(完整版)给水工程课后思考题答案

第一章给水系统
1.由高地水库供水给城市，如按水源和供水方式考虑，应属于哪类
给水系统？
水源方式属于地表水给水系统，按供水方式属于自流给水系统。

2.给水系统中投资最大的是哪一部分，试行分析。

输配水系统。

3.给水系统是否必须包括取水构筑物、水处理构筑物、泵站、输水
管和管网、调节构筑物等，哪种情况下可省去其中一部分设施？
不是。

大城市通常不设调节构筑物；地下水水质好可以省略水处理构筑物；水源处于适当高程，可以省去一级泵站或二级泵站或同时省去；城市附近山上有泉水时，可建泉室供水系统不设泵站。

4.什么是统一给水、分质给水和分压给水，哪种系统目前用得最多？
统一给水：用同一系统供应生活、生产和消防等各种用水。

分质给水：水源经不同的水处理过程和管网，将不同水质的水供给各类用户。

分压给水：根据水压要求不同而供水。

用得最多的是统一给水系统。

5.水源对给水系统布置有哪些影响？
①当地有丰富的地下水，可在城市上游或给水区内开凿管井或大
口井。

②水源处于适当高程，能重力输水，可省去泵站；有泉水的，可
建泉室。

③地表水为水源时，上游取水，加以处理。

④水源丰富，随用水量增长而发展为多水源给水系统。

⑤枯水季节、地下水位下降、海水倒灌时，采用跨流域、远距离
取水方式。

6.工业给水有哪些系统，各适用于何种情况？
①循环给水系统，火力发电、冶金、化工等冷却水用量大的企业
中。

②复用给水系统，适用于在车间排出的水可不经过处理或略加处
理就可供其它车间使用的情况。

7.工业用水量平衡图如何测定和绘制？水量平衡图起什么作用？
查明水源水质和取水量，各用水部门的工艺过程和设备，现有计量仪表的状况，测定每台设备的用水量、耗水量、排水量、水温等，按厂区给水排水管网图核对，对于老的工业企业还应测定管道和阀门的漏水量。

了解工厂用水现状，采取节约用水措施，健全工业用水计量仪表，减少排水量，合理利用水资源以及对厂区给水排水管道的设计都很有用处。

第二章设计用水量
1.设计城市给水系统时应考虑哪些用水量？
①综合生活用水，包括居民生活用水和公共建筑及设施用水。

②工业企业生产用水和工作人员生活用水。

③消防用水。

④浇洒道路和绿地用水。

⑤未预计水量及管网漏失水量。

2.居住区生活用水量定额是按哪些条件制定的？
城市人口、每人每日平均生活用水量和城市给水普及率。

3.影响生活用水量的主要因素有哪些？
水资源、气候条件、生活习惯
4.城市大小和消防流量的关系如何？
中小城市消防流量所占比例较大
5.怎样估计工业生产用水量？
①根据工业用水的以往资料，按历年产值用水增长率推算。

②根据单位工业产值的用水量、工业用水量增长率与工业产值的
关系，或单位产值用水量与用水重复利用率的关系加以预测。

6.工业企业为什么要提高水的重复利用率？
降低工业用水单耗。

7.说明日变化系数K d 和时变化系数K h 的意义。

它们的大小对设计
流量有何影响？
K d;一年中最高日用水量与平均日用水量比值。

K h:最高一小时用水量与平均用水量比值。

数值越大，设计流量越大。

第三章给水系统的工作情况
1.如何确定有水塔和无水塔时的清水池调节容积？
有水塔时，清水池容积由一、二级泵站供水量曲线确定。

无水塔时，由一级泵站供水量和用水量曲线确定。

2.取用地表水源时，取水口、水处理构筑物、泵站和管网等按什么
流量设计？
最高日平均时流量
3.已知用水量曲线时，怎样定出二级泵站工作线？
无水塔时，工作线等于用水量。

有水塔时，尽量接近用水量曲线，分三级供水。

4.清水池和水塔起什么作用？哪些情况下应设置水塔？
调节泵站供水量和用水量流量差值。

小城市用水量不均匀时，可以设置水塔，工业用水按生产要求可以设置水塔。

5.有水塔和无水塔的管网，二级泵站的计算流量有何差别？
没有水塔时，流量按最高日最高时计算；
有水塔时，按用水量变化曲线拟合。

6.无水塔和网前水塔时，二级泵站的扬程如何计算？
H p=Z c+H c+h s+h c+h n
7.写出消防时的二级泵站扬程计算式。

H p’=Z c+H f+h s’+h c’+h n’
8.对置水塔管网在最高用水时、消防时和转输时水压线是怎样的？
无能为力。

第十五章混凝
思考题
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。

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。

原因P255最后一段。

2、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。

答：压缩双电层机理：由胶体粒子的双电层结构可知，反离子的浓度在胶粒表面处最大，并沿着胶粒表面向外的距离呈递减分布,最终与溶液中离子浓度相等。

当向溶液中投加电解质，使溶液中离子浓度增高，则扩散层的厚度减小。

该过程的实质是加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力把原有部分反离子挤压到吸附层中，从而使扩散层厚度减小。

由于扩散层厚度的减小，电位相应降低，因此胶粒间的相互排斥力也减少。

另一方面，由于扩散层减薄，它们相撞时的距离也减少，因此相互间的吸引力相应变大。

从而其排斥力与吸引力的合力由斥力为主变成以引力为主(排斥势能消失了)，胶粒得以迅速凝聚。

吸附-电中和机理：胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子或分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了电位离子所带电荷，减少了静电斥力，降低了ξ电位，使胶体的脱稳和凝聚易于发生。

此时静电引力常是这些作用的主要方面。

上面提到的三价铝盐或铁盐混凝剂投量过多，凝聚效果反而下降的现象，可以用本机理解释。

因为胶粒吸附了过多的反离子，使原来的电荷变号，排斥力变大，从而发生了再稳现象。

硫酸铝混凝作用机理及其与水的pH值的关系：Ph<3时，压缩扩
散双电层作用。

Ph>3时,吸附-电中和作用。

Ph>3时水中便出现聚合离子及多核羟基配合物，这些物质会吸附在胶核表面，分子量越大，吸附作用越强。

3,高分子混凝剂投量过多时，为什么混凝效果反而不好？
答：在废水处理中，对高分子絮凝剂投加量及搅拌时间和强度都应严格控制，如投加量过大时，一开始微粒就被若干高分子链包围，而无空白部位去吸附其他的高分子链，结果造成胶粒表面饱和产生再稳现象。

已经架桥絮凝的胶粒，如受到剧烈的长时间的搅拌，架桥聚合物可能从另一胶粒表面脱开，重又卷回原所在胶粒表面，造成再稳定状态。

4、目前我国常用的混凝剂有哪几种？各有何优缺点？
答：铝系：硫酸铝明矾聚合氯化铝（PAC）聚合硫酸铝（PAS）铁系：三氯化铁硫酸亚铁聚合硫酸铁（PFS）聚合氯化铁（PFC）
有机高分子混凝剂：聚丙烯酰胺（PAM）
优缺点：
5、什么叫助凝剂？常用的助凝剂有哪几种？在什么情况下需要投加助凝剂？
答：在单独使用混凝剂不能取得预期效果时，需投加某种辅助药剂以提高混凝效果，这种药剂称为助凝剂。

助凝剂通常是高分子物质，作用机理是高分子物质的吸附架桥。

常用的助凝剂有：骨胶、聚丙烯酰胺及其水解物、活化硅酸、海藻酸钠等。

当单独使用混凝剂效果不佳时采用助凝剂，例如：对于低温、低浊度水采用铝盐或铁盐混凝时，形成絮粒往往细小松散，不易沉淀。

当加如少量活化硅酸时，絮凝体的尺寸和密度就会增大，沉速加快。

6、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？
答：PAM聚丙烯酰胺，混凝效果在于对胶体表面具有强烈的吸附作用，在胶粒之间形成桥联。

由于酰胺基之间的氢键作用，线性分子往往不能充分伸展开来，致使桥架作用消弱。

为此，通常将PAM在碱性条件下（pH>10）进行部分水解，生成阴离子型水解聚合物（HPAM）
PAM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%较好。

7.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。

其数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。

异向絮凝：由布朗运动所造成的颗粒碰撞聚集称异向絮凝。

其数率与水温成正比，与颗粒的数量浓度平方成反比。

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？
在絮凝阶段通常以G和GT值作为控制指标。

可以控制混凝效果，
即节省能源，取得好的混凝效果。

9.絮凝过程中，G值的真正涵义是什么？沿用依旧的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。

速度梯度，控制混凝效果的水力条件，反映能量消耗概念。

G值和GT值变化幅度很大，从而失去控制意义。

G==
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？
折板絮凝池的优点是：水流在同波折板之间曲折流动或在异波折板之间间缩放流动且连续不断，以至形成众多的小涡旋，提高了颗粒碰撞絮凝效果。

与隔板絮凝池相比，水流条件大大改善，亦即在总的水流能量消耗中，有效能量消耗比例提高，故所需絮凝时间可以缩短，池子体积减小。

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？
影响混凝效果的主要因素有水温，水的PH值和碱度及水中悬浮物浓度。

水温：a无机盐的水解是吸热反应低温水混凝剂水解困难。

b低温水的粘度大，使水中杂质颗粒布朗运动强度减弱，碰撞机会减少，不利于胶粒脱稳混凝
c水温低时胶体颗粒水化作用增强，妨碍胶体混凝
d水温与水的PH值有关
PH值：对于硫酸铝而言，水的PH值直接影响铝离子的水解聚合反应，亦即影响铝盐水解产物的存在形态。

对三价铁盐混凝剂时PH在6.0-8.4之间最好
高分子混凝剂的混凝效果受水的PH值影响比较小
悬浮物浓度：含量过低时，颗粒碰撞速率大大减小，混凝效果差。

含量高时，所需铝盐或铁盐混凝剂量将大大增加。

12.混凝剂有哪几种投加方式？各有何优缺点及其适用条件？
常用的有：
1）、泵前投加该投加方式安全可靠，一般适用于取水泵房距水厂较近者
2）、高位溶液池重力投加该投加方式安全可靠，但溶液池位置较高。

适用于取水泵房距水厂较远者
3)、水射器投加该投加方式设备简单，使用方便，溶液池高度不
受太大限制，但水射器效率较低，且易磨损。

4）、泵投加有两种方式：一是采用计量泵，一是采用离心泵配上流量计。

采用计量泵不必另备计量设备，泵上有计量标志，
最适合用于混凝剂自动控制系统。

13．何谓混凝剂“最佳剂量”？如何确定最佳剂量并实施自动控制？
混凝剂“最佳剂量”，即混凝剂的最佳投加量，是指达到既定水质目标的最小混凝剂投加量。

目前问过大多数水厂还是根据实验室混凝搅拌试验确定混凝剂最佳剂量，然后进行人工调整。

这种方法虽然简单易行，但实验结果到生产调节往往滞后，且试验条件与生产条件也很难一致，故试验所得最佳剂量未必是生产上的最佳剂量。

P274-276
14.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？
1）、水泵混合混合效果好，不需另建混合设施，节省动力，大、中、小型水厂均可采用。

但但采用FeCl3混凝剂时，若投量较大，药剂对水泵叶轮可能有轻微腐蚀作用。

适用于取水泵房靠近水厂处理构筑物的场合，两者间距不宜大于150m。

2）、管式混合简单易行。

无需另建混合设备，但混合效果不稳定，管中流速低，混合不充分。

3）、机械混合池混合效果好，且不受水量变化影响，缺点是增加机械设备并相应增加维修工作。

控制G值的作用是使混凝剂快速水解、聚合及颗粒脱稳。

15．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值应自进口值出口逐渐减少？
1）、隔板絮凝池包括往复式和回转式两种。

优点：构造简单，
管理方便。

缺点：流量变化大者，絮凝效果不稳定，絮凝时间长，池子容积大。

2）、折板絮凝池优点：与隔板絮凝池相比，提高了颗粒碰撞絮凝效果，水力条件大大改善，缩短了絮凝时间，池子体积减小。

缺点：因板距笑，安装维修较困难，折板费用较高。

3）、机械絮凝池优点：可随水质、水量变化而随时改变转速以保证絮凝效果，能应用于任何规模水厂缺点：需机械设备因而增加机械维修工作。

絮凝过程和那个中，为避免絮凝体破碎，絮凝设备内的流速及水流转弯处的流速应沿程逐渐减少，从而G值也沿程逐渐减少。

16.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？
因为单个机械絮凝池接近于CSTR型反应器，故宜分格串联。

分格愈多，愈接近PF型反应器，絮凝效果愈好，但分格过多，造价增高且增加维修工作量。

各档之间用隔墙分开是为防止水流短路。

16章沉淀和澄清
1 什么叫自由沉淀，拥挤沉淀和絮凝沉淀？
答：在沉淀过程中，彼此没有收到干扰，只收到颗粒本身在水中的重力和水流阻力的作用，称为自由沉淀。

颗粒在沉淀的过程中，彼此相互干扰，或者收到容器壁的干扰，虽然其粒度和第一种相同，但沉淀速度却较小，称为拥挤沉淀。

拥挤沉淀：颗粒的沉降受到周围其他颗粒的影响，颗粒间相对位置保持不变，形成一个整体共同下沉，与澄清水之间有一个清晰的泥水界面。

2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？
答：不能够。

因为从（16-4）式可以知道，要求得颗粒的沉速，出了要知道悬浮颗粒密度和粒径外，还需要知道阻力系数Cd.
3了解肯奇沉淀理论的基本概念和它的用途。

答：肯奇理论：Ct=CoHo/Ht
涵义：高度为Ht,均匀浓度为Ct 沉淀管中所含悬浮物量和原来高度为Ho,均匀浓度为Co 的沉淀管中所含悬浮物量相等。

4．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？
答：1）颗粒处于自由沉淀状态。

2）水流沿着水平方向流动，流速不变。

3）颗粒沉到池底即认为已被去除，不再返回水流中。

Q/A u i
E 去除率 由式子可知：悬浮颗粒再理想沉淀池中的去除
率只与沉淀池的表面负荷有关，而与其他因素如水深，池长，水平流
速和沉淀时间均无关。

5．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？
答1)沉淀池实际水流状况对沉淀效果的影响。

（雷诺数Re 和 弗劳德数Fr ）
2）凝聚作用的影响。

沉淀池纵向分格可以减小水力半径R 从而降低Re 和提高Fr 数，有利于沉淀和加强水的稳定性，从而提高沉淀效果。

6．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？ 答：A
Q u 0 表面负荷在数值上等于截留沉速，但涵义不同。

前者是指单位沉淀池表面积的产水量，后者代表自池顶开始下沉所能全部去除的颗粒中的最小颗粒的沉速。

7.设计平流沉淀池是根据沉淀时间、表面负荷还是水平流速?为什么? 答:设计平流沉淀池是根据表面负荷.因为根据E=A
Q u i /可知,悬浮颗粒在理想沉淀池中的去除率只与沉淀池的表面负荷有关,而与其他因素如水深、池长、水平流速和沉淀时间均无关.
8.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?
答:平路沉淀池进水采用穿孔隔墙的原因是使水流均匀地分布在整个进水截面上,并尽量减少扰动.增加出水堰的长度，采用出水支渠是为了使出水均匀流出,缓和出水区附近的流线过于集中，降低堰口的流量负荷。

9.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度? 答：斜管沉淀池的理论根据：根据公式E=A
Q u i /，在沉淀池有效容积一定的条件下，增加沉淀面积，可使颗粒去除率提高。

因为斜管倾角越小，沉淀面积越大，沉淀效率越高，但对排泥不利，根据生产实践，故倾角宜为60度。

10.澄清池的基本原理和主要特点是什么？
答：基本原理：原水加药后进入澄清池，使水中的脱稳杂质与澄清池中的高浓度泥渣颗粒充分接触碰撞凝聚，并被泥渣层拦截下来，水得到澄清。

主要特点：澄清池将絮凝和沉淀两个过程综合与一个构筑物内完成，主要利用活性泥渣层达到澄清的目的。

当脱稳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。

11简要叙述书中所列四种澄清池的构造，工作原理和主要特点？
十七章过滤
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？
答：颗粒较小时，布朗运动较剧烈，然后会扩散至滤粒表面而被拦截下来。

2、从滤层中杂质分布规律，分析改善快滤池的几种途径和滤池发展趋势。

答：使用双层滤料、三层滤料或混合滤料及均质滤料等滤层组成以改变上细下粗的滤层中杂质分布严重的不均匀现象，提高滤层含污能力。

发展趋势略
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？ 答：两种方式：1、原水经加药后直接进入滤池过滤，滤前不设任何絮凝设备，这种过滤方式一般称“接触过滤”2、滤池前设一简易微絮凝池，原水加药混合后先经微絮凝池，形成粒径相近的微絮凝池后（粒径大致在40～60μm 左右）即刻进入滤池过滤，这种过滤方式称“微絮凝过滤”。

注意问题：1、原水浊度和色度较低且水质变化较小。

2、通常采用双层、三层或均质材料，滤料粒径和厚度适当增大，否则滤层表面孔隙易被堵塞。

3、原水进入滤池前，无论是接触过滤或微絮凝过滤，均不应形成大的絮凝体以免很快堵塞滤层表面孔隙。

4、滤速应根据原水水质决定。

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过滤时间存在什么关系？可否用数学式表达？
答：因素：滤料粒径、形状、滤层级配和厚度及水温。

随着过滤时间的延长，滤层中截留的悬浮物量逐渐增多，滤层孔隙率逐渐减小，当滤速保持不变的情况下，将引起水头损失的增加。

数学表达式：
22000021
(1)1180()()2n i i i m p H h l v d g =-ν==⨯ϕ∑∑ 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并指出哪几种滤池属“等速过滤”。

答：当滤池过滤速度保持不变，亦即滤池流量保持不变时，称“等
速过滤”。

滤速随过滤时间而逐渐减小的过滤称“变速过滤”
随着过滤时间的延长，滤层中截留的悬浮物量逐渐增多，滤层孔隙率逐渐减小，由公式可知道，当滤料粒径、形状、滤层级配和厚度以及水温已定时，如果孔隙率减小，则在水头损失保持不变的条件下，将引起滤速的减小；反之，当滤速保持不变的情况下，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两种基本过滤方式。

虹吸滤池和无阀滤池即属等速过滤的滤池。

移动罩滤池属变速过滤的滤池，普通快滤池可以设计成变速过滤也可设计成等速过滤
6.什么叫“负水头”?它对过滤和冲洗有何影响?如何避免虑层中“负水头”的产生?
在过虑过程中,当虑层截留了大量的杂质以致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.
负水头会导致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,使过滤时的水头损失及虑层中孔隙流速增加,严重时会影响虑后水质;二是气囊会穿过虑层上升,有可能把部分细虑料或轻质虑料带出,破坏虑层结构.反冲洗时,气囊更易将虑料带出虑池.
避免出现负水头的方法是增加砂面上水深,或令虑池出口位置等于或高于虑层表面,虹吸虑池和无阀虑池所以不会出现负水头现象即是这个原因.
7.什么叫虑料“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?“均质虑料”的涵义是什么?
虑料的有效径粒是指通过虑料重量的筛孔孔径,不均匀系数表示虑料粒径级配.不均匀系数愈大,表示粗细尺寸相差愈大,颗粒愈不均匀,这对过滤和冲洗都很不利.因为不均匀系数较大时,过滤时虑层含污能力减小;反冲洗时,为满足粗颗粒膨胀要求,细颗粒可能被冲出虑池,若为满足细颗粒膨胀要求,粗颗粒将得不到很好清洗,如果径粒系数愈接近1,虑料愈均匀,过滤和反冲洗效果愈好,但虑料价格提高.
8.双层和多层虑料混杂与否与那些因素有关?虑料混杂对过滤有何影响?
主要决定于虑料的密度差,粒径差及虑料的粒径级配,虑料形状,水温及反冲洗强度等因素.
虑料混杂对过滤影响如何,有两种不同的观点.一种意见认为,虑料交界面上适度混杂,可避免交界面上积聚过多杂质而是水头损失增加较快,故适度混杂是有益的;另一种意见认为虑料交界面不应有混杂现象.因为上层虑料起截留大量杂质作用,下层则起精虑作用,而界面分层清晰,起始水头损失将较小.实际上,虑料交界面不同程度的混杂是很难避免的.生产经验表明,虑料交界混杂厚度在一定时,对虑料有益无害.
9.虑料承托层有何作用?粒径级配和厚度如何考虑?
承托层作用,主要是防止虑料从配水系统中流失,同时对均布冲洗水也有一定作用.
为防止反冲洗时承托层移动,对虑料虑池常采用”粗-细-粗”的砾石分层方式.上层粗砾石用以防止中层细砾石在反冲洗过程中向上移动;中层细砾石用以防止砂虑料流失.下层粗砾石则用以支撑中层细砾石.具体粒径级配和厚度,应根据配水系统类型和虑料级配确定.对于一般的级配分层方式,承托层总厚度不一定增加,而是将每层厚度适当减小.
10.虑池反冲洗强度和虑层膨胀度之间关系如何?当虑层全部膨胀起来以后,反冲洗强度增大,水流通过虑层的水头损失是否同时增大?为什么?
当冲洗流速超过mf以后,虑层中水头损失不变,但虑层膨胀起来.冲洗强度愈大,膨胀度愈大.
不会,因为当冲洗流速超过最小流态化冲洗流速mf时,增大冲洗流速只是使虑层膨胀度增大,而水头损失保持不变.
11 公式（17-2）与公式（17-11）有何异同？后者是否可用于过滤，前者是否可用于反冲洗？为什么？
答：公式（17-11）与（17-2）的差别在于：公式右边多了紊流项（第二项），而层流项（第一项）的常数值稍小。

故前式适用于层流、过渡区和紊流区。

后者可用于过滤，前者不用于反冲洗。