《水处理工程技术》习题库答案

第四章混凝和絮凝1.胶体有何特征？什么是胶体的稳定性？试用胶粒之间相互作用势能曲线说明胶体稳定性的原因。

答：胶体的基本特性有光学性质、布朗运动、胶体的表面性能、电泳和电渗现象。

胶体的稳定性是指胶体颗粒在水中长期保持分散悬浮状态的特性。

致使胶体颗粒稳定性的主要原因是颗粒的布朗运动、胶体颗粒间同性电荷的静电斥力和颗粒表面的水化作用。

胶体稳定性分为动力学稳定和聚集性稳定两种。

E AE R图1 相互作用势能与颗粒间距离关系（a）双电层重叠；（b）势能变化曲线可以从两胶粒之间相互作用力及其与两胶粒之间的距离关系进行分析。

当两个胶粒相互接近至双电层发生重叠时，就会产生静电斥力。

相互接近的两胶粒能否凝聚，取决于由静电斥力产生的排斥势能量ER和范德化引力产生的吸引势能E A ，二者相加即为总势能E。

ER和EA均与两胶粒表面间距x有关。

从上图可知，两胶粒表面间距x=oa～oc时，排斥势能占优势。

X=ob时，排斥势能最大，用Emax 表示，称排斥能峰。

当x<oa或x>oc时，吸引势能均占优势，x>oc时，虽然两胶粒表现出相互吸引趋势，但存在着排斥能峰这一屏障，两胶粒仍无法靠近。

只有x<oa时，吸引势能随间距急剧增大，凝聚才会发生。

要使两胶粒表面间距<oa，布朗运动的动能首先要克服排斥能峰Emax才行。

然而，胶粒布朗运动的动能远小于Emax，两胶粒之间的距离无法靠近到oa以内，故胶体处于分散稳定状态。

2.目前普遍用几种机理来描述水的混凝过程？试分别叙述。

答：目前普遍用四种机理来描述水的混凝过程。

（一）压缩双电层作用机理：根据浓度扩散和异号电荷相吸的作用，这些离子可与颗粒吸附的反离子发生交换，挤入扩散层，使扩散层厚度缩小，进而更多地挤入滑动面与吸附面，使胶粒带电荷数减小，ξ电位降低。

这种作用叫做压缩双电层作用。

此时两个颗粒相互间的排斥力减小，同时由于它们相撞时距离减小，相互间的吸引力增大，胶粒得以迅速聚集；（二）吸附和电荷中和作用机理：指胶粒表面对异号离子、异号胶粒或链状分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用而中和了它的部分电荷，减少了静电斥力，因而容易与其他颗粒接近而互相吸附；（三）吸附架桥作用机理：是指高分子物质与胶体颗粒的吸附与桥链。

当高分子链的一端吸附了某一胶粒后，另一端又吸附另一胶粒，形成“胶粒—高分子—胶粒”的絮凝体。

高分子物质在这里起了胶体颗粒之间相互结合的桥梁作用；（四）沉淀物网捕作用机理：网捕又称卷扫，是指向水中投加含金属离子的混凝剂，当药剂投加量和溶液介质的条件足以使金属离子迅速金属氢氧化物沉淀时，所生成的难溶分子就会以胶体颗粒或细微悬浮物作为晶核形成沉淀物，即所谓的网捕、卷扫水中胶粒，以致产生沉淀分离。

3.影响混凝效果的主要因素是什么？答：水温、h值、碱度、悬浮物含量、水力条件等。

4.什么是助凝剂？目前我国常用的助凝剂有几种？在什么情况下需要投加助凝剂？答：在净水过程中，有时使用单一的混凝剂不能取得良好的效果，需要投加辅助药剂以提高混凝效果，这种辅助药剂称为助凝剂。

助凝剂的作用在于：加速混凝过程，加大絮凝颗粒的密度和质量，使其更迅速沉淀；并加强粘结和架桥作用，使絮凝颗粒粗大且有较大表面，可充分发挥吸附作用，提高澄清效果。

常用的助凝剂有两类：1）调节或改善混凝条件的助凝剂有Na2CO3、Na（OH）2、NaHCO3、Ca（OH）2等碱性物质，可以提高水的pH值；2）改善絮凝结构的高分子助凝剂有聚丙酰胺、骨胶、海藻酸钠、活性硅酸等。

5.目前常用的絮凝池有几种？各有何优缺点？答：5种。

（一）隔板絮凝池：水流以一定流速在隔板之间通过从而完成絮凝过程的絮凝设施称为隔板絮凝池。

通常适用于大、中型水厂，因水量过小时，隔板间距过狭不便施工和维修。

优点是构造简单，管理方便。

缺点是流量变化大者絮凝效果不稳定，与折板及网格式絮凝池相比，因水流条件不甚理想，能量消耗（即水头损失）中的无效部分比例较大，故需较长絮凝时间，池子容积较大；（二）折板絮凝池：优点：水流在同波折板之间曲折流动或在异波折板之间缩、放流动且连续不断，以至形成众多的小漩涡，提高了颗粒碰撞絮凝效果，接近于推流型。

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；（三）机械搅拌絮凝池：按搅拌轴的安装位置，分为水平轴和垂直轴两种形式，水平轴式通常适用于大型水厂，垂直轴式一般用于中、小型水厂；（四）穿孔旋流絮凝池：优点：构造简单，施工方便，造价低，可用于中小型水厂或与其他形式絮凝池组合应用；（五）网格、栅条絮凝池：优缺点：效果好，水头损失小，絮凝时间较短。

不过，根据已建的网格和栅条絮凝池运行经验，还存在末端池底积泥现象，少数水厂发现网格上滋生藻类、堵塞网眼现象。

目前尚在不断发展和完善之中。

第五章沉淀1.试述沉淀的四种基本类型。

答：（1）自由沉淀；（2）絮凝沉淀；（3）拥挤沉淀；（4）压缩沉淀。

2.完成沉淀过程的主要构筑物有哪些？答：沉淀池，气浮池，澄清池等。

3.理想沉淀池的有哪三个假定？答：（1）颗粒处于自由沉淀状态；（2）水流沿着水平方向作等速流动，在过水断面上各点流速相等，颗粒的水平分速等于水流流速；（3）颗粒沉到池底即认为已被去除。

4.影响沉淀池沉淀效果的因素有哪些？答：（一）沉淀池实际水流状况对沉淀效果的影响；（二）絮凝作用的影响。

5.选用沉淀池时一般应考虑的因素有哪些？答：考虑因素：（1）地形，地质条件；（2）气候条件；（3）水质、水量；（4）运行费用。

6.平流式沉淀池的流人装置有什么作用？具体做法有哪些？答：平流式沉淀池的流人装置作用是使水流均匀地分布在整个进水断面上，并尽量减少扰动。

原水处理时一般与絮凝池合建，设置穿孔墙，直接从絮凝池流入沉淀池，均布于整个断面上，保护形成的矾花，沉淀池的水流一般采用直流式，避免产生水流的转折。

一般孔口流速不宜大于0.15～0.2m/s,孔洞断面沿水流方向渐次扩大，以减小进水口射流，防止絮凝体破碎。

7.常见澄清池有几种类型？各自的特点有哪些？答：澄清池根据池中泥渣运动的情况可分为泥渣悬浮型和泥渣循环型两大类。

前者有脉冲澄清池和悬浮澄清池，后者有机械搅拌澄清池和水力循环澄清池。

（一）泥渣悬浮型（1）悬浮澄清池：加药后的原水经气水分离器从穿孔配水管流入澄清室，水自下而上通过泥渣悬浮层后，水中杂质被泥渣层截留，清水从穿孔集水槽流出，悬浮层中不断增加的泥渣，在自行扩散和强制出水管的作用下，由排泥窗口进入泥渣浓缩室，经浓缩后定期排除。

强制出水管收集泥渣浓缩室内的上清液，并在排泥窗口两侧造成水位差，以使澄清室内的泥渣流入浓缩室。

一般用于小型水厂。

（2）脉冲澄清池的上升流速发生周期性的变化。

这种变化是由脉冲发生器引起的。

当上升流速小时，泥渣悬浮层收缩，浓缩增大而使颗粒排列紧密；当上升流速大时，泥渣悬浮层膨胀。

悬浮层不断产生周期性的收缩和膨胀不仅有利于微絮凝颗粒与活性泥渣进行接触絮凝，还可以使悬浮层的浓度分布在全池内趋于均匀并防止颗粒在池底沉积；（二）泥渣循环型（1）机械搅拌澄清池：主要由第一絮凝池和第二絮凝池及分离室组成。

整个池体上部是圆筒形，下部是截头圆锥形。

加过药剂的原水在第一絮凝池和第二絮凝池内与高浓度的回流泥渣相接触，达到较好的絮凝效果，结成大而重的絮凝体，在分离室中进行分离。

（2）水力循环澄清池：处理效果较机械加速澄清池差，耗药量较大，对原水水量、水质和水温的变化适应性较差。

且因池子直径和高度有一定比例，直径越大，高度也越大，故水力循环澄清池一般适用于中、小型水厂。

第六章过滤1.试分析过滤在水处理过程中的作用与地位。

答：一方面进一步降低了水的浊度，使滤后水浊度达到生活饮用水标准；另一方面为滤后消毒创造了良好的条件，在生活饮用水净化工艺中，过滤是极其重要的进化工序，有时沉淀池或澄清池可以省略，但过滤是不可缺少的，它是保证生活饮用水卫生安全的重要措施。

2.什么是直接过滤？直接过滤工艺有哪两种方式？采用直接过滤工艺应注意哪些问题？答：直接过滤是指原水不经沉淀而直接进入滤池过滤。

在生产过程中，直接过滤工艺的应用方式有两种：（1）原水加药后不经任何絮凝设备直接进入滤池过滤的方式称“接触过滤”；（2）原水加药混合后先经过简易微絮凝池，待形成粒径大约在40～60μm 左右的微絮粒后即可进入滤池过滤的方式称“微絮凝过滤”。

采用直接过滤工艺时要求：1）原水浊度较低、色度不高、水质较为稳定；2）滤料应选用双层、三层或均质滤料，且滤料粒径和厚度要适当增大，以提高滤层含污能力；3)需加高分子助凝剂以提高微絮粒的强度和粘附力；4）滤速应根据原水水质决定，一般在5m/s 左右。

3.什么是“等速过滤”和“变速过滤”？两者分别在什么情况下形成？属于“等速过滤”和“变速过滤”的滤池分别有哪几种？答：“等速过滤”是指在过滤过程中，滤池过滤速度保持不变，亦即滤池流量保持的过滤方式。

“变速过滤”是指在过滤过程中，滤池过滤速度随过滤时间的延续而逐渐减小的过滤方式。

虹吸滤池和无阀滤池即属于等速过滤滤池。

普通快滤池可设计成变速滤池，也可设计成等速滤池。

4.什么是“负水头”现象？负水头对过滤和反冲洗造成的危害是什么？避免滤层中出现“负水头”的措施是什么？答：过滤过程中，当滤层截留了大量杂质，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。

滤层出现负水头现象后，由于压力减小，原来溶解在水中的气体有些会不断释放出来。

释放出来的气体对过滤有两个破坏作用：一是增加滤层局部阻力，减少有效过滤面积，增加过滤时的水头损失，严重时会影响滤后水质；二是气体会穿过滤层，上升到滤池表面，有可能把部分细滤料或轻质滤料带上来，从而破坏滤层结构。

在反冲洗时，气体更容易将滤料带出滤池，造成滤料流失。

要避免出现负水头现象，一般有两种解决方法，一是增加滤层上的水深，二是使滤池出水水位等于或高于滤层表面。

5.什么是滤料“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？ 答：在公式：108080d d K中，d 10又称“有效粒径”，指通过滤料重量10%的筛孔孔径，mm 。

它反映滤料中细颗粒尺寸；K 80的大小反映了滤料颗粒粗细不均匀程度，K 80越大，则粗细颗粒的尺寸相差越大，颗粒越不均匀，对过滤和反冲洗都会产生非常不利的影响。

因为K 80越大，则粗细颗粒的尺寸相差越大，颗粒越不均匀，对过滤和反冲洗都会产生非常不利的影响。

因为K较大时，滤层的孔隙80率小，含污能力低，从而导致过滤时滤池工作周期缩短；反冲洗时，若满足细颗粒膨胀要求，粗颗粒将得不到很好清洗，反之，若为满足粗颗粒膨胀要求，细颗粒可能被冲出滤池。

K越接近1，滤料越均匀，过滤和反冲洗效果越好，但滤料80<2.0。