淀状态，颗粒的沉速始终不变2、水在池内沿水平力向流动，水平流速v始终不变，在过水断面上各点流速相等。3、颗粒沉到池底即认为被去除。沉淀效率：0//uutHthHhHBvChBvCQCCQEic可得AQuEi/分析：1、去除率E一定时，ui增大则q增大，即产水量增大2、q一定时，ui增大则E增大，由斯笃克斯公式2181gduls可知，要使ui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。3、ui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”。平流沉淀池进水为什么要采用穿孔花墙？出水为什么采用出水支渠？采用穿孔花墙：使流量均匀分布在进水截面上，尽量减少扰动。采用出水支渠：延长出水堰的长度，不使流线过于集中，降低流量负荷，避免水流出水速度太快，引起水流抽吸带动池底积泥，影响出水水质。斜管沉淀池的理论根据是什么？为什么斜管倾角通常采用60°？理论根据：斜管沉淀可使沉降加快，既能大大增加沉淀池的层数，减少沉淀深度，又能自动进行排泥。斜管倾角通常采用60°主要是为了保证污泥能自动下滑。澄清池的基本原理和主要特点是什么？澄清池基本原理：在池内形成一个絮体浓度足够高的区域，使投药后的原水与具有很高体积浓度的粗粒絮体接触，可以大大提高原水中细粒悬浮物的絮凝速率。主要特点：用泥渣加速絮凝过程，是结成的絮体粗大，沉降速度增大，从而提高了其处理的表面负荷，使沉淀水的浊度减小，水质提高。什么是加压溶气气浮法？其基本流程有哪些？加压溶气气浮法有什么特点？加压溶气气浮法即空气在加压条件下溶于水中，再使压力降至常压，把溶解的过饱和空气以微气泡的形式释放出来。基本流程：全溶气流程、部分溶气流程和回流加压溶气流程特点：1、水中的空气溶解度大，能提供足够的微气泡，可满足不同要求的固液分离，确保去除效果。2、经减压释放后产生的气泡粒径小（20～100m）、粒径均匀、微气泡在气浮池中上升速度很慢、对池扰动较小，特别适用于絮凝体松散、细小的固体分离。3、设备和流程都比较简单，维护管理方便。过滤机理是什么？1、迁移机理：指颗粒脱离水流流线接近或接触滤料表面。这是一种物理力学作用，主要由以下作用引起：拦截、沉淀、惯性、扩散、水动力。2、粘附机理：指水中杂质颗粒迁移到滤料表面时，在范德华引力、静电力、化学键等作用下，被粘附在滤料表面。这是一种物理化学作用。单层石英砂滤料截留杂质分布存在什么缺陷？有哪些滤料层优化措施？滤料经过反冲洗后因滤料膨胀而分层，滤料颗粒上细下粗，造成水力分级。由于滤料表层孔隙尺寸最小，而表层截污量最大，所以过滤一段时间后，表层孔隙被堵塞，甚至形成泥膜，使过滤阻力剧增，或者泥膜破裂，使水质恶化，从而必须停止过滤。此时，下层滤料截留杂质较少，未充分发挥滤料的截污作用。优化措施：反粒度过滤、均质滤料、纤维球滤料。什么叫等速过滤和变速过滤？两者分别在什么情况下形成？并指出哪几种滤池属于等速过滤？等速过滤指滤池过滤时滤速保持不变，即滤池流量保持不变。变速过滤指滤速随过滤时间而逐渐减小的过滤方式，又称减速过滤。在等速过滤状态下，水头损失随时间而逐渐增加，滤池中水位逐渐上升，当水位上升至最高允许水位时，过滤停止以待冲洗。在变速过滤过程中，滤池内水位保持不变，滤速随时间逐渐较小，但滤池进水总流量基本不变，等速过滤的滤池有虹吸滤池和无阀滤池。什么叫负水头？它对过滤和冲洗有何影响？如何避免滤料层中产生负水头？负水头指在过滤过程中，滤层截留了大量的杂质，以致于砂面以下某一深度处的水头损失超过该处水深的现象。影响：负水头使水中溶解气体释放出来形成气囊，因而占有滤料孔隙中的一定空间而缩小过水断面，从而增大阻力，水头损失增大而使过滤周期缩短。在冲洗时，气囊与滤料颗粒吸附在一起，会上浮带出滤料，破坏滤层结构。避免措施：增加砂面以上水深。使滤池出水口位置等于或高于滤层表面。反冲洗时的滤层水头损失与反冲洗强度是否有关？反冲洗过程中最大水头损失如何表达？无关。00(1)shmL其中：s滤料密度水的密度0m滤层膨胀前的孔隙度0L滤层膨胀前的厚度气水反冲洗有哪几种操作方式？各有何优缺点？1、先用空气反冲洗，然后用水反冲洗。2、先用气－水同时反冲洗，然后再用水反冲洗。3、先用空气反冲洗，然后用气－水同时反冲洗，最后再用水单独冲洗。优缺点：1、单独气冲：气泡对滤层各部位的扰动程度不同，滤料的循环移动速度很慢，但滤料每循环一次，就能进行依稀比较彻底的冲洗，效果较好。2、气水同时冲：滤层处于悬浮状态，滤料移动速度快，一次反冲洗能进行多次循环，大大提高冲洗效果，但易于产生滤料流失。3、单独水冲：冲走污染物和残留的气泡，但不容易使污染物脱离滤料。目前水的消毒和氧化方法主要有哪些？简要评述各种消毒方法