仪器信息网APP

选仪器、听讲座、看资讯

立即体验

当前位置：仪器社区 >环境监测 > 水质检测 > 帖子详情

【清华大学】水环境处理教学大纲和作业

省部重点实验室

2012/01/06

私聊

水质检测

《水处理工程》（一）教学大纲环0 2003.2-2003.6

教学内容	学时
第一章绪论（水处理任务、水质标准）第二章水处理的基本方法和工艺流程	3
第三章水的混凝	4
第四章沉淀与澄清	5
第五章过滤	3
第六章气浮	3
第七章消毒	3
第八章离子交换	3
第九章氧化还原技术	3
第十章膜分离技术	3
第十一章其它物化处理方法	3
第十二章循环冷却水	3
专题报告讨论	6
试验讲评	3

教材与参考书：

1.「给水工程」第四版，中国建筑出版社

2.「排水工程」（下）第四版，中国建筑出版社

3．Wastewater Engineering, treatment disposal and reuse, Fourth edition, Metcalf & Eddy, Inc.

4．「水污染控制工程」（下）第二版，高等教育出版社

5.「环境工程手册」水污染防治卷，高等教育出版社

相关话题

+关注

私聊

省部重点实验室

第1楼2012/01/06

混凝

1.For a flow of 13500 m³/d containing 55mg/L of suspended solids, ferric sulfate is used as a coagulant at a dose of 50mg/L

(a) Assuming that there is little alkalinity in the water, what is the daily lime dose?

(b) If the sedimentation basin removes 90% of the solids entering it, what is the daily solids production from the sedimentation basin?

这个题目的第二部分几乎没有做完整的，对形成沉淀的物质组分理解错误

解：

a．根据题意，原水中的碱度很低，可以忽略。

Fe₂(SO₄)₃投加量50mg/L, Fe₂(SO₄)₃的分子量为400，

则摩尔投加量为：50/400＝0.125mmol/L

取剩余碱度为0.35mmol/L（0.25~0.5之间均可）,

由反应式

Fe₂(SO₄)₃+3H₂O+3CaO=2Fe(OH)₃+3CaSO₄

[CaO]=3´0.125+0.35= 0.725mmol/L

所以，每天需CaO：

0.725´13500´1000=9787500mmol=9787.5mol
9787.5´56/1000=548.1kg.

b．Fe₂(SO₄)₃和石灰反应生成Fe(OH)₃（溶度积：3.2*10^-38），与水中的SS一起形成沉淀。因此沉淀物由两部分组成。

Fe(OH)₃分子量：107；CaSO₄分子量：136

(1) Fe(OH)₃沉淀＝0.125´2´107´13500´1000（mg/d）＝361.125（kg/d）

(2)原水中SS的去除量＝55´13500´0.9＝668250g/d=668.25kg/d

沉淀物=361.125+668.25＝1029.375kg,

2. 隔板絮凝池设计流量75000m³/d。絮凝池有效容积为1100m³。絮凝池总水头损失为0.26m。求絮凝池总的平均速度梯度值和值各为多少？（水厂自用水量按5%计）

解：

水厂自用水量按5%计，絮凝池设计流量为Q，则絮凝池总流量为：

水在絮凝池中的停留时间：

水温以20℃计，此时水的运动粘度为：

则絮凝池总的平均速度梯度为：

则：

3. 某机械絮凝池分成3格。每格有效尺寸为2.6m（宽） 2.6m（长） 4.2m（深）。每格设一台垂直轴桨板搅拌器，构造按图15-21，设计各部分尺寸为：r₂=1050mm；桨板长1400mm，宽120mm；r₀=525mm。叶轮中心点旋转线速度为：

第一格 v₁=0.5m/s

第二格 v₂=0.32m/s

第三格 v₃=0.2m/s

求：3台搅拌器所需搅拌功率及相应的平均速度梯度值（水温按20℃计算）

解：

设桨板相对于水流的线速度等于桨板旋转线速度的0.75倍，则每格相对于水流的叶轮转速分别为：

（1）每格桨板所需功率计算

靠外桨板外缘旋转半径r₂=1.05m，内缘旋转半径r₁=1.05-0.12=0.83m

靠内桨板外缘旋转半径r₂=0.525+0.12/2=0.585m，内缘旋转半径r₁=0.525-0.12/2=0.465m

一部分同学对桨板外缘旋转，半径内缘旋转半径，计算有错

第一格：

第二格

第三格

（2）平均速度梯度计算

水温按20℃计算，水的粘度系数

每格体积：V=2.6*2.6*4.2=28.392(m³)

平均速度梯度为：

沉淀

1. Determine the settling velocity in m/s of a spherical sand particle with a specific gravity of 2.65 and diameter of 0.45 mm at temperature of 20 °C.

（已知颗粒密度ρ=2.65g/cm³，粒径d=0.45mm（按球形颗粒考虑），求该颗粒在20℃水中沉降速度为多少？）

解：

20℃时，水的粘度系数，水的运动粘度，水的密度：

假定水流处在层流区，用斯笃克斯公式计算得：

校核Re值

水流不是层流状态，不符合假设。假定它属于过渡区

则利用阿兰公式计算：

校核Re值

因此假设成立，颗粒沉降速度为0.075m/s

2. 平流沉淀池设计流量为720m³/h。要求沉速等于和大于0.4m/s的颗粒全部去除。试按理想沉淀条件，求：

（1）所需沉淀池平面积为多少m³？

（2）沉速为0.1mm/s的颗粒，可去除百分之几？

解：

设计流量

沉淀池表面负荷

因此所需沉淀池面积为：

沉速为0.1mm/s的颗粒的去除率为：

3. 原水泥砂沉降试验数据见下表。取样口在水面下180cm处。平流沉淀池设计流量为900m³/h，表面积为500m²。试按理想沉淀池条件，求该池可去除泥沙颗粒约百分之几？（C₀表示泥砂初始浓度，C表示取样浓度）

沉降试验数据
取样时间（min）
0
15
20
30
60
120
180
C/C₀
1
0.98
0.88
0.70
0.30
0.12
0.08

解：

各取样时间沉速计算：

取样时间（min）
0
15
20
30
60
120
180
U=h/t（cm/min）
-
12
9
6
3
1.5
1

绘制沉速分布图，见下：

P₀

0.3

截留沉速在数值上等于表面负荷率：

从图上查得u₀=3cm/min时，小于该沉速的颗粒组成部分等于0.3。从图上，相当于积分式的阴影部分面积为0.48（0.48附近都可以）。因此得到总去除百分数为

+关注

私聊

省部重点实验室

第2楼2012/01/06

4. A laboratory settling analysis has been performed on a domestic wastewater exhibiting flocculent sedimentation with the results given in the following table. The column had a diameter of 14cm and total depth of 2.40m, with sampling ports spaced with 0.60m. The initial concentration of the wastewater was 300 mg/L. Determine the surface loading rate of sedimentation tank when SS overall removal of 65% is requested.

Sampling ports depth (m)

Percentage SS removed at the following settling times (%)

5min

10min

20min

40min

60min

90min

120min

0.6

1.2

1.8

解：

将有关数据绘图，以深度为纵坐标，沉淀时间为横坐标，各点表示相应的去除百分数。采用插入法绘出去除百分数等值曲线。

h₁

30%

40%

50%

60%

65%

70%

75%

h₃

h₅

30%

40%

50%

60%

65%

70%

75%

h₃

h₅

30%

40%

50%

60%

65%

70%

75%

h₃

h₅

h₂

h₄

h₆

假定沉淀池的有效深度为1.8m，选停留时间为30min。在上图中绘制相应于t0=30min的垂直线与各等直线相交，量得相邻等直线之间的中点的深度h1=1.65m，h2=1.17m，h3=0.70m，h4=0.42m，h5=0.25m，h6=0.12m。将有关数据代入式（16-25）中，得到总去除百分数为：

同样道理，假定不同的停留时间，计算不同停留时间下的总去除百分数。

50.2

绘制总去除百分数与停留时间的关系曲线，见下图：

停留时间（min）	30	40	45	50	60	80
总去除百分率（%）	59.5	62.5	63.9	64.9	66.6	70.5

由该图求得当要求沉淀效率为65%时，所需停留时间为50.2min。对应沉淀池的颗粒截留速度为：

这个题目有一些同学选的点太少，两个很远的点如40min和60min直接用直线内插法误差较大。

5．已知平流沉淀池的长度L=20m，池宽B=4m，池深H=2m。今欲改装成斜板沉淀池，斜板水平间距10cm，斜板长度l=1m，倾角60度。如不考虑斜板厚度，当废水中悬浮颗粒的截留速度u₀=1m/h，求改装后沉淀池的处理能力与原有池子比较提高多少倍？改装后沉淀池中水流的雷诺数Re为多少？与原有池子的Re相差多少倍？

这个题目几乎没有做对的，斜板数量计算，安装斜板以后的湿周计算，雷诺数计算错误。

有一部分同学对 进行了几何上的理论推倒，但是正确的几乎没有。

解：

（1）对于平流式沉淀池

沉淀池表面积：A=LB=20*4=80(m²)

沉淀池的处理能力

Q₁=u₀*A=1*80=80(m³/h)

水流截面积：

水流湿周：

水力半径：

流速：

雷诺数：

（2）

0.5

过水断面

若改装成上向流（即异向流）斜板沉淀池

扣除无效长度

斜板块数：

处理水量：

有效系数η一般在0.7-0.8之间，取0.75

，A_原=LB=20*4=80（m²）

因此，

板间水流截面积：

水流湿周：

水力半径：

流速：

雷诺数：

沉淀池改装后与改装前处理能力与Re比较：

改装后处理能力为改装前的倍，即提高了3.425倍

改装后Re为改装前的倍

（3）若改装成下向流（即同向流）斜板沉淀池

0.5

过水断面

扣除无效长度

斜板块数：

处理水量：

水力半径与上向流相同：

流速：

雷诺数：

沉淀池改装后与改装前处理能力与Re比较

改装后处理能力为改装前的倍，即提高了1.925倍

改装后Re为改装前的倍

（4）

0.5

过流断面

若改为侧向流斜板沉淀池，斜板沿长边方向放置，宽为20m

扣除无效长度

斜板块数：

处理水量：

有效系数η一般在0.7-0.8之间，取0.75

因此，

板间水流截面积：

水流湿周：

水力半径：

流速：

雷诺数：

沉淀池改装后与改装前处理能力与Re比较：

改装后处理能力为改装前的倍，即提高了2.375倍

改装后Re为改装前的倍

过滤

1. 某天然海砂筛分结果见下表，根据设计要求：d₁₀＝0.54mm，K₈₀＝2.0。试问筛选滤料时，共需筛除百分之几天然砂粒（分析砂样200g）

筛孔（mm）	留在筛上砂量		通过该号筛的砂量
筛孔（mm）	质量（g）	％	质量（g）	％
2.36	0.8	0.4	199.2	99.6
1.65	18.4	9.2	180.8	90.4
1.00	40.6	20.3	140.2	70.1
0.59	85.0	42.5	55.2	27.6
0.25	43.4	21.7	11.8	5.9
0.21	9.2	4.6	2.6	1.3
砂底盘	2.6	1.3
合计	200	100

解：由上表绘制滤料筛分曲线。

0.41

1.53

0.54

1.08

16.4

87.2

100

根据设计要求，

d₁₀=0.54mm，d₈₀=d₁₀K₈₀=0.54*2=1.08mm

按此要求筛选滤料，方法参见课本第三节滤料部分中“滤料筛选方法”中的叙述。

在图中求得天然海砂中小孔径砂粒（<0.41mm）应筛除约16.4％，大孔径砂（>1.53mm）应筛除约100％-87.2％＝12.8％，以供需筛除16.4％+12.8％＝29.2％左右。

2. 设滤池尺寸为5.4m（长）×4m（宽）。滤层厚70cm。冲洗强度q＝14L/s.m²，滤层膨胀度e＝40％。采用3条排水槽，槽长4m，中心距为1.8m。求：

（1）标准排水槽断面尺寸；

（2）排水槽顶距砂面高度；

（3）校核排水槽在水平面上总面积是否符合设计要求。

解：

（1）每条排水槽的出口流量为

利用式17-38计算排水槽断面模数

2x=0.36m

0.07m

x=0.18m

1.5x=0.27m

按课本图17-24可计算标准排水槽的断面尺寸如下：

（2）利用式17-37计算槽顶距砂面的高度，其中冲洗排水槽低厚采用

（3）校核排水槽总面积：

排水槽总面积与滤池面积之比

＝

因此符合要求。

3. 滤池平面尺寸、冲洗强度及砂滤层厚度同上题，并已知：

冲洗时间6min；承托层厚0.45m；大阻力配水系统开孔比＝0.25％；滤料密度为2.62g/cm³；滤层孔隙率为0.4；冲洗水箱至滤池的管道中总水头损失按0.6计。求：

（1）冲洗水箱容积；

（2）冲洗水箱底至滤池排水冲洗槽高度。

解：

（1）冲洗水箱容积按单个滤池冲洗水量的1.5倍计算：

其中：F－—单格滤池面积，m²，F＝5.4*4＝21.6（m²）
t——冲洗历时，min，t＝6min
q——冲洗强度，L/(s.m²)，q＝14 L/(s.m²)
因此，

（2）冲洗水箱底至滤池排水冲洗槽高度按下式计算：
H₀＝h₁+h₂+h₃+h₄+h₅
其中：h₁——从水塔或水箱至滤池的管道中总水头损失，m。h₁＝0.6m
h₂——滤池排水系统水头损失，m。对大阻力配水系统按孔口平均水头损
失计算，

，开孔比，％，＝0.25（％）
，孔口流量系数，取0.62
因此，
h₃——承托层水头损失，m。
h₃＝0.022qZ
Z，承托层厚度，为0.45m
因此，h₃＝0.022*14*0.45＝0.14
h₄——滤料层水头损失，m。用式（17-13）计算：

，滤料的密度，为2.62g/cm³
，水的密度，为1g/cm³
m₀，滤层膨胀前孔隙率，为0.4
L₀，滤层厚度，为0.7m
因此，
h₅——备用水头，一般取1.5～2.0m，这里取2.0m
因此，所求高度为
H＝0.6+4.16+0.14+0.68+2.0＝7.58（m）

气浮

造纸废水量3000m³/d，悬浮物浓度平均为1,000mg/L，水温20℃，采用回流式加压溶气气浮处理流程，溶气水压力（表压）为3kg/cm²，溶气罐中停留时间2分钟，空气饱和率为70％，问在气浮池中释放出的空气量有多少L/m³，回流水量占处理水量的百分比是多少？投入的空气量占处理水量的体积百分比是多少（假设原来废水中溶解氧为0）？

这个题目错的很多

1.表压是绝对压力还是相对压力概念错误

2. 计算公式是按照您的课间上的公式计算的，但是和建工排水工程535业（13-19）相差一个空气容重γ，所以两部分同学公式不一样。

3.有一部分同学用了压力变化，用气体公式计算放出的空气量，结果悬殊。

4.后面一问错误很多

解：

（1）由于无资料和实验数据，气固比一般取0.005~0.06，本题中固体含量较高，取相对高的值，取气固比为 =0.01
总固体含量为S=S_aQ
其中：Q，处理水量，m³/d。为3000m³/d
S_a，废水中悬浮颗粒浓度，kg/m³。为1,000mg/L=1 kg/m³
气体总含量为：
A=(A/S)*S= S=0.01*1*3000=30kg/d
20℃，空气容重为 =1164mg/L=1.164kg/m³
空气量折合为体积为
V=A/(Q )=30/(3000*1.164)=8.58*10^-3(m³/m³)=8.58(L/m³水)

（2）压力水回流量计算公式为

其中：C_s，20℃时空气在水中的溶解度，查表得18.7mg/L.
f，溶气效率，即空气饱和率，为70%
P，溶气绝对压力，单位为大气压。表压为3kg/cm³=3atm，因此P=3+1=4(atm)
因此，回水流量为

回水流量占处理水量的百分比为

（3）若不考虑出水带走的空气
投入的空气量为

投入空气量占处理水量的体积百分比为

若考虑出水中溶解的空气，投入的空气量可用两个部分的和求得。一部分为气浮池中释放的空气，另一部分为出水携带走的空气。
释放的空气量为：V=8.58L/m³水
带走的空气量为：C_s=18.7mg/L=18.7/1164L/L=0.0161L/L=16.1L/m³
因此，投入空气量占处理水量的体积百分比为