地下水环境工程复习题.doc

1 极性使水分子之间存在氢键，导致04范围内水的体积“热缩冷胀”。2 影响表面张力的因素：分子间相互作用力、温度（温度升高，表面张力下降）、压力（随压力增加而下降）。3 对于二组分稀溶液，加入非挥发性溶质B以后，溶剂A的蒸气压会下降。4 亨利定律：在一定温度和平衡状态下，气体在液体里的溶解度（物质的量分数）和该气体的平衡分压成正比。5 Clausius-Clapeyron方程：描述气体溶解度随温度的变化。如果T1 c2，即气体溶解度随温度升高而下降。6 在封闭体系的碳酸平衡中，pH8.3时，H2CO3*可以忽略不计，水中只存在HCO3-和CO32-，可仅考虑二级电离平衡。当pH10.33时，CO32-在各碳酸盐组分中的含量最大；当6.35pH20）。4. 被修复的污染土壤应具较高的渗透性，质地均匀。5. 污染物必须在地下水位以上。38 污染土壤的化学修复：基于污染物土壤化学行为的改良措施，如通过添加改良剂、抑制剂等化学物质降低土壤中污染物的水溶性、扩散性和生物有效性，从而使污染物得以降解或者转化为低毒、无毒性物质或移动性较低的化学形态，以减弱污染物对生态和环境的危害。39 污染土壤的电动修复：通过在污染土壤两侧施加直流电压形成电场梯度，土壤中的污染物在电场作用下通过电迁移、电渗流或电泳的方式被带到电极两端，使污染土壤得以修复的方法。控制土壤pH值是电动修复技术的关键。为了控制阴极区产生的OH-向阳极方向移动，可通过添加有机酸来消除电极反应产生的OH-。40 重金属污染土壤的植物修复技术包括：1. 植物萃取技术：利用重金属超富集植物从土壤中吸收重金属，并将其转动到地上可收割部位。2. 植物钝化技术：利用特殊植物将污染物钝化/固定，降低重金属的生物有效性及迁移性，使其不能为生物所利用，达到钝化/稳定、隔断、阻止其进入水体和食物链的目的，以减少其对生物和环境的危害。3. 植物挥发：植物通过根系从土壤中吸收污染物并将其转化为气态物质，从植物的地上释放到大气中，以减轻土壤污染。41 吸附法处理污染地下水的特点：可有效实现对水的多种净化功能；吸附过程可以有效捕集浓度很低的物质；吸附剂可重复使用，结合吸附剂的再生可回收有用物质；进水的预处理要求较严，运行费用也较高，因此主要用于污染地下水的深度处理单元。42 水中胶体颗粒物吸附可分为非专属吸附和专属吸附。非专属吸附由表面能引起的表面吸附（物理吸附）；由胶体电荷引起的对反离子的吸附，溶液中的离子与已被吸附的离子可以相互交换（离子交换吸附）。专属吸附：由胶体表面化学作用引起的（化学吸附）。43 物理吸附的吸附剂与吸附质之间的作用力为范德华力，吸附热较小，在较低的温度下就可进行。 被吸附的物质由于分子热运动会脱离吸附剂表面而解吸。没有特定的选择性。可以是单分子层吸附，也可以是多分子层吸附，吸附过程的主要影响因素是吸附剂的比表面积。离子吸附的吸附剂与吸附质之间的作用力为静电引力，是可逆反应，能够迅速达到平衡，以等电荷的关系进行，不受温度的影响，交换方向受离子浓度的影响。化学吸附的吸附剂与吸附质之间的作用力为化学键力，吸附热较大，具有选择性，一种吸附剂只能对一种或几种吸附质发生吸附作用，且只能形成单分子层吸附。当吸附的化学键力较大时，吸附反应为不可逆的过程。44 在移动床的吸附过程中，地下水从吸附柱底部进入，流经吸附剂层被净化后由柱顶排出。与此同时，定期从柱底部排除最先接近饱和的那部分吸附剂（约占吸附柱总炭量的5%20%），并将新鲜或再生后的等量吸附剂从柱顶加入。吸附剂在吸附柱中呈间歇移动状态。45 离子交换树脂具有立体网状结构，按其孔隙特征，可分凝胶型和大孔型。凝胶型树脂的高分子骨架较适合用于吸附无机离子，而不能吸附大分子有机物质。46 离子交换树脂的化学结构可分为不溶性树脂母体和活性基团两部分。47 离子交换树脂的基本类型：()强酸性阳离子树脂含有大量的强酸性基团，容易在溶液中离解出H+，故呈强酸性。树脂离解后，本体所含的负电基团能吸附结合溶液中的其他阳离子。这两个反应使树脂中的H+与溶液中的阳离子互相交换。强酸性树脂的离解能力很强，在酸性或碱性溶液中均能离解和产生离子交换作用。()弱酸性阳离子树脂含弱酸性基团能在水中离解出H+ 而呈酸性。树脂离解后余下的负电基团能与溶液中的其他阳离子吸附结合，从而产生阳离子交换作用。这种树脂的酸性即离解性较弱，在低pH下难以离解和进行离子交换，只能在碱性、中性或微酸性溶液中（如pH514）起作用。这类树脂亦是用酸进行再生（比强酸性树脂较易再生）。（3）强碱性阴离子树脂含有强碱性基团，能在水中离解出OH-而呈强碱性。这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。强碱性阴离子树脂的离解性很强，在不同pH下都能正常工作。它用强碱（如NaOH）进行再生。() 弱碱性阴离子树脂含有弱碱性基团，在水中能离解出OH-而呈弱碱性。这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。这种树脂在多数情况下是将溶液中的整个其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性条件（如pH19）下工作。可用Na2CO3、NH4OH进行再生。() 离子树脂的转型。在实际使用上，常将以上树脂转变为其他离子型式运行，以适应各种需要。例如常将强酸性阳离子树脂与NaCl作用，转变为钠型树脂再使用。工作时钠型树脂放出Na+与溶液中的Ca2+、Mg2+等阳离子交换吸附，除去这些离子。反应时没有放出H+，可避免溶液pH下降和由此产生的副作用（如设备腐蚀等）。这种树脂以钠型运行使用后，可用盐水再生（不用强酸）。阴离子树脂可转变为氯型再使用，工作时放出Cl-而吸附交换其他阴离子，它的再生只需用食盐水溶液。氯型树脂也可转变为碳酸氢型(HCO3-)运行。强酸性树脂及强碱性树脂在转变为钠型和氯型后，就不再具有强酸性及强碱性，但它们仍然有这些树脂的其他典型性能，如离解性强和工作的pH范围宽广等。48 沉淀的类型: 1. 自由沉淀：颗粒在沉淀过程中呈离散状态，互不干扰，其形状、尺寸、密度等均不改变，下沉速度恒定。悬浮物浓度不高且无絮凝性时常发生这类沉淀。2. 絮凝沉淀：当水中悬浮物浓度不高，但有絮凝性时，在沉淀过程中，颗粒互相凝聚其粒径和质量增大，沉淀速度加快。3. 成层沉淀：悬浮物浓度较高(5000mg/L以上)时，每个颗粒下沉都受到周围其他颗粒的干扰，颗粒互相牵扯形成网状的“絮毯”整体下沉，颗粒群与澄清水层之间存在明显的界面。沉淀速度就是界面下移的速度。4. 压缩沉淀：悬浮物浓度很高，颗粒互相接触，互相支承时，在上层颗粒的重力作用下，下层颗粒间的水被挤出，污泥层被压缩。49 根据斯托克斯公式简述颗粒沉速的控制因素。答： 颗粒沉速的决定因素是s-l，当s大于l时，s-l为正值，颗粒以u下沉；当s与l相等时，u = 0，颗粒在水中呈随机悬浮状态，这类颗粒如采用沉淀处理，必须采用絮凝沉淀或气浮法；当s-l为负值时，u亦为负值，颗粒以u上浮，可用气浮法去除。 u与颗粒直径d的平方成正比，因此增加颗粒直径有助于提高沉淀速度(或上浮速度)，提高去除效果。 u与液体的黏度成反比，随水温上升而下降。即沉速受水温影响，水温上升，沉速增大。50 抽出处理技术的重力分离法中，沉淀池可以分为平流式沉淀池、竖流式沉淀池、辐流式沉淀池和斜板（管）式沉淀池四种。51 斜板（管）式沉淀池用平板把沉淀池的沉降空间分成若干个薄层，这时沉降高度显著缩短，处理效果明显提高。52 在利用竖流式沉淀池处理污染地下水时，地下水采用中心入流、周边溢流的方式，水流方向与颗粒的沉降方向相反，产生的污泥借静水压力由排泥管排出。53 膜分离技术：利用某种特殊的半透膜对液体中的不同成分进行选择性分离、浓缩或提纯的技术方法。在膜分离中，溶质透过膜的过程称为渗析，溶剂透讨膜的过程称为渗透。54 扩散渗析：在膜两侧溶液的浓度差（浓度梯度）所产生的传质推动力的作用下，溶质由高浓度的溶液主体透过半透膜，向膜另一侧的低浓度溶液迁移扩散的过程或现象。55 扩散渗析过程可自发进行的条件是：具备浓度差和膜的选择性透过。其分离速度随被分离组分在膜两侧浓度差的降低而降低，当膜两侧的被分离组分浓度达到平衡时，渗析过程便停止进行。56 以阳离子渗析膜为例，简述扩散渗析的基本原理：以选择性阳离子渗析膜将容器分隔为渗析液室和扩散液室，接受液为纯水；渗析液与接受液在膜的两侧逆向流动。由于选择性阳渗析膜只允许阳离子透过，当含有A+、B-组分的渗析液进人渗析液室并与渗析膜M接触时，在膜两侧A+组分浓度差的推动下，A+组分不断地透过渗析膜向扩散液室渗析，B-组分始终被阻隔在渗析液室。这样，在扩散液室出水端就可获得含A+组分的扩散液，原渗析液室中的组分A+、B-得到部分分离。57 电渗析：在直流电场力的作用下，使溶液中的离子有选择地通过离子交换膜迁移，从而得到分离的过程。电渗析中离子渗析迁移的推动力是施加在膜两侧的电场力（梯度），因而与扩散渗析相比，可以有效提高渗析速度和渗析分离的效率。58 简述电渗析法的基本原理：将阴、阳膜交替排列于直流电场的两电极之问，形成交替排列的小水室。在原液进入各个水室向出水端流动的过程中，阴、阳离子会在直流电场力的作用下作定向迁移。其中，阳离子在向阴极迁移的过程中可透过阳膜进入邻室，或是被阴膜阻截滞留在原水室;相反地，阴离子则在向阳极迁移的过程中可透过阴膜进入邻室，或是被阳膜阻截而滞留在原水室，从而在各水室的出水端形成交替排列的浓水室和淡水室，原水中的离子得以分离浓缩。通过各自的排水口就可获得淡水和浓缩液，并可分别加以回收利用。59 简述对离子交换膜的性能要求包括：选择透过性高、交换容量大、导电性好、含水率及溶胀率适中、物化稳定性强60 离子交换膜的选择透过性可用迁移数和膜电位来表征。61 反渗透：在外界所施加的高于溶液渗透压的压力作用下，使水由溶液透过半透膜反向扩散到淡水一侧，并使溶液中的溶质得到浓缩的过程或现象。反渗透的传质推动力是外界向反渗透系统施加的压力，操作压力范围在210MPa。在水处理中，反渗透主要用于高渗透压溶质(如NaCl)的浓缩分离，所分离溶质的相对分子量一般在500以下。62 简述优先吸附毛细孔流理论：反渗透膜是一种具有微细多孔性结构的膜，具有良好的选择性吸附水分子而排斥溶质分子的化学特性。当水溶液与膜表面接触时，膜优先吸附水分子，并在膜溶液界面上形成一层不含溶质的纯水分子层。在外压作用下，界面纯水层在膜孔内产生毛细孔流，并被连续地排到膜的另一侧。因此，反渗透过程是界面现象和压力作用下流体通过贯通膜面的毛细孔的综合结果。63 超滤法：以一定的外界压力为推动力，利用半透膜实现物质分离的膜分离方法。主要用于分子量大于500、直径为0.00510m的中、低浓度的高分子溶解态及胶体态污染物的分离与回收。超滤所分离的溶质分子量较大，分离过程中溶液的渗透压基本可以忽略，因而能在较低的操作压力下操作，操作压力范围一般在0.10.5MPa。64 简述超滤分离的基本原理：当含有两种以上溶质的溶液以某一流速流经具有一定孔径的超滤膜表面时，在外界压力的作用下，溶液中的低分子量物质随溶剂从高压侧透过超滤膜进入低压侧，形成滤过液（滤液），而分子量高于500的大分子物质则被膜截留。随超滤过程的进行，溶液逐渐浓缩，达到一定浓缩程度时，以浓缩液(亦称母液)的形式排出。至此，溶液中不同分子量的溶质得到分离或浓缩。65 超滤过程中，由于膜的选择透过性，被截留的溶质组分在高压侧溶液膜界面上积聚，使界面上的溶质浓度高于溶液主体的浓度，这种现象称为浓差极化。浓差极化现象的减轻：降低超滤膜两侧的压力差；提高超滤溶液湍流程度以降低膜表面的溶质浓度。66 微滤的基本原理：属于筛网状过滤，以微孔滤膜做过滤介质在静压差作用下，直径小于膜孔的粒子通过微滤膜，而直径大于膜孔的粒子则被拦截在微滤膜表面，使大小不同的组分得到分离，主要用于分离去除粒径为0.0510m的微粒、亚微粒和细粒物质，其操作压力为0.77kPa。67 臭氧氧化水处理的核心装置是气液接触设备，投配装置一般采用多孔扩散器、文丘里射流器等，其作用是将臭氧化气分散成尽可能多的微气泡，使气、水充分接触，以提高臭氧的利用率。68 低pH值条件有利于发挥氯氧化法的氧化效果。69 还原法除铬时，通常先在酸性条件下(pH4)把废水中的Cr6+还原成Cr3+，然后在碱性条件下使Cr3+形成氢氧化物沉淀而从水中得以去除。70 混凝沉淀法：通过向废水中投加化学药剂，破坏细小悬浮物和胶体颗粒在水中形成的稳定体系，使其聚集成较大的颗粒而沉降，然后再通过重力沉降过程予以分离的水处理方法。71 混凝机理：1、压缩双电层：天然水中带负电荷的黏土胶粒，在投入铁盐或铝盐等混凝剂后，混凝剂提供的大量正离子由于电中和及吸附作用而涌入胶体扩散层甚至吸附层。因为胶核表面的总电位不变，增加扩散层及吸附层中的正离子浓度，就使扩散层减薄，电位降低。当电位降至某一程度时，胶粒间排斥的能量小于胶粒布朗运动的动能，胶粒就开始产生明显的聚结。2、吸附电中和：胶粒表面对电性相异的胶粒、离子或链状分子带异号电荷的部位的吸附，会中和电位离子所带电荷，导致静电斥力减少，电位降低，从而使胶体的脱稳和凝聚易于发生。胶粒吸附的电性相异的物质量过多时，会导致胶粒因表面电荷改性而重新恢复其稳定状态。3、吸附架桥（吸附桥联）：在悬浮液中加入链状高分子化合物，高分子化合物分子链上的活性基团通过静电、氢键和共价键作用在颗粒表面进行吸附，一条高分子链能同时吸附两个或两个以上胶粒而形成絮团，使悬浮液中的胶体粒子脱稳的现象。絮凝作用并未改变颗粒表面的电性质，胶粒并没有真正脱稳，产生的絮团大而蓬松，其间含有大量的水分，整体重量增加导致沉降。4、沉淀物网捕：向废水中投加含金属离子的化学凝聚剂（如硫酸铝、石灰、氯化铁等高价金属盐类），当药剂投加量和溶液介质的条件足以使金属离子迅速生成金属氢氧化物沉淀，如A1(OH)3、 Fe(OH)3等，或金属碳酸盐沉淀（如CaCO3）时，所生成的难溶分子就会以胶粒或细微悬浮物作为晶核形成沉淀物，或是对其产生吸附作用，从而实现对水中胶粒和细微悬浮物的网捕。72 根据聚集状态的作用机理，混凝过程可划分为凝聚和絮凝两种过程。凝聚是通过向水中投加无机电解质使胶体微粒脱稳并聚集的过程。絮凝是通过高分子絮凝剂的架桥作用，使细微悬浮物颗粒形成松散、多孔、具有三维空间结构的絮状体的过程。73 生物膜法：利用附着在滤料或某种载体表面上，以膜的形态存在的生物污泥（即生物膜）对废水中的有机型污染物进行生物氧化降解的处理方法。74 简述生物滤池的生物膜净化机理：水进入滤池并在滤料表面流动时，在生物膜的吸附作用下，其所含的有机物透过生物膜表面的附着水层，从污水主体向生物膜内部迁移；与此同时，空气中的氧亦通过膜表面附着水层进人生物膜。生物膜中的微生物在有氧的条件下进行新陈代谢的生命活动，对有机物进行氧化降解，降解产物沿着相反方向从生物膜经过附着水层排泄到流动的水或空气中去。当生物膜厚度增长到一定程度或有机物浓度较大时，迁移到生物膜的分子氧主要为膜表层的微生物所消耗，导致生物膜内部供氧不足，出现厌氧层。老化的生物膜在自重和过流废水冲刷的共同作用下自行脱落，膜脱落后的滤料表面又重新开始新的生物膜生长。75 滤池负荷是生物滤池设计与运行中最重要的参数，它分为水力负荷和有机物负荷（BOD5负荷）两种。76 生物滤池BOD5负荷的表示方法为：体积承受负荷和体积去除负荷。工程上如无特别说明，通常所说的“负荷”指的是体积去除负荷。77 生物接触氧法的特点：体积负荷高，且处理时间短；生物活性高，传质效果好；具有较高的微生物浓度，且污泥产量低；出水水质好，且稳定，动力消耗低。78 地下水曝气技术：将压缩空气注入地下水饱和区，在污染晕下方形成气流屏障，防止污染晕进一步向下扩散和迁移，在气压梯度作用下，空气穿透地下水饱和区上升到非饱和区中，在上升过程中可使得挥发性污染物进入压缩空气并被带到非饱和区排出。地下水曝气技术通常用来降低饱水