给水工程14-17章课后习题及答案

14----1.某水样采用CMB反应器进行氯消毒实验，假定投氯量一定，经实验知：细菌被灭活速率为一级反应，且k＝0.85min-1，求细菌灭活99.5%时所需时间为多少？

解：设原有细菌密度为C0，t时后尚存活的细菌密度为Ci，被杀死的细菌密度则为C0-Ci，根据题意，在t时刻，C0-Ci/C0=99.5%，Ci = 0.005C0，细菌被灭速率等于活细菌减少速率，于是，r（Ci）＝-k *Ci＝-0.85 Ci，代入公式得，t＝-ln(0.005C0/ C0)/0.85=-5.3/(-0.85)=6min

14----2.设物料分别通过CSTR型和PF型反应器进行反应后，进水和出水中物料浓度之比均为C0/Ci=10，且属一级反应，k＝2h-1，求水流在CSTR型和PF型反应器内各需多少停留时间？

解：采用CSTR型反应器，C0/Ci=10，k＝2h-1，t＝(C0/Ci-1)/2=4.5h=270min 采用PF型反应器，C0/Ci=10，k＝2h-1，t＝ln(C0/Ci)/2=1.15h=69min

14----3.在上题中若采用4个CSTR反应器串联，求所需要消毒时间为多少？

解：Cn /C0= 0.1, n=4, 0.1=[1/ (1+2×t )]4 t＝0.39min；T＝4t =1.36h

14-----4液体中物料i浓度为200mg/l,经过两个串联的CSTR型反应器，i浓度为20mg/l液体流量为5000m3/h，且属一级反应，k＝0.8h-1，求每个反应器的体积和总反应时间。

解;经过两个反应器后，Cn /C0= 0.1，n=2 ，0.1=[1/ (1+0.8×t )]2 ，t＝2.65h，T=2t=5.3h

每个反应器的体积v=qt=13250m3

15---1.河水总碱度0.1mmol/L（按CaO计），硫酸铝（含Al2O3约16％）投加量为25mg/L。问是否需要投加石灰以保证硫酸铝顺利水解？设水厂每日生产水量50000m3，试问水厂每天约需要多少千克石灰（石灰纯度按50％计）？

解：（1）由于要保证硫酸铝顺利水解需要0.25～0.50 mmol/L的剩余碱度。而河水中只有0.1 mmol/L的碱度，故需要投加石灰以保证硫酸铝顺利水解。

（2）投药量折合Al2O3为 25mg/L×16％＝4mg/L，Al2O3分子量为102，故投药量相当于4/102=0.039 mmol/L，剩余碱度取0.35mmol/L，则得：

[CaO]=3×0.039－0.1+0.35＝0.37 mmol/L

CaO分子量为56，则市售石灰投量为：0.37×56×50000/0.5×1000=2072kg。

15-----2设聚合铝[A12(OH)n?Cl6-n]m在制备过程中，控制m＝5，n＝4，试求该聚合铝的碱化度为多少？

解：B=【OH】/3*【AL】×100%=20/30=66.7%

15----3某水厂采用精制硫酸铝作为混凝剂，其最大投量为35 mg/L。水厂设计水量100000m3/d。混凝剂每日调制3次，溶液浓度按10％计，试求溶解池和溶液池体积各为多少？

解：溶液池体积为

W2=24×100aQ/1000×1000cn=aQ/417cn=35×100000/417×10×3×24=11.66m3

溶解池体积为W1=0.3W2=3.5m3

15------4隔板絮凝池设计流量为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G值和GT值各为多少？（水厂自用水量为5％）解：Q=75000×1.05=0.9115m3/s T=V/Q=1100/0.9115=1206.8S

G=

T

rh /=45.76S-1 GT=45.76×1206.8=55220.58

20S-1

15----6设原水悬浮物体积浓度ф＝5×10-5。假定悬浮颗粒粒径均匀，有效碰撞系数α＝1，水温按15℃计。设计流量Q＝360m3/h。搅拌功率（或功率消耗）P=195W。试求：

（1）絮凝池按PF型反应器考虑，经15min絮凝后，水中颗粒数量浓度将降低百分之几？（2）采用3座同体积机械絮凝池串联（机械絮凝池按CSTR型反应器考虑），絮凝池总体积与（1）相同。搅拌功率仍为195W，设3座絮凝池搅拌功率分别为：P1=100W，P2=60W，P3=35W，试问颗粒数量浓度最后降低百分之几？

16---1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：

16---2平流沉淀池设计流量为720 m3/h。要求沉速等于和大于0.4mm/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m2？（2）沉速为0.1mm/s的颗粒，可去除百分之几？

解：所需沉淀池面积为;A=Q/U=7200/(3600*0.4/1000)=500m2

沉速为0.1mm/s的颗粒的去除率为E=u/U=25%

16----3原水泥沙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900 m3/h，表面积500 m2。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表示泥沙初始浓度，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：

17---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)。

筛分试验记录

筛孔（mm）留在筛上砂量通过该筛号的砂量

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

筛底盘 2.6 1.3 0 0

合计200 100

做好滤料筛分曲线后所做步骤

1.已知：d10 0.54mm, K80=

2.0,求得：d80＝1.08mm

2. 从前面图1上查出d10＝0.54mm在曲线上的点，拉直线到右边纵坐标轴为10％

3. 再从前面图1上查出d80＝1.08mm在曲线上的点，拉直线到右边纵坐标轴为80％

4. 将右边纵坐标轴10％～80％之间分为7等分，确定右边坐标轴原点、20%、30%、40%、50%、60%、70%、90%和100%的点。

5. 从前面图1中右边坐标轴原点拉直线到筛分曲线，找到与曲线交点，确定所对应的横

坐标上的筛孔孔径为0.43 mm左右。

6. 从前面图1中右边纵坐标轴80％点拉直线到筛分曲线，找到与曲线交点，确定所对应

的横坐标上的筛孔孔径为1.52 mm左右。

7.从图1中查出粒径＜0.43 mm部分占左边纵坐标的17.4％。

8.从图1中查出粒径＞1.52 mm部分占左边纵坐标的13.7％。

9. 总共去除17.4％＋13.7％＝31.1％

17----2根据上题所选砂滤料，求滤速为10m/h的过虑起始水头损失为多少cm？已知：砂粒球度系数ф＝0.94；砂层孔隙率m0＝0.4；砂层总厚度l0＝70cm；水温按15℃计。

解：解

17---4设大阻力配水系统干管起端流速为1m/s；支管起端流速为2m/s；孔口流速为3m/s。试通过计算说明该配水系统的配水均匀性是否达到95％以上。

解：

17--5设滤池平面尺寸为5.4m（长）×4m（宽）。滤层厚70cm。冲洗强度q＝14 L/（s ? m2），滤层膨胀度e＝40％。采用3条排水槽，槽长4m，中心距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。 d1

0解：（1）.采用3条排水槽，则槽长:

中心距

每槽排水流量:

17--6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α＝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水头损失按0.6m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：

两两格无阀滤池合用一个冲洗水箱，滤池设

计流量为4000m3/d，请设计滤池平尺寸和冲洗

水箱深度（设计参数自己选用）

求得： d80 ＝1.08mm1. 已知： d10＝0.54mm, K80=2.0,

求得： d80 ＝1.08mm已知： d10＝0.54mm, K80=2.0,

求得： d80 ＝1.08mm

2. 从前面图1上查出d10＝0.54mm在曲线上的

点，拉直线到右边纵坐标轴为10％

3. 再从前面图1上查出d80＝1.08mm在曲线上的

点，拉直线到右边纵坐标轴为80％

4. 将右边纵坐标轴10％～80％之间分为7等分，

确定右边坐标轴原点、20%、30%、40%