華僑大學《水工藝設備基礎》試卷（A）（開卷）供03級給水排水專業使用考試時間班級學號姓名題號一二三四五六七八總分得分一、簡單概括金屬材料的性能包括哪幾個方面內容？你認為水工藝設備對金屬材料的哪些性能要求更高？水處理工藝設備常用材料的選擇原則是什么？（11分）二、金屬的電化學腐蝕原理是什么？運用其原理解釋銅板上的鐵鉚釘為什么特別容易生銹？設備電化學保護方法有哪些？它們原理和適用條件是什么？（15分）三、水處理工藝設備中常用的填料有哪些？并簡單說明它們用在水處理工藝中哪些環節？作用是什么？（10分）四、水處理工藝中的攪拌設備主要由哪些部分組成？常用的攪拌器有哪些？并說明它們的類型、特點和在水處理工藝中應用分別是什么？（12分）五、膜分離原理是什么？水工藝中常見的膜有哪些？它們的特點、性能及水工藝中的應用是什么？從凈化水質原理方面簡單概括這里面所說的膜與微生物膜有什么區別？（15分）六、水處理工藝中污泥濃縮設備主要有哪些？污泥脫水設備主要有哪些？簡單概括帶式壓濾機的基本原理、特點和適用條件是什么？（12分）七、水處理工藝中投藥設備主要是哪幾個部分組成？常用的計量設備有哪些？簡單概括的它們的工作原理是什么？在給水處理中投藥設備主要運用在那些環節？試畫出一個投藥系統示意圖說明投藥設備每個部分的作用是什么？（15分）八、給水排水專業增設水工藝設備基礎這門課程的背景是什么？結合你課堂聽講過程，談談你覺得這門課應該采用何種方式講授比較好？授課教師講課方式有哪些不足的地方？談談你的建議是什么？（10分）水工藝設備基礎試題（A卷）標準答案一、（11分）1、金屬材料的性能包括指它的物理性能、機械性能、化學性能和工藝性能，這些性能一般都受其化學成分的影響；化學成分的變化對鋼材的基本力學性能如強度及塑韌性等有較大影響，對熱處理效果也有較大影響；物理性能主要指密度、熔點、熱膨脹系數、導熱性、導電性以及彈性模量等；機械性能主要是指彈性、塑性、強度和韌度；化學性能主要是指耐腐蝕性；工藝性能主要是指加工性能，如可焊性、可鍛性、切削加工性、成型工藝性和熱處理性能。（4分）2、對金屬材料的物理性能、抗腐蝕性能、機械性能要求比較高一些，但在加工制造過程中，會同時考慮其工藝性能。（3分）3、選擇原則：（1）滿足機械性能（力學性能）的要求。機械性能一般包括強度、剛度、塑性、韌性和冷彎性能等。（2）滿足腐蝕方面的要求。有抗腐蝕方面要求，在選材時要做認真的調查研究，了解各種材料的性能才能做到合理的選用。（3）滿足材料的經濟性。在滿足設備的使用和加工要求的前提下，選擇材料還要符合經濟性要求，選用的材料市場價格要低，貨源充足，供貸方面，品種規格齊全。但同一設計，選用的材料品種、規格應盡量少而集中，這樣便于采購和管理。（4分）二、（15分）1、金屬電化學腐蝕原理是金屬腐蝕的短路原電池，主要原因是由于金屬化學成分不均一，引起金屬表面電極電位的不同，電極電位較低作陽極（腐蝕），較高作陰極。（4分）2、帶有鐵鉚釘的銅板若暴露在空氣中，表面被潮濕空氣或雨水浸潤，空氣中的CO2、SO2和海邊空氣中的NaCl溶解其中，形成電解質溶液，由于銅、鐵電極電位的不同，這樣組成了原電池，銅作陰極，鐵作陽極，所以鐵很快腐蝕形成鐵銹。（5分）3、設備電化學方法主要有陰極保護和陽極保護法。（1分）4、（1）陰極保護的原理就是向被保護的金屬通入陰極電流，消除金屬因成分不同造成的電位差，使腐蝕電流降為零，從而保護金屬免遭電化學腐蝕。其適用條件：腐蝕介質必須是電解質溶液；鈍態金屬設備、結構形狀復雜的金屬設備、由氫脆敏感性材料制作的金屬設備不宜陰極保護。（2）陽極保護的原理是將被保護的金屬設備進行陽極極化，使其由活化態轉入鈍化態，從而減輕或防止金屬設備腐蝕。其適用條件：適用于那些電位正移時，金屬設備在所處的介質中有鈍化行為的金屬-介質體系；否則陽極極化將會加速腐蝕。（5分）三、（10分）1、水處理工藝設備中常用的填料的有濾料、離子交換劑、吸附劑、蜂窩、斜管填料、除氣塔、反應塔填料、軟填料等。（2分）2、（1）濾料主要用于過濾器（或設備）中，作用是攔截、吸附懸浮顆粒污染物。（2）離子交換劑主要用于水的軟化和脫堿軟化，作用是利用自身的活性基團交換水中的其他離子，達到去除它們的目的。（3）吸附劑主要用于固定床、移動床和流化床吸附塔，作用是將水中的溶解性雜質分子吸附到其表面。（4）蜂窩、斜管填料主要用于生化處理設備如生物濾塔、生物接觸氧化設備、厭氧生化反應器等，作用是自身作為載體，其上生成一層以好氧或厭氧微生物組成的活性生物膜，依靠生物的作用降解和合成污水中的有機物。（5）除氣塔、反應塔填料主要用于二氧化碳脫氣塔、臭氧接觸反應塔以及其他的反應塔，作用是填料表面形成吸附水層和流動水層，氣逆流向上與水接觸，氣（液）間在填料表面進行物料的傳質過程或反應過程，從而使水凈化。（6）軟填料主要用于各種生物處理設備，作用是自身作為載體，其表面形成活性生物膜，利用生物降解、生物吸附、生物絮凝等作用去除水中的污染物。（8分）四、（12分）1、水處理工藝中的攪拌設備主要由攪拌器、傳動裝置及攪拌軸系三大部分組成。其中攪拌器主要由攪拌槳（或葉輪）和附屬構件組成；傳動裝置由電動機、減速機以及支架等組成；攪拌軸系由攪拌軸、軸承和聯軸器等組成。（2分）2、水處理工藝中常用攪拌器有槳式攪拌器、推進式攪拌器、渦輪式攪拌器。（2分）3、（1）槳式攪拌器：a、類型：平直葉槳式攪拌器和折葉槳式攪拌器。b、特點：轉速低（1～100r/min)；對粘度（最高為2Pa·s）較敏感；徑向流；d/D=0.35～0.8，b/d=0.1～0.25）；葉片為2片；θ=45o或60o（折葉）；流速為1.0～5m/s。c、應用：用于介質粘度低的液體，主要用于藥劑溶解和混合。（2）推進式攪拌器：a、特點：d/D=0.2～0.5，一般取0.33；s/d=1或2，葉片為2、3、4，常取3；轉速為100～500r/min；流速為3～15m/s；最大粘度為3Pa·s；軸向流。B、應用：藥劑溶解和懸浮操作，一般用鑄鐵、鑄鋼整體鑄造而成，有時也采用焊接。（3）渦輪式攪拌器：a、類型：開啟式和圓盤式兩類；槳葉有平直葉、彎葉和折葉。b、特點：徑向流；d:L:b=20:5:4，d/D=0.2～0.5，常取0.33；片數為4、6、8；轉速為10～300r/min；流速為4～10m/s；介質粘度最大為50Pa·s。c、應用：攪拌器廣泛用于快速溶解和進行乳化操作。（8分）五、（15分）1、膜分離原理是利用膜的選擇透過性進行分離以及濃縮水中離子或分子的設備；通過膜分離設備可實現混合物的組分分離。膜分離條件是存在膜和水中組分存在差別。（3分）2、水工藝常用的膜是：離子交換膜、反滲透膜和超濾膜。（2分）3、（1）離子交換膜：a、特點：用于電滲析，帶電荷的膜，不同電荷的離子在膜內的遷移速度有很大的差別，這就是離子交換膜對離子透過的選擇性。b、性能：主要由交換容量和含水率來體現的。c、應用：用于電滲析設備。（2）反滲透膜：a、特點及性能：選擇性吸附與毛細管流，即界面現象和在壓力下流體通過毛細管的綜合結果；一種多孔性膜，具有良好的化學性質；一種半透膜，只能通過溶液中某種組分，不具有離子交換性質，屬中性膜。b、應用：用于反滲透設備。（3）超濾膜：a、特點及性能：過程使用的膜都是微孔膜，微粒是否被截留，除了與操作條件有關外，主要還取決于微粒的大小和結構以及膜微孔的大小和結構。b、應用：用于超濾設備。（5分）4、微生物膜凈化原理是利用附著在載體表面上的微生物群體對水中的污染物吸附、氧化即生物降解、生物吸附、生物絮凝等作用，從而達到凈化水質目的。而這里面所說的膜是指一種具有選擇性的膜，它不是生物的組成體，它是通過膜的選擇透過性進行分離以及濃縮水中污染物，從而達到凈化水質目的。（5分）六、（12分）1、水處理工藝中污泥濃縮設備主要有重力式污泥濃縮池、濃縮機、帶式濃縮機、臥螺式離心機等。（2分）2、水處理工藝中污泥脫水設備主要有帶式壓濾機、離心脫水機、板框壓濾機、真空過濾機等。（2分）3、帶式壓濾機：（1）基本原理：把壓力施加在濾布上，用濾布的壓力和張力使污泥脫水；其工作過程包括污泥絮凝、重力脫水、楔形脫水和壓榨脫水（低壓脫水、高壓脫水）四步進行。（2）特點：帶式壓濾機是連續運轉的污泥脫水設備，進泥的含水率一般為96～97%，脫水后濾餅的含水率為70～80%。操作簡便，可維持穩定的運轉，其脫水效果主要取決于濾帶的速度和張力；結構緊湊、簡單，低速運轉，易保養；處理能力高、耗電少，允許負荷有較大范圍的變化；無噪聲和振動，易于實現密閉操作。（3）適用于城市水處理工藝及化工、造紙、冶金、礦業加工、食品等行業的各類污泥的脫水處理。（8分）七、（15分）1、水處理工藝中投藥設備主要由藥液調制設備、藥劑凈化設備、計量設備、穩壓設備、投加設備和其它控制附件組成。（2分）2、常用計量設備有轉子流量計、電磁流量計、超聲流量計、渦街流量計、渦輪流量計、計量泵等。（2分）3、工作原理：（1）轉子流量計：當流體作用在轉子上的力與轉子的重力平衡時，轉子停留在某一高度。當流量發生變化時，轉子所停留的高度也隨之變化，流量信號被轉換成位移信號，從轉子上緣所對應的錐形管上的流量刻度值，便可知道被測流量的大小。（2）電磁流量計：測量管道兩側的感應電勢，通過變送器轉換成直流電流信號，由二次儀表指示被測流量。（3）超聲流量計：轉換器發出的超聲激勵信號由信號電纜傳輸給換能器，換能器把超聲激勵信號轉化為聲發射信號，該信號穿過被測液體，由對面的換能器接受并轉化為電信號后再由信號電纜傳給轉換器，轉換器對接收電信號進行放大、檢測，最后由內部微型計算機根據時差法測量原理進行運算、補償，得出相應的流量。（4）渦街流量計：在流體前進的路徑上放置一個非流線型柱狀物，在某一雷諾數范圍內，在柱狀物后面就會產生一種有規律的旋渦，并隨著流體一起向下游流去。旋渦產生的頻率f與流速v、柱狀物特征長度d之間存在一定關系，通過檢測出頻率f，可以得到流速v，從而得出體積流量。（5）渦輪流量計：一種速度式流量計，渦輪流量變送器把流量信號轉換成電信號，由指示積算儀顯示被測介質的體積流量和流體總量，并輸電信號。（6）計量泵：利用泵內柱塞的往復運動加壓并計量流體。通過改變柱塞的行程長度和往復頻率來調節流量。柱塞不斷進行往復運動，液體就間歇不斷地被吸入和排出。柱塞在泵缸內從一頂端位置移至另一頂端位置。柱塞往復一次泵缸內只吸入一次和排出一次液體。（4分）4、在給水處理中投藥設備主要用于投加混凝劑、消毒劑兩個環節中。（2分）5、略。（5分）八、（10分）1、背景：（1）隨著水處理技術、工藝的不斷改進和完善，以及水工業設施建設中成套專用設備和檢測、控制儀器儀表的投資比例的逐漸提高，水工業設備、器材和儀器儀表與工程要求之間的差距已顯露出來。水工藝設備和自動控制系統作為提高水處理效率、保證處理水質、節省運行費用、減輕勞動強度的關鍵，其裝備水平也因