水处理1思考题、习题.doc

【水处理工程学1思考题】

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。
2、概略叙述我国天然地表水源和地下水源的水质特点。
3、《地面水环境质量标准》和《生活饮用水卫生标准》有何区别和联系？了解《生活饮用水卫生标准》中各项指标的意义。
4、何谓“反应器”？反应器原理用于水处理有何作用和特点？
5、反应动力学主要讨论什么问题？写出几种典型反应的动力学方程和相应的C～t曲线。
6、试举出3种质量传递机理的实例。
7、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？
8、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？
9、混合与返混在概念上有何区别？返混是如何造成的？
10、PF型和CMB型反应器为什么效果相同？两者优缺点比较。
11、3种理想反应器的容积或物料停留时间如何求得？试写出不同反应级数下3种理想反应器内物料的平均停留时间公式。
12、何谓“纵向扩散模型”？纵向扩散模型对水处理设备的分析研究有何作用？
13、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。
14、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。
15、高分子混凝剂投量过多时，为什么混凝效果反而不好？
16、目前我国常用的混凝剂有哪几种？各有何优缺点？为什么聚合铝和聚合铁的混凝效果优于铝盐和铁盐？
17、什么叫助凝剂？常用的助凝剂有哪几种？在什么情况下需投加助凝剂？
18、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？
19、何谓同向絮凝和异向絮凝？两者的凝聚速率（或碰撞速率）与哪些因素有关？
20、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？
21、絮凝过程中，G值的真正涵义是什么？沿用已久的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。
22、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？
23、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？
24、混凝剂有哪几种投加方式？各有何优缺点及其适用条件？
25、何谓混凝剂“最佳剂量”？有哪几种方法确定最佳剂量并实施自动控制？
26、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？
27、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值应自进口至出口逐渐减小？
28、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？
29、什么叫自由沉淀、拥挤沉淀和絮凝沉淀？
30、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？
31、了解肯奇沉淀理论的基本概念和它的用途。
32、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？
33、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？
34、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？
35、设计平流沉淀池是主要根据沉淀时间、表面负荷还是水平流速？为什么？
36、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？
37、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°？
38、澄清池的基本原理和主要特点是什么？
39、简单叙述书中所列4种澄清池的构造、工作原理和主要特点。
40、为什么粒径小于滤层中孔隙尺寸的杂质颗粒会被滤层拦截下来？
41、从滤层中杂质分布规律，分析改善快滤池的几种途径和滤池发展趋势。
42、直接过滤有哪两种方式？采用原水直接过滤应注意哪些问题？
43、清洁滤层水头损失与哪些因素有关？过滤过程中水头损失与过滤时间存在什么关系？可否用数学式表达？
44、什么叫“等速过滤”和“变速过滤”？两者分别在什么情况下形成？分析两种过滤方式的优缺点并指出哪几种滤池属“等速过滤”。
45、什么叫“负水头”？它对过滤和冲洗有何影响？如何避免滤层中“负水头”产生？
46、什么叫滤料“有效粒径”和“不均匀系数”？不均匀系数过大对过滤和反冲洗有何影响？“均质滤料”的涵义是什么？它的不均匀系数是否等于1？
47、双层和多层滤料混杂与否与哪些因素有关？如果滤料选配适当，在反冲操作中是否可保证滤料不会混杂？滤料混杂对过滤有何影响？
48、掌握滤料筛分方法、筛分曲线绘制方法及根据曲线选择滤料级配方法。
49、滤料承托层有何作用？粒径级配和厚度如何考虑？
50、滤池反冲洗强度和滤层膨胀度之间关系如何？当滤层全部膨胀起来以后，反冲洗强度增大，水流通过滤层的水头损失是否同时增大？为什么？
51、公式（17-2）与公式（17-11）有何同异？后者是否可用于过滤，前者是否可用于反冲洗？为什么？
52、什么叫“最小流态化冲洗流速”？当反冲洗流速小于最小流态化冲洗流速时，反冲洗时的滤层水头损失与反冲洗强度是否有关？
53、气-水反冲洗有哪几种操作方式？各有何优缺点？
54、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？掌握大阻力配水系统的基本原理和公式（17-32）的推导过程。
55、大阻力配水系统的干管、支管和孔口流速的规定与公式（17-32）是否有关，请从原理上加以阐述。
56、小阻力配水系统有哪些形式？选用时主要考虑哪些因素？
57、滤池的冲洗排水槽设计应符合哪些要求，并说明理由。
58、公式（17-38）是经验公式还是根据水力学导出？
59、冲洗水塔或冲洗水箱高度和容积如何确定？
60、快滤池管廊布置有哪几种形式？各有何优缺点？
61、无阀滤池虹吸上升管中的水位变化是如何引起的？虹吸辅助管管口和出水堰口标高差表示什么？
62、无阀滤池反冲洗时，冲洗水箱内水位和排水水封井上堰口水位之差表示什么？若有地形可以利用，降低水封井堰口标高有何作用？
63、为什么无阀滤池通常采用2格或3格滤池合用1个冲洗水箱？合用冲洗水箱的滤池格数过多对反冲洗有何影响？
64、写出公式（17-43）的推导过程。
65、虹吸管管径如何确定？设计中，为什么虹吸上升管管径一般要大于下降管管径？
66、设计和建造移动罩滤池，必须注意哪些关键问题？
67、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？
68、虹吸滤池分格数如何确定？虹吸滤池与普通快滤池相比有哪些主要优缺点？
69、所谓V型滤池，其主要特点是什么？
70、简要地综合评述普通快滤池、无阀滤池、移动罩滤池、V形滤池及压力滤池的主要优缺点和适用条件。
71、目前水的消毒方法主要有哪几种？简单评述各种消毒方法的优缺点。
72、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。
73、水的pH值对氯消毒作用有何影响？为什么？
74、什么叫折点加氯？出现折点的原因是什么？折点加氯有何利弊？
75、什么叫余氯？余氯的作用是什么？
76、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。
77、用什么方法制取NaOCl？简述其消毒原理和优缺点。
78、简述臭氧和紫外线消毒原理和生产方法。
79、水中含铁、锰、高氟等会有什么危害？
80、为了加快铁的氧化速率，可以采取什么措施并说明理由。
81、地下水除铁时常用什么工艺？为什么地下水除锰比除铁困难？
82、何种水质条件下使曝气除铁法增加困难，可用什么措施解决？
83、除铁、除锰滤料的成熟期是指什么？任何滤料是否需到成熟期后才出现催化氧化作用？
84、除铁滤池的滤速受到哪些因素的影响？
85、活性炭等温吸附试验的结果可以说明哪些问题？
86、活性炭柱的接触时间和泄漏时间指什么，两者有什么关系？
87、吸附区高度对活性炭柱有何影响？如何从泄漏曲线估计该区的高度？
88、什么叫生物活性炭法，有什么特点？
89、目前应用最广的除氟方法是什么？原理如何？
90、按照法定计量单位，下列物质的量或物质的量浓度的表达方式是否合
适？
n（1/2H2SO4）=2n（H2SO4）
c（CaCO3）= 1/2 c（1/2CaCO3）
n（Fe3+）=n（1/2Fe2O3）=2n（Fe2O3）
c（NaOH）=2c（2NaOH）
91、为什么说质量m或质量浓度ρ（=m/v）均与基本单元的形式无关？
92、水质分析如下表所示，试用物质的量浓度（mmol/L）表示水中离子的假想结合形式。
ρ（Ca2+）
ρ（Mg2+）
ρ（Na2+）
70mg/L
9.7mg/L
6.9mg/L
ρ（HCO-3）
ρ（SO2-4）
ρ（Cl-）
140.3mg/L
95mg/L
10.6mg/L
93、试说明石灰软化时水中发生的化学反应。
94、石灰软化处理后水质有何变化？为什么不能将水中硬度降为零？
95、与顺流再生相比，逆流再生为何能使离子交换出水水质显著提高？
96、实现逆流再生的关键是什么？
97、如图21-14所示，当氢离子交换出水强酸酸度为零，与其相应，出水Na+含量应是多少？
98、试分析H-Na串联离子交换系统流量分配的计算方法完全相同于H-Na并联系统。
99、为什么说，在Ht>Hc的条件下，经H离子交换（到硬度开始漏泄）的周期出水平均强酸酸度在数值上与原水Hn相当？此时H-Na离子交换系统的QH和Q Na表达式为何？若原水碱度大于硬度，情况又是如何？
100、在固定床逆流再生条件下，树脂工作交换容量能否由下式表示，试阐明其理由。
q=ηr·ηs·q0
101、在固定床逆流再生中，用工业盐酸再生强酸阳离子交换树脂。若工业盐酸中HCl含量为31%，而NaCl含量为3%，试估算强酸树脂的极限再生度（KNa+H+=1.5）。
102、在一级复床除盐系统中如何从水质变化情况来判断强碱阴床和强酸阳床即将失效？
103、电渗析极限电流密度公式中的K和n值的大小对电渗析装置有何影响？
104、在电渗析过程中，流经淡室的水中阴、阳离子分别向阴、阳膜不断地迁移，此时淡室中的水流是否仍旧保持电中性？如何从理论上加以解释？
105、试说明离子交换混合工作原理，其除盐效果好的原因何在？
106、在离子交换除盐系统中，阳床、阴床、混合床和除二氧化碳器的前后位置如何考虑？试说明理由。
107、何谓双层床？其与混合床有何区别？
【习题】

1、由下表数据确定反应级数并求出反应速率常数（25℃）。反应物初始浓度为100mg/L。
反应物浓度变化（25℃）
时间（d）
0
0.1
0.5
1.0
1.5
2.0
3.0
浓度（mg/L）
100
88
53
28
15
8
2

2、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？
3、设物料i分别通过CSTR型和PF型反应器进行反应后，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）
4、题3中若采用3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？
5、液体中物料i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。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。
6、河水总碱度0.1mmol/L（按CaO计）。硫酸铝（含Al2O3为16%）投加量为25mg/L，问是否需要投加石灰以保证硫酸铝顺利水解？设水厂每日生产水量50000m3，试问水厂每天约需要多少千克石灰（石灰纯度按50%计）。
7、设聚合铝[Al2（OH）nCl6-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？
8、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100000m3/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？
9、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）。
10、某机械絮凝池分成3格。每格有效尺寸为2.6m（宽）×2.6m（长）×4.2m（深）。每格设一台垂直轴桨板搅拌器，构造按图15-21，设计各部分尺寸为：r2=1050mm；桨板长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20℃计）。
11、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。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？
12、已知颗粒密度ρ=2.65g/cm3，粒径d=0.45mm（按球形颗粒考虑），求该颗粒在20℃水中沉降速度为多少？
13、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）所需沉淀池平面面积为多少m2?
（2）沉速为0.1mm/s的颗粒，可去除百分之几？
14、原水泥砂沉降试验数据见下表。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，求该池可去除泥砂颗粒约百分之几？（C0表示泥砂初始浓度，C表示取样浓度）。
沉 降 试 验 数 据
取样时间（min)
0
15
20
30
60
120
180
C/C0
1
0.98
0.88
0.70
0.30
0.12
0.08
15、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）。
筛分试验记录
筛 孔
（mm）
留在筛上砂量
通过该号筛的砂量
质量(g）
%
质量（g）
%
2.36
1.65
1.00
0.59
0.25
0.21
筛底盘
0.8
18.4
40.6
85.0
43.4
9.2
2.6

合 计
200

16、根据上题所选砂滤料，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φ=0.94；砂层孔隙率m0=0.4；砂层总厚度l0=70cm；水温按15℃计；
17、根据前题所选砂滤料作反冲洗试验。设冲洗强度q=15l/（s·m2）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）。
已知：滤料密度ρ=2.62g/cm3；水的密度按1g/cm3计；滤层膨胀前孔隙率m0=0.4；水温按15℃计，
18、设大阻力配水系统干管起端流速为1m/s；支管起端流速为2m/s；孔口流速为3m/s。计算该配水系统的配水均匀性是多少？当孔口流速为多少时，配水均匀性达到95%？
19、设滤池平面尺寸为5.4m（长）×4m（宽）。滤层厚70cm。冲洗强度q=14L/（s·m2），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。
20、滤池平面尺寸、冲洗强度及砂滤层厚度同上题，并已知：
冲洗时间6min；承托层厚0.45m；大阻力配水系统开孔比α=0.25%；滤料密度为2.62g/cm2；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）冲洗水箱至滤池排水冲洗槽高度。
21、两格无阀滤池合用一个冲洗水箱。滤池设计流量为4000m3/d。请设计滤池平面尺寸和冲洗水箱深度（设计参数自己选用）。

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