期末大作业：水工艺设备基础

武汉轻工大学

期末大作业

课

程

名

称：水工艺设备基础

考

核

类

别：

期末考核

课

程

教

师：

学

院

土建学院

专

业

给排水工程

班

级

给排水1701

姓

名

学

号

成绩

课程教师

签

名

备

注

答题正文:

一.简答题

1.简单概括金属材料的性能包括哪几个方面内容？你认为水工艺设备对金属材料的哪些性能要求更高？水处理工艺设备常用材料的选择原则是什么？

答：（1）金属材料的性能包括物理性能、机械性能、化学性能和工艺性能，这些性能一股都受其化学成分的影响:化学成分的变化对钢材的基本力学性能如强度及塑韧性等有较大影响，对热处理效果也有较大影响:物理性能主要指密度、熔点、热膨胀系数、导热性、导电性以及弹性模量等:机械性能主要是指弹性、塑性、强度和韧度:化学性能主要是指耐腐蚀性:工艺性能主要是指加工性能，如可焊性、可锻性、切削加工性、成型工艺性和热处理性能。

（2）对金属材料的物理性能、抗腐蚀性能、机械性能要求比较高一些，但在加工制造过程中，会同时考虑其工艺性能。

（3）选择原则:

①满足腐蚀方面的要求。有抗腐蚀方面要求，在选材时要做认真的调查研究，了解各种材料的性能才能做到合理的选用。②满足机械性能(力学性能)的要求。机械性能一般包括强度、刚度、塑性、韧性和冷弯性能等。③满足材料的经济性。在满足设备的使用和加工要求的前提下,选择材料还要符合经济性要求，选用的材料市场价格要低，货源充足，品种规格齐全。但同一设计，选用的材料品种、规格应尽量少而集中，这样便于采购和管理。

2.水处理工艺中的搅拌设备主要由哪些部分组成？常用的搅拌器有哪些？并说明它们的类型、特点和在水处理工艺中应用分别是什么？

答：（1）水处理工艺中的搅拌设备主要由搅拌器、传动装置及搅拌轴系三大部分组成。其中搅拌器主要由搅拌桨(或叶轮)和附属构件组成:传动装置由电动机、减速机以及支架等组成:搅拌轴系由揽拌轴、轴承和联轴器等组成。

（2）水处理工艺中常用搅拌器有桨式搅拌器、推进式搅拌器、涡轮式搅拌器。

（3）①桨式搅拌器:

a、类型:平直叶浆式搅拌器和折叶桨式搅拌器。b、特点:转速低(1~

100r:/min):对粘度(最高为2Pa.s)较敏感:径向流:

d/D=0.35~0.8,b/d=0.1~0.25);叶片为2片:

0=45°

或60°

(折叶);流速为1.0~5m/s。

C、应用:用于介质粘度低的液体，主要用于药剂溶解和混合。②推进式搅拌器:

a、特点:

d/D-0.2~0.5，一般取0.33;

s/d=1

或2,叶片为2、3、4,常取3;转速为100~500r/min;流速为3~

15m/s;最大粘度为3Pa.s:轴向流。B、应用:药剂溶解和悬浮操作，-

-般用铸铁、铸铜整体铸造而成，有时也采用焊接。③涡轮式搅拌器:

a、类型:开启式和圆盘式两类:桨叶有平直叶、弯叶和折叶。b.特点:径向流;

d:L:b-20:5:4,d/D-0.2~0.5,常取0.33;片数为4、6、8:转10~-300r/min;

流速为4~10m/s:

介质粘度最大为50

Pa.s。c、应用:搅拌器广泛用丁快速溶解

和进行乳化操作。

3.水处理工艺中污泥浓缩设备主要有哪些？污泥脱水设备主要有哪些？简单概括带式压滤机的基本原理、特点和适用条件是什么？

答：（1）水处理工艺中污泥浓缩设备主要有重力式污泥浓缩池、浓缩机、带式浓缩机、卧螺式离心机等。

（2）水处理工艺中污泥脱水设备主要有带式压滤机、离心脱水机、板框压滤机、真空过滤机等。

（3）带式压滤机:

①基本原理:把压力施加在滤布上，用滤布的压力和张力使污泥脱水:其工作过程包括污泥絮凝、重力脱水、楔形脱水和压榨脱水(低压脱水、高压脱水)四步进行。②特点:带式压滤机是连续运转的污泥脱水设备，进泥的含水率-一般为96~97%，脱水后滤饼的含水率为70~80%。

操作简便，可维持稳定的运转，其脱水效果主要取决于滤带的速度和张力:结构紧凑、简单，低速运转，易保养:处理能力高、耗电少，允许负荷有较大范围的变化:无噪声和振动，易于实现密闭操作。③适用于城市水处理工艺及化工、造纸、冶金、矿业加工、食品等行业的各类污泥的脱水处理。

4.膜分离原理是什么？水工艺中常见的膜有哪些？它们的特点、性能及水工艺中的应用是什么？从净化水质原理方面简单概括这里面所说的膜与微生物膜有什么区别？

答：（1）膜分离原理是利用膜的选择适过性进行分离以及依缩水中离于或分于的设备:通过膜分离设备可实现混合物的组分分离。膜分离条件是存在膜和水中组分存在差别。

（2）水工艺常用的膜是:离子交换膜、反渗透膜和超滤膜。

（3）①离子交换膜:

a、特点:用于电渗析，带电荷的膜，不同电荷的离子在膜内的迁移速度有很大的差别，这就是离子交换膜对离子透过的选择性。b、性能:主要由交换容量和含水率来体现的。c、应用:用于电渗析设备。②反渗透膜:

a、特点及性能:选择性吸附与毛细管流，即界面现象和在压力下流体通过毛细管的综合结果:一种多孔性膜，具有良好的化学性质:一种半透膜，只能通过溶液中某种组分，不具有离子交换性质，属中性膜。b、应用:用于反渗透设备。③超滤膜:

a、特点及性能:过程使用的膜都是微孔膜，微粒是否被截留，除了与操作条件有关外，主要还取决丁微粒的大小和结构以及膜微孔的大小和结构。h.应用，用于超滤设备。

（4）微生物膜净化原理是利用附着在载体表面上的微生物群体对水中的污染物吸附、氧

化即生物降解、生物吸附、生物絮凝等作用，从而达到净化水质目的。而这里面所说的膜是指一种具有选择性的膜，它不是生物的组成体，它是通过膜的选择透过性进行分离以及浓缩水中污染物，从而达到净化水质目的。

5.控制金属电化学腐蚀速度的主要因素是什么？并具体说明它们控制金属腐蚀速度的原理？设备电化学保护方法有哪些？

答：（1）控制金属电化学腐蚀速度的主要因素是:极化、钝化、氢去极化和氧去极化。

（2）原理①极化:电流通过电极，阴极电位减小，阳极电位增大，减小丁电池两极之间的电位差，降低金属腐蚀速度。机理可分为活化极化、浓差极化、电阻极化。②钝化:金属与介质作用后，失去其化学活性，变得更为稳定的现象。机理可分为成相膜理论和吸附理论。③氢去极化:以氢离子还原反应为阴极过程的腐蚀。过程包括水化氢离子脱水、形成吸附氢原子和吸附氢原子脱附。影响因素有金属材料的性状、pH值、阴极区的面积和温度。④氧去极化:在中性和碱性溶液中，由于氢离子的浓度较低，析氢反应的电位较负，一般金属腐蚀过程的阴极反应往往不是析氢反应，而是溶液中的氧的还原反应，此时腐蚀去极化剂是氧分子。过程包括氧通过气/液界面传质，由空气进入溶液:溶解氧通过对流扩散均布在溶液中:氧以打散方式通过电极表面的扩散层，到达金属的表面:氧在金属表面进行还原反应。影响因素有阳极材料电极电位、溶解氧浓度、溶液流速、盐浓度和温度。

（3）设备电化学方法主要有阴极保护和阳极保护法。

二

论述题（25分）

给水排水专业设水工艺设备基础这门课程的背景是什么？结合你在听讲的过程的感受，谈谈你认为这门课应该采取何种方式讲授比较好？授课教师讲课方式有哪些不足的地方？谈谈你的建议是什么？

（1）背景:

①随看水处理技术、工艺的个断改进和完善，以及水工业设施建设中成套专用设备和检测、控制仪器仪表的投资比例的逐渐提高，水工业设备、器材和仪器仪表与工程要求之间的差距已显露出来。水工艺设备和自动控制系统作为提高水处理效率、保证处理水质、节省运行费用、减轻劳动强度的关键，其装备水平也因此成为水工业发展水平的重要标志。②以特定的工艺技术与特殊设备高度集成的成套技术和工艺流程在水工业的建设、发展中所占比例不断提高，技术设备和器材所占的投资比例相应明显上升，反映了水工艺工程向设备化、产业化和市场化的发展趋势。③因此，迫切需要有一本适应这方面发展、体现相关内容的教科书，《水工艺设备基础》就是在此背景下为适应当前给水排水专业发展而增列开设的一门新的课程，该课程的设置是贯彻“厚基础，宽口径”的育人方针、使学科发展与行业需要相适应的具体体现。

（2）在这一学期的网上听课的学习过程中，我个人还是比较喜欢采用线下授课的方式更能引导学生学的更好。

（3）讲授方面没有什么不足的地方，讲授的很好了。

（4）建议老师能在线上教学的时候能更多的引导学生一起讨论问题，这样能相互学习，共同进步。