水质工程学答案

1414 章章 4．反应器原理用于水处理有何作用和特点 答：作用：推动了水处理工艺发展； 特点：在化工生产中，反应器都只作为化学反应设备来独立研究， 但在水处理中，含义 较广泛，许多水处理设备与池子都可作为反应器来进行分析研究， 包括化学反应、生物化学 反应以至纯物理过程等。例：沉淀池。 5.试举出 3 种质量传递机理的实例。 答：质量传递包括主流传递、分子扩散传递、紊流扩散传递。 1、 主流传递：在平流池中，物质将随水流作水平迁移。物质在水平方向的浓度变化， 是由主流迁移和化学引起的。 2、 分子扩散传递：在静止或作层流运动的液体中，存在浓度梯度的话，高浓度区内的 组分总是向低浓度区迁移，最终趋于平均分布状态，浓度梯度消失。如平流池等。 3、 紊流扩散传递：在绝大多数情况下，水流往往处于紊流状态。水处理构筑物中绝大 部分都是紊流扩散。 6.（1）完全混合间歇式反应器（CMB） 不存在由物质迁移而导致的物质输入和输出，且假 定是在恒温下操作 （2）完全混合连续式反应器（CSTR） 反应物投入反应器后，经搅拌立即与反应器内的料液 达到完全均匀混合，输出的产物其浓度和成分与反应器内的物料相同 (3)推流型反应器（PF）反应器内的物料仅以相同流速平行流动，而无扩散作用，这种流型 唯一的质量传递就是平行流动的主流传递 答:在水处理方面引入反应器理论推动了水处理工艺发展。在化工生产过程中，反应器只作 为化学反应设备来独立研究， 但在水处理中，含义较广泛。许多水处理设备与池子都可作为 反应器来进行分析研究， 包括化学反应、 生物化学反应以至物理过程等。 例如， 氯化消毒池， 除铁、除锰滤池、生物滤池、絮凝池、沉淀池等等，甚至一段河流自净过程都可应用反应器 原理和方法进行分析、研究。介绍反应器概念，目的就是提供一种分析研究水处理工艺设备 的方法和思路。 7.7.为什么串联的为什么串联的 CSTRCSTR 型反应器比同容积的单个型反应器比同容积的单个 CSTRCSTR 型反应器效果好型反应器效果好 答：因为使用多个体积相等的 CSTR 型反应器串联，则第二只反应器的输入物料浓度即为第 一只反应器的输出物料浓度，串联的反应器数愈多，所需反应时间愈短，理论上， 当串联的 反应器数 N 趋近无穷时，所需反应时间将趋近于CMB 型和 PF 型的反应时间。 8.8.混合与返混在概念上有什么区别返混是如何造成的混合与返混在概念上有什么区别返混是如何造成的 答： 区别是： 返混又称逆向混合。 广义地说， 泛指不同时间进入系统的物料之间的混合， 包括物料逆流动方向的流动。 造成返混的原因主要是环流，对流， 短流，流速不均匀，设备中存在死角以及物质扩散 等。例如：环流和由湍流和分子扩散所造成的轴向混合， 及由不均匀的速度分布所造成的短 路、停滞区或“死区”、沟流等使物料在系统中的停留时间有差异的所有因素。 型和型和 CMBCMB 型反应器为什么效果相同两者优缺点比较。型反应器为什么效果相同两者优缺点比较。 答：在推流型反应器的起端 （或开始阶段） ，物料是在 C0的高浓度下进行的， 反应速度很快。 沿着液流方向，随着流程增加（或反应时间的延续） ，物料浓度逐渐降低，反应速度也随之 逐渐减小。 这跟间歇式反应器的反应过程是一样的。 推流型反应器优于间歇式反应器的在 于：间歇式反应器除了反应时间以外， 还需考虑投料和卸料时间， 而推流型反应器为连续操 作。 1.在实验室内作氯消毒试验。已知细菌被灭活速率为一级反应， 且 k=0.85 解答： C 0 min 。求细菌被灭%时，所需消毒时间为多少分钟  99.5%, 1 C i 0 C C i C 0 ,细菌被灭速率等于活细菌减少 速率，r（C i ） =-k﹒C i =C i , 0.005C 0 11 t=×≈ min  ln  0.850.85C 0 习题 2 设物料 i 分别通过 CSTR 与 PF 反应器进行反应过后，进水与排水中i 浓度之比均为 C0/Ce=10，且属于一级反应。K=2h。求水流在 CSTR 与 PF 型反应期各需要停留多少时间。 （注：C0——进水 i 初始浓度；Ce——出水浓度） 1 C0 (1); K Ce 1Ce PF 型反应器反应时间 t2=ln kCi 解：CSTR 型反应器反应时间t1= 9110 有题意可以得出 C0  Ce 10，所以总时间 T=t1+t2=  5h。 CeCi kkk 所以得出在 CSTR 中需要，在 PF 需要。 题 3 中若采用 4 只 CSTR 型反应器串联，其余条件同上。求串联后水流总停留时间为多少  1 C n 0.01  0.01 n4 解： 4 C 0  10.92t t= T=4t=4*= 综上所述串联后水流总停留时间为 1515 章章 2 2、混凝过程中，压缩双电层和吸附、混凝过程中，压缩双电层和吸附 - -电中和作用有何区别简要叙述硫酸铝混凝电中和作用有何区别简要叙述硫酸铝混凝 作用机理及其与水的作用机理及其与水的 pHpH 值的关系。值的关系。 答：答：压缩双电层机理 压缩双电层机理： 由胶体粒子的双电层结构可知， 反离子的浓度在胶粒表面处最大， 并沿着胶粒表面向外的距离呈递减分布,最终与溶液中离子浓度相等。当向溶液中投加电解 质，使溶液中离子浓度增高， 则扩散层的厚度减小。该过程的实质是加入的反离子与扩散层 原有反离子之间的静电斥力把原有部分反离子挤压到吸附层中， 从而使扩散层厚度减小。 由于扩散层厚度的减小，电位相应降低，因此胶粒间的相互排斥力也减少。另一方面，由于 扩散层减薄，它们相撞时的距离也减少， 因此相互间的吸引力相应变大。 从而其排斥力与吸 引力的合力由斥力为主变成以引力为主(排斥势能消失了)，胶粒得以迅速凝聚。 吸附吸附- -电中和机理：电中和机理：胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子或分子带异号电荷的部 位有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了电位离子所带电荷， 减少了静电斥力，降低 了ξ电位，使胶体的脱稳和凝聚易于发生。 此时静电引力常是这些作用的主要方面。 上面提 到的三价铝盐或铁盐混凝剂投量过多， 凝聚效果反而下降的现象， 可以用本机理解释。因为 胶粒吸附了过多的反离子，使原来的电荷变号，排斥力变大，从而发生了再稳现象。 硫酸铝混凝作用机理及其与水的pH 值的关系：Ph3 时,吸附-电中和作用。Ph3 时水中便出现聚合离子及多核羟基配合物，这些物质 会吸附在胶核表面，分子量越大，吸附作用越强。 （请具体一些）（请具体一些） 3.3.高分子混凝剂投量过多时，为什么混凝效果反而不好高分子混凝剂投量过多时，为什么混凝效果反而不好 答：这是因为当高分子混凝剂投量过多时，将产生“胶体保护”作用。投加量过多时， 一开始微粒就被若干高分子链包围， 而无空白部位去吸附其他的高分子链， 结果造成胶粒表 面饱和产生再稳现象。已经架桥絮凝的胶粒， 如受到剧烈的长时间的搅拌， 架桥聚合物可能 从另一胶粒表面脱开，重又卷回原所在胶粒表面，造成再稳定状态。 7.7.何为同向絮凝剂和异向絮凝两者的凝聚速率（或碰撞速率）与哪些因素有关何为同向絮凝