高廷耀水污染控制工程(下册)习题讲解.doc

高廷耀，顾国维，周琪.水污染控制工程（下册）.高等教育出版社.2007
一、污水水质和污水出路（总论）
1． 简述水质指标在水体污染控制、污水处理工程设计中的作用。
答：水质污染指标是评价水质污染程度、进行污水处理工程设计、反映污水处理厂处理效果、开展水污染控制的基本依据。
2． 分析总固体、溶解性固体、悬浮性固体及挥发性固体指标之间的相互联系，画出这些指标的关系图。
答：水中所有残渣的总和称为总固体（TS），总固体包括溶解性固体（DS）和悬浮性固体（SS）。水样经过滤后，滤液蒸干所得的固体即为溶解性固体（DS），滤渣脱水烘干后即是悬浮固体（SS）。固体残渣根据挥发性能可分为挥发性固体（VS）和固定性固体（FS）。将固体在600℃的温度下灼烧，挥发掉的即市是挥发性固体（VS），灼烧残渣则是固定性固体（FS）。溶解性固体一般表示盐类的含量，悬浮固体表示水中不溶解的固态物质含量，挥发性固体反映固体的有机成分含量。
关系图
3．生化需氧量、化学需氧量、总有机碳和总需氧量指标的含义是什么？分析这些指标之间
的联系与区别。
答：生化需氧量（BOD）：水中有机污染物被好氧微生物分解时所需的氧量称为生化需氧量。
化学需氧量（COD）：在酸性条件下，用强氧化剂将有机物氧化为CO2、H2O所消耗的氧量。
总有机碳（TOC）：水样中所有有机污染物的含碳量。
总需氧量（TOD）：有机物除碳外，还含有氢、氮、硫等元素，当有机物全都被氧化时，碳被氧化为二氧化碳，氢、氮及硫则被氧化为水、一氧化氮、二氧化硫等，此时需氧量称为总需氧量。
这些指标都是用来评价水样中有机污染物的参数。生化需氧量间接反映了水中可生物降解的有机物量。化学需氧量不能表示可被微生物氧化的有机物量，此外废水中的还原性无机物也能消耗部分氧。总有机碳和总需氧量的测定都是燃烧化学法，前者测定以碳表示，后者以氧表示。TOC、TOD的耗氧过程与BOD 的耗氧过程有本质不同，而且由于各种水样中有机物质的成分不同，生化过程差别也大。各种水质之间TOC或TOD与BOD不存在固定关系。在水质条件基本相同的条件下，BOD与TOD或TOC之间存在一定的相关关系。
4．水体自净有哪几种类型？氧垂曲线的特点和使用范围是什么？
答：水体自净从净化机制来看，可分为：物理净化、化学净化和生物净化。
氧垂曲线适用于一维河流和不考虑扩散的情况。特点
5．试论排放标准、水环境质量指标、环境容量之间的联系。
答：环境容量是水环境质量标准指定的基本依据，而水环境质量标准则是排放标准指定的依据。
6．我国现行的排放标准有哪几种？各标准的使用范围及相互关系是什么？
答：我国现行的排放标准有浓度标准和总量控制标准。根据地域管理权限又可分为国家排放标准、地方排放标准、行业排放标准。
我国现有的国家标准和地方标准基本上都是浓度标准。
国家标准按照污水排放去向，规定了水污染物最高允许排放浓度，适用于排污单位水污染物的排放管理，以及建设项目的环境影响评价、建设项目环境保护设施设计、竣工验收及其投产后的排放管理。
行业标准：根据部分行业排放废水的特点和治理技术发展水平，国家对部分行业制定了国家行业标准。
地方标准：省、直辖市等根据经济发展水平和管辖地水体污染空制需要，可以依据《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国水污染仿治法》制定地方污水排放标准。地方标准可以增加污染物控制指标，但不能减少；可以提高对污染物排放标准的要求，但不能降低标准。
二、污水的物理处理
1．试说明沉淀有哪几种类型？各有何特点？并讨论各种类型的内在联系与区别，各适用在哪些场合？
课后习题有答案
2．设置沉砂池的目的是什么？曝气沉砂池的工作原理与平流式沉砂池有何区别？
答：沉砂池的设置目的是去除污水中泥砂、煤渣等相对密度较大的无机颗粒，以免影响后续处理构筑物的正常运行。
沉砂池的工作原理是以重力分离或离心力分离为基础，即控制进入沉砂池的污水流速或旋流速度，使相对密度大的无机颗粒下沉，而有机颗粒则随水流带走。
平流式沉砂池是通过控制进入的污水流速，以重力分离无机颗粒；而曝气沉砂池是由于曝气作用，在池的横断面上产生旋转流动，整个池内水流产生螺旋状前进的流动形式，无机砂粒由于离心力作用而沉入集砂槽中。
3．水的沉淀法处理的基本原理是什么？试分析球形颗粒的静水自由沉降（或上浮）的基本规律，影响沉淀或上浮的因素有哪些？
答：水的沉淀处理的基本原理是利用水中悬浮颗粒的密度比水大，在重力作用下，悬浮物下沉而实现悬浮物与废水分离。
F1、F2分别表示球形颗粒的重力和水对颗粒的浮力，则颗粒在水中的有效重量为
（1）
式中：d为球体颗粒的直径；ρs、ρ分别表示颗粒及水的密度；g为重力加速度。
以F3表示水对颗粒沉淀的摩擦阻力，则
（2）
式中：A为颗粒在沉淀方向上的投影面积，对球形颗粒，A ；u为颗粒沉速；λ为阻力系数。
对于层流，结合式（1）和（2），在Re﹤1时，
u
式中：μ为水的黏度。上式表明：（1）颗粒与水的密度差（ρs-ρ）愈大，沉速愈快，成正比关系。当ρs﹥ρ时，颗粒下沉；当ρs﹤ρ时，颗粒上浮；当ρs=ρ时，颗粒既不上浮也不下沉；（2）颗粒直径愈大，沉速愈快，成正比的平方关系；（3）水的黏度愈小，沉速愈快，成反比关系。因水的黏度与水温成反比，故提高水温有利于加速沉淀。
4．已知某小型污水处理站设计流量为Q=400m3/h，悬浮固体浓度ss=250mg/L。设沉淀效率为55%。根据试验性能曲线查得μ0=2.8m/h，污水的含水率为98%，试为该处理站设计竖流式初沉池。
5．已知某城镇污水处理厂设计平均流量为Q=20000m3/d，服务人口100000人，初沉污泥量按25g/（人·日），污泥含水率按97%计算，试为该处理站设计曝气沉砂池和平流式沉淀池。
6．加压溶气气浮的基本原理是什么？有哪几种基本流程与溶气方式？各有何特点？
答案见课后习题
7．微气泡与悬浮颗粒相黏附的基本条件是什么？有哪些影响因素？如何改善微气泡与颗粒的黏附性能？
答：见1-6章内容概要。
8．气固比的定义是什么？如何确定适当的气固比？
答：气固比（а）的定义是溶解空气量（A）与原水中悬浮固体含量（S）的比值，可用下式表示：

气固比选用涉及原水水质、出水要求、设备、动力等因素，对于所处理的废水最好金国气浮试验来确定气固比，无试验资料时一般取0.005-0.06，废水中悬浮固体浓度不高时取下限，如选用0.005-0.006；但悬浮固体较高时，可选用上限，如气浮用语剩余污泥浓缩时气固比一般采用0.03-0.04。
9．在废水处理中，气浮法与沉淀法相比较，各有何缺点？
答：
10．某工业废水水量为1200 m3/d，水中悬浮固体浓度为800 mg/L，需要进行气浮法预处理，请为其设计平流式气浮池处理系统。
11．如何改进及提高沉淀或气浮分离效果？
答：由式 可知，通过采取相应的措施，增大悬浮颗粒的直径，减小流体的黏度等都能提高沉淀或气浮分离效果。如：通过混凝处理增大颗粒粒径，提高水温以减小水的黏度。另外，也可以减小气泡直径来提高气浮分离效果。
三、污水的生物处理基本概念
1．简述好氧和厌氧生物处理有机污水的原理和使用条件。
答：污水生物处理是利用自然界中广泛分布的个体微小、代谢营养类型多样、适应能力强的微生物的新陈代谢作用，对污水进行净化的处理方法。
好氧生物处理是在水中存在溶解氧的条件下（即水中存在分子氧）。利用好氧微生物降解有机物，使其稳定、无害化的处理方法；厌氧生物处理是在水中既无分子氧又无化合态氧存在的条件下，兼性细菌与厌氧细菌降解和稳定有机物的生物处理方法。
2．某种污水在一连续进水和完全均匀混合的反应器进行处理，假设反应是不可逆的，且符合一级反应（v=kSA），反应速率常数k为0.5d-1,求解当反应池容积为20 m3、反应效率为98%时，该反应器能够处理的污水流量为多大？
3．简述城镇污水生物脱氮过程的基本步骤。
答：污水生物脱氮过程氮的转化主要包括氨化、硝化和反硝化作用。
（1）氨化：微生物分解有机氮化合物产生氨的过程称为氨化反应。在氨化微生物作用下，有机氮化合物在好氧或厌氧条件下分解、转化为氨态氮。
（2）硝化反应：在亚硝化菌和硝化菌的作用下，将氨态氮转化为亚硝酸盐（NO2-—）和硝酸盐（NO3-）。
（3）反硝化反应：在缺氧条件下，NO2-和NO3-在反硝化菌的作用下被还原为氮气。
4．简述生物除磷的原理。
四、活性污泥法
1．活性污泥法的基本概念和基本流程是什么？
答：活性污泥法是利用悬浮生长的微生物絮体处理有机废水一类好氧生物的处理方法。
活性污泥法处理流程包括曝气池、沉淀池、污泥回流及剩余污泥排除系统等基本组成部分。图如书251
废水经过预处理后，进入曝气池与池内的活性污泥混合成混合液，并在池内充分曝气，一方面使活性污泥处于悬浮状态，废水与活性污泥充分接触；另一方面，通过曝气，向活性污泥供氧，保持好氧条件，保证微生物的正常生长。废水中有机物在曝气池内被活性污泥吸附、吸收和氧化分解后，混合液进入二次沉淀池，进行固液分离，净化的废水排出。大部分二沉池的沉淀污泥回流到曝气池进口，与进入曝气池的废水混合。
2．常用的活性污泥法曝气池的基本形式有哪些？
答：曝气池实质上是一个反应器，它的池型与所需的水力特征及反应要求密切相关，主要分为推流式、完全混合式、封闭环流式及续批式四大类。
3．活性污泥法有哪些主要运行方式？各运行方式有何特点？
答：活性污泥法主要运行方式有：普通曝气法、渐减曝气法、阶段曝气法、吸附再生（接触稳定）法、吸附—生物降解工艺、延时曝气法、纯氧曝气法和间歇活性污泥法。
特点：
普通曝气法：在曝气池内，废水有机物浓度和需氧量沿池长逐步下降，而供氧量沿池长均匀分布，可能出现前段供氧不足，后段供氧过剩的现象。这种活性污泥法的优点在于因曝气时间长而处理效率高，一般BOD去除率为90%—95%，特别适用于处理要求高而水质比较稳定的废水；但它存在着较为严重的缺陷。（其他在课后习题）
4．解释污泥泥龄的概念，说明它在污水处理系统设计和运行管理中的作用。
答：污泥泥龄为在处理系统中微生物的平均停留时间。
污泥泥龄是活性污泥处理系统设计、运行的重要参数，在理论上也有重要意义。以污泥泥龄作为生物处理的控制参数，其重要性是明显的，因为通过控制污泥泥龄，可以控制微生物的比增长速率及系统中微生物的生理状态。
5．从气体传递的双膜理论，分析氧传递的主要影响因素。
答：影响氧传递速率的主要因素为气相中氧分压、液相中氧的浓度梯度、气液之间的接触面积和接触时间、水温、污水的性质、水流的紊乱程度等。
（1）废水水质：污水中含有各种杂质，对氧的传递会产生一定的影响。其中主要是溶解性有机物，特别是某些表面活性物质，他们会在气液界面处集中，形成一层分子膜，增加氧传递的阻力，影响氧分子的扩散。
（2）水温：水温对氧传递影响较大，水温上升，水的饿黏度降低，液膜厚度减小，扩散系数提高，KLa值增高；反之，则KLa值降低。水温对溶解氧饱和度Cs值也会产生影响。随着温度的增加，KLa值增大，Cs值降低，液相中氧的浓度梯度有所减小。因此，水温对氧转移有两种相反的影响，但并不是完全抵消，总的来说，水温降低有利于氧的转移。
（3）氧分压：Cs值除了受到污水中溶解盐及温度的影响外，自然还受到氧分压或气压的影响，气压降低，Cs值也随之下降；反之则提高。
6．生物脱氮、除磷的环境条件要求和主要影响因素是什么？说明主要生物脱氮、除磷工艺的特点。
答：生物脱氮、除磷影响因素有：（1）环境因素，如温度、pH、DO；（2）工艺因素，如污泥泥龄、各反应区的水力停留时间、二沉池的沉淀效果；（3）污水成分，如污水中易降解有机物浓度，BOD5与N、P的比值等。
常用脱氮除磷工艺性能特点（见书上）
7．如何计算生物脱氮、除磷系统的曝气池容积、曝气池需氧量和剩余污泥量？
8．如何计算生物脱氮系统反硝化池的容积？
9．仔细分析污水中COD的组成，并说明它们在污水处理系统中的去除途径。
答：污水中COD的组成如下图。其中可生物降解的大多数被微生物降解；不可生物降解的溶解态COD随出水流走，颗粒态COD进入剩余污泥。
10．二沉池的功能和构造与一般沉淀池有什么不同？在二沉池中设置斜板为什么不能取得理想效果？
答：二沉池的功能要考虑固液分离和污泥浓缩的要求；
二沉池的构造可与污水处理厂的初沉池类似，可以采用平流式、竖流式和辐流式。但在构造上要注意以下几点：
（1）二沉池的进水部分要仔细考虑，应使布水均匀并造成有利于絮凝的条件，使污泥絮凝结大。
（2）二沉池中污泥絮凝体较轻，容易被水挟走，因此要限制出流堰处的流速，可在池面设置更多的出水堰槽，使单位堰长的出水量符合规范要求，一般二沉池出水堰最大负荷不大于1.17L/(s·m)。
（3）污泥斗的容积，要考虑污泥浓缩的要求。
（4）二沉池应设置浮渣的收集、撇除、输送和处置装置。
斜板可以提高沉淀效能的原理主要适用于自由沉淀，但在二沉池中，沉淀形式主要属于成层沉淀而非自由沉淀。
五、生物膜法
1．什么是生物膜法？生物膜法有哪些特点？
答：生物膜法处理废水就是使废水与生物膜接触，进行固、液相的物质交换，利用膜内微生物将有机物氧化，使废水获得净化，同时，生物膜内的微生物不断生长与繁殖。
生物膜法具有以下特点：
（1）固着于固体表面的生物膜对废水水质、水量的变化有较强的适应性，操作稳定性好。
（2）不会发生污泥膨胀，运转管理较方便。
（3）由于微生物固着于固体表面，即使增殖速度慢的微生物也能生长繁殖。
（4）因高营养级的微生物存在，有机物代谢时较多的转化为能量，合成新细胞即剩余污泥量较少。
（5）多采用自然通风供氧。
（6）活性生物量难以人为控制，因而在运行方面灵活性较差。
（7）由于载体材料的比表面积小，故设备容积负荷有限，空间效率较低。
2．试述生物膜法处理污水的基本原理？
答：生物膜法是使细菌和菌类一类的微生物和原生动物、后生动物一类的微型动物附着在滤料或某些载体上生长繁殖，并在其上形成膜状生物污泥—生物膜。污水与生物膜接触，污水中的有机物，作为营养物质，为生物膜上的微生物所摄取，污水得到净化，微生物自身也得到繁衍增殖。
3．比较生物膜法和活性污泥法的优缺点。
     答：生物膜法对水质、水量变动有较强的适应性；污泥沉降性能良好，宜于固液分离，且没有污泥膨胀现象；能够处理低浓度的污水；与活性污泥处理系统相比，生物膜处理法中的各种工艺都是比较易于维护管理的而且像生物滤池、生物转盘等工艺，还都是节省能源的，动力费用较低，去除单位重量BOD的耗电量较少。
4．生物膜的形成一般有哪几个过程？与活性污泥相比有什么区别？
答：生物膜在载体上的生长过程是这样的：当有机废水或活性污泥悬浮液培养而成的接种液流过载体时，水中的悬浮物及微生物被吸附于固体表面上，其中的微生物利用有机底物而生长繁殖，逐渐在载体表面形成一层黏液状的生物膜。这层生物膜具有生物化学活性，又进一步吸附、分解废水中呈悬浮、胶体和溶解状态的污染物。
活性污泥是悬浮生长的微生物絮体，而生鹅膜是微生物固着于载体表面生长的。
5．生物膜法有哪几种形式？试比较它们的特点。
答：生物膜法的形式有生物滤池法、生物转盘法、生物接触氧化法。
     生物滤池：
6．无
7．生物滤池有几种形式？各适用于什么具体条件？
8．影响生物滤池处理效率的因素有哪些？它们如何影响处理效果的？
答：影响生物滤池处理效率的因素有：
（1）滤池高度：滤床上层，污水中有机物浓度较高，微生物繁殖速率高，种属较低级，以细菌为主，生物膜量较多，有机物去除速率较高。随着滤床深度增加，微生物从低级趋向高级，种类逐渐增多，生物膜两从多到少。研究表明，生物滤池的处理效率，在一定条件下是随着滤床高度的增加而增加的，在滤床高度超过某一数值后，处理效率的提高微不足道，是不经济的。
（2）负荷：负荷是影响生物滤池性能的主要参数，通常分为有机负荷和水力负荷。
（3）处理水回流：回流对生物滤池性能有下述影响：①回流可提高生物滤池的滤速，它是使生物滤池由低负荷变为高负荷的方法之一②提高滤率有利于防止灰蝇和减少恶臭；③当进水缺氧、腐化、缺少营养元素或含有有毒有害物质时，回流可改善进水的腐化状况，提供营养元素和降低毒物浓度；④进水的水质水量有波动说，回流有调节和稳定进水的作用。
（4）供氧：向生物滤池供给充足的氧是保证生物膜正常工作的必要条件，也有利于排除代谢产物。
9．影响生物转盘处理效率的因素有哪些？它们如何影响处理效果的？
     答：影响生物转盘处理效率的因素有：水力负荷、转盘的转速、级数、水温和溶解氧等。水力负荷对出水水质和BOD5去除率有明显的影响；生物转盘的转速也是影响处理效果的重要因素，包括影响溶解氧的供给，微生物与污水的接触，污水的混合程度和传质，过剩生物膜的脱落，从而影响有机物的去除率。
10．无
11．某印染厂废水量为1000 m3/d，废水平均BOD5为170 mg/L，COD为600 mg/L，试计算生物转盘尺寸。
12．某印染厂废水量为1500 m3/d，废水平均BOD5为170 mg/L，COD为600 mg/L，采用生物接触池处理，要求出水BOD5≤20 mg/L，COD≤250 mg/L，试计算生物接触氧化池的尺寸。
六、污水的厌氧处理
1．厌氧生物处理的基本原理是什么？
     答：厌氧生物处理的基本原理是：厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物（包括兼性微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化为甲烷和二氧化碳等物质的过程。
2．厌氧发酵分为哪几个阶段？为什么厌氧生物处理有中温消化和高温消化之分？污水的厌氧生物处理有什么优势，又有什么不足之处？
答：厌氧发酵分为三个连续的阶段，即为水解酸化阶段、产氢产甲烷产乙酸阶段和产甲烷阶段。
温度是影响微生物生存及生物化学反应最重要的因素之一。各类微生物适宜的温度范围是不同的，各类产甲烷菌的温度范围为5—60℃，在35℃和53℃上下可分别获得较高的消化效率，温度为40—45℃时，厌氧消化效率最低。由此可见，各种产甲烷菌的适宜温度区域不一致，而且最适宜温度范围较小。根据产甲烷菌适宜温度条件的不同，厌氧法分为常温消化、中温消化和高温消化。
3．影响厌氧生物处理的主要因素有哪些？提高厌氧处理的效能主要从哪些方面考虑？
     答：影响厌氧生物处理的主要因素有：pH、温度、生物固体停留时间、搅拌和混合、营养与C/N比、有毒物质、有机负荷、氧化还原电位、厌氧活性污泥等。
4．无5无6．无
七、污水的化学和物理化学处理
1．化学处理的对象主要是水中的哪类杂质？它与生物处理相比有什么特点（成本、运行、管理、占地、污泥等）？
答：化学处理的对象主要是污水中的无机或有机的（难以生物降解的）溶解物质或胶体物质。
它与生物处理法相比的特点：运行成本高，操作管理方便，占地少，污泥产生量多。
2．无
3．化学混凝法的原理及适用条件是什么？城镇污水的处理是否可用化学混凝法，为什么？
答：见该章内容概要。
压缩双电层特别适用于无机盐混凝剂所提供的简单离子的情况。
在城镇污水处理方面，过去很少采用化学混凝的方法。但近年来，化学混凝剂的品种和质量都有较大的发展，使化学混凝处理城镇污水有一定的竞争力。
4．化学混凝剂在投加时为什么必须立即与处理水混合、剧烈搅拌？
     答：为使混凝剂达到优异的混凝效果，应尽量使胶体脱稳，并使吸附架桥作用得到充分发挥。因此，当混凝剂投放水中后，应立即进行剧烈搅拌，使带电聚合物迅速均匀地与全部胶体杂质接触，使胶粒脱稳，随后，脱稳胶粒在相互凝聚的同时，靠聚合度不断增大的高聚物的吸附架桥作用，形成大的絮凝体，使混凝过程很好地完成。
5．化学沉淀法与化学混凝法在原理上有何不同？使用的药剂有何不同？
答：化学沉淀是向废水中投加某种化学物质，使与废水中的一些离子发生反应，生成难溶的沉淀物而从水中析出，以达到降低水中溶解污染物的目的。
化学混凝则是向废水中投加混凝剂使废水中的细小悬浮固体和胶体脱稳，形成大的絮体的过程。
6．氧化和还原有何特点？是否废水中的杂质必须是氧化剂或还原记才能用此方法？
见课后习题
7．无
8．用吸附法处理废水，可以达到出水极为洁净。那么是否对处理要求高、出水要求高的废水，原则上都可以考虑采用吸附法？为什么？
答：不是。由于吸附法对进水的预处理要求高，吸附剂的价格昂贵，因此在废水处理中，吸附法主要用来去除废水中的微量污染物，达到深度净化的目的。或是从高浓度的废水中吸附某些物质达到资源回收和治理的目的。
9．电镀车间的含铬废水，可以用氧化和还原法，化学沉淀法和离子交换法等加以处理，那么，在什么条件下，用离子交换法进行处理是比较合适的？
     答：回收
10．从水中去除某些离子（例如脱盐），可以用离子交换法和膜分离法。当含盐浓度较高时，应用什么方法？为什么？
11．有机酚的去除可以用萃取法。那么，废水中的无机物的去除是否可以用萃取法？为什么？