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：
E=
ui0.1×100%=×100%=25% u00.4
16. 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)
0.6 1.2 1.8
Percentage SS removed at the following settling times (%) 5min 10min 20min41 19 15
55 33 31
60 45 38
40min67 58 54
60min 90min 120min 72 62 59
73 70 63
76 74 71
这个题目很重要，部分同学计算太粗糙，绘图很随意，误差较大。
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。
0
水面下深度（m）h6h5h441 55 60 0.51
h3h2677275%7376 19 33 45 58627074 1.5
15 31 38 h1 54596371 22.5
30% 40% 50%60%65% 70%0204060
时间（min）
80100120
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：
1.651.17
×(50−40)+×(60−50)1.81.8
0.700.420.25+×(65−60)+×(70−65)+×(75−70)=59.5%1.81.81.8P=40+
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。
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：
9080
停留时间（min）70605040302055
60
65
70
75
50.2 总去除百分数（%）
u0=
h01.8
==0.0359m/min=0.60mm/s=51.84 m3/m2⋅d=表面负荷 t050.2
18. 污水性质及沉淀试验资料同习题16，污水流量1000 m3/h，试求（1）采用平流式、竖流式、幅流式沉淀池，它们各自的池数及澄清区的有效尺寸？（2）污泥的含水率为96％时的每日污泥容积。
解：（1）设计时需参考《排水工程》第四版； a)
平流沉淀池
按照上面的试验结果，絮凝沉淀去除率在65％的时候
u0=
h01.8
==0.0359m/min=0.60mm/s t050.2
u0
取1.50
1.25~1.75
考虑水流的影响：u设=
u设＝0.4mm/s=1.44m/h=1.44m3/m2.h 取q设＝u设＝1.40m3/m2.h A=Q/q设=714 m2 H=1.8m T＝H/ u设=1.3h
混凝沉淀池的水平流速宜为10～25 mm/s，这里取12mm/s： L=3.6vT= 3.6×12×1.3＝56.16m，取56m B=A/L=714/56 =12.75m
采用2组池子，每组宽度取b＝6.4 m (3m 水流截面积 ω＝bH＝6.4×1.8＝11.52m2水流湿周 χ＝b＋2H＝6.4＋2×1.8＝10m 水力半径 R＝ω/χ＝11.52/10=1.152m v2(0.012)2 ==1.27×10−5>1.0×10−5，稳定！ 弗劳德数 Fr= Rg1.152×9.81 b) 竖流式沉淀池 竖流沉淀池的设计，按照絮凝沉淀去除率为65％的情况下进行， 取中心管流速v0=0.03m/s （不宜大于30.0mm/s） 中心管面积f= Q1000==9.26m2 v03600×0.03 采用6座竖流式沉淀池，f1=9.26/6=1.54m2，取1.6m2 d0= 4f1π= 4×1.6=1.43m，取1.5m 3.14有效沉淀高度h2=3600vt=3600×0.0006×1.5=3.24m，取3.3m （v等于拟去除的最小颗粒沉速u0=0.6mm/s） 中心管喇叭口到反射板之间的间隙高度： h3= qv1πd1 = 1000/6 =0.26m，取0.3m 0.03×3.14×1.9×3600 其中d1=0.35d0；v1取0.04m/s 每座池的沉淀区面积f2= q1000/6==77.2m2 v3600×0.0006 每座池总面积A＝f1+f2=77.2+1.6=78.8m2，取90m2 每座直径D= 4Aπ= 4×80=10.1m，取10m （4~7米为宜，不大于10m，如果大3.14于7m，为了使池内水流分布均匀，可增设辐射方向的流出槽，并在槽前设挡板；为了保证水流自下而上流动，径深比D/h2不大于3，h2为有效水深） 污泥斗高度h5=沉淀池总高H= 10−0.4 tan60o=7.6m (α取60o，截头直径0.4m) 2 ∑h=0.3+3.3+0.3+0.3+7.6=11.8m i1 5 c) 幅流沉淀池 u设= u0 取1.5 1.25－1.75 u设＝0.4mm/s=1.44m/h=1.44m3/m2.h =q0 A1= Q1000==347m2 取n=2 nq02×1.44 池径D= 4A1π= 4×347=21m (6~60m，最大可达100m) 3.14取沉淀时间1.5h，则有效水深h2=q0t=1.44×1.5=2.16m，取2.2m 径深比D/h2 =21/2.2=9.5，合适（6～12） （2）每日污泥容积量 w= Q×24×(c0−c1)1000×24×0.3×65% ==117 m3 γ×(100−p0)1000×(100−96)% 21. 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？ 存在问题：少量同学斜板数量计算，安装斜板以后的湿周计算，雷诺数计算错误。 这个题目比较重要，难度较大，大部分同学对异向流、同向流及侧向流斜板沉淀池的具体概念及构造不是很熟悉。 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：ω1=BH=4×2=8(m) 水流湿周：χ1=B+2H=4+2×2=8(m) 水力半径：R1= 2 ω18 ==1(m) χ18 80 =10(m/h)=2.78×10−3(m/s) 8 流速：v1= Q ω1 = 雷诺数：Re= v1R1 ν2.78×10−3×13==2.76×10 −6 1.005×10 过水断面 （2） 若改装成上向流（即异向流）斜板沉淀池 0.5L 扣除无效长度lcosθ=1×cos60=0.5(m) 斜板块数：n= o 20−0.5 +1=196 0.1 处理水量：Q2=η⋅u0⋅(A斜+A原) 有效系数η一般在0.7-0.8之间，取0.75 A斜=nBlcosθ=196×4×1×cos60o=392(m2)，A原=LB=20×4=80（m2） 因此， Q2=0.75×1×(392+80)=354(m3/h) 板间水流截面积：ω2=Bdsinθ=4×0.1×sin60=0.346(m) 水流湿周：χ2=2(B+dsinθ)=2×(4+0.1×sin60)=8.17(m) 水力半径： oo 2 R2= ω20.346 ==0.042 χ28.17 流速： v2= Q2354−3 ==5.24(m/h)=1.46×10(m/s)o B(L−0.5)sinθ4×(20−0.5)×sin60 雷诺数： Re2= v2R2 ν1.46×10−3×0.042 =61 =−6 1.005×10 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 Q2354==4.425倍，即提高了3.425倍 Q180 改装后Re为改装前的 Re261 ==0.022倍 3 Re12.76×10 （3） 若改装成下向流（即同向流）斜板沉淀池 过水断面 0.5L 扣除无效长度lcosθ=1×cos60=0.5(m) 斜板块数：n= o 20−0.5 +1=196 0.1 3 处理水量：Q2=η⋅u0⋅(A斜−A原)=0.75×1×(392−80)=234(m/h) 水力半径与上向流相同：R2=0.042 流速： v2= Q2234−4 ==3.46(m/h)=9.62×10(m/s)o B(L−0.5)sinθ4×(20−0.5)×sin60 雷诺数： Re2= v2R2 ν9.62×10−4×0.042==40 −6 1.005×10 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 Q2234==2.925倍，即提高了1.925倍 Q180 改装后Re为改装前的 Re240==0.014倍 3 Re12.76×10 （4） 若改为侧向流斜板沉淀池，斜板沿长边方向放置，宽为20m 过流断面H 0.5 B 扣除无效长度lcosθ=1×cos60=0.5(m) 斜板块数：n= o 4−0.5 +1=36 0.1 处理水量：Q2=η⋅u0A斜 有效系数η一般在0.7-0.8之间，取0.75 A斜=nLlcosθ=36×20×1×cos60o=360(m2) 因此， Q2=0.75×1×360=270(m3/h) 板间水流截面积：ω2=ldsinθ=1×0.1×sin60=0.0866(m) 水流湿周：χ2=2l+d=2×1+0.1=2.1(m) 水力半径： o 2 R2= ω20.0866 ==0.041 2.1χ2 流速： v2= Q2270−2 ==77.9(m/h)=2.17×10(m/s) oo Blsin604×1×sin60 雷诺数： Re2= v2R2 ν2.17×10−2×0.041 ==864 1.005×10−6 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 Q2270==3.375倍，即提高了2.375倍 Q180 改装后Re为改装前的 Re2864 ==0.31倍 3 Re12.76×10 第四章 过 滤 11. 什么叫“等速过滤”和“变速过滤”？两者分别在什么情况下形成？分析两种过滤方式的优缺点并指出哪几种滤池属“等速过滤”？ 19. 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 质量（g） ％ 通过该号筛的砂量 质量（g） ％ 2.36 0.8 1.65 18.4 1.00 40.6 0.59 85.0 0.25 43.4 0.21 9.2 砂底盘 2.6 合计 200 解：少部分同学不知道怎样利用滤料筛分曲线，大部分同学绘图粗糙，计算误差较大。 由上表绘制滤料筛分曲线。 滤料筛分曲线 100通过筛孔砂量（％）87.2 806040 100 8016.4200 0.41 0.54 1.08100 1.5300.20.40.60.811.21.41.61.822.22.4 筛孔孔径（mm） 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％，总共需筛除16.4％+12.8％＝29.2％左右。 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容