《环境工程学》课后习题答案详解计算过程全.pdf

环境工程学 目 录 绪论 1 第一章 水质与水体自净 2 第二章 水的物理化学处理方法 18 第三章 水的生物化学处理方法 37 第四章 水处理工程系统与废水最终处置 51 第五章 大气质量与大气污染 54 第六章 颗粒污染物控制 55 第七章 气态污染物控制 63 第八章 污染物的稀释法控制 66 环境工程学 第 1 页 共 72 页 绪论绪论 0-1 名词解释 答：环境：是以人类为主体的外部世界，即人类赖以生存和发展的基本条件的综 合体。 环境问题： 是指由于人类活动作用于周围环境所引起的环境质量变化以及这 种变化对于人类的生产、生活及健康的影响。 环境污染：是指人类活动产生的有害物质或是因子进入系统，引起环境系统 与功能发生变化，危害人体健康和生物的生命活动的现象。 污染物质：是指在引入环境后，能对有用资源或人类健康、生物或生态系统 产生不利影响的物质。 公害：是指因环境污染造成公众生活环境恶化，并引起人群大量发病或死亡 的事件。 环境科学：是指研究人类生存环境质量极其保护与改善的科学。 0-2 试分析人类与环境的关系。 答：“环境”一词是相对于人类而言的，即指的是人类的环境。人类与其环境之间 是一个有着相互作用、相互影响、相互依存关系的对立统一体。人类从周围 环境中获得赖以生存、发展的空间和条件，同时其生产和生活活动作用于环 境，又会对环境产生影响，引起环境质量的变化；反过来，污染了的或受损 害的环境也对人类的身心健康和经济发展等造成不利影响。 0-3 试讨论我国的环境和环境污染问题。 答：我国人口众多，人均资源相对缺乏，环境压力过大。 我国环境污染的主要问题： 环境污染日益加剧； 生态破坏极为严重； 生态环境代价巨大。 0-4 什么是环境工程学？它与其他学科之间的关系怎么样？ 答： 环境工程学是环境科学的一个分支，又是工程学的一个重要组成部分。 它是一门运用环境科学、工程学和其他有关学科的理论方法，研究保护和合 理运用自然资源、控制和防治环境污染与生态破坏，以改善环境质量，使人 环境工程学 第 2 页 共 72 页 们得以健康、舒适地生存与发展的学科。 0-5 环境工程学的主要任务是什么？ 答： 环境工程学有着两方面的任务：既要保护环境，使其免受和消除人类活动 对它的有害影响；又要保护人类的健康和安全免受不利的环境因素的损害。 0-6 环境工程学的主要内容有哪些？ 答： （1）水质净化与水污染控制工程； （2）大气污染控制工程； （3）固体废弃物控制及噪声、振动与其他公害防治工程； （4）清洁生产、污染预防与全过程污染控制工程； （5）环境规划、管理和环境系统工程； （6）环境监测与环境质量评价。 第一章 水质与水体自净第一章 水质与水体自净 1-1 名词解释 答：水的循环：分为自然循环和社会循环两种。 水的自然循环： 是指大自然的水通过蒸发、 植物蒸腾、 水汽输送、 降水、 地表径流、下渗、地下径流等环节，在水圈、大气圈、 岩石圈、生物圈中进行连续运动的过程。 水的社会循环：是指人类社会为了满足生活和生产的需求。要从各种天 然水体中取用大量的水，而经过使用后的水被排放出 来，最终又流入天然水体。 水污染：即水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射性 物质等方面特性的改变，从而影响水的有效利用，危害人群健康或 者破坏生态环境，造成水质恶化的现象。 水质：是指水和其中所含的杂质共同表现出来的物理学、化学和生物学的综 合性质。 水质指标：是表示水中杂质的种类、成分和数量，是判段水质是否符合要求 的具体衡量标准。 水质标准：把国家或政府部门正式颁布的统一规定称为水质标准。 环境工程学 第 3 页 共 72 页 水环境容量：是指一定水体所能容纳污染物的最大负荷。 水体自净：是指水体在一定程度下能自身调节和降低污染的能力。 1-2 试区别悬浮固体和可沉固体，区别悬浮固体和浑浊度。它们的测定结果一般 是如何表示？它们在环境工程中有什么用途？ 答：悬浮固体：如果对水样进行可滤操作，滤渣（包括悬浮物质和另一部分胶体 物质）经烘干后的质量就是悬浮固体量，也称“总不可滤残渣” 。 结果以 mg/L 计。 可沉固体：是指 1L 水样在一锥形玻璃筒内静置 1h 所沉下的悬浮物质数量， 其结果以 mg/L 计。 浑浊度：是指水中不溶解物质对光线透过时所产生的阻碍程度。将蒸馏水中 含有 1mg/L 的 SiO2 称为 1 个浑浊度单位或 1 度。由此测得的浑浊 度称为杰克逊浊度单位（JTU） 。 1-3 取某水样 250mL 置于空重为 54.342 6 g 的古氏坩埚中，经过滤、105烘干、 冷却后称其质量为 54.3998 g，再移至 600炉内灼烧，冷却后称其质量为 54.362 2 g。试求此水样的悬浮固体和挥发性悬浮固体量。 答：悬浮固体量 Lmg /8 .228 250 100010003426.54-3998.54 ）（ 挥发性悬浮固体量 mg/L 150.4 250 100010003622.54-3998.54 ）（ 1-4 将下列水样的电阻率值（cm）换算为电导率（S/cm，mS/m）: （1）某地盐水 100； （2）某地自来水 2000； （3）普通蒸馏水 110 5 （4）高纯水 1010 6（5）理论纯水 18.3106（25） 答：1mS/m=10S/cm （1） cm100 1 = cm10 6 0001.0 1 =10000S/cm=1000 mS/m （2） cm2000 1 = cm10 6 002.0 1 =500S/cm=50 mS/m 环境工程学 第 4 页 共 72 页 （3） cm10 5 1 1 = cm10 6 1.0 1 =10S/cm=1 mS/m （4） cm10 6 10 1 =0.1S/cm=0.01 mS/m （5） cm10 6 18.3 1 =0.055S/cm=0.0055 mS/m 1-5 一井水的电导率为 80mS/m，一河水的电阻率为 2500cm，试分别估算它 们的溶解固体量(TDS)。 答： 井水 =80mS/m=800S/cm TDS（进水）=（0.550.70）=0.625800=500 mg/L 河水= cm2500 1 = 6 100025. 0 1 =400S/cm TDS（进水）=（0.550.70）=0.625400=250 mg/L 1-6取某水样100ml，加酚酞指示剂，用0.100 0 mol/L HCl溶液滴定至终点消耗 盐酸溶液1.40 ml。另取此水样100 ml，以甲基橙作指示剂，用此盐酸溶液滴定 至终点用去6.60 ml。试计算此水样的总碱度及各致碱阴离子的含量（结果以 mmol/L计） 。 答：酚酞碱度P= 100 10001000.040.1 =1.40mmol/L 总碱度T= 100 10001000. 060. 6 =6.60mmol/L 今P 2 1 T,查表1-3得： 氢氧化物碱度= OH =0 碳酸盐碱度=2 2 3 CO =2P 故 2 3 CO =P=1.40mmol/L， 重碳酸盐碱度= 3 HCO =T-2P=6.60-21.40=3.80 mmol/L 1-7取水样100 ml 用0.100 0 mol/L HCl溶液测其碱度。现以酚酞作指示剂，消 耗了HCl溶液0.20 ml，接着再加甲基橙作指示剂，又消耗了3.40 ml。试求该水 环境工程学 第 5 页 共 72 页 样的总碱度和各种致碱阴离子的含量（结果以 mmol/L 计） 。 答：酚酞碱度P= 100 10001000.00.20 =0.20mmol/L 总碱度T= 100 10001000. 040. 320. 0）（ =3.60mmol/L 今 P 2 1 T,查表 1-3 得： 氢氧化物碱度= OH =0 碳酸盐碱度=2 2 3 CO =2P 故 2 3 CO =P=0.20mmol/L， 重碳酸盐碱度= 3 HCO =T-2P=3.60-20.20=3.20 mmol/L 1-8 某水样初始 pH 为 9.5，取 100mL 用 0.2000mol/L H2SO4滴定至 pH 为 8.3 时 需 6.2mL，若滴定至 pH=4.4 则还需加此液 9.80 ml。试求此水样中存在的各种致 碱阴离子的浓度（结果以 mmol/L 和 CaCO3的 mg/L 计） 。 答：酚酞浓度 P= 100 1000200. 02 . 62 =24.8 mmol/L 总碱度T= 100 1000200. 09.82 . 62）（ =64 mmol/L 今 P 2 1 T,查表 1-3 得： 氢氧化物碱度= OH =0 碳酸盐碱度=2 2 3 CO =2P （注：碱度 1 mmol/L=e50mg/L(以 CaCO3计)） 故 2 3 CO =P=24.8 mmol/L=224.850=2480 mg/L(以 CaCO3计)， 重碳酸盐碱度= 3 HCO =T-2P=64-224.8=14.4 mmol/L =114.450=720 mg/L(以 CaCO3计) 1-9 有一水样取 100 ml 用 0.100 0 mol/L HCl 溶液测定其碱度，加入酚酞指示剂 后，水样无色。再加甲基橙作指示剂，消耗盐酸溶液量 5.20 ml，另取此水样 100 ml 用 0.025 0 mol/L 的 EDTA 溶液测其硬度，用去 14.60 ml。试求此水样的总硬 度、碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度（结果以 mmol/L、度和 CaCO3的 mg/L 计） 。 环境工程学 第 6 页 共 72 页 答：由题得 酚酞碱度 P=0 总碱度 T= 100 10001000. 020. 50）（ =5.20 mmol/L 查表 1-3 得： OH =0， 2 3 CO =P=0 mmol/L， 3 HCO =T=5.20 mmol/L 总硬度= 100 10000250. 060.14 =3.65 mmol/L =3.655.6 度=20.44 度 =3.65100 mg/L=365mg/L(以 CaCO3计) P=0，OH-=0，2CO32-=0，HCO3-=T=5.2mmol/L S=2 2 3 CO + 3 HCO =5.20 mmol/L S 2 1 =2.6 mmol/LBODOC。 1-11 试讨论有机物好氧生物氧化的两个阶段。 什么是第一阶段生化需氧量 （La） ？ 什么是完全生化需氧量（BODu）？为什么通常所说的生化需氧量不包括硝化阶 段对氧的消耗量？ 答： 在有氧的情况下，废水中有机物质的分解是分两个阶段进行的。第一阶段 称为碳氧化阶段，主要是不含氮有机物的氧化，也包括含氮有机物的氨化，以 及氨化后生成的不含氮有机物的继续氧化。 碳氧化阶段所消耗的氧量称为碳化 生化需氧量（BOD） 。总的碳化生化需氧量常称为第一阶段生化需氧量或完全 生化需氧量，常以 La或 BODu 表示。 水中的硝化细菌可氧化水中原有的氨和含氮有机物氨化分解出来的氨，最 终转化成硝酸盐。由于硝化作用所消耗的氧量成为硝化生化需氧量，即第二阶 段生化需氧量，常以 LN 或 NOD 表示。 通常所说的生化需氧量只是指碳化生化需氧量， 即第一阶段生化需氧量La， 不包括硝化过程所消耗的氧量 LN。这是因为生化需氧量的定义只规定：有机 物被氧化分解为无机物质。在第一阶段生物氧化中，有机物中的 C 变为 CO2， N 变为 NH3，均已无机化。因此并不关心继续氧化成 NO2、NO3。同时， 对于一般的有机废水，硝化过程大约在 57 天甚至 10 天后才能显著展开，所 以 5 天的 BOD 测定通常是可以避免硝化细菌耗氧的干扰的。 1-12 某工业区生产废水和生活污水的混合废水的 BOD5为 300mg/L（20） ，它 的第一阶段生化需氧量是多少？（假定 k10.23d 1） 环境工程学 第 8 页 共 72 页 答：La= t 1 k- t 10-1 x = 50.23- 10-1 300 =322.58mg/L 1-13 某废水的 BOD5(20)=210mg/L，试求此废水的 BOD10(20)以及第一阶段生化需 氧量，假定 k1(20)=0.17d-1。假设上述废水改放在 30条件下培养测定，试问 5 天 的 BOD 应该是多少（mg/L）？ 答：La（20）= t 1 k- t 10-1 x = 50.17- 10-1 210 =244.56mg/L BOD10(20)= )10-(1 1(T) -k a(20) t L = )10-(156.244 10-0.17 =239.66mg/L 20 (20)1(30)1 047. 1 T kk 1-2030 27. 0047. 117. 0d 0.6)(0.02T (20)(30) aa LL 293.47mg/L0.6)30(0.0256.244 )10-(1 1(30) -k (30)30(5 t a LBOD 280.21mg/L)10-(1293 5-0.27 1-14 三种不同污水水样在 20下的 BOD5均为 350 mg/L，而它们的 k1(20)值分别 为 0.25 d-1、0.36 d-1和 0.47 d-1，试求每种水样的完全生化需氧量。 答： （1）k1(20)=0.25d-1 La（20）= t 1 k- t 10-1 x = 50.25- 10-1 350 =370.85mg/L 环境工程学 第 9 页 共 72 页 （2）k1(20)=0.36d-1 La（20）= t 1 k- t 10-1 x = 50.36- 10-1 350 =355.69mg/L （3）k1(20)=0.47d-1 La（20）= t 1 k- t 10-1 x = 50.47- 10-1 350 =351.58mg/L 1-15 一学生测某废水的生化需氧量，星期二将水样放入 25的培养箱内，到下 星期一才作培养后测定。得 BOD 值为 206mg/L。已知此废水 20k1(20)=0.17 d-1， 试求它的 BOD5(20)。 答： 20 (20)1(25)1 047. 1 T kk 1-2025 12 . 0047. 117. 0d La（25）= t 1 k- t 10-1 x = 60.21- 10-1 206 =217.30mg/L 0.6)(0.02T (20)(25) aa LL Lmg T L L/55.197 6 . 02502. 0 30.217 6 . 002. 0 )25( a(20) )10-(1 1(20) -k (20)20(5 t a LBOD mg/L64.691)10-(155.197 5-0.17 1-16 有一受污染的河水，测得其生化需氧量（20）如表 1-16 所示： 表 1-16 习题 1-16 附表 时间/d 2 4 6 8 10 BOD/(mg/L) 11 18 22 24 26 试用图解法确定此河水的 k1和 La，并求它的 BOD5值。 环境工程学 第 10 页 共 72 页 答： 时间/d 2 4 6 8 10 3 1 t t x 0.5665 0.6057 0.6485 0.6934 0.7272 图解法y = 0.0205x + 0.5255 R2 = 0.9983 0.0000 0.1000 0.2000 0.3000 0.4000 0.5000 0.6000 0.7000 0.8000 024681012 时间/d (t/BOD) 系列1 线性 (系列1) 由上图得：B=0.0205 ，A=0.5255 1- 1 102.0 5255.0 0205.0 61.261.2kd A B Lmg Ak La/37.29 5255.0102.03 .2 1 3 .2 1 33 1 )10-(1 1 -k 5 t a LBOD mg/L29.20)10-(137.29 5-0.102 1-17 通常所说的水质标准和水质要求有什么区别？ 答： 由国家正式颁布的统一规定， 对各项水质指标都有明确的要求尺度和界限， 均为法定要求，具有指令性和法律性，有关部门、企业和单位都必须遵守， 称为水质标准。 各用水部门或设计、研究单位为进行各项工程建设或工艺生产操作，根据 必要的试验研究或一定的经验所确定的各种水质要求。这类水质要求只是一 种必要的和有益的参考，并不都具有法律性。 环境工程学 第 11 页 共 72 页 1-18 为什么制定了地表水环境质量标准，还要制定废水的排放标准？ 答： 地表水环境质量标准只对地表水体中有害物质规定容许的标准限值，还不 能完全控制各种工农业废弃物对水体的污染。为了进一步保护水环境质量， 必须从控制污染源着手，制定相应的污染物排放标准。 1-19 什么叫水体自净？什么叫氧垂曲线？根据氧垂曲线可以说明什么问题？ 答： 进入水体的污染物通过物理、化学和生物等方面的作用被分散、分离或 分解，最后，水体基本上或完全地恢复到受污染前的状态，这个自然净化的 过程称为水体自净。当河流接纳废水以后排入口（受污点）下游各点处溶解 氧的变化十分复杂。以各点离排入口的距离为横坐标，溶解氧量为纵坐标作 图，即得氧垂曲线。氧垂曲线的形状会因各种条件（如废水中有机物浓度、 废水和河水的流量、河道弯曲状况、水流湍急情况等）的不同而有一定的差 异，但总的趋势是相似的。由氧垂曲线可以得到废水排入河流后溶解氧最低 点的亏氧量，及从排入点到临界点所需的时间。 1-20 解决废水问题的基本原则有哪些？ 答： （1）改革生产工艺，大力推进清洁生产，减少废水排放量； （2）重复利用废水； （3）回收有用物质； （4）对废水进行妥善处理； （5）选择处理工艺和方法时，必须经济合理，并尽量采用先进技术。 1-21 什么是“末端治理”？为什么要积极推进“清洁生产”工艺？你怎样认识“清洁 生产”与“末端治理”的关系？ 答： 水处理中的“末端治理”是指排什么废水就处理什么废水。在解决工业废水 问题时应当首先深入工业生产工艺中，与工艺人员相结合，力求革新生产工 艺，尽量不用水或少用水，使用清洁的原料，采用先进的设备及生产方法， 以减少废水的排放量和废水的浓度， 减轻处理构筑物的负担和节省处理费用。 1-22 举例说明废水处理与利用的物理法、 化学法和生物法三者之间的主要区别。 答： 废水处理方法中的物理法是利用物理作用来分离废水中呈悬浮状态的污 染物质，在处理过程中不改变其化学性质。如：沉淀法不仅可除去废水中相 环境工程学 第 12 页 共 72 页 对密度大于 1 的悬浮颗粒，同时也是回收这些物质的有效方法。 化学法利用化学反应的作用来处理水中的溶解性污染物质或胶体物质。 如：离子交换法可用于水的软化（去除 Ca2、Mg2）和除盐（去除水中 全部或部分的阴阳离子） 。 生物法主要利用微生物的作用， 使废水中呈溶解和胶体状态的有机污染物 转化为无害的物质。如：好氧生物处理主要是利用好氧微生物降解水中溶解 和胶体状态的有机污染物。 1-23 一废水流量 q=0.15m3/s，钠离子浓度 1=2500mg/L，今排入某河流。排入口 上游处河水流量 Q=20m3/s，流速 v=0.3m/s，钠离子浓度 0=12mg/L。求河流下 游不远处的钠离子浓度。 答：8.03m/.0as Lmg qaQ aQq /11.35 15. 0208 . 0 208 . 01215. 02500 21 1-24 一污水厂出水排入某一河流。 排入口以前河流的流量 Q=1.20m3/s， BOD5 =4.1 mg/L ，=5.0 mg/L，=3.0 mg/L； 污水厂出水的流量 q=8640 m3/d， BOD5 =20 mg/L ，=80 mg/L，=10 mg/L。假定排入口下游不远某点处出水 与河水得到完全混合，求该点处的河水水质。 答：q=8640 m3/d=0.1 m3/s LmgBOD/32. 5 1 . 02 . 1 1 . 02020. 11 . 4 5(mix) Lmgcl/77.10 1 .02 .1 1 .08020.10 .5 (mix) - LmgNO/53.3 1 .02 .1 1 .01020.10 .3 (mix) - 3 1-25 某生活污水经沉淀处理后的出水排入附近河流。各项参数如表 1-17 所示。 试求： （1）2 天后河流中的溶解氧量;（2）临界亏氧量及其发生的时间。 环境工程学 第 13 页 共 72 页 表 1-17 习题 1-25 附表 参数 污水厂出水 河水 流量/m 3s-1 0.2 5.0 水温/ 15 20 DO/mgL-1 1.0 6.0 BOD5(20)/mgL-1 100 3.0 k1(20)/d-1 0.2 k2(20)/d-1 0.3 答： （1） LmgDO/.815 5.020. 5.00 . 620.0 . 1 mix LmgBOD/73. 6 5.020. 5.00 . 320.100 mix5 C19.81 5.020. 5.02020.15 mix T Lmg BOD L tk /48.7 10-1 73.6 10-1 52.0- 5mix 0 1 2081.19 (20)1(19.81)1 047. 1 kk 1-2081.19 199. 0047. 12 . 0d 2081.19 2(20)2(19.81) 160 . 1 kk 1-2081.19 299. 0160 . 13 . 0d 查表或者计算 19.81时清洁水的饱和溶解氧： DOS（19.81）= 26.32 8.477 t =9.17mg/L 初始亏氧量：D0=9.17-5.81=3.36mg/L tktta kk Lk D 221 10D)10-(10 - 0 k-k- 12 1 t 2299. 020.299-20.199- 10363.)10-(10 .1980-.2990 48. 7199. 0 =3.05mg/L 环境工程学 第 14 页 共 72 页 DO=9.17-3.05=6.12mg/L （2） 01 120 1 2 12 c )-( -1lg -k 1 t Lk kkD k k k 48. 7919. 0 ).1990-992 . 0(31. 3 -1 991 . 0 992 . 0 lg 0.199-992 . 0 1 = 0.66d-1 c tk C L k D 1 10 k 0 2 1 mg/L 68.31048.7 992 .0 919.0 65.0919.0 1-26 一城市污水处理厂出水流量为 q=20000 m3/d， BOD5 =30 mg/L， DO=2 mg/L， 水温 20，k1=0.17d-1。将此处水排入某河流，排放口上游处河水流量为 Q=0.65 m3/s，BOD5 =5.0 mg/L，DO=7.5 mg/L，水温 23，混合后水流速度 v=0.5 m/s， k2可取 0.25 d-1。试求混合后溶解氧最低值及其发生在距排放多远处？ 答：q=20000 m3/d=0.23 m3/s 混合后的 BOD5 mix= 65.023.0 65.00 .523.030 =11.53 mg/L L0= t 1 k- 5 10-1 mix BOD = 517.0- 10-1 53.11 =13.43 mg/L 混合后水中溶解氧 DOmix= 65. 023. 0 65. 07.523. 02 =6.06 mg/L 混合后水温 T mix= 65. 023. 0 65. 02323. 020 =22.22 k1（22.22）= k1（20）1.04722.22-20=0.171.047 2.22=0.19 d-1 k2（22.22）= k2（20）1.01622.22-20=0.251.016 2.22=0.26 d-1 22.22时的饱和溶解氧：DOS（22.22）= 26.32 8.477 t =8.77 mg/L 环境工程学 第 15 页 共 72 页 初始亏氧量：D0=8.77-6.06=2.71 mg/L 01 120 1 2 12 c )-( -1lg -k 1 t Lk kkD k k k 1.47d 43.1319.0 ).190-26.0(71.2 -1 19.0 26.0 lg 0.19-26.0 1 临界亏氧量 c tk C L k D 1 10 k 0 2 1 mg/L 5.161043.13 26.0 19.0 47.119.0 DO=8.77-5.16=3.61 mg/L L=tc2436000.5=1.47 2436000.563504m=63.504km 1-27 一奶制品工厂废水欲排入某河流，各项参数如表 1-18 所示。问： 表 1-18 习题 1-27 附表 参数 废水 河水 流量/m 3d-1 1 000 19 000 水温/ 50 10 DO/mgL -1 0 7.0 BOD5(20)/mgL -1 1 250 3.0 k1(20)/d -1 0.35 k2(20)/d -1 0.5 问：(1)如果废水不做任何处理，排入河流后，最低溶解氧量是多少？ (2)如果该河流规定类水体， 要求溶解最低值不得低于 5.0 mg/L， 工厂应该 将废水的 BOD5(20)处理到不超过多少浓度时才能排放？ 答： （1）q=1000 m3/d=0.012 m3/s Q=19000 m3/d=0.22 m3/s 混合后的 BOD5 mix= 190001000 190000 .310001250 =65.35mg/L Lmg BOD L tk /66.53 10-1 53.65 10-1 5.350- 5mix 0 1 环境工程学 第 16 页 共 72 页 LmgDO/65.6 22.020.01 22.00.720.010 mix C12 22.020.01 22.01020.0150 mix T 2012.07 (20)1(12.07)1 047. 1 kk 1-2012.07 24. 0047. 135. 0d 2012.07 2(20)2(12.07) 160 . 1 kk 1-2012.07 44. 0160 . 15 . 0d 19.81时的饱和溶解氧：DOS（12.07）= 26.32 8.477 t =10.8 mg/L 初始亏氧量：D0=10.8-6.65=4.15mg/L 01 120 1 2 12 c )-( -1lg -k 1 t Lk kkD k k k 1.20d 66.5324.0 ).240-44.0(15.4 -1 24.0 44.0 lg 0.24-44.0 1 临界亏氧量 c tk C L k D 1 10 k 0 2 1 18.75mg/L1066.53 .440 .240 .201.240 （2）若取混合系数 a=0.75。查表 1-6 得类水体的溶解氧含量应低于 5mg/L， 故河水中可以利用的氧量为： QDODODO S )( 1 22.0)57( S DOqxqDO 52 根据物料平衡关系，DO1=DO2 环境工程学 第 17 页 共 72 页 x5=33mg/L 根据污水排放综合标准 ，BOD5的最高容许排放浓度为 20mg/L,且 x520mg/L, 所以废水的 BOD5(20)处理到不超过 20mg/L。 1-28 有一含氰有机废水，最大流量为 100m3/h，=10 mg/L，BOD5 =300 mg/L， DO=0mg/L， 欲排入附近某河流。 该河流属于类水体， 河水最小流量 （95% 保证率）为 3 m3/s，最小流量时流速为 0.2m/s，夏季 DO=7mg/L，河水中原先没 有氰化物。假定夏季废水和河水水温均为 20。估计此废水需要的处理程度。 答：.702m/.0as 查表得类水体中氰化物不超过 0.2mg/L，且河水中原来没有氰化物。 q -)q( 10 aQaQ L CN 32mg/.15 3600 100 2 .0) 3600 100 37 .0( 根据污水排放综合标准类水体执行一级标准，总氰化物的最高容许排放 浓度S=0.5mg/L。 %95%100 10 5 .0-10 %100 P SP E 查表 1-6 得类水体的溶解氧含量应低于 5mg/L， 故河水中可以利用的氧量为： QDODODO S a)( 1 mg/L24.37.0)57( S DOqxqDO 52 根据物料平衡关系，DO1=DO2 4.2= 3600 100 (x5+5) x5=146.2mg/L 根据污水排放综合标准 ，BOD5的最高容许排放浓度为 20mg/L,且 x520mg/L, 所以废水的 BOD5(20)处理到不超过 20mg/L。 环境工程学 第 18 页 共 72 页 %33.93%100 300 20300 %100 5 55 F SF BOD BODBOD E 综上所示，必须执行去除率为 95%。 第二章 水的物理化学处理方法第二章 水的物理化学处理方法 2-1 自由沉淀、絮凝沉淀、拥挤沉淀与压缩沉淀各有什么特点？说明它们的内在 联系和区别。 答： 悬浮颗粒在水中的沉降，根据其浓度及特性，可分为四种基本类型： 自由沉淀：颗粒在沉降过程中呈离散状态，其形状、尺寸、质量均不改变， 下沉速度不受干扰。 絮凝沉淀：沉降过程中各颗粒之间相互粘结，其尺寸、质量会随深度增加而 逐渐增大，沉速亦随深度而增加。 拥挤沉淀：颗粒在水中的浓度较大，颗粒间相互靠得很近，在下沉过程中彼 此受到周围颗粒作用力的干扰，但颗粒间相对位置不变，作为一 个整体而成层下降。清水与浑水间形成明显的界面，沉降过程实 际上就是该界面下沉过程。 压缩沉淀：颗粒在水中的浓度很高时会相互接触。上层颗粒的重力作用可将 下层颗粒间的水挤压出界面，使颗粒群被压缩。 2-2 水中颗粒的密度S=2.6g/cm3，粒径 d=0.1 mm，求它在水温 10 情况下的 单颗粒沉降速度。 答：在 10下：水=1g/cm3，=130.7710-5Pas,d=0.1mm=110-4m g=9.81kg/m3=9.81103g/ m3 2 S )d-( 18 u g 24- 5- 3 )10(1)1-.62( 1077.13018 1081.9 sm /1067.6 3- 环境工程学 第 19 页 共 72 页 2-3 非絮凝性悬浮颗粒在静止条件下的沉降数据列于表 2-22 中。 试确定理想式沉 淀池过流率为 1.8m3/m2h 时的悬浮颗粒去除率。试验用的沉淀柱取样口离水面 120cm 和 240cm。 表示在时间 t 时由各个取样口取出的水样中悬浮物的浓度， 0 代表初始的悬浮物浓度。 表 2-22 习题 2-3 附表 时间 0 15 30 45 60 90 180 120cm 处的 /0 1 0.96 0.81 0.62 0.46 0.23 0.06 240cm 处的 /0 1 0.99 0.97 0.93 0.86 0.70 0.32 答： 计算各沉降时间下， 水中残余颗粒所占比例与相应的沉降速度， 列于下表 1。 表 1 t/min 15 30 45 60 90 180 H=1.2m 残余比例 0.960 0.810 0.620 0.460 0.230 0.060 沉降 u=(H/t)/(m.min -1) 0.080 0.040 0.027 0.020 0.013 0.007 H=1.2m 残余比例 0.990 0.970 0.930 0.860 0.700 0.320 沉降 u=(H/t)/(m.min -1) 0.160 0.080 0.053 0.040 0.027 0.013 绘制残余颗粒比例与沉降速度间的关系图 1、2： 图1残余颗粒比例与沉降速度关系曲线H=1.2m 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 00.020.040.060.080.1 沉降速度 剩 余 颗 粒 比 例 系列1 计算指定的颗粒沉速：u=1.8m3/(m 2h)=0.03m/min 由图 1 查得：小于指定沉速 u0的颗粒与全部颗粒的比值 x0=0.69。 环境工程学 第 20 页 共 72 页 积分部分 0 x 0 udx可由图 1 求出，相当于各矩形面积 uix 之和如表 2： x 0.1 0.10.10.10.10.1 0.09 ui 0.0085 0.0120.01590.00180.02050.0249 0.03 uix 0.00085 0.00120.001590.000180.002050.00249 0.0027 %863.000863.0u ）（xi 悬浮物质理论总沉降去除率 x)(ui u 1 )x-(1 u 1 )x-(1 0 0 00 0 0 x udxE %77.59 0.03 0.00863 0.69) -(1 同理可得由图 2 得到表 3 图2残余颗粒比例与沉降速度关系曲线H=2.4m 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 00.020.040.060.080.1 沉降速度 残 余 颗 粒 比 例 系列1 x 0.10.1 0.10.10.10.1 0.10.06 ui 0.00450.0085 0.01250.0160.01950.0235 0.02550.03 uix 0.000450.00085 0.001250.00160.001950.00235 0.002550.0018 118%.111180.0u ）（xi 环境工程学 第 21 页 共 72 页 x)(ui u 1 )x-(1 u 1 )x-(1 0 0 00 0 0 x udxE 27%.68 0.03 0.01118 0.69) -(1 2-4 生活污水悬浮物浓度 300mg/L， 静置沉淀试验所得资料如表 2-23 所示。 求沉 淀效率为 65%时的颗粒截留速度。 表 2-23 习题 2-4 附表 取样口离水面高度/m 在下列时间（min）测定的悬浮物去除率/% 5 10 20 40 60 90 120 0.6 41 55 60 67 72 73 76 1.2 19 33 45 58 62 70 74 1.8 15 31 38 54 59 63 71 答：不同水深下的 E-u 表如下： 时间/min 5 10204060 90 120 0.6m u/mmin -1 0.120 0.060 0.030 0.015 0.010 0.007 0.005 E/% 41 55606772 73 76 1.2m u/mmin -1 0.240 0.120 0.060 0.030 0.020 0.013 0.010 E/% 19 33455862 70 74 1.8m u/mmin -1 0.360 0.180 0.090 0.045 0.030 0.020 0.015 E/% 15 31385459 63 71 根据上表数据，绘制出 E-u 曲线图如下： 环境工程学 第 22 页 共 72 页 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.0000.0200.0400.0600.0800.1000.1200.140 0.6m水深下的E-u曲线 u m/min E % 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.0000.0500.1000.1500.2000.250 1.2m水深下的E-u曲线 u m/min E % 环境工程学 第 23 页 共 72 页 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.0000.0500.1000.1500.2000.2500.3000.3500.400 1.8m水深下的E-u曲线 u m/min E % 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0102030405060708090100110120130 0.6m水深下的E-t曲线 沉淀时间t min E % 环境工程学 第 24 页 共 72 页 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0102030405060708090100110120130 1.2m水深下的E-t曲线 沉淀时间t min E % 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0102030405060708090100110120130 1.8m水深下的E-t曲线 沉淀时间t min E % 如图所示：当 H=0.6m 时，u0=0.18m/min； 当 H=1.2m 时，u0=0.018m/min； 当 H=1.8m 时，u0=0.019m/min； 2-5 污水性质及沉淀试验资料同习题 2-4，污水流量 1 000m3/h，试求： （1）采用平流式、竖流式、辐流式沉淀池所需的池数及澄清区的有效尺寸； （2）污泥的含水率为 96%时的每日污泥容积。 环境工程学 第 25 页 共 72 页 答：(1)平流式沉淀池设计： 由上题可知，当 H=1.8m 时，u0=0.019m/min=1.14m/h=q0；t=96min=1.6h； 设计过流率： h)/(m0.76h)/(m 5 . 1 14. 1 5 . 1 1 q 2323 0 mmq 沉淀池面积： 23 8 .1315 76. 0 1000 mm q Q A 采用 6 座池子， 每座池子的面积为 219m2， 每个池子的宽度根据刮泥机规格， 取 6m，则池长为： （2196）m=36.5m 长：宽=36.5/6=6.084 池深采用试验柱水深 1.8m，池子的有效容积为： W=1315.81.8=2368.44m3 设计停留时间为：t=(2368.441000)h=2.37h 进水区，出水区长度分别取 0.5m、0.3m，于是池子总长度为： L=36.5+0.5+0.3=37.3m 方锥形污泥斗体积为： )AAA(Ah 3 1 212141 V 32222 15m)4 . 04.54 . 0(4.52.05 3 1 (A1=4.52m2、A2=0.42m2、2.05m0.4)-(4.5 2 1 4 h) 池底坡度采用 0.02m，0.43m0.024.5)-(26 3 h。 池子保护高 h1和缓冲层高 度 h2均取 0.3m，则池子总深为： H=0.3m+1.8m+0.3m+0.43m+2.05m=4.88m (2)取排泥周期 T=1d，则污泥体积为： T p Q V )1( 24)( 21 %961 1 10001000 24)35. 0300300(61000 =19.5m3 环境工程学 第 26 页 共 72 页 2-6 已知平流式沉淀池的长度 L=20m，池宽 B=4m，池深 H=2m。今欲改装成斜 板沉淀池，斜板水平间距 10cm，斜板长度 l=1 m，倾角 60。如不考虑斜板厚度， 当废水中悬浮颗粒的截留速度 u0=1m/h 时， 改装后沉淀池的处理能力与原池相比 提高多少倍？ 答： 块斜板块数：2011 1 . 0 20 1n x L LB)(nlBcosu 0 Q hm /480)420 2 1 41201(1 3 480-2041=400m3/h 倍5 80 400 2-7 试叙述脱稳和凝聚的原理。 答：不同的化学药剂能使胶体以不同的方式脱稳。使胶体脱稳的机理可归结为以 下四种： . 压缩双电层：在水处理中使胶体凝聚的主要方法是向水中投加电解质。当 投入电解质后，水中与胶体粒子上的反离子具有相同的电荷的浓度增加了。 这些离子可与胶粒吸附的反离子发生交换或挤入吸附层，使胶粒带电荷数 减少，降低电位，并使扩散层厚度缩小。这种作用称为压缩双电层。 . 吸附电中和作用：吸附电中和作用是指胶粒表面对异号离子，异号胶粒或 链状高分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和 了它的部分或全部电荷，减少了静电斥力，因而容易与其他颗粒接近而互 相吸附， . 吸附架桥作用：如果投加的化学药剂是能吸附胶粒的链状高分子聚合物， 或者两个同号胶粒吸附在同一个异号胶粒上，胶粒间就能联结，团聚成絮 凝体而被除去，这就是吸附架桥作用。 . 网捕作用：向水中投加含金属离子的化学药剂后，由于金属离子的水解和 聚合，会以水中的胶粒为晶核形成胶体状沉淀物；或者在这种沉物从水中 析出的过程中，会吸附和网捕胶粒而共同沉降下来，这称为网捕作用。 在实际水处理过程中，往往是上述四种机理综合在一起发挥作用，只 不过在某些条件下以某种作用为主而已。 环境工程学 第 27 页 共 72 页 2-8 铝盐的混凝作用表现在哪些方面？ 答： 铝盐和铁盐作为混凝剂在水处理中发挥以下三种作用：Al3+或 Fe3+和低聚 合度高电荷的多核羟基配合物的脱稳凝聚作用， 高聚合度羟基配合物的桥连絮 凝作用以及以氢氧化物溶胶形态存在时的网捕絮凝作用。 . pH 值偏低，