Applied Math for Water Plant Operators pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Price, Joanne K.

出品人:

页数:536

译者:

出版时间:1991-2

价格:$ 71.13

装帧:

isbn号码:9780877628750

丛书系列:

图书标签:

• 水处理
• 应用数学
• 给水厂
• 操作员
• 数学应用
• 工程数学
• 水务工程
• 计算
• 实践
• 培训

好的，这是一份关于一本名为《应用数学在水处理厂操作中的实践》的图书简介，重点阐述该书涵盖的主题和内容，并确保内容翔实、专业，不包含您提到的那本特定书籍的内容。 --- 《水处理厂运营中的应用数学：从基础理论到实际操作的桥梁》图书简介 核心理念： 本书旨在为现代水处理厂的运营人员、工程师、技术人员以及相关专业的学生，提供一套系统化、实用的数学工具和应用方法。我们深知，水处理是一个高度依赖精确计算和数据分析的领域。本书摒弃纯粹的理论推导，专注于将高等数学、统计学、微积分和代数等核心数学概念，转化为日常运营、过程优化、质量控制和故障诊断的实际能力。 目标读者： 水处理厂、污水处理厂的现场操作员及值班主管 环境工程、化学工程、水资源管理专业的本科生及研究生 负责水务基础设施设计、咨询和审计的工程师 市政公用事业部门的管理者和技术人员 本书结构与内容概览： 本书共分为七个核心模块，层层递进，从基础的单位换算和计量学，深入到复杂的动力学模型和系统优化。 第一部分：基础数学与水文计量学（The Foundations） 本部分是建立操作人员数学素养的基石。它侧重于将抽象的数学符号转化为对水处理流程的直观理解。 1. 单位、量纲与换算矩阵： 详细梳理水处理行业中涉及的国际单位制（SI）与英制单位的转换，重点讲解质量流速、体积流速（包括瞬时流量与累计流量的区分）、浓度单位（如 $ ext{mg/L}$、$ ext{ppm}$、$ ext{ppb}$ 及其摩尔浓度等价物）的精确转换。引入“单位一致性检查”方法论，预防因单位错误导致的重大操作失误。 2. 基础代数与线性方程组在配药中的应用： 重点讲解如何利用线性代数解决多组分混合问题。例如，精确计算混凝剂（如硫酸铝、聚合氯化铝）和消毒剂（如氯气、次氯酸钠）的投加量，以维持目标 $ ext{pH}$ 值和余氯浓度。内容包括如何求解涉及多个反应物消耗和产物生成的平衡方程。 3. 百分比、比例与稀释计算的精确性： 深入探讨不同稀释模型（如连续稀释与分步稀释）对最终浓度的影响，特别是在准备标准溶液和进行实验室比对测试时的数学要求。 第二部分：微积分在水力学与动力学中的应用（Calculus in Fluid Dynamics） 水处理过程本质上是流体运动和化学反应的耦合过程。本部分将微积分的应用聚焦于流体的输送和反应器的性能评估。 1. 导数在速率分析中的应用： 讲解如何使用导数概念来量化水流速率（瞬时流量）的变化，以及在泵送系统中的能耗曲线分析。特别关注压力梯度与流速之间的微分关系。 2. 积分在累积量计算中的应用： 阐述定积分如何用于计算特定时间段内的总进水量、污染物负荷（Load）的累积，以及在沉淀池中计算污泥沉降体积。引入拉格朗日插值法在处理不规则采样数据时的应用。 3. 常微分方程（ODE）在反应动力学中的初步应用： 介绍一阶和零阶反应动力学模型（如氯化反应、生物降解的基础模型）。展示如何利用简单的 $ ext{ODE}$ 来估算污染物在曝气池或接触池中的去除速率，而非仅仅依赖经验公式。 第三部分：统计学与质量控制（Statistics for Process Monitoring） 现代水处理厂的可靠性建立在严格的过程监测和质量保证之上。本部分是关于如何科学地解释数据和进行决策的指南。 1. 描述性统计在水质报告中的应用： 深入讲解均值、中位数、众数、标准差、极差在水质数据分析中的作用。重点是如何识别数据的偏态性，以及何时使用几何平均数而非算术平均数（例如，在分析消毒副产物时）。 2. 概率分布与水质异常检测： 介绍正态分布、泊松分布在特定污染物浓度波动中的适用性。建立基于统计控制限（如 $pm 3sigma$ 标准差）的过程控制图（Control Charts，如 $ ext{X-bar}$ 图和 $ ext{R}$ 图），用于实时监测絮凝效果和过滤速率的稳定性。 3. 回归分析在预测性维护中的潜力： 教授如何使用简单线性回归和多元回归分析，建立进水水质参数与出水水质结果之间的数学关系模型。这有助于操作人员预测在特定进水负荷下，所需化学药剂的投加量，实现提前干预而非事后修正。 第四部分：优化与经济性分析（Optimization and Economic Efficiency） 本部分将数学工具应用于提高运营效率和降低成本，这是水厂管理层关注的核心焦点。 1. 成本函数与最小化问题： 建立包含药剂成本、能源消耗（泵送和曝气）以及人工投入的综合成本函数。使用微积分的极值原理（求导数并令其为零）来确定最优的运行点，例如，在满足水质标准的前提下，找到能耗最低的曝气风量设定值。 2. 效率比率的数学建模： 详细分析“化学药剂投加效率比”（Chemical Dosage Efficiency Ratio）的数学定义与计算方法，以及如何通过调整接触时间（停留时间分布 $ ext{RTD}$ 的数学模型）来最大化去除率与最小化药剂浪费之间的平衡。 3. 能源数学：泵送系统中的水头损失计算： 引入 $ ext{Darcy-Weisbach}$ 方程和修正的 $ ext{Hazen-Williams}$ 公式，讲解如何计算管道摩擦损失和局部阻力损失，从而精确计算所需的泵送功率，并将其转化为电费支出，进行经济性评估。 第五部分：系统建模与模拟（Modeling System Behavior） 本部分超越了对单个单元的分析，转而关注整个处理流程的系统行为。 1. 流量平衡与质量平衡： 讲解如何构建复杂的代数方程组来描述进水、出水、回流和内循环之间的物质守恒关系。这对于设计应急方案和评估设备故障影响至关重要。 2. 反应器数学描述： 深入探讨理想混合反应器（$ ext{CSTR}$）模型与推流反应器（$ ext{PFR}$）模型的应用边界。通过数学工具对比分析，帮助操作员理解曝气池中“死区”和“短路流”对污染物去除效率的负面影响。 3. 污泥处理的数学视角： 介绍污泥龄（Solids Retention Time, $ ext{SRT}$）的数学定义与控制，以及如何利用 $ ext{SRT}$ 的变化来预测剩余污泥的产量和脱水性能。 结语： 《水处理厂运营中的应用数学》不仅是一本参考书，更是一个操作思维的转变过程。它要求读者从“凭经验投加”过渡到“基于数据的精确调控”。通过掌握这些数学工具，读者将能够更自信地应对水质的瞬息万变，确保处理系统的稳定运行，并最终实现更安全、更经济的水资源管理目标。本书的每一章都配有大量真实的水处理案例分析和可直接套用的公式模板，确保理论知识能够无缝地转化为现场的实际操作能力。

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这本书的实战价值简直无可替代，它更像是一位经验丰富的老操作员手把手教你如何用数学武装自己的头脑。我尤其赞赏它在“安全余量”计算上的处理方式。在水处理领域，安全裕度至关重要，这本书没有直接给出固定的安全系数，而是教导读者如何根据历史数据的标准偏差，利用统计学原理来确定一个科学合理的最小和最大投药范围。比如，在计算压力管道的水锤效应和所需安全压力时，书中给出的公式和步骤，让我能够根据我们水厂的具体管网布局来精确评估风险。此外，对于曝气系统的能耗优化，它清晰地展示了氧气传递效率（OTE）与曝气深度、气泡大小之间的非线性数学关系，并提供了简化模型来快速估算最佳曝气量，这直接为我们节省了一笔不小的电费开支。这本书的价值在于，它不仅仅是让你会算，更是让你能“优化”和“预测”。它是一本真正服务于水厂日常运营、提升职业技能的硬核工具书，是每一位水处理专业人员书架上不可或缺的镇馆之宝。

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说实话，我手里关于水处理的书不少，但大多都停留在“是什么”的层面，很少有能深入到“为什么”和“怎么算”的。而《Applied Math for Water Plant Operators》这本书在这方面做得非常出色，它的数学推导过程严谨却又不晦涩，它似乎明白，我们操作人员需要的是能立即在现场派上用场的知识，而不是深奥的数学证明。我尤其欣赏它对渗透压、离子平衡这类概念的阐述，通常这些在化学书里被讲得云里雾里，但在这里，作者巧妙地运用了流量平衡和质量平衡的视角来解释，一下子就清晰了。这种“工程化”的数学解读，让我对水处理过程中的各种平衡关系有了更深刻的认识，比如反渗透膜的浓差极化现象，书里给出的计算模型非常直观，结合图表来看，即便是初次接触也毫无压力。更棒的是，它还涉及了一些设备效率计算，比如泵的扬程和流量关系，以及污泥的脱水性能评估所需的数学模型，这些都是日常工作里需要数据支撑的关键点。这本书绝对是那种可以放在控制室旁边，随时翻阅，即时解决问题的参考手册，它的价值远超出了一个纯粹的数学入门读物。

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我必须承认，刚拿到这本书时，我对“应用数学”这个标签有些抵触，担心内容会过于枯燥。然而，这本书的作者显然深谙如何用最贴近一线工作的方式来呈现复杂的数学原理。它在讲解水质参数间的相互转换时，非常注重单位制和数量级的把控，比如ppm、mg/L和百分比之间的频繁切换，书中用加粗和高亮的方式明确标示了转换的乘数或除数，极大地减少了因单位错误导致的计算失误。特别是关于腐蚀和结垢速率的计算部分，它引入了努塞尔数和雷诺数在管道流体中的应用，虽然这些概念听起来很高深，但作者用非常生活化的比喻解释了它们对管道寿命的实际影响，让我一下子明白了为什么某些区域需要增加阻垢剂。这本书的价值在于，它将水处理工程师必备的数学工具，进行了“模块化”的封装，每个模块都对应一个实际操作点。我发现，自从开始系统学习这本书的内容后，我在撰写例行报告时，对数据分析和趋势预测的能力都有了显著提升，因为我终于掌握了背后的数学逻辑，而不仅仅是照搬软件的默认结果。

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这本《Applied Math for Water Plant Operators》简直是为我这种刚入行的新手量身定做的，内容组织得非常系统，从最基础的单位换算到复杂的化学计量学，循序渐进，让人很容易消化。我记得最开始接触水处理工作时，面对那些密密麻麻的公式和数据就头疼，尤其是涉及到氯投加量、沉淀池容积计算这些环节，稍微算错一步，整个出水水质就可能不达标。这本书的讲解方式非常注重实际应用，它不是那种纯理论的教科书，而是紧密结合了我们日常操作中会遇到的具体场景。比如，它会用好几个实际案例来演示如何根据原水浊度变化调整混凝剂投加量，步骤拆解得极其清晰。而且，书里还附带了大量的习题，这些习题的设计非常巧妙，大多都是模拟真实水厂的工况，做完之后，我对那些看似复杂的计算心里就有底了。阅读过程中，我常常能感觉到作者对水厂操作人员的理解和体谅，比如它会特意强调在高温或低温环境下，某些计算公式需要做哪些修正，这些细节在其他资料里是很难找到的。这本书真正做到了把“数学”这个工具，打磨成我们手中操作水厂的“利器”，而不是束之高阁的理论。

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这本书给我的感觉是“老派”的扎实和“现代”的实用完美结合。它的排版和图例可能不是那种花里胡哨的风格，但内容绝对是干货满满，没有一句废话。我过去在处理pH值校准和碱度控制时，经常因为对缓冲溶液的数学模型理解不深而导致波动。这本书里专门开辟了一章，详细解析了如何根据不同浓度的酸碱溶液进行精确的体积和摩尔量换算，并且引入了温度对溶解度的影响修正因子，这在很多标准操作指南中都是被简化掉的细节。让我印象深刻的是，它对“体积/时间”和“质量/时间”这些速率概念的处理，它没有仅仅停留在定义上，而是通过一系列动态平衡的例子，教我们如何预测反应池中药剂的停留时间分布，这对优化药剂的接触效果至关重要。这本书的章节逻辑性极强，从宏观的厂区水量平衡，到微观的分子间作用力的数学表达，层层递进，构建了一个完整的应用数学知识体系。读完它，我感觉自己对水厂运行的“精细化管理”又上了一个台阶，不再是凭感觉投药，而是有数学模型作为支撑。

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