水质工程学

1.水中杂质按其尺寸分为几类、各自特点a．悬浮物：尺寸较大，易于在水中下沉或上浮，使水浑浊。

b．胶体：尺寸较小，在水中长期静置也难下沉，一般带负电荷，少量带正电荷。

c．溶解杂质：包括有机物和无机物。

无机溶解物是指水中所含的无机低分子和离子。

它们与水构成均相体系，外观透明，属于真溶液。

但有的使水产生色、臭、味。

有机溶解物主要来源于水源污染，也有天然存在，使水产生色臭，产味。

2.水处理中常用的物理化学处理方法A澄清和消毒B除臭、除味C除铁锰D软化E淡化和除盐F水的冷却G水的腐蚀和结垢控制H水的预处理和深度处理3.三中理想反应器（CMB、CSTR、PF）定义、特点CMB ：完全混合间歇式反应器定义：反应物投入反应器后，通过搅拌使容器内物质均匀混合，同时进行反应，直至反应物打到预要求时，停止操作，排出反应物。

特点：整个反应器是一个封闭系统，在反应过程中，不存在由物质迁移而导致的物质输入和输出。

CSTR：完全混合连续式反应器定义：当反应物投入反应器后，经搅拌立即与反应器内的料液打到完全均匀混合，特点：新的反应物连续输入，反应产物连续输出。

PF：推流型反应器定义：反应器内的物料仅以相同流速平行流动而无狂三作用，物料浓度在垂直于液流方向完全均匀，沿液流方向发生变化。

特点：唯一的质量传递就是平行流动的主动传递4.名词解释：主流传递、分子扩散传递、紊流扩散传递主流传递：物质随水流主体而移动。

分子扩散传递：在静止或作层流运动的液体中，如果物料组分分布不均匀，即存在浓度梯度的话，由于分子无规律运动，高浓度区内组分向低浓度区迁移，最终趋于均匀分布状态，使浓度梯度消失。

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，且伴随涡旋。

5.混凝：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程。

6.胶体稳定性：胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。

、7.胶体动力学稳定：颗粒布朗运动对抗重力影响的能力。

8.聚集稳定性：胶体粒子间不能相互聚集的特性。

9.ζ电位：胶体滑动面上（或称胶粒表面）的电位即为ζ电位。

10.异向絮凝：由布朗运动所造成的颗粒碰撞聚集。

11.同向絮凝：由流体运动所造成的颗粒碰撞聚集。

12.什么是胶体稳定性：胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。

导致胶体稳定的原因有：胶体的稳定性关键在于聚集稳定性。

对于憎水胶体而言，聚集稳定性主要决定于胶体颗粒表面的动电位，即ζ电位。

对于亲水胶体而言，聚集稳定性主要决定于胶体表面的水化作用。

13.常用无机盐混凝剂和高分子混凝剂投入过多时，为什么混凝效果反而不好？当混凝剂投加量超过一定限度时，就会长生“胶体保护”作用，是脱稳胶粒电荷变号或使胶粒被包卷二重新稳定。

14、简述DLVO理论：当两个胶粒相互接近以至双电层发生重叠时，便产生静电斥力。

静电斥力与胶粒表面间距有关，用排斥势能E R表示，则E R随x增大而按指数关系减小，然而相互接近的两胶粒之间除了静电斥力外还存在范德华力。

此同样与胶粒间距有关，用吸引势能E A表示。

球形颗粒的E A与x成反比，将排斥势能E R和吸引势能E A相加即为总是能E。

相互接近的两胶粒能否凝聚，决定于总势能。

15、叙述混凝机理：（1）电性中和：在水中投加电解质（对负离子而言，混凝剂应是正电荷离子或聚合离子），从而降低消除胶粒ζ电位。

（2）压缩胶体双电层：为保持胶体电中性所要求的扩散层厚度，从而使胶体滑动面上的ζ电位降至一定程度，是E max=0，胶粒便凝聚，是将胶体失去稳定性。

（3）吸附架桥：高分子物质起胶粒与胶粒之间相互结合的桥梁作用。

（4）网捕或卷扫：当铝盐或铁盐混凝剂投加量很大而形成大量氢氧化物沉淀时，可网捕或卷扫胶粒从产生沉淀分离。

16．速度梯度G （或GT ）的含义：一个瞬间受剪而扭转的单位体积水流所耗功率。

G=vT /gh17.简要叙述混凝阶段的控制指标及要求：混合阶段 G700到1000每秒，絮凝阶段 G20到70每秒 （GT104到105。

18.影响混凝效果的影响因素有那些：（1）.水温影响 ①.无机盐混凝剂水解是吸热反应，低温水混凝剂水解困难②.低温水的粘度大，使水中杂质布朗运动强度减弱，碰撞机会减少，不利于胶体脱稳，同时水的粘度大时，水流剪力增大，影响絮凝体的成长。

③.水温低时，胶体颗粒水化作用增强，妨碍胶凝聚。

④.水温与水的PH 有关，水温低时，水的PH 值提高，相应的混凝最佳PH 值也将提高。

（2）.水的PH 值和碱度的影响（3）.水中悬浮物浓度的影响。

水中悬浮物浓度很低时，颗粒碰撞几率大大减小，混凝效果差，提高低温低浊水的混凝效果1.增加混凝剂的投加量2.投加高分子助凝剂3.投加矿物颗粒（4）.采取直接过滤法。

19.说出几种常用的絮凝设备：隔板絮凝池 折板絮凝池 机械絮凝池20.自由沉淀：颗粒沉淀过程中，彼此没有干扰，只受到颗粒本身在水中的重力和水流阻力。

絮凝沉淀：沉淀过程中。

颗粒犹豫相互接触絮凝而改变大小 形状 密度 并且随沉淀，以时间的增长陈低昂速度越来越快。

拥挤沉淀：颗粒在沉淀过程中，彼此相互干扰或者受到容器壁的干扰，虽然其粒度相同，但沉淀速度却小于截留沉速。

截留沉速：自池顶a 开始下降所能全部去除的颗粒中最小的颗粒降速。

表面负荷：u 。

=q/a 式中q/a 一般称为表面负荷 或者溢流率，在数值上等于截留沉速21.什么是理想沉淀池：①颗粒处于自由沉淀状态②水流沿着水平方向流动③颗粒沉到池底即认为已被去除，不再返回水流中。

理想沉淀池中悬浮颗粒沉淀效率与表面负荷的关系：由e=ui 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22.实际平流式沉淀池的沉淀效果与哪些因素有关：①沉淀池实际水流状况对沉淀效果的影响，在理想沉淀池中，假定水流稳定，流速均匀分布，蛋在实际沉淀池中，停留时间总是偏离理想沉淀池，表现在一部分水流通过沉淀区的时间小于t ，一部分大于t 0，这种想象称为短流②凝聚作用的影响：原水通过絮凝池后悬浮杂质的絮凝过程在平流式沉淀池内仍继续进行。

此外水中絮凝颗粒的大小也是不均匀的，它们是有不同的泡沫。

23．非凝聚性、凝聚性颗粒去除率的计算（1）非凝聚性颗粒的去除率（理想沉淀池总的去除率P 为）：P=(1-p)+ 0P 0 其中p0:所有沉速小于截留沉速u0的颗粒重量占原水中全部颗粒重量的百分率p —能够在沉淀池内去除的，沉速小于u0的所有颗粒重量占全部颗粒重量的百分率；u0—理想沉淀池的截留沉速；ui —小于截留沉速的颗粒沉速pi —所有沉速小于ui 的颗粒重量占原水中全部颗粒重量的百分率dpi —具有沉速的ui 的颗粒重量占原水中全部颗粒重量的百分率（2）凝聚性颗粒的沉淀过程分析总的去除百分数：p2-表示沉降高度为h ，沉降时间为t0时的去除百分数，并且是沉速等于或大于u0的已全部沉掉颗粒的去除百分数h1-表示在时间t0时曲线p2与p3的中点高度h2-表示时间t0时曲线p3与p4之间的中点高度h3-表示时间t0时曲线p4与p5之间的中点高度24．雷诺数RE与佛劳得FR意义及对沉淀池的作用。

水流的紊动性用RE雷诺数判别该值表示水流的惯性力与粘滞力的之间的对比水流的稳定性用FR佛劳得数判别该值反应水流的惯性力与重力两者之间的对比，FR表示惯性力相对增加重力作用相对减小，水流对温差，密度，差异重流及风浪抵抗能力强使沉淀池中的流态保持稳定。

在平流式沉淀池中，降低RE和提高FR值的有效措施，减小水力半径R，池中纵向分格及斜板或斜管沉淀池都能达到上述目的。

在沉淀池中增大水平流速，一方面提高了RE数而不利于沉淀，但另一方面却提高了FR数而加强了稳定性，从而提高了沉淀效果。

水平流速可以在很宽的范围里选用，而不致对沉淀效果的影响，沉淀池的水平流速宜为10~25mm/s。

25、什么是浅池理论：当沉淀池容积一定时，池身浅些则表面积大些，去除率可以高些，此即是“浅池理论”，斜板斜管的发展基于此理论。

简要叙述斜板斜管沉淀池的工艺特点：斜板沉淀池是把与水平面成一定角度（一般为60°）的众多斜板放在沉淀池中构成，水从下往上流动（也有从上往下，或水平方向流动），颗粒则沉于斜板底部。

当颗粒累积到一定程度，便自动下滑。

由于斜板沉淀池水力半径大大减小，从而使雷诺系数Re大为降低，二弗劳德数Fr则大为提高。

一般讲，斜板沉淀池中的水流基本属于层流状态。

斜管沉淀池工艺特点：斜管沉淀池是把与水平成一定角度（一般为60°）的众多管件（断面为矩形或六角形）至于沉淀池中构成，水流可以从下向上或从上向下流动，颗粒则沉于众多斜管底部，而后自动滑下，斜管沉淀池的水力半径更小，Re多在200以下，甚至低于100。

26、简述澄清池的特点：①水中脱稳杂质通过碰撞结合成相当大的絮凝体，然后再沉淀池内下沉，澄清池则将这两个过程综合于一个构筑物中完成，主要依靠活性泥渣层达到澄清目的。

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。

②充分利用了活性泥渣的絮凝作用。

澄清池的排泥措施能不断排出多余的旧泥渣，其排泥量相当于新形成的活性泥渣量，故泥渣始终处于新陈代谢状态中，泥渣始终保持接触絮凝的活性。

28.名词解释：等速过滤：当滤池过滤速度保持不变亦即滤池流量保持不变时。

变速过滤：滤速随过滤时间而逐渐减小的过滤，开孔比：孔口总面积与滤池面积之比，接触过滤：原水经加药后，直接进入滤池过滤，滤前不设任何絮凝设备，微絮凝过滤：滤池前设一简易微絮凝池，原水加药混合后，经微絮凝池形成粒径相近的微絮粒后即刻进入滤池过滤。

29.简述颗粒滤料的过滤机理：过滤主要是悬浮颗粒与滤料颗粒之间黏附作用的结果，水流中的悬浮颗粒能够黏附与滤料颗粒表面上，涉及两个问题，首先，被水流夹带的颗粒如何与滤料颗粒表面接近或接触，这就涉及颗粒脱离水流流线而向滤料颗粒表面靠近的迁移机理，第二，当颗粒与滤料表面接触或接近时依靠哪些力的作用使得颗粒黏附与滤粒表面上，这就涉及黏附机理。

30.直接过滤：原水不经沉淀而直接进入滤池的过滤。

直接过滤工艺在滤池进水是要投加混凝剂：32.什么是过滤中的负水头现象：在过滤过程中，当虑层截留了大量杂质以致砂面以下某一深度处的水的水头损失超过该处的水深时，便出现负水头现象。

原因：上层滤料截留杂质多故负水头往往出现在上层滤料中。

33.叙述滤池承托层的作用，：主要是防止滤料从配水系统中流失，同时对均布冲洗水也有一定作用。

承托层材料有何要求：：单层或双层滤料滤池采用大阻力配水系统时，承压层采用天然卵石或砾石三层滤料滤池，由于下层滤料粒径小而重度大，承托层必须与之相适应，即上层应采用重质矿石，以免反冲洗时承托层移动。

为防止冲洗时承托层移动，美国队单层或双层滤料滤池也采用粗—细—粗的砾石分层方式。