给水工程习题思考题答案

小知识点：

1：水中杂质包括溶解物，胶体和悬浮物。尺寸分别为0.1nm-1nm,10nm-100nm,1μm-1mm。

2：悬浮物尺寸较大，易于在水中下沉或上浮，胶体颗粒尺寸很小，在水中长期静置也难下沉。水中所含胶体通常含有粘土，某些细菌和病毒，腐蚀质及蛋白质等。悬浮物和胶体是使水产生浑浊现象的根源。悬浮物和胶体是饮用水处理的主要去除对象。溶解杂质包括有机物和无机物两类。

3：地下水硬度高于地表水。我国地下水的总硬度通常在60-300mg/L(以Cao计)之间，少数地区可达到300-700mg/L。

4：生活饮用水卫生标准GB2006，一共106项指标（增加5项），包括感官性状和一般化学指标、毒理学指标、细菌学指标和放射性指标。浑浊度不超过1度；游离余氯在与水接触30min后不应低于0.3mg/L，集中式给水除出水厂应符合上述要求外，管网末梢水不应低于0.05mg/L。

5：软化方法主要有:离子交换法和药剂软化法。

6：对于不受污染的地表水，饮用水处理对象主要是去除水中悬浮物、胶体和致病微生物。常规处理十分有效（即混凝、沉淀、过滤、消毒）；对于污染水源，需在常规处理工艺前加预处理，后加深度处理。预处理和深度处理的对象主要是水中有机污染物。

7：预处理方法主要有：粉末活性炭吸附法，臭氧或高锰酸钾氧化法，生物氧化法等；深度处理主要有:粒状活性炭吸附法，臭氧-粒状活性炭联用法或生物活性炭法，化学氧化法，光化学或超声波-紫外线联用法等物理化学氧化法，膜滤法等。

8：传递机理可分：主流传递，分子扩散传递和紊流扩散传递。 9：理想反应器模型包括：完全混合间歇式反应器（CMB型）；完全混合连续式反应器（CSTR型），推流式反应器（PF型）。

10：混凝过程涉及三方面的问题：水中胶体粒子的性质，混凝剂在水中的水解物种以及胶体粒子与混凝剂之间的相互作用。 11：胶体失去稳定性的过程叫称“凝聚”，脱稳胶体相互聚集称“絮凝”。“混凝”是凝聚和絮凝的总称。

12：胶体稳定性分“动力学稳定”和“聚集稳定”两种。动力学稳定系指颗粒布朗运功对抗重力影响的能力；聚集稳定系指胶体粒子之间不能相互聚集的特性。

13：DLVO理论。胶体的聚集稳定性并非都有静电斥力引起的，对于典型的亲水胶体而言，水化作用是胶体聚集稳定性的主要原因。

14：混凝机理包括：电性中和、吸附架桥、网捕或卷扫、压缩双电层。 15：混凝机理分析判断 P260上。

16：混凝剂按化学成分可分为无机和有机两大类。

17：目前生产的聚合氯化铝的碱化度一般控制在50%-80%之间。 18：助凝剂的作用往往是为了改善絮凝体的结构，促使细小而松散的絮粒变得粗大而密实，作用机理是高分子物质的吸附架桥。

19：在混合阶段，对水流进行剧烈搅拌的目的，主要是使药剂快速均匀地分散与水中以利于混凝剂快速水解、聚集及颗粒脱稳。混合通常在10-30s至多不超过2min即告完成。搅拌强度按速度梯度计，一般G在700-1000s-1之内。在絮凝阶段，以同向絮凝为主。絮凝阶段，平均G在20-70s-1范围内，GT=1*104-1*105

范围内。

20：影响混凝效果的主要因素包括水温、水化学特性、水中杂质性质和浓度以及水力条件等。（怎样影响？）

21：折板夹角采用90°-120°。折板可用钢丝网水泥板或塑料板等拼装而成。波高一般采用0.25-0.40m。

22：给水处理中两种沉淀：自由沉淀和拥挤沉淀。

23：沉速公式 ulDlPCg3)(4Re＜1的范围内，呈层流状态，CD=24/Re,得到斯笃克斯公式 1000＜Re＜25000的范围内，呈紊流状态，CD=0.4,得到牛顿公式}注意公式推导过程 1＜Re＜1000的范围内，呈过渡状态，CD=24/Re0.5,得到阿兰公式 24：拥挤沉淀的整个沉淀筒中可分为4区：清水区、等浓度区、变浓度区及压实区。

25：按照肯奇沉淀理论可得：Ct=C0H0/Ht，上述式子的含义为：高度为H、均匀浓度为Ct沉淀管中所含的悬浮物量和原来高度为H0、均匀浓度为C0的沉淀管中所含的悬浮物量相等。

26：表面沉速在数值上等于截留沉速，但含义不同，后者代表自池顶A开始下沉所能全部去除 颗粒中最小颗粒的沉速。（公式推导)

27：去除率E=颗粒沉速ui/(Q/A)括号中即是表面负荷流量/表面积。

浅池理论：当沉淀池容积一定时，池身浅些则表面积大些，去除率可以提高。 28：在沉淀池中，通常要求降低雷诺数以利于颗粒沉降；Fr数增大使沉淀池中的流态保持稳定，一般Fr数宜大于10-5。降低Re和提高Fr数的有效措施是减小水力半径R。池中纵向分格及斜板、斜管沉淀池都能达到上述目的。沉淀池的水平流速宜为10-25mm/s。

29：平流式沉淀池分为进水区、沉淀区、存泥区和出水区。

30：斜板沉淀池的水流基本属于层流状态，斜管沉淀池的Re多在200以下，甚至低于100。斜板沉淀池的Fr数一般为10-3-10-4，斜管的Fr数将更大。斜管与水平面成60°角。规范规定斜管沉淀池的表面负荷为9-11m3/(m2.h) (2.5-3.0mm/s)

31：澄清池主要依靠活性泥渣层达到澄清目的。（与沉淀池的优缺点比较） 澄清池基本上分为泥渣悬浮型澄清池和泥渣循环型澄清池（机械搅拌澄清池主要由第一絮凝池和第二絮凝池及分离室组成）

32：过滤的功效，不仅在于进一步降低水的浊度，而且水中有机物、细菌乃至病毒等将随水的浊度降低而部分去除，为滤后消毒创造了良好条件。

33：水中悬浮颗粒能粘附在滤料颗粒上涉及两个问题：迁移机理和粘附机理。 34：颗粒的迁移由以下几种作用引起：拦截、沉淀、惯性、扩散和水动力作用等。 35：双层滤料组成：上层采用密度较小、粒径较大的轻质滤料（如无烟煤），下层采用密度较大、粒径较小的重质滤料（如石英砂）。实践证明，双层滤料含污能力较单层滤料约高1倍以上。

36：直接过滤分为两种方式：接触过滤，即原水经加药后直接进入滤池过滤，滤前不设任何絮凝设备；微絮凝过滤，即滤池前设一简易微絮凝池，原水加药混合后先经微絮凝池，形成粒径相同的微絮粒后即刻进入滤池过滤。 37：滤料必须符合要求（四点）。

38：快滤池冲洗方法有：高速水流冲洗法、气水反冲洗、表面助冲加高速水流反洗。

39：气水反冲的操作方式：先用空气反冲，然后用水反冲；先用气-水同时反冲，

然后再用水反冲；先用空气反冲，然后再用气-水同时反冲，最后再用水反冲。 40：小阻力和中阻力配水系统不采用穿孔管系，而是采用穿孔滤板、滤砖和滤头等。

41：供给冲洗水的方式：冲洗水泵和冲洗水塔或冲洗水箱。

42：V型滤池的主要特点是：可采用较粗滤料较厚滤层以增加过滤周期；气，水反冲洗再加始终存在的横向表面清洗，冲洗效果好，冲洗水量大大减少。

43:消毒是要消除水中致病微生物的致病作用。水的消毒方法很多，包括氯及氯化物消毒，臭氧消毒，紫外线消毒及某些重金属离子消毒等。

44：氯消毒的机理，一般认为主要通过次氯酸HOCL起作用。水中有氯胺时，仍然可以理解为依靠次氯酸起消毒作用。

45：水中所含的氯以氯胺存在时，称为化合性氯或结合氯。自由性氯的消毒性能比化合性氯要高很多。为此，氯消毒可以分为自由性氯消毒和化合性氯消毒。 46：水中加氯量可以分为两类，即需氯量和余氯。需氯量指用于灭活水中微生物、氧化有机物和还原性物质所消耗的部分。为了抑制水中残余病原微生物的再度繁殖，管网中尚需维持少量剩余氯。（详见4） 47：石灰软化主要是去除水中的碳酸盐硬度以及降低水的碱度。但过量投加石灰，反而会增加水的硬度。

48：常用的离子交换法有Na离子交换法、H离子交换法和H-Na离子交换法。 49：阴离子交换双层床由弱碱301和强碱201*7两种树脂组成。上层弱碱树脂主要用于去除水中强酸阴离子，下层强碱树脂主要用于去除弱酸阴离子。

50：在电渗析的膜界面现象中，极化现象主要发生在阳膜的淡室一侧，而另一沉淀现象则主要发生在阴膜的浓室一侧。 名词解释：

1：返混：停留时间不同的物料之间的混合。

2：混凝：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程。

3：胶体稳定性：胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。

4：胶体保护：当全部胶粒的吸附面均被高分子覆盖以后，两胶粒接近时，就受到高分子的阻碍而不能聚集。

5：碱化度：羟基OH和铝AL的摩尔数之比。

6：水解度：由酰胺基转化为羧基的百分数（一般水解度控制在30%-40%之间）。 7：异向絮凝：由布朗运动索造成的颗粒碰撞聚集。 8：同向絮凝：由流体运动所造成的颗粒碰撞聚集。

9：助凝剂：投加的以提高混凝效果为目的的某种辅助药剂。

10：截留沉速：反映了沉淀池中所能全部去除的颗粒中的最小颗粒的沉速 11：滤层含污能力：按整个滤层计，单位体积滤料中的平均含污量。

12：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。

13：直接过滤：原水不经沉淀而直接进入滤池过滤。

14：冲洗强度：以cm/s计的反冲洗流速，换算成单位面积滤层所通过的冲洗流量，以L/(s.m2)计

15：滤层膨胀度：反冲洗时，滤层膨胀后增加的厚度与膨胀前厚度之比。 16：等速过滤：当滤池过滤速度保持不变，亦即滤池的流量保持不变。 17：变速过滤：滤速随着过滤时间而逐渐减小的过滤。 18：折点加氯：加氯量超过折点需要量时称为折点加氯。

19：湿真密度：树脂溶胀后的质量与其本身的所占体积（不包括树脂颗粒之间的间隙）之比

20：湿视密度：树脂溶胀后的质量与其堆积体积（包括树脂颗粒之间的间隙）之比

21：浓差极化：在电渗析除盐过程中，如果逐渐提高i值，由于离子扩散不及，在膜界面处引起水的离解，H+离子透过阳膜来传递电流，这种膜界面现象是浓差极化。 计算题：

1：反应器和絮凝结合

综合考虑P286习题6与反应器结合，例14-1，例14-2和例14-3 以及P268例题 。 2：P411离子交换过程中某些极限值的计算 P401中公式（21-24）或者（21-27）

问答题： 1：反应器

a：采用CSTR型反应器所需的氯消毒时间几乎是CMB的21.5倍。这是由于CSTR型反应器仅仅是在细菌浓度为最终浓度Ci=0.01C0下进行的，反应速度很低。而在CMB反应器内，开始反应时，反应器内细菌浓度很高（C0），相应的反应速率很快；随着反应的进行，细菌浓度逐渐减小，反应速度也随之降低。直至反应结束时，才和CSTR的整个反应时间内的低反应速度一样。 b：PF型反应器和CMB型反应器的反应时间一样。这是因为：在推流型反应器的起端（或开始阶段），物料是在C0的高浓度下进行反应，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),物料的浓度逐渐降低，反应速率也随之逐渐减小。这与间歇式的反应过程是完全一样的。但它优于间歇式反应器的在于：间歇式反应器除了反应时间外，还需考虑投料和卸料时间，而推流兴反应器为连续操作。

2：平流式沉淀池（重点）

所谓理想沉淀池，应符合以下3个规定：

a: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，颗粒沉速始终不变。

b：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。 c:颗粒沉到池底即认为已被去除，不再返回水流中。

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有关，而与其他因素如水深，池长，水平流速和沉淀时间均无关 。 3：过滤

a：在过滤过程中，当滤层截留了大量杂质以致砂面以下某一深度处的水头损失超过该处水深，即出现负水头现象。负水头会导致溶解于水中的气体释放出来形成气囊。气囊对过滤有破坏作用，一是减少有效过滤面积，使过滤时的水头损失及滤层中的孔隙流速增加，严重的会影响滤后水质：二是气囊会穿过滤层上升，有可能把部分细滤料或轻质滤料带出，破坏滤层结构。反冲洗时，气囊更易将滤料带出滤层。避免出现负水头的方法是增加砂面上水深，或令滤池出口位置等于或高于滤层表面。虹吸滤池、无阀滤池不会出现负水头现象就是这个原因。（重点） b：大阻力配水系统和小阻力配水系统的涵义是什么？各有何优缺点？掌握大配水系统的基本原理和公式（17-32）的推导过程。（重点） ① 公式的推导过程 P334-P338 ② “小阻力”是相当于“大阻力”而言的，即指配水系统中孔口阻力较小。由于孔口阻力与孔口总面积或开孔比成反比，故开孔比越大，阻力

越小。一般规定：α=0.20%-0.25%是大阻力配水系统；α=0.60%-0.80%是中阻力配水系统；α=1.0%-1.5%是小阻力配水系统。 ③ 大阻力配水系统的优点是配水均匀性好。但结构较复杂；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。此外，对冲洗水头有限的虹吸滤池和无阀滤池，大阻力配水系统不能采用。小阻力配水系统可以克服上述缺点。 4：顺流再生固定床和逆流再生床的优缺点： 顺流再生缺点①树脂层上层再生程度高，而越是下部，再生程度越差②在软化工作期间，出水剩余硬度较高③软化工作后期，由于树脂层下半部原先再生不好，出水硬度提前超过规定指标，导致变换器过早失效，降低了设备的工作效率。

逆流再生：再生时，再生液首先接触饱和程度低的底层树脂，然后再生饱和程度高较高的中、上层树脂。这样，再生液被充分利用，再生液用量显著降低，并能保证底层树脂得到充分再生。软化时，处理水经过相当软化之后又与这一底层树脂接触，进行充分交换，从而提高了出水水质。 5：强碱阴床设置在强酸阳床之后的原因于： ① 若进水先通过阴床，容易生成CaCO3、Mg(OH)2沉积在树脂层内，使强碱树脂交换容量降低 ② 阴床在酸性介质中易于进行离子交换，若进水先经过阴床，更不利于去除硅酸，因为强碱树脂对硅酸盐的吸附要比对硅酸的吸附差的多。 ③ 强酸树脂抗有机物污染的能力胜过强碱树脂。 ④ 若原水先通过阴床，本应该由除二氧化碳器去除的碳酸，都要由阴床承担，从而增加再生剂用。

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。

硫酸铝混凝作用机理及其与水的pH值的关系：Ph<3时，压缩扩散双电层作用。

Ph>3时,吸附-电中和作用。Ph>3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： 硫酸铝 优点 不会给处理后的水质带来不良影响 缺点 的絮体较松散；不溶杂质含量较多。 聚合氯化1应用范围广; 2易快速形成大的矾 铝 （PAC） 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，处理低温水氯化铁液体、晶体物或受潮的无水或低浊水效果比铝盐的好 硫酸亚铁 物腐蚀性极大，调制和加药设备必须考虑用耐腐蚀材料 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； 聚合硫酸投加剂量少；絮体生成快；对水质的 铁 适应范围广以及水解时消耗水中碱度少 价格较低，使用便利，混凝效果较好，当水温低时硫酸铝水解困难，形成聚丙烯酰常作助凝剂以配合铝盐和铁盐作用， 胺 效果显著 （PAM） 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。

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（pH>10）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，与颗粒的数量浓度平方成反比。

8.混凝控制指标有哪几种？为什么要重视混凝控制指标的研究？你认为合理的控制指标应如何确定？

在絮凝阶段通常以G和GT值作为控制指标。可以控制混凝效果，即节省能源，取得好的混凝效果。

9.絮凝过程中，G值的真正涵义是什么？沿用依旧的G值和GT值的数值范围存在什么缺陷？请写出机械絮凝池和水力絮凝池的G值公式。

速度梯度，控制混凝效果的水力条件，反映能量消耗概念。 G值和GT值变化幅度很大，从而失去控制意义。

G?p??gh??T

10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？

折板絮凝池的优点是：水流在同波折板之间曲折流动或在异波折板之间间缩放流动且连续不断，以至形成众多的小涡旋，提高了颗粒碰撞絮凝效果。与隔板絮凝池相比，水流条件大大改善，亦即在总的水流能量消耗中，有效能量消耗比例提高，故所需絮凝时间可以缩短，池子体积减小。

11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？

影响混凝效果的主要因素有水温，水的PH值和碱度及水中悬浮物浓度。 水温：a无机盐的水解是吸热反应低温水混凝剂水解困难。

b低温水的粘度大，使水中杂质颗粒布朗运动强度减弱，碰撞机会减

少，不利于胶粒脱稳混凝

c水温低时胶体颗粒水化作用增强，妨碍胶体混凝 d水温与水的PH值有关

PH值：对于硫酸铝而言，水的PH值直接影响铝离子的水解聚合反应，亦即影响铝盐水解产物的存在形态。

对三价铁盐混凝剂时PH在6.0-8.4之间最好

高分子混凝剂的混凝效果受水的PH值影响比较小

悬浮物浓度：含量过低时，颗粒碰撞速率大大减小，混凝效果差。含量高时，所需铝盐或铁盐混凝剂量将大大增加。

12.混凝剂有哪几种投加方式？各有何优缺点及其适用条件？ 常用的有： 1）、泵前投加 该投加方式安全可靠，一般适用于取水泵房距水厂较近者 2）、高位溶液池重力投加 该投加方式安全可靠，但溶液池位置较高。适用

于取水泵房距水厂较远者 3)、水射器投加 该投加方式设备简单，使用方便，溶液池高度不受太大限制，

但水射器效率较低，且易磨损。 4）、泵投加 有两种方式：一是采用计量泵，一是采用离心泵配上流量计。

采用计量泵不必另备计量设备，泵上有计量标志，最适合用于混凝剂自动控制系统。

13．何谓混凝剂“最佳剂量”？如何确定最佳剂量并实施自动控制？

混凝剂“最佳剂量”，即混凝剂的最佳投加量，是指达到既定水质目标的最小混凝剂投加量。目前问过大多数水厂还是根据实验室混凝搅拌试验确定混凝剂最佳剂量，然后进行人工调整。这种方法虽然简单易行，但实验结果到生产调节往往滞后，且试验条件与生产条件也很难一致，故试验所得最佳剂量未必是生产上的最佳剂量。P274-276

14.当前水厂中常用的混合方法有哪几种？各有何优缺点？在混合过程中，控制G值的作用是什么？ 1）、水泵混合 混合效果好，不需另建混合设施，节省动力，大、中、小型水厂均可采用。但但采用FeCl3混凝剂时，若投量较大，药剂对水泵叶轮可能有轻微腐蚀作用。适用于取水泵房靠近水厂处理构筑物的场合，两者间距不宜大于150m。 2）、管式混合 简单易行。无需另建混合设备，但混合效果不稳定，管中流速低，混合不充分。 3）、机械混合池 混合效果好，且不受水量变化影响，缺点是增加机械设

备并相应增加维修工作。

控制G值的作用是使混凝剂快速水解、聚合及颗粒脱稳。 15．当前水厂中常用的絮凝设备有哪几种？各有何优缺点？在絮凝过程中，为什么G值应自进口值出口逐渐减少？

1）、隔板絮凝池 包括往复式和回转式两种。优点：构造简单，管理方便。缺点：流量变化大者，絮凝效果不稳定，絮凝时间长，池子容积大。

2）、折板絮凝池 优点：与隔板絮凝池相比，提高了颗粒碰撞絮凝效果，水力条件大大改善，缩短了絮凝时间，池子体积减小。缺点：因板距笑，安装维修较困难，折板费用较高。

3）、机械絮凝池 优点：可随水质、水量变化而随时改变转速以保证絮凝效果，能应用于任何规模水厂 缺点：需机械设备因而增加机械维修工作。

絮凝过程和那个中，为避免絮凝体破碎，絮凝设备内的流速及水流转弯处的流速应沿程逐渐减少，从而G值也沿程逐渐减少。

16.采用机械絮凝池时，为什么要采用3~4档搅拌机且各档之间需用隔墙分开？

因为单个机械絮凝池接近于CSTR型反应器，故宜分格串联。分格愈多，愈接近PF型反应器，絮凝效果愈好，但分格过多，造价增高且增加维修工作量。

各档之间用隔墙分开是为防止水流短路。

16章 沉淀和澄清

1 什么叫自由沉淀，拥挤沉淀和絮凝沉淀？

答：在沉淀过程中，彼此没有收到干扰，只收到颗粒本身在水中的重力和水流阻力的作用，称为自由沉淀。

颗粒在沉淀的过程中，彼此相互干扰，或者收到容器壁的干扰，虽然其粒度和第一种相同，但沉淀速度却较小，称为拥挤沉淀。

拥挤沉淀：颗粒的沉降受到周围其他颗粒的影响，颗粒间相对位置保持不变，形成一个整体共同下沉，与澄清水之间有一个清晰的泥水界面。 2已知悬浮颗粒密度和粒径，可否采用公式（16-4）直接求得颗粒沉速？为什么？

答：不能够。

因为从（16-4）式可以知道，要求得颗粒的沉速，出了要知道悬浮颗粒密度和粒径外，还需要知道阻力系数Cd.

3了解肯奇沉淀理论的基本概念和它的用途。 答：肯奇理论：Ct=CoHo/Ht

涵义：高度为Ht,均匀浓度为Ct沉淀管中所含悬浮物量和原来高度为Ho,均匀浓度为Co的沉淀管中所含悬浮物量相等。

4．理想沉淀池应符合哪些条件？根据理想沉淀条件，沉淀效率与池子深度、长度和表面积关系如何？

答：1）颗粒处于自由沉淀状态。

2）水流沿着水平方向流动，流速不变。

3）颗粒沉到池底即认为已被去除，不再返回水流中。

去除率E?uiQ/A 由式子可知：悬浮颗粒再理想沉淀池中的去除率只与

沉淀池的表面负荷有关，而与其他因素如水深，池长，水平流速和沉淀时间均无关。

5．影响平流沉淀池沉淀效果的主要因素有哪些？沉淀池纵向分格有何作用？ 答1)沉淀池实际水流状况对沉淀效果的影响。（雷诺数Re 和 弗劳德数Fr） 2）凝聚作用的影响。

沉淀池纵向分格可以减小水力半径R从而降低Re和提高Fr数，有利于沉淀和加强水的稳定性，从而提高沉淀效果。

6．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：

u0?QA 表面负荷在数值上等于截留沉速，但涵义不同。前者是指单位

沉淀池表面积的产水量，后者代表自池顶开始下沉所能全部去除的颗粒中的最小颗粒的沉速。

7.设计平流沉淀池是根据沉淀时间、表面负荷还是水平流速?为什么?

ui答:设计平流沉淀池是根据表面负荷.因为根据E=Q/A可知,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有关,而与其他因素如水深、池长、水平流速和沉淀时间均无关.

8.平流沉淀池进水为什么要采用穿孔隔墙?出水为什么往往采用出水支渠?

答:平路沉淀池进水采用穿孔隔墙的原因是使水流均匀地分布在整个进水截面上,并尽量减少扰动.增加出水堰的长度，采用出水支渠是为了使出水均匀流出,缓和出水区附近的流线过于集中，降低堰口的流量负荷。

9.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度?

ui答：斜管沉淀池的理论根据：根据公式E=Q/A，在沉淀池有效容积一定的

条件下，增加沉淀面积，可使颗粒去除率提高。因为斜管倾角越小，沉淀面积越大，沉淀效率越高，但对排泥不利，根据生产实践，故倾角宜为60度。

10.澄清池的基本原理和主要特点是什么？

答：基本原理：原水加药后进入澄清池，使水中的脱稳杂质与澄清池中的高浓度泥渣颗粒充分接触碰撞凝聚，并被泥渣层拦截下来，水得到澄清。

主要特点：澄清池将絮凝和沉淀两个过程综合与一个构筑物内完成，主要利用活性泥渣层达到澄清的目的。当脱稳杂质随水流与泥渣层接触时，便被泥渣层阻留下来，使水获得澄清。

11简要叙述书中所列四种澄清池的构造，工作原理和主要特点？ 主要构造 工作原理 主要特点 悬浮澄气水分离器，加药后的原水经汽水分离（作用：一般用于小型清池 澄清室，泥渣分离空气，以免进入澄清池扰动水厂，处理效果

虹吸滤池的主要优点是：无需大量阀门及相应的开闭控制设备；无需冲洗水塔（箱）或冲洗水泵；出水堰顶高于滤料层，过滤时不会出现负水头现象。主要缺点是：由于滤池构造特点，池深比普通快滤池大，一般在5m左右；冲洗强度受其余几格滤池的过滤水量影响，故冲洗效果不像普通快滤池那样稳定。

26、设计和建造移动罩滤池，必须注意哪些关键问题？

答：冲洗罩移动、定位和密封是滤池正常运行的关键。移动速度、停车定位和定位后的密封时间等，均根据设计要求用程序控制或机点控制，密封可借弹性良好的橡皮翼板的贴附作用或者能后升降的罩体本身的压实作用。设计中务求罩体定位准确、密封良好、控制设备安全可靠。

27、为什么小水厂不宜采用移动罩滤池？它的主要优点和缺点是什么？

答：小水厂不宜采用移动罩滤池因为不能充分发挥冲洗罩的使用效率。 移动冲洗罩的优点是：池体结构简单；无需冲洗水箱或水塔；无大型阀门，管件少；采用泵吸式冲洗罩时，池深较浅。缺点是：比其他快滤池增加了机点及控制设备；自动控制和维修较复杂。

28、所谓V型滤池，其主要特点是什么？简要地综合评述普通快滤池、无阀滤

池、移动罩滤池、V型滤池及压力滤池的主要优缺点和适用条件

答：V型滤池因两侧（或一侧也可）进水槽设计成V字形而得名，池底设有一排小孔，既可以作过滤时进水用，冲洗时又可供横向扫洗布水用，这是V型滤池的一个特点。 V型滤池的主要特点是：

（1）可采用较粗滤料较厚滤层以增加过滤周期。由于反冲洗时滤层不膨胀，故整个滤层在深度方向的粒径分布基本均匀，不发生水力分级现象。即所谓“均质滤料”，使滤层含污能力提高。一般采用砂滤料，有效粒径0.95-1.50mm，不均匀系数(1)2-1.5，滤层厚约0.95-1.5m。

（2）气、水反冲再加始终存在的横向表面扫洗，冲洗效果好，冲洗水量大大减少。

第十八章 消毒

1．目前水的消毒方法主要有哪几种？简要评述各种消毒方法的优缺点。

目前水的消毒方法主要有：氯消毒、二氧化氯消毒、氯胺消毒、漂白粉消毒、次氯酸钠消毒、臭氧消毒、紫外线消毒。 氯消毒优点是经济有效，使用方便。缺点是受污染水经氯消毒后往往产生一些有害健康的副产物，例如三氯甲烷。

ClO2对细菌、病毒等有很强的灭活能力。ClO2的最大优点是不会与水中有机物作用生成三氯甲烷。ClO2消毒还有以下优点：消毒能力比氯强，故在相同条件下，投加量比cl2少；ClO2余量能在管网中保持很长时间。消毒效果受水的ph值影响极小。作为氧化剂，ClO2能有效地去除或降低水的色、嗅及铁、锰、酚等物质。它与酚起氧化反应，不会生成氯酚。缺点是：ClO2本身和ClO2－对人体红细胞有损坏，有报导认为，还对人的神经系统及生殖系统有损害。 氯胺消毒的优点是：当水中含有有机物和酚时，氯胺消毒不会产生氯臭和氯酚臭，同时大大减少THMs产生的可能；能保持水中余氯较久，适用与供水管网较长的情况。缺点是：杀菌力弱。

次氯酸钠消毒优点是：用海水或浓盐水作为原料，产生次氯酸钠，可以现场配

置，就地投加，适用方便，投量容易控制。缺点是需要有次氯酸钠发生器与投加设备。

臭氧消毒优点：不会产生三卤甲烷等副产物，其杀菌和氧化能力均比氯强。缺点是：中间产物可能存在毒性物质或致突变物。 漂白粉的优缺点没找到。

2.什么叫自由性氯？什么叫化合性氯？两者消毒效果有何区别？简述两者消毒原理。

水中所含的氯以氯胺存在时，称为化合性氯。自由性氯的消毒效能比化合性氯高得多。

3 .水的pH值对氯消毒作用有何影响？为什么？ PH值越低消毒作用越强。氯消毒作用的机理，主要通过次氯酸HOCl起作用。Ocl－杀菌能力比HOCl差得多。ph值高时OCl－较多。当ph大于9时，Ocl－接近100％；ph值低时，HOCl较多，当ph小于6时，HOCl接近100％。

4.什么叫折点加氯？出现折点的原因是什么？折点加氯有何影响？ 请看书363页

当原水收到严重污染时，折点加氯法可取得明显效果，它能降低水的色度，去除恶臭，降低水中有机物含量，还能提高混凝效果。

5什么叫余氯？余氯的作用是什么？ 答：为了抑制水中残余病原微生物的再度繁殖，管网中尚需维持的那部分剩余氯，称为余氯。 作用是为了防止水中残余病原微生物再度的繁殖。

5．什么叫余氯？余氯的作用是什么？

余氯：在饮用水氯消毒中，以液氯为消毒剂时，液氯与水中还原性物质或细菌等微生物作用之后，剩余在水中的氯量称为余氯，它包括游离性余氯和化合性余氯。

作用：抑制水中残余病原微生物的再度繁殖。 6．制取ClO2有哪几种方法？写出它们的化学反应式并简述ClO2消毒原理和主要特点。

制取ClO2的方法主要有: (1)用亚氯酸钠和氯制取

Cl2+H2O→HOCl+HCl

HOCl+HCl+2NaClO2→2ClO2+2NaCl+H2O

Cl2+2NaClO2→2ClO2+2NaCl (2)用酸与亚氯酸钠反应制取

5NaClO2+4HCl→4ClO2+5NaCl+2H2O

10NaClO2+5H2SO4→8ClO2+Na2SO4+4H2O+2HCl

消毒原理:二氧化氯既是消毒剂,又是氧化能力很强的氧化剂. ClO2对细菌的细胞壁有较强的吸附和穿透能力,从而有效地破坏细菌内含巯基的酶, ClO2可快速控制微生物蛋白质的合成,故ClO2对细菌\\病毒等有很强的灭活能力.

主要特点:(1)不会与水中有机物作用生成三卤甲烷(2)消毒能力比氯强,在相同条

Cl2Cl2ClO2余量能在管网中保持很找时间,即衰减速度比件下,投加量比少. (3)慢.(4)由于ClO2不水解,故消毒效果受水的PH值影响极小.(5) ClO2本身和副产物ClO2对人体红细胞有损害

7.用什么方法制取O3和NaOCl?简述其消毒原理和优缺点.

?O3:在现场用空气或纯氧通过臭氧发生器高压放电产生的.臭氧所氧化作用分直接作用和间接作用两种.间接作用是指臭氧在水中可分解产生二级氧化剂---氢

氧自由基·OH(表示OH带有一未配对电子,故指活性大). ·OH是一种非选择性的强氧化剂,可以使许多有机物彻底降解矿化,且反应速度很快.有关专家认为,水中OH 及某些有机物是臭氧分解的引发剂或促进剂.臭氧消毒机理实际上仍然是氧化作用.臭氧化可迅速杀灭细菌﹑病菌等.

优点:不会产生三卤甲烷等副产物,其杀菌和氧化能力比氯强.

缺点:水中有机物经臭氧化后,有可能将大分子有机物分解成分子较小的中间产物,而在这些中间产物中,可能存在毒性物质或致突变物.

NaOCl:次氯酸钠是用发生器的钛阳极电解食盐水而制得. NaCl+H2O→NaOCl+H2

次氯酸钠消毒作用仍依靠HOCl.次氯酸钠在水中存在如下反应: . NaOCl+H2O→HOCl+NaOH

产生的次氯酸具有消毒作用.

优点:用食盐作为原料,采用次氯酸钠发生器现场制取,就地投加,使用方便, 缺点:不宜贮运,易分解

第16章 习题答案

1. 解：（1）设Re<1，则根据斯托克斯公式，有

1?p??1u?gd218?12.65?103?1?103?32????9.80.45?10?3181.002?10?0.18?m/s?

u?由于

4g?p??1d3CD?1，因此得到

CD?4g(?p??1)d3?1u24?9.8?(2650?1000)?0.45?10?3??0.29923?1000?0.18

Re?因此

2424??80.1CD0.299

这与假设矛盾，故题设错误。

（2）设1

??4???p??1?g?u????d???1????225??2213??4??2650?1000?2?9.82??3????0.45?10???32251.002?10?1000?????7.5?10?2(m/s)

13u?由于

4g?p??1d3CD?14g(?p??1)d3?1u2，因此得到

CD?4?9.8?(2650?1000)?0.45?10?3??1.72523?1000?0.075

Re?因此

这与假设相符，故题设正确。所以，该颗粒在20℃水中的沉降速度为0.075m/s。 2. 解：（1）所需沉淀池面积为

100100??33.622CD1.725

A?Q?u07203600?0.41000?500m2

（2）沉速为0.1mm/s的颗粒的去除率为

ui0.1E???25%u00.4

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