环3《水处理工程》(第一篇)作业解答和常见错误
第一章 绪论
24. 有一含氰有机废水，最大流量为100m3/h, CN-=10mg/L, BOD5=300mg/L, DO=0，欲排入附近某河流。该河流属于III类水体，河水最小流量（95%保证率）为3m3/s，最小流量时流速为0.2m/s，夏季DO=7mg/L，河水中原先没有氰化物。假定夏季废水和河水水温均为20℃。试估计废水所需的处理程度。
存在问题：部分同学对α的取值不熟悉；处理程度的计算准则不太清楚。
解：
(1) α混合系数的选取：流速在0.2-0.3m/s，取α=0.7-0.8；流速较低时，α=0.3-0.6；流速较高时，α=0.9。根据题中条件，取α=0.7 (2) 标准：《地表水环境质量标准（GB3838-2002）》中III类水体标准限值：CN-为0.2mg/L；DO为5mg/L；BOD5为4mg/L。
《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）：排入III类水体，执行一级B标准，BOD5排放浓度为20mg/L，CN-为0.5mg/L。
(3) CN-的处理程度：由于废水和河水混合前后所含的CN-总量相等，所以：
cq+c1αQ=(αQ+q)c2
c1——河水中的CN-浓度
c2——水体中CN-的最大容许浓度，0.2mg/L
c——容许排入河流的废水中的CN-浓度 (计算结果大于10mg/L)
另一方面，按照《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准，CN-的容许排放浓度为
（10－0.5）/10=95% 0.5mg/L。则，CN-的处理程度为：
(4) BOD5的处理程度：
在满足III类水体DO浓度条件下，河水中可利用的DO1=(7-5)*0.7*3m3/s=4.2g/s 废水中的有机物氧化分解，并使水中DO保持在5mg/L, 所需的氧量： DO2=100/3600*x + 100/3600*5=DO1 允许排入河流的废水BOD5, x =146.2mg/L
另一方面，《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准，容许排放的BOD5浓度为20mg/L. 则，BOD5处理程度＝(300-20)/300=93.3% (5) 综合以上考虑，废水的处理率应该为95%。
第二章 混 凝
5. 混凝过程中，压缩双电层和吸附－电中和作用有何区别？简述硫酸铝的混凝作用机理及其与水的pH值的关系。 解：略
10. 为什么有时需要将PAM在碱化条件下水解成HPAM？PAM水解度是何涵义？一般要求水解度为多少？ 解：略
22. 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?
存在问题：第一部分，大部分同学没有看清楚问题，应该是每天消耗多少氧化钙(单位应该是kg/d)；第二部分有部分同学对形成沉淀的物质组分分析不够，应该为Fe(OH)3和去除的SS，CaSO4经过溶解度计算全部溶解于水。 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]= 0.725mmol/L，所以，需CaO： 548.1kg./d
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。（298K下硫酸钙的溶度积为6.26×10-5，经验算，CaSO4全部溶于水，不存在沉淀。）
Fe(OH)3分子量：107；CaSO4分子量：136 (1) Fe(OH)3沉淀＝361.125 kg/d (2)原水中SS的去除量＝668.25kg/d 沉淀物=361.125+668.25＝1029.375kg/d
23. 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G值和GT值各为多少？（水厂自用水量按5%计）
这个题目错误较少，极少同学没有加上5%
解：QT=75000×(1+5%)=78750(m/d)=0.91(m/s)
3
3
水在絮凝池中的停留时间：
T=V/Q=1100/0.91=1208.8(s)
水温以20℃计，此时水的运动粘度为：ν=1.005×10?6m2/s 则：G=45.8(S)，GT=5.54×104
。每格24. 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）
桨板长1400mm，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；
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G值（水温按20℃计算）
存在问题：一部分同学对外桨板的r2和r1理解和计算有误；《给水工程》第四版P283页例题在计算中关于r2和r1的区别也有误。
大部分同学对总的平均速度梯度G值理解错误，因而没有计算。 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 (可以取0.5~0.75)倍，则每格相对于水流的叶轮转速分别为：
?1
ω1=ω1=ω1=
0.75v10.75×0.5
==0.714r/s r00.5250.75v20.75×0.32
==0.457r/s r00.5250.75v30.75×0.2
==0.286r/s r00.525
（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 第一格：P1=150.7(W) 第二格：P1=39.5(W) 第三格：P1=9.7(W) （2）平均速度梯度计算
水温按20℃计算，水的粘度系数μ=1.002×10Pa?s 每格体积：V=2.6×2.6×4.2=28.392(m3) 平均速度梯度为：G=48.4(S)
?1
?3
第三章 沉淀与澄清
4. 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. 解：这个题目错误比较少。
20℃时，水的粘度系数μ=1.002×10Pa?s，水的运动粘度ν=1.005×10?6m2/s，水的密度：ρ1=0.997g/cm
假定水流处在层流区，用斯笃克斯公式计算得：u=0.182m/s 校核Re值
3
?3
0.182×0.45×10?3
Re===81.5>1 ?6
ν1.005×10
ud
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：u=0.075m/s 校核Re值
0.075×0.45×10?3
Re===33.6∈(1,1000) ?6
ν1.005×10
ud
因此假设成立，颗粒沉降速度为0.075m/s
12. 平流沉淀池设计流量为720m3/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m3？(2)沉速为0.1mm/s的颗粒，可去除百分之几？
解：（题目给出错误，0.4m/s应该为0.4mm/s，大部分同学按照0.4m/s来计算）
设计流量Q=720m3/h=沉淀池表面负荷=
7203
m/s=0.2m3/s 3600
Q
=u0=0.4mm/s=0.4×10?3m/s A
因此所需沉淀池面积为：A=Q/u0=0.2/(0.4×10?3)=500(m2) 沉速为0.1mm/s的颗粒的去除率为：
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