思考题答案

1、为什么粒径小于滤层中孔隙尺寸的杂质颗粒会被滤层拦截下来

答：颗粒较小时，布朗运动较剧烈，然后会扩散至滤粒表面而被拦截下来。

2、从滤层中杂质分布规律，分析改善快滤池的几种途径和滤池发展趋势。

答：使用双层滤料、三层滤料或混合滤料及均质滤料等滤层组成以改变上细下粗的滤层中杂质分布严重的不均匀现象，提高滤层含污能力。发展趋势略

5、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”。

答：当滤池过滤速度保持不变，亦即滤池流量保持不变时，称“等速过滤”。滤速随过滤时间而逐渐减小的过滤称“变速过滤”

随着过滤时间的延长，滤层中截留的悬浮物量逐渐增多，滤层孔隙率逐渐减小，由公式可知道，当滤料粒径、形状、滤层级配和厚度以及水温已定时，如果孔隙率减小，则在水头损失保持不变的条件下，将引起滤速的减小；反之，当滤速保持不变的情况下，将引起水头损失的增加。这样就产生了等速过滤和变速过滤两种基本过滤方式。

虹吸滤池和无阀滤池即属等速过滤的滤池。

移动罩滤池属变速过滤的滤池，普通快滤池可以设计成变速过滤也可设计成等速过滤

6.什么叫“负水头”它对过滤和冲洗有何影响如何避免虑层中“负水头”的产生

在过虑过程中,当虑层截留了大量的杂质以致砂面以下某一深度处的水头损失超过该处水深时,便出现负水头现象.

负水头会导致溶解于水中的气体释放出来而形成气囊.气囊对过滤有破坏作用,一是减少有效过滤面积,使过滤时的水头损失及虑层中孔隙流速增加,严重时会影响虑后水质;二是气囊会穿过虑层上升,有可能把部分细虑料或轻质虑料带出,破坏虑层结构.反冲洗时,气囊更易将虑料带出虑池.

避免出现负水头的方法是增加砂面上水深,或令虑池出口位置等于或高于虑层表面,虹吸虑池和无阀虑池所以不会出现负水头现象即是这个原因.

7.什么叫虑料“有效粒径”和“不均匀系数”不均匀系数过大对过滤和反冲洗有何影响“均质虑料”的涵义是什么

虑料的有效径粒是指通过虑料重量的筛孔孔径,不均匀系数表示虑料粒径级配.不均匀系数愈大,表示粗细尺寸相差愈大,颗粒愈不均匀,这对过滤和冲洗都很不利.因为不均匀系数较大时,过滤时虑层含污能力减小;反冲洗时,为满足粗颗粒膨胀要求,细颗粒可能被冲出虑池,若为满足细颗粒膨胀要求,粗颗粒将得不到很好清洗,如果径粒系数愈接近1,虑料愈均匀,过滤和反冲洗效果愈好,但虑料价格提高.

10.虑池反冲洗强度和虑层膨胀度之间关系如何当虑层全部膨胀起来以后,反冲洗强度增大,水流通过虑层的水头损失是否同时增大为什么

当冲洗流速超过mf以后,虑层中水头损失不变,但虑层膨胀起来.冲洗强度愈大,膨胀度愈大. 不会,

因为当冲洗流速超过最小流态化冲洗流速mf时,增大冲洗流速只是使虑层膨胀度增大,而水头损失保持不变.

12什么叫“最小流态化冲洗流速”当反冲洗流速小于最小流态化冲洗流速时，反冲洗时的滤层水头损失与反冲洗强度是否有关

答：当滤料粒径、形状、密度、滤层厚度和空隙率以及水温等已知时，将式（17-11）和（17-13）绘成水头损失和冲洗流速关系图，得图17-13。图中的Vmf是反冲时滤料刚刚开始流态化的

冲洗流速，称“最小流态化冲洗流速”。有欧根公式和图17-13易知，反冲洗流速小于最小流态化冲洗流速时，反冲洗时的滤层水头损失与反冲洗强度有关。

13气-水反冲洗有哪几种操作方式各有何优缺点

答：操作方式有以下3种：

1）先用空气反冲，然后再用水反冲。

2）先用气-水同时反冲，然后再用水反冲。

3）先用空气反冲，然后用气-水同时反冲，最后再用水反冲。

高速水流反冲虽然洗操作方便，池子和设备较简单，但是冲洗耗水量大，冲洗结束后，滤料上细下粗分层明显。采用气、水反冲洗方法既提高冲洗效果，有节省冲洗水量。同时，冲洗时滤层不一定需要膨胀或仅有轻微膨胀，冲洗结束后，滤层不产生或不明显产生上吸下粗分层现象，即保持原来滤层结构，从而提高滤层含污能力。

14大阻力配水系统和小阻力配水系统的涵义是什么各有何优缺点掌握大阻力配水系统的基本原理和公式（17-32）的推导过程。

答：一般规定：配水系统开孔比为=%~%为大阻力配水系统；=%~%为中阻力配水系统；=%~%为小阻力配水系统。大阻力配水系统的优点是配水均匀性好，但结构复杂，孔口水头损失大，冲洗时动力消耗大；管道易结垢，增加检修困难，此外，对冲洗水头有限的虹吸滤池和无阀滤池，大阻力配水系统不能采用。小阻力配水系统可以克服上述缺点。原理和推导过长，见书P337-339。

1.什么是吸附平衡什么是吸附等温式和吸附等温线

答：吸附是可逆的，存在吸附和解吸两个过程。当吸附质在吸附剂表面达到动态平衡时，吸附质在溶液中的浓度和吸附剂表面的浓度都不再改变，此时溶液中的吸附质浓度称为平衡浓度，吸附速度=解吸速度，吸附过程达到平衡状态，称为吸附平衡。

在温度一定时，吸附量随着吸附质平衡浓度的提高而增加，即一定的活性炭量的情况下，某一浓度的废水达到吸附平衡，如果增加废水中吸附质的浓度，则吸附剂的吸附量还可以增加，温度一定时，吸附量随着平衡浓度变化的曲线称为吸附等温线（见书本），相应的公式叫吸附等温式。常用的有二种，即Freundlich等温吸附公式和Langmuir等温吸附公式n

qKCe1eabCq1aC

2.什么是GAC的吸附量吸附量和再生周期是什么关系

答：吸附剂吸附能力的大小用吸附量表示：单位重量的吸附剂吸附的吸附质的重量。吸附量q（g/g）按下式计算：qV(CC)0e

吸附量越大，再生周期越长。

3.影响吸附的因素有哪些M

答：（1）吸附剂的性质：吸附剂的种类、颗粒大小、比表面积，颗粒的细孔构造与分布、吸附剂是否是极性分子等。（2）吸附质的性质：1）分子大小：分子量在500~3000的容易吸附，过大分子不能进入微孔，过小分子量呢2）极性：疏水性、非极性、弱极性易吸附。3）吸附质的浓度较低时，提高C可增加吸附量。（3）其它因素：废水的PH值，活性炭一般在酸性溶液中比在碱性溶液中吸附效果较好；共存物质：对于物理吸附，共存多种物质时的吸附比单一物质时的吸附要差；温度：对于物理吸附，放热反应，T高则不利，吸附量减少；接触时间：应保证吸附达到平衡时的时间，而该时间的大小取决于吸附速度V，V大则所需时间短。（4）与水处理化学药剂的作用：活性炭为还原性物质，和氧化性物质发生反应，如氧、氯、二氧化氯、高锰酸钾等，水处理中作为去除余氯的一个手段。（5）生物协同作用：活性炭使用一定时间后，其表面会繁殖微生物，参与对有机物的去除。目前，有人利用生物活性炭处理低浓度有机废水，取得了较好的效果。

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4.请比较活性炭串联和并联布置的特点

答：串联：提高出水质量和AC利用率；并联：处理低浓度、大水量。

5.什么是穿透曲线、吸附带、穿透点

答：（1）穿透曲线：以吸附时间或吸附柱出水总体积为横坐标，以出水吸附质浓度为纵坐标所绘制出的曲线叫穿透曲线。

（2）吸附带：指正在发生吸附作用的那段填充层，在吸附带下部的填充层几乎没有发生吸附作用，而在吸附带上部的填充层已达到饱和状态，不再起吸附作用。

（3）穿透点：当出水吸附质浓度Ca为允许出水最高浓度或Ca=~Co时所对应的出水总体积或吸附时间的穿透曲线上的那一点叫穿透点。

6.什么是CUR

答：CUR：单位处理水量所需要的活性炭量。

公式：CUR=M/Qt Qt:处理总水量

总吸附量Qe=M×qe=Qt(C0-Ce)

CUR=M/Qt=(C0-Ce)/qe

CUR越大，处理成本越低.

7.论述活性炭吸附在水处理中的应用

答：臭和味的去除、总有机碳（TOC）的去除；消毒副产物前驱物的去除（天然有机物NOM）；挥发性有机物、人工合成有机物；城市污水深度处理；高浓度有机废水深度处理；重金属离子去除；受污地表水强化预处理；工业纯水处理。

8.水处理中，使用氧化剂的作用是那些

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答：化学预氧化：对水中藻类、浮游生物、色度、臭、味、有机物、铁、锰等具有显着的去除作用，同时可破坏氯化消毒副产物的前驱物质。破坏有机物对胶体的保护，提高混凝效果。挥发性三卤甲烷（THM）和难挥发性卤乙酸（HAA）是二大类氯化消毒副产物。去除方法是预氧化去除一部分前驱物质和后吸附，但预氧化也会生成这类消毒副产物。尤其是氯。

中间氧化：通常设在常规处理工艺的沉淀之后或过滤之后，作为水的深度处理手段，通过与颗粒活性炭（GAC）或生物活性炭（BAC）联用，利用活性炭的良好吸附性能和生物降解功能将氧化后的形成的可生化性较高的小分子有机物、有毒、有害中间产物及消毒副产物等进一步去除。

后氧化：是保证饮用水卫生安全的最后一道屏障，其主要目的是消毒，即灭活水中致病微生物。消毒主要是通过以下几个方面作用的：（1）破坏细胞壁

（2）改变细胞通透性；（3）改变微生物的DNA或RNA；（4）抑制酶的活性。

9.什么是余氯、自由性余氯、化合性余氯和折点加氯法

答：水中加氯量减去用于灭活水中微生物，氧化有机物和无机还原性物质等所消耗的氯量叫余氯，余氯作用：抑制水中残余病原微生物的再度繁殖。

当水中所含的氯以CI2，HOCI,OCI-形式存在时，称为自由性氯。

当水中所含的氯以氯胺形式存在时，称为化合性氯。

自由性氯的消毒效果比化合性氯高的多，但是自由性氯消毒的持续性不如化合性氯，后者的持续消毒效果好。

折点加氯法：

当水中存在氨时，随着加氯量的增加，氯与氨生成氯胺，氯胺被HOCI进一步氧化成一些不

起消毒作用的化合物（N2和HCl），余氯反而逐渐减少，最后到达折

点B，此时余氯量最少，加氯量超过折点B时的加氯方法，称为折点加氯。当水中NH3

折点加氯：利：降低水的色度，去除恶臭，降低水中有机物含量；还能提高混凝效果。弊：水中污染物能与氯生成三卤甲烷，具有致癌性。

10.氯化消毒副产物的形成原理和控制技术

答：目前的氯化消毒副产物主要有挥发性三卤甲烷（THM）和难挥发性卤乙酸

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（HAA）二大类氯化消毒副产物。主要是氯与一些天然有机物如腐殖质等结合反目前控制水中氯化消毒副产物的技术有三种：

强化混凝：选择合适的混凝剂种类和投加量，调节PH值，尽可能的去除会形成氯化消毒副产物的前驱物（主要是天然有机物，如腐殖质等）

活性炭吸附（常规处理后）

膜过滤法：台湾某净水厂采用超滤膜(UF)及低压反渗透膜(LPRO)组合深度处理技术。

慎重采用预氯化。

11.为什么臭氧和活性炭经常联合使用

答：臭氧能把水中的大分子有机物质氧化成可生化的小分子物质，而不能完全去除，同时，臭氧能已经形成的三卤甲烷类无作用，因此后接活性炭形成联合工艺。

臭氧活性炭采用先臭氧氧化再活性吸附，在活性吸附中又继续发生氧化作用，这样，可扬长避短，发挥各自的特长。目前国内水处理中使用的活性炭能比较有效的去除水中的小分子量有机物，难于去除大分子量有机物（空隙堵塞）。而水中有机物一般以大分子量居多，所以活性炭孔的表面积将得不到有效利用，势必加速活性炭的饱和速度，缩短使用周期。但在活性炭前或活性炭层中投加臭氧后，一方面可使水中的大分子转化为小分子，提供了小分子有机物进入活性炭微孔的可能性，加一方面，一部分的有机物得到氧化分解，减轻了活性炭的负担，使活性炭可以充分吸附未被氧化的有机物，从而达到水质深度净化的目的。

臭氧和活性炭联合使用最早是在1961年的西德开始的，在实际工程的应用中，活性炭一般放在整个处理工艺的最后，如下图是巴黎某水厂应用臭氧和活性炭结合处理工艺的流程。河水→（加臭氧）→原水贮存→（加臭氧）→混凝→沉淀→过滤→臭氧氧化→活性炭→氯化→（加NaHSo3）→脱氯

该流程中有三个地点投加臭氧，第一点原水投加臭氧的目的是增加水中有机物在贮存池中的生物降解作用，第二点是通过打破有机物与无机胶粒之间的关系以提高混凝效果，第三点是在活性炭前投加以增强有机物的可吸附性。活性炭吸附放在最后，可保证出水水质。同时，用预臭氧化代替了通常的预氯化，避免了预氯化过程中产生的有机卤化物。

通过臭氧活性炭的联合运行发现，原先不易被活性吸附的高分子腐殖酸和富里酸，经臭氧氧化分解后，变成一些易被活性炭吸附的小分子物质，因而提高了活性炭手去除效果，但如果分子量被氧化得太小，也是不利于活性炭吸附的。我国先后在南京炼油厂，胜利炼油厂，北京田村水厂，燕山石化公司水厂、九江石化总厂大庆石化总厂等相继建成了臭氧活性炭处理设施，并且取得了较好的处理效果。

12.目前的消毒方法有哪些简要评述各种消毒方法的优缺点

答：

①氯消毒优点：效果可靠，管网中有余氯存在，消毒持续时间长，投配设备简单,投量准确,价格便宜。缺点：氯消毒后产生有害健康的副产物，如三卤甲烷。

②臭氧消毒优点：杀菌作用快，效率高并去除色、味；消毒效用受PH值.水温及干扰物质的影响较小；不会产生三卤甲烷等副产品。缺点：投资大,成本高,需现场制作，设备管理较

复杂。

③二氧化氯消毒：优点：用于消毒时，消毒效果好，速度快，且不和水中的有机物作用生成有害的卤代有机物。缺点：不稳定，需现场制作，消毒成本低于臭氧但高于氯。

④ 漂白粉(CaOCl2)，有效氯低,白色粉末，易受光热潮分解，需溶解后再投加，适用小水厂和临时给水及污水消毒用。次氯酸钠(NaOCl)，有效氯比氯气低，易分解，需现场制作，适用于小水厂及污水消毒用。

⑤紫外线消毒优点：消毒速度快，效率高，基本不影响水的物化性质,操作简便。缺点：能耗大，不能解决消毒后的再度细菌污染问题。主要用于纯水处理。高锰酸盐一般作为氧化剂、助凝剂用，不列入水处理消毒方法中。