水質(zhì)工程學(xué)計(jì)算題

1、現(xiàn)有一種直徑、高均為1cm的圓柱體顆粒在靜水中自由沉淀，已知該種顆粒密度=1。8g/cm3，水的密度=1g/cm3，則這種顆粒在水中自由沉淀時(shí)最小沉速為多少？（重力加速度為980cm/S2,繞流阻力系數(shù)）；提示:由題義可得，這種顆粒在水中自由沉淀時(shí)沉速大小取決于圓柱體在顆粒垂直方向投影面積的大小。最小的沉速是顆粒在垂直方向投影面積最大時(shí)取得。2、在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)做氯氣消毒試驗(yàn)。已知細(xì)菌被滅活速率為一級(jí)反應(yīng),且k=0。85min—1求細(xì)菌被滅活99。5℅時(shí)，所需消毒時(shí)間為多少分鐘？提示:由一級(jí)反應(yīng)方程式可得：lgCA=lgCA0–o.4343kt而CA=（1-99。5%）CAO,k=0。85min-1得t=（lgCA0-lgCA）/0。4343k=6。23(min)3、設(shè)物料i分別通過(guò)CSTR型和PF型反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，進(jìn)水和出水中I濃度之比為,且屬于一級(jí)反應(yīng)，k=2h—1水流在CSTR型和PF型反應(yīng)器內(nèi)各需多少停留時(shí)間？（注：—進(jìn)水中i初始濃度;—出水中i濃度）提示:1)由CSTR一級(jí)反應(yīng)方程式可得： t=(C0/Ce-1)/k=(10—1）/2=4.5h2）由PF一級(jí)反應(yīng)方程式可得：t=(㏑C0-㏑Ce)/k=1.15h4、題3中若采用4只CSTR型反應(yīng)器串聯(lián),其余條件同上。求串聯(lián)后水流總停留時(shí)間為多少?提示：由CSTR二級(jí)反應(yīng)方程式可得：C2/C0=(1/（1+kt)）2得t=1。08（h）所以T=4t=4。32（h）5、液體中物料i濃度為200mg/L,經(jīng)過(guò)2個(gè)串聯(lián)的CSTR型反應(yīng)器后，i的濃度降至20mg/L。液體流量為5000m3/h;反應(yīng)級(jí)數(shù)為1；速率常數(shù)為0.8h-1。求每個(gè)反應(yīng)器的體積和總反應(yīng)時(shí)間。提示：由CSTR二級(jí)反應(yīng)方程式可得：C2/C0=(1/（1+kt)）2得t=2.2（h)所以T=2t=5。4(h)V=Qt=5000×2.7=13500（m3）6、河水總堿度0.1mmol/L（按CaO計(jì)）。硫酸鋁（含Al2O3為16℅)投加量為25mg/L,問(wèn)是否需要投加石灰以保證硫酸鋁順利水解？設(shè)水廠日生產(chǎn)水量50000m3,試問(wèn)水廠每天約需要多少千克石灰（石灰純度按50℅計(jì)）。提示：投入藥劑量折合Al2O3為25mg/l×16％=4mg，Al2O3的分子量為102。故投入藥劑量相當(dāng)于4/102=0.039mmol/l，剩余堿度取0。37mmol/l，則得［CaO]=3×0.039—0。1×0。37=0。487(mmol/l），CaO的分子量為56，則石灰投量為0.487×56×50000/0。5=2。3×106（g)=2.3×103(kg）7、設(shè)聚合鋁[Al2（OH）nCl6-n］在制備過(guò)程中，控制m=5，n=4，試求該聚合鋁的堿化度為多少？8、某水廠采用精制硫酸鋁作為混凝劑，其最大投量為35mg/L。水廠設(shè)計(jì)水量100000m3/d?；炷齽┟咳照{(diào)制3次，溶液濃度按10℅計(jì)，試求溶解池和溶液池體積各為多少？9、隔板絮凝池設(shè)計(jì)流量75000m3/d。絮凝池有效容積為1100mm3。絮凝池總水頭損失為0.26m.求絮凝池總的平均速度梯度值和值個(gè)為多少？（水廠自用水按5℅）.10、某機(jī)械絮凝池分成3格。每格有效尺寸為2。06m（寬）2.6m（長(zhǎng)）4。2（深)。每格設(shè)一臺(tái)垂直軸槳板攪拌器，構(gòu)造按下圖，設(shè)計(jì)各部分尺寸為：r2=1050m;槳板長(zhǎng)1400mm,寬120mm;r0=525m。葉輪中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)線速度為：第一格=0。5m/s第二格=0。32m/s第三格=0.2m/s求:3臺(tái)攪拌器所需攪拌功率及相應(yīng)的平均速度剃度G值（水溫按200C計(jì))。11、設(shè)原水懸浮物體積濃度=510—5.假定懸浮顆粒粒徑均勻，有效碰撞系數(shù)=1，水溫按150C計(jì).設(shè)計(jì)流量Q=360m3/h。攪拌功率（或功率消耗）P=195W。試求:（1)絮凝池按PF型反應(yīng)器考慮，經(jīng)15min絮凝后，水中顆粒數(shù)量濃度將降低百分之幾？（2）采用3座同體積機(jī)械絮凝池串聯(lián)（機(jī)械絮凝池按CSTR型反應(yīng)器考慮）,絮凝池總體積與(1）同.攪拌總功率仍為195W，設(shè)3座絮凝池?cái)嚢韫β史謩e為：P1=60W，P2=60W，P3=35W,試問(wèn)顆粒數(shù)量濃度最后降低百分之幾?12、已知顆粒密度=2.65g/cm3，粒徑=0.45mm（按球形顆?？紤]），求該顆粒在200C水中沉降速度為多少13、設(shè)處沉池為平流式，澄清部分高為H,長(zhǎng)為L(zhǎng)，進(jìn)水量為Q，試按理想沉淀理論對(duì)比：①出水渠設(shè)在池末端②如圖所示,設(shè)三條出水渠時(shí)，兩種情況下可完全分離掉的最小顆粒沉速uo。解：1）可完全分離掉的最小顆粒沉速uo滿足得2）當(dāng)水流至距池末端處時(shí)，最小顆粒沉速滿足得當(dāng)水流至距池末端處時(shí)，最小顆粒沉速滿足得當(dāng)水流至距池末端時(shí)，最小顆粒沉速滿足得所以設(shè)三條出水渠時(shí),可完全分離掉的最小顆粒沉速uo為，其值小于出水渠設(shè)在池末端時(shí)可完全分離掉的最小顆粒沉速uo.14、平流沉淀池設(shè)計(jì)流量為720m3/h。要求沉速等于和大于0。4mm/s的顆粒全部去除.試按理想沉淀?xiàng)l件,求：（1）所需沉淀池平面積為多少m2？（2）沉速為0。1mm/s的顆粒，可去除百分之幾？解：已知Q=720m3/h=0。2m3/su0=0.4mm/sui=0。1mm/s所需沉淀池平面積為沉速為0.1mm/s的顆粒的去除率為33、原水泥砂沉降試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表。取樣口在水面180cm處。平流沉淀池設(shè)計(jì)流量為900m3/h，表面積為500m2,試按理想沉淀池條件，求該池可去除泥砂顆粒約百分之幾？(表示泥砂初始濃度，表示取樣濃度)。取樣時(shí)間(min）015203060120180/10。980。880。700.300.120.08解：已知h=180cmQ=900m3/hA=500m2沉速計(jì)算取樣時(shí)間（min）015203060120180u=h/t(cm/min)_129631。51沉速分布見(jiàn)下圖。截留沉速u0===3cm/min從圖上查得u0=3cm/min時(shí),小于該沉速的顆粒組成部分等于p0=0。30。從圖上，相當(dāng)于積分式dp的面積為0。506.因此得到總?cè)コ俜謹(jǐn)?shù)為：P=（1-0。30）+(0。506）=86。9％15、公式與公式有何同異？后者是否可用于過(guò)濾,前者是否可用于反沖洗?為什么?1）兩公式相比后者右邊多了紊流項(xiàng)(第二項(xiàng))，而層流項(xiàng)(第一項(xiàng))的常數(shù)值稍小.2)后者既有紊流項(xiàng)又有層流項(xiàng),故該式適用于層流、過(guò)渡區(qū)和紊流區(qū)，過(guò)濾水流處于層流狀態(tài)，所以后者可用于過(guò)濾。前者僅適用于處于層流狀態(tài)的水流，對(duì)水流狀態(tài)復(fù)雜的反沖洗不適用。16、大阻力配水系統(tǒng)和小阻力配水系統(tǒng)的涵義是什么？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)?掌握大阻力配水系統(tǒng)的基本原理和公式≤0。29的推導(dǎo)過(guò)程。1）在配水系統(tǒng)中，如果孔口內(nèi)壓頭最大的a孔和c孔出流量相等，則可認(rèn)為整個(gè)濾池布水是均勻的。由于排水槽上緣水平，可認(rèn)為沖洗時(shí)水流自各孔口流出后的終點(diǎn)水頭在同一水平面上，這一水平面相當(dāng)于排水槽的水位?？卓趦?nèi)壓頭與孔口流出后的重點(diǎn)水頭之差,即為水流經(jīng)孔口、承托層和濾料層的總水頭損失，分別以H‘a(chǎn)和H‘c表示。H‘c=H‘a(chǎn)+(v02+va2）①設(shè)上述各項(xiàng)水頭損失均與流量平方成正比,則有：H‘a(chǎn)=(S1+S‘2）Qa2H‘c=(S1+S‘‘2)Qc2式中Qa—孔口a出流量；Qc—孔口c出流量；S1—孔口阻力系數(shù)。當(dāng)孔口尺寸和加工精度相同時(shí),各孔口S1均相同;S‘2，S‘‘2—分別為孔口a和c處承托層及濾料層阻力系數(shù)之和。將上式代入①式可得：由上式可知,兩孔口出流量不可能相等。但使Qa盡量接近Qc是可能的。其措施之一就是減小孔口總面積以增大孔口阻力系數(shù)S1。增大S1就削弱了承托層、濾料層阻力系數(shù)及配水系統(tǒng)壓力不均勻的影響,這就是“大阻力”的涵義。小阻力配水系統(tǒng)基本原理可從大阻力配水系統(tǒng)原理上引申出來(lái)。在①式中如果不以增大孔口阻力系數(shù)S1的方法而是減小干管和支管進(jìn)口流速v0和va,同樣可使布水趨于均勻。從①式可以看出，v0和va減小到一定程度，等式右邊根號(hào)中第2項(xiàng)對(duì)布水均勻性的影響將大大削弱?；蛘哒f(shuō)，配水系統(tǒng)總的壓力變化對(duì)布水均勻性的影響將甚微，在此基礎(chǔ)上，可以減小孔口阻力系數(shù)以減小孔口水頭損失.“小阻力”的涵義,即指配水系統(tǒng)中孔口阻力較小，這是相對(duì)于“大阻力”而言的。2)大阻力配水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是配水均勻性較好.但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜；孔口水頭損失大，沖洗時(shí)動(dòng)力消耗大；管道易結(jié)垢，增加檢修困難.此外，對(duì)沖洗水頭有限的虹吸濾池和無(wú)閥濾池，大阻力配水系統(tǒng)不能采用.小阻力配水系統(tǒng)可克服上述缺點(diǎn)。17、某天然海砂篩分結(jié)果見(jiàn)下表根據(jù)設(shè)計(jì)要求：=0。54mm，K80=2。0。試問(wèn)篩選濾料時(shí)，共需篩除百分之幾天然砂粒（分析砂樣200g）篩分實(shí)驗(yàn)記錄篩孔（mm）留在篩上砂量通過(guò)該號(hào)篩的砂量質(zhì)量(g）℅質(zhì)量(g)℅2.360.81.6518.41。0040.60.5985。00.2543.40。219.2篩盤底2。6合計(jì)200已知：砂粒球度系數(shù)=0.94；砂層孔隙率=0.4;砂層總厚度=70cm；水溫按150C解：補(bǔ)填以上表格如下。篩孔（mm）留在篩上砂量通過(guò)該號(hào)篩的砂量質(zhì)量(g)℅質(zhì)量（g）℅2。360。80。4199.299.61。6518.49。2180。890.41.0040.620.3140。270.10.5985。042。555。227.60。2543。421.711.85.90.219.24。62.61.3篩盤底2.61。3-—合計(jì)200100.0由已知設(shè)計(jì)要求d10=0。54mmK80=2.0，則d80=2х0.54=1。08。按此要求篩選濾料，方法如下：自橫坐標(biāo)0.54mm和1。08mm兩點(diǎn)，分別作垂線與篩分曲線相交.自兩交點(diǎn)作平行線與右邊縱坐標(biāo)軸相交，并以此交點(diǎn)作為10％和80%，在10%和80%之間分成7等分，則每等分為10%的砂量,以此向上下兩端延伸,即得0和100％之點(diǎn)，以此作為新坐標(biāo)。再自新坐標(biāo)原點(diǎn)和100%作平行線與篩分曲線相交，在此兩點(diǎn)以內(nèi)即為所選濾料,余下部分應(yīng)全部