水质工程学题库及答案给水部分
水质工程学（一）复习思考题
名词解释
1、水体自净污染物随污水排入水体后，经过物理的、化学的与生物化学的作用，使污染的浓度降低或
总量减少，受污染的水体部分地或完全地恢复原状，这种现象称为水体自净。
2、反应器在化工生产过程中，都有一个发生化学反应的生产核心部分，发生化学反应的容器称为反应
器。
3、活塞流反应器和恒流搅拌反应器活塞流反应器：也称管式反应器，流体是以队列形式通过反应器，液体元素在流动
的方向上绝无混合想象，每一流体元素停留时间都是相等的，各点上的反应物浓
度和反应速度有确定值。恒流搅拌反应器：也称连续搅拌罐反应器，物料不断进出，连续流动。反应器内各点浓度完全均匀，反应速度不随时间变化，有返混作用。
4、胶体稳定性指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。分为1、动力学稳定性2、聚集稳定
性。
5、凝聚和絮凝凝聚指胶体脱稳并生成微小聚集体的过程；絮凝指脱稳的胶体或微小的悬浮物聚结成大
的絮凝体的过程。
6、四个混凝作用机理1、压缩双电层作用机理2、吸附一电性中和作用机理3、吸附架桥作用机理4、沉淀物的网捕、
卷扫作用机理
7、胶体保护当胶粒表面被高分子物质全部覆盖后，量胶粒接近时，由于“胶粒-胶粒”之间所吸附的高分子受到压缩变
形而具有排斥势能，或者由于带电高分子的相互排斥，使胶粒不能凝聚。
8 异向絮凝和同向絮凝异向絮凝：指脱稳胶体由于布朗运动相碰撞而凝聚的现象。同向絮凝：指借
助于水力或机械搅拌使胶体颗粒相碰撞而凝聚的现象。
9、自由沉淀和拥挤沉淀颗粒在沉降过程中不受颗粒彼此间影响的沉淀，称为自由沉淀。颗粒在沉淀过程中相互干扰，
使悬浮颗粒以接近或相同的沉速拥挤下沉，呈界面式沉降，出现清、浑水层间的
明显界面（浑液面）的沉淀，称为拥挤沉淀。
10、截留沉速和表面负荷截留沉速U0指能够全部被去除的颗粒中的最小颗粒的沉降速度。表面负荷q
Q Q
q =——=
是指单位沉淀面积上承受的水流量，其中 A BL
11、接触絮凝在池内形成一个絮体浓度足够高的区域，使投药后的原水与具有很高体积浓度的粗粒絮体
接触，可以大大提高原水中细粒悬浮物的絮凝速率，这种方式称为接触絮凝。
12、均质滤料均质滤料指沿着整个滤层深度方向的任一横断面上，滤料组成和平均粒径均匀一致的滤料。
13、反粒度过滤反粒度过滤指过滤时，滤料层中滤料粒径顺水流方向由大变小，以提高滤层含污能力的
过滤方式。
14、直接过滤直接过滤指原水没有经过絮凝直接进入过滤池进行过滤的方式。
15、负水头负水头指在过滤过程中，滤层截留了大量的杂质，以致于砂面以下某一深度处的水头损失超
过该处水深的现象。
16、滤层膨胀率滤层膨胀度指反冲洗时，滤层膨胀后所增加的厚度与膨胀前厚度之比。公式为
e 三100%。
L o
17、冲洗强度冲洗强度q指单位面积滤料层上所通过的冲洗水量，单位为L/s ? m2。
18、吸附容量单位体积或单位质量所能吸附的吸附质的量。
19、活性炭再生在活性炭本身结构不发生成极少发生变化的情况下，用某种方法将被吸附的物质，将吸
附在活性炭表面的吸附质除去，恢复活性炭的吸附能力。
20、需氯量和余氯量需氯量：指杀死细菌、氧化有机物及还原性物质所消耗的氯量。余氯量：指抑制水中残余细菌的再度
繁殖，管网中需维持的少量剩余氯。
21、折点加氯加氯量超过折点需要量的加氯方式。
22、高级氧化任何以产生羟基自由基作为氧化剂的氧化过程。
23、溶胀性干树脂浸泡水中时，体积胀大，成为湿树脂；湿树脂转型，体积也发生变化，这种体积发生变化的现象称为溶
胀性。
24、全交换容量和工作交换容量全交换容量Et :指单位质量树脂所具有可交换离子的总数量。工作交
换容量Eop：指在给定条件下，单位质量树脂实际可利用的可交换离子的数量。Eop= （60?80） % Et。
25、混床混床是混合离子交换柱的简称，是针对离子交换技术所设计的设备，就是把一定比例的阳、阴离子交换树脂
混合装填于同一交换装置中，对流体中的离子进行交换、脱除。
26、膜滤膜滤过程是以选择性透过膜为分离介质，在两侧加以某种推动力时，原料一侧的组分选择性地
透过膜，从而达到分离或提纯的目的。
27、反渗透当一个半透性膜的两侧装有不同浓度的溶液时，在浓溶液侧加上大于其渗透压的压力，水分
子从咸水一侧反向地通过膜透过到纯水一侧的现象。
28、超滤浓差极化在超滤过程中，水连同小分子透过膜，而大分子溶质则被膜所阻拦并不断累积在膜表
面上，使溶质在膜面处的浓度Cm高于溶质在主体溶液中的浓度Cb,从而在膜附近边界层内形成
浓度差Cm-Cb,并促使溶质从膜表面向着主体溶液进行反向扩散，这种现象称为浓差极化。
29、极限电流密度在电渗析过程中使水分子产生离解反应时的操作电流密度。
30、含湿量1kg干空气所含水蒸气的重量称为湿空气的含湿量，也称比湿。
31、湿球温度即极限冷却温度，在水冷却过程中的极限冷却温度常用湿球温度计来测量。
问答题
1、天然水中杂质按尺寸大小可分成几类？了解各类杂质主要来源、特点、及一般去除方法。1、悬浮
物泥砂类无机物质和动植物生存过程中产生的物质或死亡后腐败产物等有机物尺寸
较大，在水中不稳定，常常悬浮于水流中重力沉降2、胶体细小的泥砂、矿物质等无机
物和腐殖质等有机物比表面积很大，有明显表面活性，常带电，稳定的存在于水中物
理化学方法3、溶解物气体、矿物质等溶解呈真溶液状态存在，难以除去离子
交换与膜技术
2、什么叫水体的富营养化？水体富营养化有何危害？指富含磷酸盐和氮素的水，在光照和其他环境适
宜的情况下，水中的营养物质使水中的藻类过量生长，在随后藻类死亡和异养微生物代谢活动中，
水中溶解氧被耗尽，造成水体质量恶化和水生态环境结构破坏的现象。危害：1、使水味变得腥
臭难闻2、降低水的透明度3、消耗水中的溶解氧4、向水中释放有毒物质5、影响供水水质并增加供水成本6、对水生生态的影响
3、理想反应器有哪几种类型？各有何特点？1、完全混合间歇式反应器（CMB 型）:在CMB型反应器
中，搅拌使物质均匀混合，同时进行反应，直到反应产物达到预期要求时停止反应，并排出产物。
整个反应器为一个封闭系统，该系统在反应过程中不存在由物质迁移（质量传递）而导致的物质输入和输出2、完全混合连续式反应器（CSTR型）：在CSTR型反应器中，反应物投入后，经搅拌立即与反应器内液体达到完全均
匀混合，新反应物连续输入，反应产物也连续输出。CSTR型
反应器所用消毒时间较长，如果采用多个体积相等的CSTR型反应器串联使用，将会大大缩短反
应时间。3、活塞流反应器（PF型）：物料以相同流速平行流动，无扩散作用，物料浓度在垂直于液流方向完全均匀，而沿着液流方向将发生变化。唯一的质量传递是平行流动的主流传递。
4、为什么串联的CSTR型反应器比同容积的单个CSTR型反应器效果好？既可以使反应过程有一个确
定不变的反应速度，又可以分段控制反应，还可以使物料在反应器内的停留时间相对地比较集中。
5、典型给水处理工艺流程和典型污水处理工艺流程有哪些？给水处理：地表水常规处理、地表水直
接过滤、高浊度水处理、受污染水源处理污水处理：城市污水处理、回用水处理、焦化废水
处理、洗浴废水处理
6、何谓胶体稳定性？试用胶粒间相互作用势能曲线说明胶体稳定性的原因。胶体稳定性指胶体粒子
在水中长期保持分散悬浮状态的特性。分为1、动力学稳定性2、聚集稳定性。将排斥势能E R与
吸引势能E A相加可得到总势能E。在E?X曲线上，当x= ob时存在最大值E max，即为排斥能峰; 当xv oa或
x>oc时，吸引势能占优势，两胶粒可相互吸引；当oav xvob时，排斥势能占优势,
7、 混凝过程中，压缩双电层作用和吸附一电性中和作用有何异同？同： 都可使胶体Z 电位降低 异：
1、压缩双电层是依靠溶液中反离子浓度增加而使胶体扩散层厚度减小，导致
Z 电位降低，其总 电位'-0保持不变，且为纯静电作用，不可能使胶体电荷符号改变。
2、吸附一电性中和是异号反 离子直接吸附在胶核表面，总电位 '0会发生变化，会由'0降低至'0 , Z 电位降低至 \
3、压缩
双电层通常由简单离子（如 Na +、Ca2+、A 产等）起作用，而吸附一电性中和通常由高分子物质或 高聚合离子起作用。
8 高分子混凝剂投量过多时，为什么混凝效果反而不好？
1、胶体颗粒表面电荷不但可能被降为零，而且还可能带上相反的电荷，即是胶体颗粒反号，发 生再稳定现象
2、形成胶体保护
9、 目前我国常用的混凝剂有哪几种？各有何优缺点？ 1、硫酸铝：使用方便，混凝效果较好，不会给
处理后的水质带来不良影响，但是水温低时硫酸铝水解困难，形成的絮凝体较松散，处理效果不 及铁盐混凝剂。2、三氯化铁：易溶解、易混合，形成的絮凝体密度大，沉降快。处理低温水或 低浊水效果比铝盐好。具有强腐蚀性，投加量最佳范围较窄，如果控制不好，会导致出水的色度 增大。固体产品易受潮，不易保管。 3、聚合铁：投药剂量低，形成絮体的速度较快，矶花粗大，
沉降迅速。适应的水质条件较宽，基本上不用控制溶液 pH 值。其腐蚀性大大减弱。处理后水的
色度和铁离子含量均较低。PFS 对人体无生理毒性，是非常安全的水处理剂。4、有机高分子混凝 齐U ：在混凝过程中吸附架桥作用显著，对于高浊水、低浊水和污水处理、污泥脱水都有显著的效 果，同时用量较低，但是因其价格昂贵，使用受到一定限制。
10、 什么是同向絮凝和异向絮凝？两者的絮凝速率与哪些因素有关？其控制指标是什么？
异向絮凝： 指脱稳胶体由于布朗运动相碰撞而凝聚的现象。
同向絮凝：指借助于水力或机械搅拌使胶体颗 粒相碰撞而凝聚的现象。 异向絮凝速率与水温有关，与颗粒数量浓度的平方成正比，而与颗粒
粒径无关。同向絮凝速率和单位体积中胶体颗粒数量，颗粒直径， G 有关。控制指标是水力梯度
Go 11、 G 和GT 值的涵义是什么？试推导机械搅拌和水力搅拌条件下的
G 值表达式。G 是速度梯度，是相 邻两流层的速度增量和垂直于水流方向的两流层之间的距离的比值。
G 值间接反映单位时间颗粒 碰撞次数，GT 值反映总的碰撞次数。 G=（p/u ）"2、 G = （ g
T/2
、 G = （ r h/ uTj 2 p : 单位体积水流消耗的功率或单位体积消耗的搅拌器的功率。 12、 根据反应器原理，什么形式的絮凝池效果较好？折板絮凝池混凝效果为什么优于隔板絮凝池？
隔 板絮凝池、穿孔旋流絮凝池、折板絮凝池、栅条、网格絮凝池、机械絮凝池。
利用折板间
多次转折或缩放水流形成涡流，使沿程能量消耗均匀，较好地絮凝。 13、 影响混凝效果的主要因素有哪几种？这些因素是如何影响混凝效果的？
1、水温 低温时无机盐 水解速度慢，因为无机盐水解为吸热反应。水温低时水的粘度大， ，会使布朗运动减弱，减少颗 粒碰撞机会，同时水的剪力增大，絮凝体容易破碎。水温低时絮凝体不容易沉淀。
2、PH 值
3、 碱度 水解过程中不断产生 H+,会导致水的pH 值不断下降，要使水的pH 值保持在最佳范
围，则水中应有足够的碱性物质与 H+中和。 4、浊度
14、 Stokes 公式表示什么水流状态下的沉速公式？试对该公式进行定性分析。层流。公式 为
1 「 2
u s _ * gd
分析：1、颗粒沉速 u 的决定因素是 s l ，当s l 时，u
18 J p > p 呈负位，颗粒上浮； s l 时，u 呈正值，颗粒下沉，故絮凝过程中形成粗大密实的絮凝体有
且存在排斥能峰，两胶粒相互排斥。因此，只有 xv oa 时，吸引势能E A 随x 减小而急剧增大，两 胶粒
才会发生凝聚。如果布朗运动的动能 E B >
E max ,两胶粒之间就可通过布朗运动克服排斥能 峰而碰
撞凝聚。但是天然水中胶体布朗运动的 动能E B
VV E max ,
于是胶体长期处于分散稳定状 ^态。
利于提高沉淀效果；2、沉速u与颗粒的直径d2成正比，所以增大颗粒直径d,可大大地提高沉淀（或上浮）效果
3、u与卩成反比，卩决定于水质与水温，在水质相同的条件下，水温高则□值
小,有利于颗粒下沉（或上浮），反之，水温低时处理效果差。4、由于沉速u的测定比较容易，通
常以沉速u来代表具有该沉速的某一特点颗粒进行沉淀性能分析。
15、什么是固体通量和极限固体通量？如何根据极限固体通量来求解浓缩池断面面积？固体通量“的
定义为：单位时间内，通过单位面积的固体重量称为固体通量。极限固体通量代表了底流浓度稳
定时的浓缩池最大允许底流固体通量。其物理意义为：在浓缩池的深度方向，必存在者一个控制
u i
Ej 分析：仁去除率E 一定时，ui 增大则q 增大，即产水量增大
u = ~Hi — * gd
E 增大，由斯笃克斯公式
可知，要使ui 增大来提高去除率 E ,就要增大颗 粒粒径和密度，可通过提高絮凝效果来实现。故生产上比较重视混凝工艺。 3、ui 一定时，Q 也 一定，A 增大则E 增大，当容积V —定时，水深H 越小则表面积A 越大，去除率越高。即沉淀池 池深浅些表面积增大可提高去除率 E ,该理论称为"浅池理论”。
17、 平流沉淀池进水为什么要采用穿孔花墙？出水为什么采用出水支渠？
采用穿孔花墙：使流量均匀 分布在进水截面上，尽量减少扰动。采用出水支渠：延长出水堰的长度，不使流线过于集中，降 低流量负荷，避免
水流出水速度太快，引起水流抽吸带动池底积泥，影响出水水质。 18、 斜管沉淀池的理论根据是什么？为什么斜管倾角通常采用
60°?理论根据：斜管沉淀可使沉降加 快，既能大大增加沉淀池的层数，减少沉淀深度，又能自动进行排泥。斜管倾角通常采用 60°
主要是为了保证污泥能自动下滑。 19、 澄清池的基本原理和主要特点是什么？ 澄清池基本原理：在池内形成一个絮体浓度足够高的区域，
使投药后的原水与具有很高体积浓度的粗粒絮体接触，
可以大大提高原水中细粒悬浮物的絮凝速 率。主要特点：用泥渣加速絮凝过程，是结成的絮体粗大，沉降速度增大，从而提高了其处理的 表面负荷，使沉淀水的浊度减小，水质提高。
20、 什么是加压溶气气浮法？其基本流程有哪些？加压溶气气浮法有什么特点？
加压溶气气浮法即空 气在加压条件下溶于水中，再使压力降至常压，把溶解的过饱和空气以微气泡的形式释放出来。 基本流程：全溶气流程、部分溶气流程和回流加压溶气流程
特点：1、水中的空气溶解度大，能 提供足够的微气泡，可满足不同要求的固液分离，确保去除效果。
2、经减压释放后产生的气泡 粒径小（20?100 ?m ）、粒径均匀、微气泡在气浮池中上升速度很慢、对池扰动较小，特别适用
于絮凝体松散、细小的固体分离。 3、设备和流程都比较简单，维护管理方便。
21、 过滤机理是什么？ 1、迁移机理：指颗粒脱离水流流线接近或接触滤料表面。这是一种物理力学作 用，主要由以下作用引起：拦截、沉淀、惯性、扩散、水动力。 2、粘附机理：指水中杂质颗粒
迁移到滤料表面时，在范德华引力、静电力、化学键等作用下，被粘附在滤料表面。这是一种物 理化学作用。 22、 单层石英砂滤料截留杂质分布存在什么缺陷？有哪些滤料层优化措施？
滤料经过反冲洗后因滤料 膨胀而分层，滤料颗粒上细下粗，造成水力分级。由于滤料表层孔隙尺寸最小，而表层截污量最 大，所以过滤一段时间后，表层孔隙被堵塞，甚至形成泥膜，使过滤阻力剧增，或者泥膜破裂， 使水质恶化，从而必须停止过滤。此时，下层滤料截留杂质较少，未充分发挥滤料的截污作用。 优化措施：反粒度过滤、均质滤料、纤维球滤料。 23、 什么叫等速过滤和变速过滤？两者分别在什么情况下形成？并指出哪几种滤池属于等速过滤？
等 速过滤指滤池过滤时滤速保持不变， 即滤池流量保持不变。变速过滤指滤速随过滤时间而逐渐减 小的过滤方式，又称减速过滤。在等速过滤状态下，水头损失随时间而逐渐增加，滤池中水位逐断面，这个控制断面的固体通量最小。浓缩池的设计断面面积应该是： Q o C o
'■ min
A —浓缩池设计断面面积（m2）；
Q0— 入流污泥量（m3/h ）； CO —入流污泥固体浓度 （kg/m3）;
一 min —极限固体通量（kg/m2 ? h ）。 16、理想沉淀池的假设条件是什么？推导理想沉淀池中沉速为
明公式中各符号的含义，并对公式进行定性分析。
U i （ U i Vu o ）的颗粒的沉淀效率公式，说 条件：1、颗粒处于自由沉淀状态，颗粒的沉 速始终不变 2、水在池内沿水平力向流动，水平流速
v 始终不变，在过水断面上各点流速相等。 3、颗粒沉到池底即认为被去除。沉淀效率：E 二盖 hBvC
HBvC h h/t H 一 H /t U L 可得
U O
2、q 一定时，ui 增大则