发布时间 : 星期五 文章水质工程学()例题、思考题、习题答案更新完毕开始阅读3d07c646336c1eb91a375d7d
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？
平流沉淀池构造：（1）进水区；（2）沉淀区；（3）污泥区；（4）出水区。 条件：
①颗粒处于自由沉淀状态，颗粒的沉速始终不变。
②水流沿水平方向流动，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。 ③颗粒沉到底就被认为去除，不再返回水流中。
关系：设理想沉淀区的深度为H，长度为L，宽度为B，进入沉淀区的水流量为Q 则有：水平流速 ，沉降时间 ，截留沉速 ，表面负荷
对u 对u>u0的颗粒，沉淀效率为100%，即沉降速率大于截留沉速u0的颗粒能够全部去除。则沉速大于等于u0的颗粒全部去除率为（1-p0）。 因此，理想沉淀池的总沉淀效率 式中p0—沉速小于u0的颗粒重量占所有颗粒重量的百分率； 由上述内容可知，理想沉淀区的沉淀效率只与截留沉速有关，即水在沉淀区中的沉淀效率只与表面负荷有关，而与其他工艺参数（如沉淀时间、池深、水流速度等）无关。当处理水量一定时，沉淀效率只与沉淀池的表面积有关，即沉淀池表面积越大，沉淀效率越高。 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？ 主要因素： 1、水流的紊动性：水流的紊动，影响颗粒沉淀。所以希望紊动性小些。紊动性大小可用雷諾数 来衡量，Re越大紊动性越强。平流沉淀池一般Re=4000～15000，属于紊流。只有斜板（管）可达层流。 2、水流的稳定性：为避免外界干扰（异重流、风浪等），希望稳定性越高越好。水流的稳定性以弗劳德数 来衡量，越大越稳定。平流沉淀池宜使Fr＞10-5。 3、凝聚作用的影响：实际沉淀池的水深对混凝沉淀效果也有影响。 作用：降低水力半径R，从而降低雷诺数Re并提高弗劳德数Fr。 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？ 关系：对于理想沉淀池，表面负荷在数值上等于截留沉速，但意义不同。 即： 区别：表面负荷是指单位沉淀面积上所承受的水流量。 截留沉速是指恰好能从池顶始端沉淀到池底末端时的颗粒沉降速度。 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？ 穿孔隔墙作用：使流量均匀分布在进水截面上，尽量减少扰动。 出水支渠作用：增加出水堰的长度，降低流量负荷，避免流线过于集中。 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°？ 理论根据：浅池理论，即在保持截留沉速u0和水平流速v都不变的条件下，减小沉淀池的深度，就能相应地减少沉淀时间和缩短沉淀池的长度。 从另一方面来说，在原体积不变时，增加沉淀面积，可使颗粒去除率提高。 斜板、斜管的倾角，应能使沉泥能自动下滑，其值与沉泥的性质及颗粒粗细有关。在城市自来水的混凝沉淀池中，斜板、斜管的倾角多采用60°。 7. 澄清池的基本原理和主要特点是什么？ 原理：把絮凝和沉淀综合在一个构筑物中完成，主要靠活性泥渣层达到澄清目的。当脱稳的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。这是把泥渣层做为接触介质的净化过程，也是一种絮凝过程，称接触絮凝。在絮凝的同时，杂质从水中分离出来，清水在澄清池上部被收集。 特点： 8. 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？ 9. 平流沉淀池设计流量为720 m3/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m2？（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 m3/h，表面积500 m2。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） 0 C/C0 第5章 过滤 例题 1. 设滤池平面尺寸为7.5m×7.0m＝52.5 m2。试设计大阻力配水系统。 解：冲洗强度采用q＝14L/s?m2，冲洗流量Q＝14×52.5＝735L/s＝0.735m3/s， 1） 干管 采用钢筋混凝土渠道。断面尺寸：850mm×850mm，长7500mm。 起端流速v0＝0.735/（0.85*0.85）=1m/s。 2）支管 支管中心距采用0.25m。支管数n＝7.5×2/0.25=60根（每侧30根）。支管长为（7.00-0.85-0.3）/2≈2.93m，取2.9m。式中0.3m为考虑渠道壁厚及支管末端与池壁间距。每根支管进口流量＝735/60=12.25L/s，支管直径选用80mm，支管截面积为5.03×10-3m2，查水力计算表，得支管始端流速va＝2.47m/s。 3）孔口 孔口流速采用5.6m/s，孔口总面积f＝0.735×/5.6=0.131 m2。配水系统开孔比α＝0.131/52.5=0.25%。 孔口直径采用9mm，每个孔口面积＝6.36×10-5 m2。孔口数m＝0.131/(6.36*10-5)=2060个。考虑干管顶开2排孔，每排40个孔，孔口中心距e1＝7.5/40=0.187m。 每根支管孔口数＝（2060-80）/60=33个，取34个孔，分两排布置，孔口向下与中垂线夹角45°交错排列，每排17个孔，孔中心距e2＝2.9/17=0.17m。 4）配水系统校核 实际孔口数m’=34*60+80=2120个 实际孔口总面积f’=2120*6.36*10-5=0.1348m2 实际孔口流速v’=0.735/0.1348=5.45m/s (f’/ω0)2+(f’/nωa)2=(0.1348/0.85*0.85)2+(0.1348/60*5.03*10-3)2=0.25＜0.29 α＝q/1000v’=14/1000*5.45=0.268% 符合配水均匀性达到95％以上的要求。 2. 设滤池平面尺寸为L=4m，B＝3m，F＝12m2。滤层厚H2＝70cm，冲洗强度采用q＝14 L/（s ? m2）。滤层膨胀度e＝45％。试设计冲洗排水槽断面尺寸和冲洗排水槽高度H。 解：每个滤池设2条冲洗排水槽，槽长l＝B＝3m，中心距＝4/2=2m。 1 15 20 30 60 120 180 0.98 0.88 0.70 0.30 0.12 0.08 每槽排水流量Q＝qF/2=14*12/2=84L/s=0.084 m3/s。 冲洗排水槽断面采用标准形状。按公式求断面模数： X＝0.45Q0.4＝0.45*0.0840.4 m≈0.17m 冲洗排水槽底厚采用δ＝0.05m，保护高0.07m，则槽顶距砂面高度： H＝eH2+2.5x+ δ+0.07＝0.45*0.7+2.5*0.17+0.05+0.07＝0.86m 校核： 冲洗排水槽总面积与滤池面积之比＝2×l×2x/F=2×3×2×0.17/12=0.17＜0.25（符合要求） 思考题与习题 1. 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？ 悬浮颗粒必须经过迁移和粘附两个过程才能完成去除的过程。 迁移：包括沉淀、扩散、惯性、截阻和水动力效应等5种基本作用。 粘附：包括范德华引力、静电力以及某些化学键和某些特殊的化学吸附力作用、絮凝颗粒间的架桥作用等作用。 粒径小于滤层中孔隙尺寸的杂质颗粒迁移到滤料表面时，主要通过粘附作用，即在范德华引力、静电力、某些化学键和某些特殊的化学吸附力作用下，被滤层拦截。而粘附作用主要取决于滤料和水中颗粒表面的物理化学性质，而与粒径尺寸大小无关。 迁移： 1、截阻作用：悬浮物沿流线运动，与滤料表面接触时被俘获。 2、惯性作用：颗粒具有自身的惯性力而脱离流线，到达滤料颗粒表面。 3、沉淀作用：水流通过砂滤料层相当于经过无数微型沉淀池。 4、扩散作用：悬浮颗粒物存在浓度梯度，使颗粒物扩散到滤料颗粒表面被俘获。 5、水动力效应作用：水流经过砂滤层具有速度梯度G值，使颗粒发生转动而脱离流线。 粘附： 粘附作用是一种物理化学作用。当水中颗粒迁移到滤料颗粒表面时，在范德华引力、静电力、某些化学键和某些特殊的化学吸附力作用下，被粘附在滤料颗粒表面上，或者粘附在滤料颗粒表面上原先粘附的颗粒上。 因此，粘附作用主要取决于滤料和水中颗粒表面的物理化学性质，而无需增大颗粒尺寸。 2. 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。 滤层内杂质分布规律： 在颗粒粘附同时，还存在着由于孔隙中水流剪力作用而导致颗粒从滤料颗粒表面上脱落趋势。粘附力和水流剪力相对大小，决定了颗粒粘附和脱落的程度。 过滤初期滤料较干净，孔隙率较大，孔隙流速较小，因而水流剪力较小，粘附作用占优势。随着过滤时间的延长，滤层中杂质逐渐增多，孔隙逐渐减小，水流流速加大，水流剪力增大，以致最后粘附上的颗粒首先脱落下来，或者水流挟带的后续颗粒不能再有粘附现象，悬浮颗粒向下推移，下层滤料截留作用渐得发挥。 改善途径：滤池工作的经济性，与滤池过滤作用水头是否被充分利用有关。在建成的重力式滤池里，滤池的过滤作用水头都已经确定。所以充分利用作用水头，增长过滤时间，实现使滤池水头损失达到最大值的工作周期（压力周期），在运行管理上是经济的。滤池的最优工作条件是使水质周期等于压力周期。为达到这点，可以调整滤池的各种工艺参数，如增加滤层的厚度。在实际生产中由于影响滤池工作周期的因素十分复杂，不可能在任何条件下都保持最优工作条件，所以在滤池设计中一般采用水质周期大于压力周期的工作条件。