水污染控制工程高廷耀課后習題答案下冊.doc

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高廷耀，顧國維，周琪.水污染控制工程（下冊）.高等教育出版社.2007 一、污水水質和污水出路（總論）。 1． 簡述水質指標在水體污染控制、污水處理工程設計中的作用。 答：水質污染指標是評價水質污染程度、進行污水處理工程設計、反映污水處理廠處理效果、開展水污染控制的基本依據。 2． 分析總固體、溶解性固體、懸浮性固體及揮發(fā)性固體指標之間的相互聯(lián)系，畫出這些指標的關系圖。 答：水中所有殘渣的總和稱為總固體（TS），總固體包括溶解性固體（DS）和懸浮性固體（SS）。水樣經過濾后，濾液蒸干所得的固體即為溶解性固體（DS），濾渣脫水烘干后即是懸浮固體（SS）。固體殘渣根據揮發(fā)性能可分為揮發(fā)性固體（VS）和固定性固體（FS）。將固體在600℃的溫度下灼燒，揮發(fā)掉的即市是揮發(fā)性固體（VS），灼燒殘渣則是固定性固體（FS）。溶解性固體一般表示鹽類的含量，懸浮固體表示水中不溶解的固態(tài)物質含量，揮發(fā)性固體反映固體的有機成分含量。 關系圖 3．生化需氧量、化學需氧量、總有機碳和總需氧量指標的含義是什么？分析這些指標之間 的聯(lián)系與區(qū)別。 答：生化需氧量（BOD）：水中有機污染物被好氧微生物分解時所需的氧量稱為生化需氧量。 化學需氧量（COD）：在酸性條件下，用強氧化劑將有機物氧化為CO2、H2O所消耗的氧量。 總有機碳（TOC）：水樣中所有有機污染物的含碳量。 總需氧量（TOD）：有機物除碳外，還含有氫、氮、硫等元素，當有機物全都被氧化時，碳被氧化為二氧化碳，氫、氮及硫則被氧化為水、一氧化氮、二氧化硫等，此時需氧量稱為總需氧量。 這些指標都是用來評價水樣中有機污染物的參數(shù)。生化需氧量間接反映了水中可生物降解的有機物量。化學需氧量不能表示可被微生物氧化的有機物量，此外廢水中的還原性無機物也能消耗部分氧?？傆袡C碳和總需氧量的測定都是燃燒化學法，前者測定以碳表示，后者以氧表示。TOC、TOD的耗氧過程與BOD 的耗氧過程有本質不同，而且由于各種水樣中有機物質的成分不同，生化過程差別也大。各種水質之間TOC或TOD與BOD不存在固定關系。在水質條件基本相同的條件下，BOD與TOD或TOC之間存在一定的相關關系。 4．水體自凈有哪幾種類型？氧垂曲線的特點和使用范圍是什么？ 答：水體自凈從凈化機制來看，可分為：物理凈化、化學凈化和生物凈化。 氧垂曲線適用于一維河流和不考慮擴散的情況。特點 5．試論排放標準、水環(huán)境質量指標、環(huán)境容量之間的聯(lián)系。 答：環(huán)境容量是水環(huán)境質量標準指定的基本依據，而水環(huán)境質量標準則是排放標準指定的依據。 6．我國現(xiàn)行的排放標準有哪幾種？各標準的使用范圍及相互關系是什么？ 答：我國現(xiàn)行的排放標準有濃度標準和總量控制標準。根據地域管理權限又可分為國家排放標準、地方排放標準、行業(yè)排放標準。 我國現(xiàn)有的國家標準和地方標準基本上都是濃度標準。 國家標準按照污水排放去向，規(guī)定了水污染物最高允許排放濃度，適用于排污單位水污染物的排放管理，以及建設項目的環(huán)境影響評價、建設項目環(huán)境保護設施設計、竣工驗收及其投產后的排放管理。 行業(yè)標準：根據部分行業(yè)排放廢水的特點和治理技術發(fā)展水平，國家對部分行業(yè)制定了國家行業(yè)標準。 地方標準：省、直轄市等根據經濟發(fā)展水平和管轄地水體污染空制需要，可以依據《中華人民共和國環(huán)境保護法》、《中華人民共和國水污染仿治法》制定地方污水排放標準。地方標準可以增加污染物控制指標，但不能減少；可以提高對污染物排放標準的要求，但不能降低標準。 二、污水的物理處理 1．試說明沉淀有哪幾種類型？各有何特點？并討論各種類型的內在聯(lián)系與區(qū)別，各適用在哪些場合？ 課后習題有答案 2．設置沉砂池的目的是什么？曝氣沉砂池的工作原理與平流式沉砂池有何區(qū)別？ 答：沉砂池的設置目的是去除污水中泥砂、煤渣等相對密度較大的無機顆粒，以免影響后續(xù)處理構筑物的正常運行。 沉砂池的工作原理是以重力分離或離心力分離為基礎，即控制進入沉砂池的污水流速或旋流速度，使相對密度大的無機顆粒下沉，而有機顆粒則隨水流帶走。 平流式沉砂池是通過控制進入的污水流速，以重力分離無機顆粒；而曝氣沉砂池是由于曝氣作用，在池的橫斷面上產生旋轉流動，整個池內水流產生螺旋狀前進的流動形式，無機砂粒由于離心力作用而沉入集砂槽中。 3．水的沉淀法處理的基本原理是什么？試分析球形顆粒的靜水自由沉降（或上?。┑幕疽?guī)律，影響沉淀或上浮的因素有哪些？ 答：水的沉淀處理的基本原理是利用水中懸浮顆粒的密度比水大，在重力作用下，懸浮物下沉而實現(xiàn)懸浮物與廢水分離。 F1、F2分別表示球形顆粒的重力和水對顆粒的浮力，則顆粒在水中的有效重量為 （1） 式中：d為球體顆粒的直徑；ρs、ρ分別表示顆粒及水的密度；g為重力加速度。 以F3表示水對顆粒沉淀的摩擦阻力，則 （2） 式中：A為顆粒在沉淀方向上的投影面積，對球形顆粒，A ；u為顆粒沉速；λ為阻力系數(shù)。 對于層流，結合式（1）和（2），在Re﹤1時， u 式中：μ為水的黏度。上式表明：（1）顆粒與水的密度差（ρs-ρ）愈大，沉速愈快，成正比關系。當ρs﹥ρ時，顆粒下沉；當ρs﹤ρ時，顆粒上??；當ρs=ρ時，顆粒既不上浮也不下沉；（2）顆粒直徑愈大，沉速愈快，成正比的平方關系；（3）水的黏度愈小，沉速愈快，成反比關系。因水的黏度與水溫成反比，故提高水溫有利于加速沉淀。 4．已知某小型污水處理站設計流量為Q=400m3/h，懸浮固體濃度ss=250mg/L。設沉淀效率為55%。根據試驗性能曲線查得μ0=2.8m/h，污水的含水率為98%，試為該處理站設計豎流式初沉池。 5．已知某城鎮(zhèn)污水處理廠設計平均流量為Q=20000m3/d，服務人口100000人，初沉污泥量按25g/（人日），污泥含水率按97%計算，試為該處理站設計曝氣沉砂池和平流式沉淀池。 6．加壓溶氣氣浮的基本原理是什么？有哪幾種基本流程與溶氣方式？各有何特點？ 答案見課后習題 7．微氣泡與懸浮顆粒相黏附的基本條件是什么？有哪些影響因素？如何改善微氣泡與顆粒的黏附性能？ 答：見1-6章內容概要。 8．氣固比的定義是什么？如何確定適當?shù)臍夤瘫龋? 答：氣固比（а）的定義是溶解空氣量（A）與原水中懸浮固體含量（S）的比值，可用下式表示： 氣固比選用涉及原水水質、出水要求、設備、動力等因素，對于所處理的廢水最好金國氣浮試驗來確定氣固比，無試驗資料時一般取0.005-0.06，廢水中懸浮固體濃度不高時取下限，如選用0.005-0.006；但懸浮固體較高時，可選用上限，如氣浮用語剩余污泥濃縮時氣固比一般采用0.03-0.04。 9．在廢水處理中，氣浮法與沉淀法相比較，各有何缺點？ 答： 10．某工業(yè)廢水水量為1200 m3/d，水中懸浮固體濃度為800 mg/L，需要進行氣浮法預處理，請為其設計平流式氣浮池處理系統(tǒng)。 11．如何改進及提高沉淀或氣浮分離效果？ 答：由式 可知，通過采取相應的措施，增大懸浮顆粒的直徑，減小流體的黏度等都能提高沉淀或氣浮分離效果。如：通過混凝處理增大顆粒粒徑，提高水溫以減小水的黏度。另外，也可以減小氣泡直徑來提高氣浮分離效果。 三、污水的生物處理基本概念 1．簡述好氧和厭氧生物處理有機污水的原理和使用條件。 答：污水生物處理是利用自然界中廣泛分布的個體微小、代謝營養(yǎng)類型多樣、適應能力強的微生物的新陳代謝作用，對污水進行凈化的處理方法。 好氧生物處理是在水中存在溶解氧的條件下（即水中存在分子氧）。利用好氧微生物降解有機物，使其穩(wěn)定、無害化的處理方法；厭氧生物處理是在水中既無分子氧又無化合態(tài)氧存在的條件下，兼性細菌與厭氧細菌降解和穩(wěn)定有機物的生物處理方法。 2．某種污水在一連續(xù)進水和完全均勻混合的反應器進行處理，假設反應是不可逆的，且符合一級反應（v=kSA），反應速率常數(shù)k為0.5d-1,求解當反應池容積為20 m3、反應效率為98%時，該反應器能夠處理的污水流量為多大？ 3．簡述城鎮(zhèn)污水生物脫氮過程的基本步驟。 答：污水生物脫氮過程氮的轉化主要包括氨化、硝化和反硝化作用。 （1）氨化：微生物分解有機氮化合物產生氨的過程稱為氨化反應。在氨化微生物作用下，有機氮化合物在好氧或厭氧條件下分解、轉化為氨態(tài)氮。 （2）硝化反應：在亞硝化菌和硝化菌的作用下，將氨態(tài)氮轉化為亞硝酸鹽（NO2-—）和硝酸鹽（NO3-）。 （3）反硝化反應：在缺氧條件下，NO2-和NO3-在反硝化菌的作用下被還原為氮氣。 4．簡述生物除磷的原理。 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：活性污泥法是利用懸浮生長的微生物絮體處理有機廢水一類好氧生物的處理方法。 活性污泥法處理流程包括曝氣池、沉淀池、污泥回流及剩余污泥排除系統(tǒng)等基本組成部分。圖如書251 廢水經過預處理后，進入曝氣池與池內的活性污泥混合成混合液，并在池內充分曝氣，一方面使活性污泥處于懸浮狀態(tài)，廢水與活性污泥充分接觸；另一方面，通過曝氣，向活性污泥供氧，保持好氧條件，保證微生物的正常生長。廢水中有機物在曝氣池內被活性污泥吸附、吸收和氧化分解后，混合液進入二次沉淀池，進行固液分離，凈化的廢水排出。大部分二沉池的沉淀污泥回流到曝氣池進口，與進入曝氣池的廢水混合。 2．常用的活性污泥法曝氣池的基本形式有哪些？ 答：曝氣池實質上是一個反應器，它的池型與所需的水力特征及反應要求密切相關，主要分為推流式、完全混合式、封閉環(huán)流式及續(xù)批式四大類。 3．活性污泥法有哪些主要運行方式？各運行方式有何特點？ 答：活性污泥法主要運行方式有：普通曝氣法、漸減曝氣法、階段曝氣法、吸附再生（接觸穩(wěn)定）法、吸附—生物降解工藝、延時曝氣法、純氧曝氣法和間歇活性污泥法。 特點： 普通曝氣法：在曝氣池內，廢水有機物濃度和需氧量沿池長逐步下降，而供氧量沿池長均勻分布，可能出現(xiàn)前段供氧不足，后段供氧過剩的現(xiàn)象。這種活性污泥法的優(yōu)點在于因曝氣時間長而處理效率高，一般BOD去除率為90%—95%，特別適用于處理要求高而水質比較穩(wěn)定的廢水；但它存在著較為嚴重的缺陷。（其他在課后習題） 4．解釋污泥泥齡的概念，說明它在污水處理系統(tǒng)設計和運行管理中的作用。 答：污泥泥齡為在處理系統(tǒng)中微生物的平均停留時間。 污泥泥齡是活性污泥處理系統(tǒng)設計、運行的重要參數(shù)，在理論上也有重要意義。以污泥泥齡作為生物處理的控制參數(shù)，其重要性是明顯的，因為通過控制污泥泥齡，可以控制微生物的比增長速率及系統(tǒng)中微生物的生理狀態(tài)。 5．從氣體傳遞的雙膜理論，分析氧傳遞的主要影響因素。 答：影響氧傳遞速率的主要因素為氣相中氧分壓、液相中氧的濃度梯度、氣液之間的接觸面積和接觸時間、水溫、污水的性質、水流的紊亂程度等。 （1）廢水水質：污水中含有各種雜質，對氧的傳遞會產生一定的影響。其中主要是溶解性有機物，特別是某些表面活性物質，他們會在氣液界面處集中，形成一層分子膜，增加氧傳遞的阻力，影響氧分子的擴散。 （2）水溫：水溫對氧傳遞影響較大，水溫上升，水的餓黏度降低，液膜厚度減小，擴散系數(shù)提高，KLa值增高；反之，則KLa值降低。水溫對溶解氧飽和度Cs值也會產生影響。隨著溫度的增加，KLa值增大，Cs值降低，液相中氧的濃度梯度有所減小。因此，水溫對氧轉移有兩種相反的影響，但并不是完全抵消，總的來說，水溫降低有利于氧的轉移。 （3）氧分壓：Cs值除了受到污水中溶解鹽及溫度的影響外，自然還受到氧分壓或氣壓的影響，氣壓降低，Cs值也隨之下降；反之則提高。 6．生物脫氮、除磷的環(huán)境條件要求和主要影響因素是什么？說明主要生物脫氮、除磷工藝的特點。 答：生物脫氮、除磷影響因素有：（1）環(huán)境因素，如溫度、pH、DO；（2）工藝因素，如污泥泥齡、各反應區(qū)的水力停留時間、二沉池的沉淀效果；（3）污水成分，如污水中易降解有機物濃度，BOD5與N、P的比值等。 常用脫氮除磷工藝性能特點 工藝名稱 優(yōu)點 缺點 AN/O 在好氧前去除BOD，節(jié)能； 硝化前產生堿度； 前缺氧具有選擇池的作用 脫氮效果受內循環(huán)比影響； 可能存在諾卡氏菌的問題； 需要控制循環(huán)混合液的DO AP/O 工藝過程簡單；水力停留時間短；污泥沉降性能好；聚磷菌碳源豐富，除磷效果好 如有硝化發(fā)生除磷效果會降低；工藝靈活性差 A2/O 同時脫氮除磷；反硝化過程為硝化提供堿度；水力停留時間短；反硝化過程同時除去有機物；污泥沉降性能好 回流污泥含有硝酸鹽進入厭氧區(qū)，對除磷效果有影響；脫氮受回流比影響；聚磷菌和反硝化菌都需要易降解有機物 倒置A2/O 同時脫氮除磷；厭氧區(qū)釋磷無硝酸鹽的影響；無混合液回流，流程簡單，節(jié)能；反硝化過程同時除去有機物；好氧吸磷充分；污泥沉降性能好； 厭氧釋磷得不到優(yōu)質降解碳源；無混合液回流時總氮去除效果不高 UCT 減少了進入厭氧區(qū)的硝酸鹽量，提高了除磷效率；對有機物濃度偏低的污水，除磷效率有所改善；脫氮效果好 操作較為復雜； 需增加附加回流系統(tǒng) 改良Bardenpho 脫氮效果優(yōu)秀； 污泥沉降性能好 池體分隔較多； 池體容積較大 PhoStrip 易于與現(xiàn)有設施結合及改造； 過程靈活性好；除磷性能不受進水有機物濃度限制；加藥量比采用化學沉淀法小很多；出水磷酸鹽濃度可穩(wěn)定小于1mg/L 需要投加化學藥劑；混合液需保持較高DO濃度，以防止磷在二沉池中釋放；需附加的池體用于磷的解吸；如使用石灰可能存在結垢問題 SBR及變形工藝 可同時脫氮除磷；靜置沉淀可獲得低SS出水；耐受水力沖擊負荷；操作靈活性好 同時脫氮除磷時操作復雜；潷水設施的可靠性對出水水質影響大；設計過程復雜；維護要求高，運行對自動控制依賴性強；池體容積較大 7．如何計算生物脫氮、除磷系統(tǒng)的曝氣池容積、曝氣池需氧量和剩余污泥量？ 8．如何計算生物脫氮系統(tǒng)反硝化池的容積？ 9．仔細分析污水中COD的組成，并說明它們在污水處理系統(tǒng)中的去除途徑。 答：污水中COD的組成如下圖。其中可生物降解的大多數(shù)被微生物降解；不可生物降解的溶解態(tài)COD隨出水流走，顆粒態(tài)COD進入剩余污泥。 總COD 可生物降解 COD 不可生物 降解COD 易生物降解 (溶解態(tài)) 復雜有機物 揮發(fā)性脂肪酸 慢速生物 降解(顆粒態(tài)) 膠體態(tài) 顆粒態(tài) 溶解態(tài) 顆粒態(tài) 10．二沉池的功能和構造與一般沉淀池有什么不同？在二沉池中設置斜板為什么不能取得理想效果？ 答：二沉池的功能要考慮固液分離和污泥濃縮的要求； 二沉池的構造可與污水處理廠的初沉池類似，可以采用平流式、豎流式和輻流式。但在構造上要注意以下幾點： （1）二沉池的進水部分要仔細考慮，應使布水均勻并造成有利于絮凝的條件，使污泥絮凝結大。 （2）二沉池中污泥絮凝體較輕，容易被水挾走，因此要限制出流堰處的流速，可在池面設置更多的出水堰槽，使單位堰長的出水量符合規(guī)范要求，一般二沉池出水堰最大負荷不大于1.17L/(sm)。 （3）污泥斗的容積，要考慮污泥濃縮的要求。 （4）二沉池應設置浮渣的收集、撇除、輸送和處置裝置。 斜板可以提高沉淀效能的原理主要適用于自由沉淀，但在二沉池中，沉淀形式主要屬于成層沉淀而非自由沉淀。 五、生物膜法 1．什么是生物膜法？生物膜法有哪些特點？ 答：生物膜法處理廢水就是使廢水與生物膜接觸，進行固、液相的物質交換，利用膜內微生物將有機物氧化，使廢水獲得凈化，同時，生物膜內的微生物不斷生長與繁殖。 生物膜法具有以下特點： （1）固著于固體表面的生物膜對廢水水質、水量的變化有較強的適應性，操作穩(wěn)定性好。 （2）不會發(fā)生污泥膨脹，運轉管理較方便。 （3）由于微生物固著于固體表面，即使增殖速度慢的微生物也能生長繁殖。 （4）因高營養(yǎng)級的微生物存在，有機物代謝時較多的轉化為能量，合成新細胞即剩余污泥量較少。 （5）多采用自然通風供氧。 （6）活性生物量難以人為控制，因而在運行方面靈活性較差。 （7）由于載體材料的比表面積小，故設備容積負荷有限，空間效率較低。 2．試述生物膜法處理污水的基本原理？ 答：生物膜法是使細菌和菌類一類的微生物和原生動物、后生動物一類的微型動物附著在濾料或某些載體上生長繁殖，并在其上形成膜狀生物污泥—生物膜。污水與生物膜接觸，污水中的有機物，作為營養(yǎng)物質，為生物膜上的微生物所攝取，污水得到凈化，微生物自身也得到繁衍增殖。