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水质工程学（上）例题、思考题、习题
第1章 水质与水质标准
1.水中杂质按尺寸大小可分为几类？了解各类杂质主要来源、特点及一般去除方法。 2.各种典型水质特点。
3.《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006) 分类指标。 第2章 水的处理方法概论 1.
水的主要物理化学处理方法。 2.反应器原理用于水处理有何作用和特点？ 3. 反应器的类型。 4.典型给水处理工艺流程。 第3章 凝聚和絮凝 例题
1.设已知K＝5.14×10，G＝30s。经过絮凝后要求水中颗粒数量浓度减少3/4，即n0/nM=4，试按理想反应器作以下计算：
1）采用PF型反应器所需絮凝时间为多少分钟？
2）采用CSTR反应器（如机械搅拌絮凝池）所需絮凝时间为多少分钟？ 3）采用4个CSTR型反应器串联所需絮凝时间为多少分钟？ 解：
1）将题中数据代入公式得：t＝ln4/(5.14×10×30)＝899s＝15min
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2）将题中数据代入公式得：t＝（4-1）/(5.14×10×30)＝1946s＝32min
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3）将题中数据代入公式得：t＝（4-1）/(5.14×10×30)＝269s
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总絮凝时间 T＝4t＝4×269＝1076s＝18min
由此可知，推流型絮凝池的絮凝效果优于单个机械絮凝池，但采用4个机械絮凝池串联时，絮凝效果接近推流型絮凝池。
2. 某地表水源的总碱度为0.2mmol/L。市售精制硫酸铝（含Al2O3约16％）投量为28mg/L。试估算石灰（市售品纯度为50％）投量为多少mg/L。
解：投药量折合Al2O3为28mg/L×16％＝4.48mg/L，Al2O3分子量为102，故投药量相当于4.48/102=0.044 mmol/L，剩余碱度取0.37 mmol/L，则得： [CaO]=3×0.044－0.2+0.37＝0.3 mmol/L
CaO分子量为56，则市售石灰投量为：0.3×56/0.5=33 mg/L。
3. 某往复式隔板絮凝池设计流量为75000m/d；絮凝时间采用20min；为配合平流沉淀池宽度和深度，絮凝池宽度22m，平均水深2.8m。试设计各廊道宽度并计算絮凝池长度。 解：1）絮凝池净长度
设计流量Q=75000*1.06/24=3312.5 m/h＝0.92 m/s（水厂自用水量占6％） 絮凝池净长度L＝QT/BH=3312.5*20/(22*2.8*60)=17.92m 2）廊道宽度设计
絮凝池起端流速取0.55m/s，末端流速取0.25 m/s。首先根据起、末端流速和平均水深算出起末端廊道宽度，然后按流速递减原则，决定廊道分段数和各段廊道宽度。 起端廊道宽度b＝Q/Hv＝0.92/（2.8*0.55）=0.597m≈0.6m
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末端廊道宽度b＝Q/Hv＝0.92/（2.8*0.25）=1.3m 廊道宽度分为4段、各段廊道宽度和流速见下表。
廊道宽度和流速计算表 廊道分段号 各段廊道宽度（m） 各段廊道流速（m/s） 各段廊道数 各段廊道总净宽（m） 1 0.6 0.55 6 3.6 2 0.8 0.41 5 4 3 1.0 0.33 5 5 4 1.3 0.25 4 5.2 四段廊道宽度之和∑b＝3.6+4+5+5.2＝17.8m
取隔板厚度δ＝0.1m，共19块隔板，则絮凝池总长度L为： L＝17.8+19*0.1＝19.7m
如果要计算隔板絮凝池水头损失和速度梯度，可根据上表有关数据按公式分别求得。 思考题与习题 1. 何谓胶体稳定性？ 2. 胶体的凝聚机理。
3. 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。
4. 高分子混凝剂投量过多时，为什么混凝效果反而不好？ 5. 目前我国常用的混凝剂有哪几种？各有何优缺点？
6. 什么叫助凝剂？常用的有哪几种？在什么情况下需要投加助凝剂？
7. 何谓同向絮凝和异向絮凝？两者的絮凝速率（或碰撞速率）与哪些因素有关？ 8. 混凝实验的操作过程，采用何种混凝剂，用理论说明混凝实验中出现的水质变化。
9. 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。
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？ 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？ 12. 混凝剂有哪几种投加方式?各有何优缺点和其适用条件？
13. 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？ 14. 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？
15. 河水总碱度0.1mmol/L（按CaO计），硫酸铝（含Al2O3约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50000m，试问水厂每天约需要多少千克石灰（石灰纯度按50％计）？
16. 设聚合铝[A12(OH)n?Cl6-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？ 17. 某水厂采用精制硫酸铝作为混凝剂，其最大投量为35 mg/L。水厂设计水量100000m/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？
18. 隔板絮凝池设计流量为75000m/d。絮凝池有效容积为1100m，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？（水厂自用水量为5％）
19. 设原水悬浮物体积浓度ф＝5×10。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＝360m/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）
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相同。搅拌功率仍为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 例题
1. 设计日产水量为10万m的平流式沉淀池。水厂本身用水占5％。采用两组池子。 解：1）. 每组设计流量
Q＝100000×1.05/(2×24)＝2187.5 m/h＝0.608 m/s 2） 设计数据的选用
表面负荷Q/A=0.6mm/s＝51.8 m/（m?d），沉淀池停留时间T=1.5h； 沉淀池水平流速为v＝14 mm/s。 3）计算
沉淀池表面积A＝2187.5×24/51.8＝1013.5 m
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沉淀池长L＝3.6×14×1.5＝75.6m，采用76m。
沉淀池宽B=1013.5/76=13.3m，采用13.4m。由于宽度较大，沿纵向设置一道隔墙分成两格，每格宽为13.4/2=6.7m。
沉淀池有效水深H＝QT/BL＝2187.5×1.5/（13.4×76）=3.22m，采用3.5m（包括保护高）。 絮凝池与沉淀池之间采用穿孔布水墙，穿孔墙上的孔口流速采用0.2m/s，则孔口总面积为0.608/0.2=3.04 m。每个孔口尺寸定为15cm×8cm，则孔口数为3.04/（0.15*0.08）=253个。 沉淀池放空时间按3h计，则放空管直径按公式计算：
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0.7?13.4?76?3.220.5d?＝0.344m，采用DN350mm。
3?3600出水渠断面宽度采用1.0m，出水渠起端水深按公式计算：
Q20.60823H?1.733＝1.73?0.58m
22gB9.81?1.0为保证堰口自由落水，出水堰保护高采用0.1m，则出水渠深度为0.68m。 4）水力条件校核
水流截面积ω＝6.7×3.32＝21.57m 水流湿周χ＝6.7+2×3.22＝13.14 m 水力半径R=21.574/13.14=1.64m
弗劳德数Fr＝v/Rg=1.4/（164×981）＝1.2×10
雷诺数Re＝vR/υ=1.4×164/0.01＝22960（按水温20℃计）
2. 设计单池产水量为15000 m/d的斜管沉淀池。水厂自用水按5％计。 解： 1） 设计数据
设计流量Q=15000m/d×1.05＝650 m/h＝0.18 m/s 表面负荷取q＝10 m/（m?h）＝2.8mm/s
斜管材料采用厚0.4mm塑料板热压成正六角形管，内切圆直径d＝25mm，长1000mm，水平倾角θ＝60°。 2）计算
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按公式求得清水区面积： A＝Q/q=0.18/0.0028=64.5 m
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采取沉淀池尺寸为5.5×12＝66 m，为了配水均匀，进水区布置在12m长的一侧。在5.5m的长度中扣除无效长度0.5m。因此净出口面积（考虑斜管结构系数1.03）： A’=(5.5-0.5)×12/1.03=58 m
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采用保护高0.3m，清水区高度1.2m，配水区高度1.5m，穿孔排泥槽高0.80m，斜管高度h＝Lsinθ＝L×sin60°＝0.87m，池子总高度H＝0.30+1.2+1.5+0.80+0.87＝4.67 m。 沉淀池进口采用穿孔墙，排泥采用穿孔管，集水系统采用穿孔管。 3）核算 a. 雷诺数
水力半径R=d/4=25/4=6.25mm=0.625cm
当水温t＝20℃时，水的运动粘度υ＝0.01cm/s，按公式可求得管内流速： V＝Q/A’sinθ＝0.18/58sin60°=0.0036m/s=0.36cm/s Re＝vR/υ=0.625×0.36/0.01=22.5
b. 弗劳德数Fr＝v/Rg=0.36/（0.625×981）=2.1×10 c. 斜管中的沉淀时间
T=L/v=1000/3.6=280s=4.6min(一般在2～5min之间)。 思考题与习题
1. 什么叫自由沉淀、拥挤沉淀和絮凝沉淀？
2. 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？
3. 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？ 4. 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？ 5. 平流沉淀池进水为何采用穿孔隔墙？出水为什么往往采用出水支渠？ 6. 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°？ 7. 澄清池的基本原理和主要特点是什么？
8. 已知颗粒密度ρ＝2.65g/cm，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？
9. 平流沉淀池设计流量为720 m/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m？（2）沉速为0.1mm/s的颗粒，可去除百分之几？ 10. 原水泥沙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900 m/h，
表面积500 m。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
第5章 过滤 例题
1. 设滤池平面尺寸为7.5m×7.0m＝52.5 m。试设计大阻力配水系统。 解：冲洗强度采用q＝14L/s?m，冲洗流量Q＝14×52.5＝735L/s＝0.735m/s， 1） 干管
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