水质工程学 - 课后练习题

1） 自由沉淀：颗粒在沉淀过程中，彼此没有干扰，只受到颗粒本身在水中的重力和水流阻力的作用；其形状、尺寸、质量均匀不变，下沉速度不改变。常见于：沉砂池，初沉池 2）絮凝沉淀：颗粒在沉淀过程中发生絮凝作用，颗粒形状、尺寸、质量以及沉淀速度随沉淀过程的进展而变化。常见于：混凝沉淀后、生物污泥沉淀 3）Hindered Settling成层沉淀：沉淀过程中絮凝的悬浮物形成层状物，成整体沉淀状，形成较明显的固液界面。常见于：活性污泥法的二沉池、污泥浓缩池、化学絮凝沉淀。 4）Compression Settling压缩沉淀：沉淀过程中最后是悬浮颗粒相聚于水底，相互支撑，相互挤压，发生进一步沉降。常见于：污泥浓缩池和二次沉淀池的池底。 5）2. 已知悬浮颗粒的密度和粒径，可否采用公式U=直接求得沉速，为什么？ 否；CD为阻力系数，与雷诺数Re有关，Re=,Re在不同的范围，沉速U的公式待定，在求某一特定的颗粒时，既不能直接用此公式,因为沉速本身为待求值，既然U是未知数，Re也是未知数。其中一种求法就是先假定流速U，然后再经试算求得确定的U。

3.了解肯奇理论的基本概念和主要用途。 由肯奇理论可得：

其涵义是高度为Ht均匀浓度为Ct的沉淀管中所含悬浮物的量和原来高度为H0、均匀浓度为C0的沉淀管中的所含悬浮物量相等。根据这些可分析沉淀过程与沉淀高度无关，使有可能用较短的沉淀池作实验，来推测实际沉淀效果。 4.理想沉淀池应符合哪些条件？根据理想沉淀池沉淀条件，沉淀效率与沉淀池的深度，长度及面积关系如何？

理想沉淀池满足3个假设：①自由沉淀，在沉淀过程中，颗粒互不干扰，颗粒密度粒度，沉淀的沉速始终不变。②水平推流式，即：层流状态，各个断面的流速相等，在断面上的各点流速相等，各个点的流速相等。③沉淀到池底即被去除，即：没有沉淀冲刷现象。

假设颗粒的截流沉速为Uo，具有沉速为Ui的颗粒不能100%被去除，则沉速为Ui的颗粒的去除率E 为： E== (哈真公式)由此可得：颗粒在理想沉淀池中的去除率只与颗粒的沉速和表面负荷有关，而与沉淀池的长度，水平流速，停留时间无关。讨论E==，Ui一定，增加沉淀池底面积A，则提高E。或者当沉淀池的容积一定，池越浅，则A越大，E也就越高（浅池理论）。

5.影响平流式沉淀池沉淀效率的因素有哪些？沉淀池的纵向分格有何作用？

①进出水的影响：配水花墙孔口流速V孔=0.1～0.2m/s,而沉淀池底水平流速V=10～25m/s，由于二者的速度差异和集水槽水舌的形成，会造成短流现象。 ②异重流的影响：a.密度异重流（特别是高浊水）形成短流;b.温度异重流，如果存在0.1℃的温差，就会有温度异重流，形成短流;c.偏流，风吹起时，相对静止的水易产生偏流，沉淀池的构造也会形成偏流。

③沉泥冲刷。

④雷诺数Re和佛罗德数Fr的判别，即水流稳定性的判别。减小沉淀池的水力半径

⑤絮凝过程的影响。

⑥纵向分格的作用：降低Re和提高Fr，减小水力半径。斜板和斜管沉淀池也能达到此目的。

6.沉淀池的表面负荷与颗粒截留沉速关系如何？两者的含义有何区别？ 截留沉速在数值上等于沉淀池的表面负荷，但二者的含义不同，表面负荷:单位沉淀池表面积的产水量，U0能去除的颗粒中最小颗粒的沉速。

教学单元5 过滤

课后思考题

1、为什么粒径小于滤层孔隙尺寸的颗粒会被滤层拦截下来？

小颗粒的运动主要是扩散作用，并且颗粒越小，扩散作用越大，分子运动剧烈，范德华引力大于双电子层的斥力时悬浮物就能附着于滤料表面而被截留下来。

2、从滤层中杂质分布规律，分析改善快滤池的几种途径和发展趋势。 滤层杂质分布规律：过滤初期，滤料较干净，孔隙率大，空隙流速较小，水流剪力较小，因而粘附作用占优势。随着时间的延长，滤层中杂质逐渐增多，孔隙率逐渐 减小，水流剪力逐渐增大，以至最后粘附颗粒先脱落下来，或则不再有粘附现象，于是，悬浮颗粒便向下层推移，下层滤料截留作用渐次得到发挥。

然而，滤料经过 反冲洗后，滤层因膨胀而分层，表面滤料粒径最小，粘附比表面积大，截留悬浮颗粒量最多，而孔隙尺寸又小，因而，过滤一段时间后，表面滤料间孔隙将逐渐被堵 塞，使过滤阻力剧增，造成下层滤料截留悬浮颗粒作用远未得到充分发挥时，过滤就停止。为了改善滤料层中杂质分布状况，提高滤层含污能力，而采取双层、三层或均质滤料。

3、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？ 直接过滤的两种方式：

①接触过滤：原水经过加药后，直接进入滤池过滤的过滤方式。

②微絮凝过滤：滤池前设一简易微絮凝池，原水加药混合后先经过微絮凝池，形成粒径相近的微絮粒后，即刻进入滤池过滤的过滤方式。 过滤要求：

①原水浊度一般不超过50NTU。

②一般采用多层滤料滤池或者均匀粒径的深床滤料滤池。 ③适当降低滤速，应根据原水水质决定滤速。

④原水在进入滤池前，无论是接触过滤或微絮凝过滤，均不应该形成大的絮体以免很快堵塞滤池表面孔隙。投加阳离子高聚物作为助凝剂

4、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时间存在什么关系？可否用数学式表达？

清洁滤层水头损失的影响因素：水的粘度系数，滤料的孔隙率，滤层厚度，滤速，滤料颗粒特性。在过滤过程中，水头损失随时间增加而增长。目前有不少学者提出了一些数学公式，但是与生产实践仍有一定的差距，根据实验水头损失和时间呈直线关系。因此，目前还没有准确的数学表达式。

5、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。

等速过滤：当滤池过滤速度保持恒定不变的过滤方式；变速过滤：滤速随过滤时间而逐渐减少的过滤方式。

当滤料粒径，形状滤层级配和厚度以及水温已定时，随着过滤时间的延长，滤层中截留的悬浮物量逐渐增多，滤层孔隙率逐渐减少，在水头损失保持不变的条件下，将引起滤速减少；反之，滤速保持不变时，将引起水头损失的增加，这样就产生了等速过滤和变速过滤。

优缺点：等速过滤各层滤料水头损失的不均匀可能会导致某一深度出现负水头而影响过滤；变速过滤滤后水质较好，过滤初期，滤速较大可使悬浮杂质深入下层滤料，过滤后期滤速减少，可防止悬浮颗粒穿透滤层。

6、什么叫负水头？它对过滤和冲洗有何影响？如何避免过滤过程中负水头的产生？

负水头：在过滤过程中，当滤层截留了大量杂质以至砂面以下某一深度处的水头损失超过该处水深时，便出现负水头现象。

危害：负水头溶解于水中的气体释放出来而形成气囊，气囊对过滤有破坏作用，一是减少有效过滤面积使过滤时水头损失及滤层空隙流速增加，严重时会影响滤后水质：二是气囊会穿过滤层上升，有可能把部分细滤料或轻质滤料带出，破坏滤层结构。反冲洗时，气囊更易将滤料出滤池。

措施：增加砂面上水深或令滤池出口位置等于或高于滤层表面。

7、滤层反冲洗强度和滤层膨胀度之间的关系如何？滤层全部膨胀起来后，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？ 当反冲洗流速小于最小流态化流速时，滤层不发生膨胀。当反冲洗流速大于最小流态化流速时，滤层膨胀起来，此时，冲洗强度愈大，膨胀度愈大。当滤层膨胀到一定程度后，不再发生膨胀，此时滤层全部膨胀。

当滤层全部膨胀起来后，反冲洗强度增加，水流通过滤层的水头损失不变。因为增大冲洗强度只是使滤层膨胀度增大，而水头损失保持不变。

8、什么叫最小流态化速度？当反冲洗流速小于最小流态化速度时，反冲洗的滤层水头损失是否与反冲洗强度有关？

最小流态化速度：反冲洗时滤料刚刚开始流态化的冲洗流速。

当反冲洗流速小于最小流态化速度，滤层未膨胀，水流通过滤料层的水头损失按欧根公式可知：当滤料粒径，形状，密度，厚度，孔隙率以及水温等一定时，反冲洗强度越大，水头损失越大。

9、气-水反冲洗有哪几种操作方式？各有何优缺点？大阻力配水系统和小阻力配水系统的含义是什么？各有何优缺点？

①先用空气反冲，然后再用水反冲； ②先用气-水同时反冲然后再用水反冲；

③先用空气反冲，然后用气-水同时反冲，最后再用水反冲。