给水工程项目方案1421章课后思考题与习题'答案整合版.doc
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1、十四章十四章 给水处理概论给水处理概论1 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。、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:杂质无外乎两种来源:一是自然过程,例如地层矿物质在水中的溶解,水中微生物的繁殖及其死亡残答:杂质无外乎两种来源:一是自然过程,例如地层矿物质在水中的溶解,水中微生物的繁殖及其死亡残骸等;二是人为因素,即工业废水、农业污水及生活污水的污染。水中杂质按尺寸大小可分成三类:骸等;二是人为因素,即工业废水、农业污水及生活污水的污染。水中杂质按尺寸大小可分成三类:悬浮物:悬浮物尺寸较大,易于在水中下沉或上浮。粒
2、径大于悬浮物:悬浮物尺寸较大,易于在水中下沉或上浮。粒径大于.1mm.1mm 的泥砂去除较易,通常在水中很快的泥砂去除较易,通常在水中很快下沉。粒径较小的悬浮物,须投加混凝剂方可去除。下沉。粒径较小的悬浮物,须投加混凝剂方可去除。胶体杂质: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、腐殖胶体杂质: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
3、电荷的金属氢氧化物胶体。须加混凝剂方可去除。正电荷的金属氢氧化物胶体。须加混凝剂方可去除。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。有的无机溶溶解杂质: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。有的无机溶解物可使水产生色、臭、味。解物可使水产生色、臭、味。2 2、了解、了解生活饮用水卫生标准生活饮用水卫生标准中各项指标的意义。中各项指标的意义。 答:在答:在标准标准中所列的水质项目可分成以下几类。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。浊度、色度、臭和味以及肉眼可见物等。一类属于感官性状方面的要求。浊度
4、、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。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。 3 3、反应器原理用于水处理有何作用和特点?、反应器原理用于水处理有何作用和特点?答:反应器是化工生产过程中的核心部分答: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在反应器中所进行的过程, ,既有
5、化学反应过程既有化学反应过程, ,又有物理过又有物理过程程, ,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,水的氯化消毒池,除铁、除锰滤池、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,水的氯化消毒池,除铁、除
6、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。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。4 4、试举出、试举出 3 3 种质量传递机理的实例。种质量传递机理的实例。 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。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 1)主流传递:物质随水流主体而移动,它与液体中物质浓度分布无关,而与流速有关。实例:在平)主流传递:物质随水流主体而移动,它与液体中物质浓度分布无关,而与流速有关。实例:在平 流池中,物质将随水流作水平迁移。
7、物质在水平方向的浓度变化,是由主流迁移和化学引起的。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 2)分子扩散传递:与浓度梯度有关。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)分子扩散传递:与浓度梯度有关。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。实例:如平流池存在浓度梯度时。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。实例:如平流池存在浓度梯度时。3 3)紊流扩散传递:在紊流状态下,液体质点不仅具有随水流前进的运动,还具有上下左右的脉动,)
8、紊流扩散传递:在紊流状态下,液体质点不仅具有随水流前进的运动,还具有上下左右的脉动, 且伴有涡旋。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。且伴有涡旋。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。 5 5、3 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。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:答:3 3 种理想反应器的假定条件如下种理想反应器的假定条件如下1 1)完全混合间歇式反应器()完全混合间歇式反应器(CMBCMB 型):不存在由物质迁移而导致
9、的物质输入和输出、且假定是在恒温下型):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。操作。2 2)完全混合连续式反应器()完全混合连续式反应器(CSTRCSTR 型):反应器内物料完全均匀混合且与输出产物相同的假定,且是在恒型):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。温下操作。3 3)推流型反应器()推流型反应器(PFPF 型):反应器内的物料仅以相同流速平行流动,而无扩散作用。这种流型唯一的质型):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。量传递就是平行流动的主流传递。在水处理中,反应器含义较
10、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,包括化在水处理中,反应器含义较广泛。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、除猛滤池,生物滤池等等。在水处理学反应、生物化学反应以至物理过程等。例如,氯化消毒池,除铁、除猛滤池,生物滤池等等。在水处理方面引入反应器理论,提供了一种分析研究水处理工艺设备的方法和思路,推动了水处理工艺发展。通过方面引入反应器理论,提供了一种分析研究水处理工艺设备的方法和思路,推动了水处理工艺发展。通过简化的反应器称理想反应器,虽然理想反应器内不能完全准确地描述反应器内所进行的实际过程
11、,但可近简化的反应器称理想反应器,虽然理想反应器内不能完全准确地描述反应器内所进行的实际过程,但可近似反应真实反应器的特征。而且,由理想反应器模型可进一步推出偏离理想状态的实际反应器模型。似反应真实反应器的特征。而且,由理想反应器模型可进一步推出偏离理想状态的实际反应器模型。6 6、为什么串联的、为什么串联的 CSTRCSTR 型反应器比同体积的单个型反应器比同体积的单个 CSTRCSTR 型反应器效果好?型反应器效果好?(8)(8) 答:答: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,当串联的反应器数时,所需反应时时,所需反应时
12、n 间将趋近于间将趋近于 CMBCMB 型和型和 PFPF 型的反应时间。型的反应时间。7 7、混合与返混合在概念上有何区别?返混合是如何造成的?、混合与返混合在概念上有何区别?返混合是如何造成的?答:答:CMBCMB 和和 CSTRCSTR 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
13、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 0 0 至至无穷大。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无穷大。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“返混返混”。显然,在。显然,在 PFPF 反应器内,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。质扩散等等。返混:广义地说,返混:广义地说,泛泛指指不
14、不同同时时间间进进入入系系统统的的物物料料之之间间的的 混混合合,狭狭义义地地说说,返返混混专专指指物物料料逆逆流流动动方方向向的的流流动动和和混混合合。8 8、PFPF 型和型和 CMBCMB 型反应器为什么效果相同?两者优缺点比较。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)答:在推流型反应器的起端(或开始阶段) ,物料是在,物料是在 C C0 0的高浓度下进行反应,反应速度很快。沿着液流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)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
15、与间歇式,物料浓度逐渐降低,反应速度也随之逐渐减小。这与间歇式 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 考滤投料和卸料时间,而推流型反应器为连续操作。考滤投料和卸料时间,而推流型反应器为连续操作。9.9.为什么为什么 CSTRCSTR 型反应器生产能力低于型反应器生产能力低于 PFPF 型?型?在在 PFPF 反应器内,液流以相同流速平行流动,物料浓度在垂直于流动方向完全混合均匀,但沿流动反反应器内,液流以相同流速平行流动,物料浓度在垂直于流动方向完
16、全混合均匀,但沿流动反向绝无混合现象,物料浓度在流动方向形成浓度梯度。而在向绝无混合现象,物料浓度在流动方向形成浓度梯度。而在 CSTRCSTR 型反应器内,物料完全均匀混合,无论型反应器内,物料完全均匀混合,无论进口端还是出口端,浓度都相同。进口端还是出口端,浓度都相同。PFPF 型反应器在进口端是在高浓度型反应器在进口端是在高浓度 C C0 0下进行反应,反应速率高,只是在下进行反应,反应速率高,只是在出口端才在低浓度出口端才在低浓度 CeCe 下进行反应。而下进行反应。而 CSTRCSTR 型始终在低浓度型始终在低浓度 CeCe 下进行反应,故反应器始终处于低反应速下进行反应,故反应器始
17、终处于低反应速率下操作,这就是率下操作,这就是 CSTRCSTR 型反应器生产能力低于型反应器生产能力低于 PFPF 型的原因。型的原因。1010、何谓、何谓“纵向分散模型纵向分散模型” (PFDPFD)?纵向分散模型对水处理设备的分析研究有何作用?)?纵向分散模型对水处理设备的分析研究有何作用?(7)(7) 答:实际反应器总是介于推流型和完全混合连续流型之间。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。只要这种模型与实际所 研究的对象基本等效,不必去深究扩散机理及其它细节。纵向分散模
18、型介于 CSTR 型 和 PF 型之间,所以在对水处理设备的分析研究中采用此模型更贴近实际反应器模, 在水处理中,沉淀池、氯消毒池、生物滤池、冷却塔等,均可作为 PFD 型反应器来进 行研究。第十五章第十五章 混凝混凝1 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。、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。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。胶体稳定性分胶体稳定性分”动力学稳定动力学稳定”和和聚集稳定聚集稳定”两种。动力学稳定性系指颗粒布朗运动对抗重力影响两种。动
19、力学稳定性系指颗粒布朗运动对抗重力影响的能力,粒子愈小,动力学稳定性愈高。聚集稳定性系指胶体粒子之间不能相互聚集的特性。胶体粒子很的能力,粒子愈小,动力学稳定性愈高。聚集稳定性系指胶体粒子之间不能相互聚集的特性。胶体粒子很小,比表面积大从而表面能很大,在布朗运动作用下,有自发地相互聚集的倾向。但由于粒子表面同性电小,比表面积大从而表面能很大,在布朗运动作用下,有自发地相互聚集的倾向。但由于粒子表面同性电荷的斥力作用或水化膜的阻碍使这种自发聚集不能发生。胶体稳定性,关键在于聚集稳定性。荷的斥力作用或水化膜的阻碍使这种自发聚集不能发生。胶体稳定性,关键在于聚集稳定性。对憎水胶体而言,聚集稳定性主要
20、决定于胶体颗粒表面的动电位即对憎水胶体而言,聚集稳定性主要决定于胶体颗粒表面的动电位即 电位,电位, 电位愈高,同性电荷电位愈高,同性电荷斥力愈大。虽然胶体的斥力愈大。虽然胶体的 电位是导致聚集稳定性的直接原因,但研究方法却可从两胶粒之间相互作用力电位是导致聚集稳定性的直接原因,但研究方法却可从两胶粒之间相互作用力及其与两胶粒之间的距离关系来评价。及其与两胶粒之间的距离关系来评价。DLVODLVO 理论认为,当两个胶粒相互接近以致双电层发生重叠时,便理论认为,当两个胶粒相互接近以致双电层发生重叠时,便产生静电斥力产生静电斥力, ,其与两胶粒表面间距其与两胶粒表面间距 x x 有关,用排斥势能有
21、关,用排斥势能 E ER R表示,排斥势能随表示,排斥势能随 x x 增大而指数关系减小。相增大而指数关系减小。相互接近的两胶粒之间同时还存在范德华引力,用吸引势能互接近的两胶粒之间同时还存在范德华引力,用吸引势能 E EA A表示,与表示,与 x x 成反比。当成反比。当 0a10pH10)进行部分水解,生成阴离子型水解聚合物()进行部分水解,生成阴离子型水解聚合物(HPAMHPAM)PAMPAM 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%30%-40%较好。较好。7.7.何谓同向絮凝和异向絮凝?两
22、者絮凝速率(或碰撞数率)与哪些因素有关?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。其速率与颗粒直径的三次方成正比,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。其速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。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。其速率与水温成正比,与颗粒的数量浓异向絮凝:由布朗运动所造成的颗粒碰撞聚集称异向絮凝。其速率与水温成正比,与颗粒的数量浓度平方成反比,而与颗粒尺寸无关。度平方成反比,
23、而与颗粒尺寸无关。8.8.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?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,以同向絮凝为主。同向絮凝不仅与在絮凝阶段,以同向絮凝为主。同向絮凝不仅与 G G 值有关,还与絮凝时间值有关,还与絮凝时间 T T 有关。有关。TNTN0 0即为整个絮凝时即为整个絮凝时间内单位体积流体中颗粒碰撞次数,因间内单位体积流体中颗粒碰撞次数,因 N N0 0与与 G G 成正比,因此在絮凝阶段,通常以成正比,因此在絮凝阶段,通常以 G G 值或值或 GTGT 值作为控制指值作为
24、控制指标。重视混凝剂控制指标的研究,可以控制混凝效果,即节省能源,取得好的混凝效果。标。重视混凝剂控制指标的研究,可以控制混凝效果,即节省能源,取得好的混凝效果。在絮凝过程中,所施功率或在絮凝过程中,所施功率或 G G 值愈大,颗粒碰撞速率愈大,絮凝效果愈好,但实际絮凝过程中,值愈大,颗粒碰撞速率愈大,絮凝效果愈好,但实际絮凝过程中,G G 值值增大时,水流的剪切力也随之增大,已形成的絮体有破碎的可能,如何计算或控制一个最佳增大时,水流的剪切力也随之增大,已形成的絮体有破碎的可能,如何计算或控制一个最佳 G G 值,使达到值,使达到最佳的絮凝效果又不致使絮凝体破裂的最佳的絮凝效果又不致使絮凝体
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