本文格式為Word版，下載可任意編輯——水質(zhì)工程學(xué)（上）答案14章

4．反應(yīng)器原理用于水處理有何作用和特點？答：作用：推動了水處理工藝發(fā)展；

特點：在化工生產(chǎn)中，反應(yīng)器都只作為化學(xué)反應(yīng)設(shè)備來獨立研究，但在水處理中，含義較廣泛，大量水處理設(shè)備與池子都可作為反應(yīng)器來進行分析研究，包括化學(xué)反應(yīng)、生物化學(xué)反應(yīng)以至純物理過程等。例：沉淀池。5.試舉出3種質(zhì)量傳遞機理的實例。

答：質(zhì)量傳遞包括主流傳遞、分子擴散傳遞、紊流擴散傳遞。

1、主流傳遞：在平流池中，物質(zhì)將隨水流作水平遷移。物質(zhì)在水平方向的濃度變化，

是由主流遷移和化學(xué)引起的。

2、分子擴散傳遞：在靜止或作層流運動的液體中，存在濃度梯度的話，高濃度區(qū)內(nèi)的

組分總是向低濃度區(qū)遷移，最終趨于平均分布狀態(tài)，濃度梯度消失。如平流池等。3、紊流擴散傳遞：在絕大多數(shù)狀況下，水流往往處于紊流狀態(tài)。水處理構(gòu)筑物中絕大

部分都是紊流擴散。

6.（1）完全混合間歇式反應(yīng)器（CMB）不存在由物質(zhì)遷移而導(dǎo)致的物質(zhì)輸入和輸出，且假

定是在恒溫下操作

（2）完全混合連續(xù)式反應(yīng)器（CSTR）反應(yīng)物投入反應(yīng)器后，經(jīng)攪拌馬上與反應(yīng)器內(nèi)的料液達到完全均勻混合，輸出的產(chǎn)物其濃度和成分與反應(yīng)器內(nèi)的物料一致

(3)推流型反應(yīng)器（PF）反應(yīng)器內(nèi)的物料僅以一致流速平行滾動，而無擴散作用，這種流型唯一的質(zhì)量傳遞就是平行滾動的主流傳遞

答:在水處理方面引入反應(yīng)器理論推動了水處理工藝發(fā)展。在化工生產(chǎn)過程中，反應(yīng)器只作為化學(xué)反應(yīng)設(shè)備來獨立研究，但在水處理中，含義較廣泛。大量水處理設(shè)備與池子都可作為反應(yīng)器來進行分析研究，包括化學(xué)反應(yīng)、生物化學(xué)反應(yīng)以至物理過程等。例如，氯化消毒池，除鐵、除錳濾池、生物濾池、絮凝池、沉淀池等等，甚至一段河流自凈過程都可應(yīng)用反應(yīng)器原理和方法進行分析、研究。介紹反應(yīng)器概念，目的就是提供一種分析研究水處理工藝設(shè)備的方法和思路。

7.為什么串聯(lián)的CSTR型反應(yīng)器比同容積的單個CSTR型反應(yīng)器效果好？

答：由于使用多個體積相等的CSTR型反應(yīng)器串聯(lián)，則其次只反應(yīng)器的輸入物料濃度即為第一只反應(yīng)器的輸出物料濃度，串聯(lián)的反應(yīng)器數(shù)愈多，所需反應(yīng)時間愈短，理論上，當(dāng)串聯(lián)的反應(yīng)器數(shù)N趨近無窮時，所需反應(yīng)時間將趨近于CMB型和PF型的反應(yīng)時間。8.混合與返混在概念上有什么區(qū)別？返混是如何造成的？答：區(qū)別是：返混又稱逆向混合。廣義地說，泛指不同時間進入系統(tǒng)的物料之間的混合，包括物料逆滾動方向的滾動。

造成返混的原因主要是環(huán)流，對流，短流，流速不均勻，設(shè)備中存在死角以及物質(zhì)擴散等。例如：環(huán)流和由湍流和分子擴散所造成的軸向混合，及由不均勻的速度分布所造成的短路、中止區(qū)或“死區(qū)〞、溝流等使物料在系統(tǒng)中的停留時間有差異的所有因素。9.PF型和CMB型反應(yīng)器為什么效果一致？兩者優(yōu)缺點比較。答：在推流型反應(yīng)器的起端（或開始階段），物料是在C0的高濃度下進行的，反應(yīng)速度很快。沿著液流方向，隨著流程增加（或反應(yīng)時間的延續(xù)），物料濃度逐漸降低，反應(yīng)速度也隨之逐漸減小。這跟間歇式反應(yīng)器的反應(yīng)過程是一樣的。推流型反應(yīng)器優(yōu)于間歇式反應(yīng)器的在于：間歇式反應(yīng)器除了反應(yīng)時間以外，還需考慮投料和卸料時間，而推流型反應(yīng)器為連續(xù)操作。

1.在試驗室內(nèi)作氯消毒試驗。已知細菌被滅活速率為一級反應(yīng)，且k=0.85分鐘？解答：C0?Ci0min。求細菌被滅99.5%時，所需消毒時間為多少

?1C?99.5%,

Ci?0.005C0,細菌被滅速率等于活細菌

減少速率，r（Ci）=-k﹒Ci=-0.85Ci,

0.005C011ln??t=?×(-5.29)≈6.22?min?0.850.85C0習(xí)題2設(shè)物料i分別通過CSTR與PF反應(yīng)器進行反應(yīng)過后，進水與排水中i濃度之比均為C0/Ce=10，且屬于一級反應(yīng)。K=2h。求水流在CSTR與PF型反應(yīng)期各需要停留多少時間。（注：C0——進水i初始濃度；Ce——出水濃度）

1C0(?1);KCe1CePF型反應(yīng)器反應(yīng)時間t2=ln

kCi解：CSTR型反應(yīng)器反應(yīng)時間t1=

9110有題意可以得出C0?Ce?10，所以總時間T=t1+t2=???5h。

CeCikkk所以得出在CSTR中需要4.5h，在PF需要0.5h。

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)后水流總停留時間為多少？

Cn?0.01解：C0n?4

0.01??1?0.92t?4

?1?

t=2.35minT=4t=4*2.35=9.4min

綜上所述串聯(lián)后水流總停留時間為9.4min

15章

2、混凝過程中，壓縮雙電層和吸附-電中和作用有何區(qū)別？簡要表達硫酸鋁混凝作用機理及其與水的pH值的關(guān)系。答：壓縮雙電層機理：由膠體粒子的雙電層結(jié)構(gòu)可知，反離子的濃度在膠粒表面處最大，

并沿著膠粒表面向外的距離呈遞減分布,最終與溶液中離子濃度相等。當(dāng)向溶液中投加電解質(zhì)，使溶液中離子濃度增高，則擴散層的厚度減小。該過程的實質(zhì)是參與的反離子與擴散層原有反離子之間的靜電斥力把原有部分反離子擠壓到吸附層中，從而使擴散層厚度減小。由于擴散層厚度的減小，電位相應(yīng)降低，因此膠粒間的相互排斥力也減少。另一方面，由于擴散層減薄，它們相撞時的距離也減少，因此相互間的吸引力相應(yīng)變大。從而其排斥力與吸

引力的合力由斥力為主變成以引力為主(排斥勢能消失了)，膠粒得以迅速凝聚。

吸附-電中和機理：膠粒表面對異號離子、異號膠粒、鏈狀離子或分子帶異號電荷的部位有猛烈的吸附作用，由于這種吸附作用中和了電位離子所帶電荷，減少了靜電斥力，降低了ξ電位，使膠體的脫穩(wěn)和凝聚易于發(fā)生。此時靜電引力常是這些作用的主要方面。上面提到的三價鋁鹽或鐵鹽混凝劑投量過多，凝聚效果反而下降的現(xiàn)象，可以用本機理解釋。由于膠粒吸附了過多的反離子，使原來的電荷變號，排斥力變大，從而發(fā)生了再穩(wěn)現(xiàn)象。

硫酸鋁混凝作用機理及其與水的pH值的關(guān)系：Ph3時,吸附-電中和作用。Ph>3時水中便出現(xiàn)聚合離子及多核羥基協(xié)同物，這些物質(zhì)會吸附在膠核表面，分子量越大，吸附作用越強。（請具體一些）3.高分子混凝劑投量過多時，為什么混凝效果反而不好？

答：這是由于當(dāng)高分子混凝劑投量過多時，將產(chǎn)生“膠體保護〞作用。投加量過多時，一開始微粒就被若干高分子鏈包圍，而無空白部位去吸附其他的高分子鏈，結(jié)果造成膠粒表面飽和產(chǎn)生再穩(wěn)現(xiàn)象。已經(jīng)架橋絮凝的膠粒，如受到猛烈的長時間的攪拌，架橋聚合物可能從另一膠粒表面脫開，重又卷回原所在膠粒表面，造成再穩(wěn)定狀態(tài)。

7.何為同向絮凝劑和異向絮凝？兩者的凝聚速率（或碰撞速率）與哪些因素有關(guān)？答：同向絮凝：由布朗運動所造成額顆粒碰撞聚集。異向絮凝：由流體運動所造成的顆粒碰撞聚集。

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對于異向絮凝而言，顆粒碰撞速率NP=8KTn/（3vρ），從而可得，其與水溫成正比，與顆粒的數(shù)量濃度平方成正比，而與顆粒尺寸無關(guān)。

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對于同向絮凝而言，碰撞速率N0=(4ndG)/3.從而可知，其與速度梯度成正比，與顆粒的數(shù)量濃度平方成正比，與粒徑的三次方成正比。又由于G=△u/△z,因而，碰撞速率也與相鄰兩流層的流速增量成正比，與垂直于水流方向的兩流層之間距離成反比。

9.絮凝過程中，G值的真正涵義是什么？沿用依舊的G值和GT值的數(shù)值范圍存在什么缺陷？請寫出機械絮凝池和水力絮凝池的G值公式。

答：G值表示的是速度梯度，控制混凝效果的水力條件，反映能量消耗概念。由于G值和GT值變化幅度很大，從而失去控制意義。

G?p??gh??T10、根據(jù)反應(yīng)器原理，什么形式的絮凝池效果較好？折板絮凝池混凝效果為什么優(yōu)于隔板絮凝池？

答：推流型絮凝池的絮凝效果優(yōu)于單個機械絮凝池，但4個機械絮凝池串聯(lián)時，絮凝效果接近推流型絮凝池。

與隔板絮凝池相比，折板絮凝池的水流條件大大改善，亦即在總的水流能量消耗中，有效能量消耗比例提高，故折板絮凝池所需絮凝時間可以縮短，池子體積減小。

14.當(dāng)前水廠中常用的混合方法有哪幾種？各有何優(yōu)缺點？在混合過程中，控制G值的作用是什么？答：1）、水泵混合混合效果好，不需另建混合設(shè)施，節(jié)省動力，大、中、小型水廠均可采用。但采用FeCl3混凝劑時，若投量較大，藥劑對水泵葉輪可能有微弱腐蝕作用。適用于取水泵房靠近水廠處理構(gòu)筑物的場合，兩者間距不宜大于150m。2）、管式混合簡單易行。無需另建混合設(shè)備，但混合效果不穩(wěn)定，管中流速低，混

合不充分。3）、機械混合池混合效果好，且不受水量變化影響，缺點是增加機械設(shè)備并相應(yīng)增加維修工作。

控制G值的作用是使混凝劑快速水解、聚合及顆粒脫穩(wěn)。15.解：當(dāng)前水廠常用的絮凝設(shè)備有

1.隔板絮凝池，優(yōu)點是構(gòu)造簡單，管理便利。缺點是流量變化大者，絮凝效果不穩(wěn)定，與

折板絮凝池相比，因水流條件不是很理想，能量消耗（即水頭損失）中的無效部分比例較大，故需較長的時間，池子容積較大。2.折板絮凝池，優(yōu)點是：水流在同艱苦板之間曲折滾動或在異艱苦板之間縮`放滾動且連續(xù)

不斷，以至于形成眾多的小渦旋，提高顆粒碰撞的絮凝效果。缺點是間距小，安裝維修困難，折板費用較高。

3.機械絮凝池，優(yōu)點是可隨水質(zhì)，水量變化而變化而隨時改變轉(zhuǎn)速以保證絮凝效果，能應(yīng)

用于任何規(guī)模的水廠，缺點是需機械設(shè)備，因而增加機械維修工作。4.其他形式絮凝池

（1）穿孔旋流絮凝池，優(yōu)點是構(gòu)造簡單，施工便利，造價低，適用于中小型水廠或與其

他絮凝池組合應(yīng)用，缺點是受流量影響較大，絮凝效果欠佳，池底也簡單產(chǎn)生積泥現(xiàn)象

（2）網(wǎng)格，柵條絮凝池，優(yōu)點絮凝效果好，水頭損失小，絮凝時間較短。缺點是末端池

底積泥現(xiàn)象，少數(shù)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格上磁生藻類，堵塞網(wǎng)眼現(xiàn)象。

為避免絮凝體破碎，廊道內(nèi)的水流轉(zhuǎn)彎處流速應(yīng)沿程逐漸減小，所以G值也沿程逐漸減小。習(xí)題5.某機械絮凝池分成3格。每格有效尺寸為2.6m（寬)×2.6m(長)×4.2m（深）。每格設(shè)一臺垂直軸漿板攪拌器，構(gòu)造按圖15-21，設(shè)計各部分尺寸為：r2=1050mm；漿板長1400mm，寬120mm；r0=525mm。葉輪中心點旋轉(zhuǎn)線速度為：第一格v1=0.5m/s其次格v2=0.32m/s第三格v3=0.2m/s

求：3臺攪拌器所需要攪拌功率及相應(yīng)的平均速度梯度G值（水溫按20°C計）。解：設(shè)漿板相對于水流的線速度等于漿板旋轉(zhuǎn)線速度0.75倍。即：w×r=0.75v

w1=0.75v/r0=0.71rad/sw2=0.46rad/sw3=0.29rad/s

得到G值先求得P的大小

由圖15-21可得：外側(cè)漿板r1=1.05，r2=0.93，內(nèi)側(cè)r1=0.585，r2=0.465.

P1=

?14CDPLW183?r-r?=4×1.1×1000×1.4×0.71÷8×（1.05-0.93+0.585-0.465）

4243

4

4

4

4

1=174.7w

同理可得：p2=45.8w，p3=11.18w水溫20°C，u=1.009×10-3Pa.S°V=2.6×2.6×4.2=28.4

第一格

G1?174.7?1?1000=78s

1.009?28.4其次格第三格

-GG

=402=203

S?1

S?1

G=

78?40?20P1?P2?P3??35S-1-3?3V1.009?28.4?10?36.設(shè)原水懸浮物體積濃度

??5?10-5。假定懸浮顆粒粒徑均勻，有效碰撞系數(shù)?=1，

3水溫按15°C計。設(shè)計流量Q=360mh.。攪拌功率p=195W.試求：

（1）絮凝池按PF型反應(yīng)器考慮，經(jīng)15min絮凝后，水中顆粒濃度將減低百分之幾？（2）采用3座同體積機械絮凝池串聯(lián)（機械絮凝池按CSTR型反應(yīng)器考慮），絮凝池總體積與（1）一致。攪拌總功率仍為195W，設(shè)3座絮凝池攪拌功率分別為：p1=100W，

p2?60w，p3?35w，試問顆粒濃度最終減低百分之幾？

解：K?4??6.37?10-5，V=QT