水处理作业题1

第2章 水处理方法概论

14-1 在实验室里做氯消毒试验。已知细菌被灭活速率为一级反应，且k=0.85min。求细菌被灭活99.5%时，所需消毒时间为多少分钟？

14-2 设物料i分别通过CSTR型和PF型反应器进行反应，进水和出水中i浓度之比君为

-1

Co/Ce=10，且属一级反应，k=2h。求水流在CSTR型和PF型反应器内各需多少停留时间？（注：Co——进水中i初始浓度；Ce——出水中i的浓度）

14-3 题2中若采用4个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？

14-4 液体中物料i的浓度为200mg/l，经过2个串联的CSTR型反应器后，i浓度降至20mg/l。

3-1

液体流量为5000m/h；反应级数为1；速率常数为0.8h。求每个反应器的体积和总反应时间。

-1

第3章 凝聚和絮凝

1、 河水总碱度0.1mmol/L（按CaO计）。硫酸铝（含Al2O3为16%）投加量为25mg/L，问

3

是否需要投加石灰以保证硫酸铝顺利水解？设水产每日生产水量50000m,试问水厂

每天约需要多少千克石灰（石灰纯度按50%计）。

2、 设聚合铝[Al2（OH）n·Cl6-n]m在制备过程中，控制m=5,n=4,试求该聚合铝的盐基度为多少？

3、 某水厂采用精制硫酸铝为混凝剂，其最大投量为35mg/L.水厂设计流量100000 m/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？

33

4、隔板絮凝池设计流量75000 m/d。絮凝池有效容积为1100 m。絮凝池总水头损失为

0.26m。求絮凝池总的平均速度梯度G值和GT值各为多少？（水厂自用水量按5%计, 水温按15℃计）

5、 某机械絮凝池分成三格。各格有效尺寸为2.6m（宽）×2.6m（长）×4.2m(深)。每格

设一台垂直轴浆板搅拌器，构造按图15-21，设各部分尺寸为：r2=1050m;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台搅拌机所需搅拌功率及相应的平均速度梯度G值（水温按20℃计）。 6、 设原水悬浮物体积浓度??5?103

?5。假定悬浮颗粒粒径均匀，有效碰撞系数??1

水温按15℃计。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，水中颗粒数量浓度降为百分之几？ （2）采用3座同体积机械絮凝池窜联（机械絮凝池按CSTR型反应池考虑），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？

第4章 沉淀

1. 已知颗粒密度ρ=2.65 ,粒径d=0.45mm(按球形颗粒考虑),球该颗粒在20℃水中沉降速度

是多少?

2. 平流沉淀池设计流量为720m3/h.要求沉速等于和大于0.4mm/s的颗粒全部去除.试按理想

沉淀条件,求:

(1).所需沉淀池平面积为多少?

(2).沉速为0.1mm/s的颗粒,可去除百分之几?

3. 原水泥沙沉降实验数据见下表.取样口在水面下180cm处.平流沉淀池设计流量为900m3/h,表面积为500m2,试按理想沉淀池条件,求该池可去除泥沙颗粒约百分之几?(C0表示泥沙初始浓度,C表示取样浓度).

沉降试验数据 取样时间(min) C/C0

0 1 15 0.98 20 0.88 30 0.70 60 0.30 120 0.12 180 0.08 第十七章 过滤

1． 某天然海砂筛分结果见下表，根据设计要求：d10=0.54mm，K80=2.0。试问筛选滤料时，共需筛除百分之几天然砂粒。（分析砂样200g）

筛孔(mm) 2.36 1.65 1.00 0.59 0.25 0.21 筛底盘 合计 解：由上表在得如下筛分曲线： 留在筛上砂量 质量(g) 0.8 18.4 % 0.4 9.2 通过该号筛的砂量 质量(g) 199.2 180.8 140.2 55.2 11.8 2.6 % 99.6 90.4 70.1 27.6 5.9 1.3 40.6 20.3 85.0 42.5 43.4 21.7 9.2 2.6 4.6 1.3 200 100908070605040302010000.30.60.91.21.51.82.12.42.7筛孔孔径(mm)滤料筛分曲线通过筛孔砂量(%)

d80?k80?d10?2.0?0.54?1.08mm

自横坐标0.54mm和1.08mm两点，分别作垂线与筛分曲线相交。自两交点作平行线与左边纵坐标相交，并以此交点作为10%和80%，分别为24.6和73.0。则需筛除

(1?73.0%?24.6%)?100%?31%天然砂粒。

80%?10%

2． 根据第1题所选砂滤料，求滤速为10m/h的过滤起始水头损失约为多少cm？

已知：砂粒球度系数??0.94；砂层孔隙率mo=0.4；砂层总厚度lo=70cm；水温按15℃计； 解：由题17-1可知，筛分后滤料的10%和80%分别对应原天然滤料的24.6%和73.0%，则筛分后滤料的0%和100%分别对应原天然滤料的

24.6%?73.0%?24.6s.0%?24.6%?10?17.7%和73.0%??20?86.8%

80?1080?10由滤料筛分曲线可知分别对应粒径0.44mm（处于0.25mm和0.59mm之间）和1.53mm（处于1.00mm和1.65mm之间）。则滤料可分成三层进行计算。粒径范围分别为0.44mm-0.59mm，0.59mm-1.00mm，1.00mm-1.53mm。相应的计算粒径为

0.44?0.59?0.515mm，

20.59?1.001.00?1.53?0.795mm，?1.265mm。则与之对应的重量百分比分别为

220.59?0.441.08?1.000.1??0.150.7?(0.15?0.1)?0.2??0.61，，

0.54?0.441.53?1.081?0.15?0.61?0.24。

当t=15℃时，水的运动黏度为：

??则

0.017750.017752??0.0114(cm/s) 221?0.0337t?0.000221t1?0.0337?15?0.000221?15223??1?m0??1??H0??h0?180?????l0?v???pi/di2???3gm0i?1???0.0114?1?0.4??1?10?1000.150.610.24?180????70??(??) ??32298160?600.5150.7951.2650.4?0.94??43.52cm22

2

3． 根据第一题所选砂滤料作反冲洗实验。设冲洗强度q=15L/（s·m）且滤层全部膨胀起来，求滤层总膨胀度约为多少？（滤料粒径按当量粒径计）。

33

已知：滤料密度ρ=2.62g/cm，水的密度按1 g/cm计；滤层膨胀前孔隙率mo=0.4；水温按15℃计；

解：由题17-2可知，滤料可分成三层进行计算，相应的计算粒径/重量百分比分别为0.515mm/0.15，0.795mm/0.61，1.265mm/0.24。 则

3p10.150.610.24??/i//??? deqi?1di?di0.05050.07950.12652?deq?0.08cm

把v?1.5cm/s，deq?0.08cm，??2.65g/cm2，?w?1.0g/cm2，g?981 cm/s2，

cm2/s代入下式： ??0.94，??0.01141.75?w150???w1v211?m??3????v?1 23????w??g??deqm????w??g???deq?m可得：

1.75?1.011.52150?0.0114?1.011?m??3????1.5?123?2.62?1.0??9810.94?0.08m?2.62?1.0??981?0.94?0.08?m?m3?0.285409m?0.318356?0

0.318356?m3?m?

0.285409?m?0.546

?e?m?m00.546?0.40.146???0.3216?32.16%

1?m1?0.5460.454

4． 设大阻力配水系统干管起端流速为1m/s；支管起流速为2m/s；孔口流速为3m/s。试通过计算说明该配水系统的配水均匀性是否达到95%以上。 解：取压能转换为动能的效率为100%，则

v2329 Hc???2?g2?g2?g忽略沿程水头损失，则

22v0?va912?224 Ha?Hc????2?g2?g2?g2?g则

Qa?QcHa?Hc492?g2?g?2＜95% 3所以该配水系统的配水均匀性不能达到95%。

2

5． 设滤池平均尺寸为5.4m（长）×4m（宽）。滤层厚70cm。冲洗强度q=14 L/（s·m），滤层膨胀度e=40%。采用3条排水槽，槽长4m，中心距为1.8m。求： （1）标准排水槽断面尺寸； （2）排水槽顶距砂面高度；

（3）校核排水槽在水平面上总面积是否符合设计要求。 解：（1）

0.05mδ

排水槽断面尺寸采用上图（左）所示形式。 每槽排水量Q?11?q?F??14?5.4?4?100.8l/s?0.1008m3/s 330.4则排水槽断面模数x?0.45?Q0.4?0.45?0.1008?0.18m

排水槽底厚?采用0.05m，

则排水槽断面尺寸如上图（右）所示。 （2）排水槽顶距砂面高度

H?e?H2?2.5x???0.07?40%?0.70?2.5?0.18?0.05?0.07 ?0.85m（3）

冲洗排水槽总面积3?4?2?0.18??0.2＜0.25 符合要求。

滤池面积5.4?4

6．滤池平面尺寸、冲洗强度及砂滤层厚度同第5题，并已知：

冲洗时间6mins，承托层厚度0.45m，大阻力配水系统开孔比α=0.25%，滤料密度为

3

2.62g/cm；滤层孔隙率为0.4；冲洗水箱至滤池的管道中总水头损失按0.6m计。求： （1）冲洗水箱容积；

（2）冲洗水箱底至滤池排水冲洗槽高度； 解： （1）V?1.5?q?F?t?601.5?14?5.4?4?60??163.30m3

10001000（2）冲洗水箱底至滤池排水冲洗槽高度按下式计算：

H0?h1?h2?h3?h4?h5

其中h1为冲洗水箱至滤池的管道中总水头损失，按0.6m；

h2为滤池配水系统水头损失，取??0.62，则

??q1141???h2??????4.16m； ???10?????2?g?10?0.25?0.62?2?9.81??22h3为承托层水头损失，h3?0.022?q?z?0.022?14?0.45?0.14m； h4为滤料层水头损失，h4?2.62?1.0??1?0.4??0.7?0.68m；

1.0h5为备用水头，取1.75m。

则H0?0.6?4.16?0.14?0.68?1.75?7.33m

7． 两格无阀滤池合用一个冲洗水箱。滤池设计流量为4000m/d。请设计滤池的平面尺寸和冲洗水箱的深度（设计参数自己选用）。

解：设滤池采用单层石英砂滤料，取滤池过滤流速为10m/h（P327单层石英砂滤料〈dmin?0.5mm，则单格滤池面积为： ,dmax?1.2mm〉滤池滤速取8～10m/h） F?3

Qd4000??16.67m2

24?1024?1022取滤池平面尺寸18m?4.5m?4m（P351 单池面积一般不大于16m，少数也有达25m以上的）

反冲洗强度取qa?10k?vmf，其中k为安全系数，我国通常取1.3；vmf为最大粒径滤料的最小流态化流速，在20℃水温下，粒径为1.2mm、密度为2.65g/cm3的石英砂，求得vmf?1.0～1.2cm/s，取

1.1cm/s（P332）；则反冲洗强度取

2qa?10?1.3?1.1?14.3L/s?m2（P330 石英砂滤料滤池冲洗强度取12～15m/h 可作为

参照）；反冲洗历时取5mins（P350 一般取4～6mins，P330石英砂滤料滤池冲洗历时7～5mins）；

则冲洗水箱容积V?0.06q?F?t?0.06?14.3?18?5?77m3 由于两格无阀滤池合用一个冲洗水箱，则冲洗水箱的深度

??H?

V77??2.145m n?F2?18

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