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环境工程学复习资料一、名词解释1.生化需氧量：在有氧条件下，水中可分解的有机物由于好氧微生物的作用被氧化分解而无机化所需的氧量。2.化学需氧量：在一定严格的条件下水中各种有机物与外加的强氧化剂K2Cr2O7作用时所消耗的氧化剂量。3.水循环：水在太阳能的作用下，通过海洋等水面及土壤表面、植物茎叶的蒸发和蒸腾形成水汽，遇冷后以雨、雪、雹等形式降落，水在海洋、大气和陆地之间的运动称为水循环。4.水污染：指水体因某种物质的介入，导致其化学、物理、生物或放射性等性质的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或破坏生态环境，造成水质恶化的现象。5.水体自净：水体中的污染物通过物理、化学和生物学变化被分散、分离或分解，最后水体基本恢复到原来状态，这一自然净化过程叫做水体自净。6.亏氧量：在某一温度时，水中溶解氧的平衡浓度与实际浓度之差。7.水环境容量：一定水体在规定的环境目标下所能容纳污染物质的最大负荷量。8.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，下沉速度不受干扰的沉降过程。9.过滤：具有孔隙的粒状滤料层截留水中悬浮杂质，从而使水获得净化的工艺过程。10.截留沉速：淀池内所能全部去除的颗粒中的最小颗粒的沉速。11.表面负荷：单位沉淀池表面积在单位时间内所能处理的水量，即沉淀池的沉淀能力。12.滤层膨胀率：是指滤层在一定的反洗强度下发生体积膨胀，体积膨胀前后的体积差与体积膨胀前的比值。13.污泥沉降比：曝气池混合液在100ml量筒中静置沉淀30min后，沉淀污泥占混合液的体积分数。14.污泥指数：曝气池出口处混合液经30min沉淀后，1g干污泥所占的容积。15.废水厌氧生物处理：是指在无分子氧条件下，通过厌氧微生物的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化为CH4和CO2等物质的过程，也称厌氧消化。16.生物膜法：附着在构筑物挂膜介质上，并在其上生长和繁殖，由细胞内向外伸展的胞外多聚物使微生物细胞形成纤维状的缠结结构，又称固定膜法。二、问答题1.高锰酸钾耗氧量，化学需氧量，生物需氧量三者之间有何区别，它们之间的关系如何？除了它们以外，还有那些水质指标可以用来判别水中有机物质含量的多少？（1）区别：在一定的严格条件下，水中各种有机物质与外加的强氧化剂（如K2Cr2O7、KMnO4）作用时所消耗的氧化剂量根据氧化剂的不同，分别称为重铬酸钾耗氧量（化学需氧量），即COD，和高锰酸钾耗氧量（耗氧量），即OC。而生化需氧量是指在有氧的条件下，水中可分解的有机物由于耗氧微生物的作用被氧化分解而无机化所需要的氧量，即BOD。高锰酸钾耗氧量，不能代表水中有机物质全部含量，适用于测定天然水和含容易被氧化的有机物的一般废水。化学需氧量，包括了水中存在的无机性还原物质，通常用来代表废水中有机物质的总量。生化需氧量，是一种生物化学的测定方法，能尽可能的在和天然条件相似的情况下确定微生物利用废水中的有机物时所消耗的氧量，从而间接表示出有机物的含量。（2）联系：高锰酸钾耗氧量、化学需氧量和生化需氧量都是用定量的数值来间接地、相对的表示水中有机物质数量的重要指标。如果同一废水中各种有机物质的相对组成没有变化，则三者之间的关系为：COD BOD OC。（3）判别水中有机物质含量的水质指标还有总需氧量、总有机碳、总含盐量、浑浊度、电导率等。2.举例说明废水处理与利用的物理，化学和生物法三者之间的主要区别。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。化学法是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和除盐。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。3.铝盐的混凝作用表现在那些方面？答：铝盐/铁盐在水处理中的三大作用：在pH值偏低、胶体及悬浮物浓度高、投药量尚不足的反应初期，以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为主；pH值和投药量适中时，以高聚合度羟基配合物的桥连絮凝作用为主；在pH值较高、胶体及悬浮物浓度较低、投药充分时，以氢氧化物沉淀形式存在的网捕絮凝作用为主。4.试述加氯消毒的原理。氯气溶于水后发生水解反应，生成次氯酸HOCl，是一种弱酸，可离解为H+ 和OCl-。Cl2、HOCl和OCl-都具有氧化能力，但细菌带负电，所以一般认为主要是通过HOCl的作用来消毒。HOCl系中性分子，可以扩散到带负电的细菌表面，并穿过细胞膜渗入细胞体内，破坏细菌酶系统。由于氯原子的氧化作用破坏了细菌体内的酶而使细菌死亡；OCl- 带负电，难于靠近带负电的细菌，故虽有氧化作用，也难起到消毒作用。当PH 越低，消毒作用越强。5.理想沉淀池的三个假设：沉淀池中过水断面上各点的流速均相同；在沉降过程中悬浮颗粒以等速下降，颗粒的水平分速等于水流速度；悬浮颗粒落到池底后不再浮起，就认为已被除去。6.简述过滤机理。颗粒迁移：脱离水流流线靠近滤料表面有：拦截（去除率与颗粒直径的平方成正比）；惯性（较大动量和速度的颗粒脱离流线）；沉淀（粒径、密度较大，沉淀效率取决于颗粒沉速和过滤水速的大小和方向）；布朗运动（扩散到滤料表面）；水动力作用（滤层孔隙和颗粒形状不规则在运动种受到不平衡力的作用）。颗粒粘附：决定于滤料和水中颗粒的表面理化性质。颗粒脱落：过滤介质表面结合力较弱时在剪切力的作用下从介质上脱落。水力剪切力小，粘附性强，水力剪切力大，脱落性强。反冲洗就是脱落机理的结果。7.简述活性污泥法净化污水的基本原理。（1）净化原理：以悬浮在水中的活性污泥为主体，在微生物生长有利的环境条件下和污水充分接触，使污水净化。（2）净化过程机理：吸附阶段：污水和活性污泥接触后在很短时间内水中有机物迅速降低，主要由吸附作用引起。氧化阶段：有氧条件下，微生物将吸附的有机物一部分氧化分解获得能量，另一部分合成新细胞。絮凝体形成与凝聚沉降阶段：氧化阶段合成的菌体有机体形成絮凝体，通过重力沉降出水，使水净化。8生物膜法的基本原理：（1）挂膜：生物膜的形成：含有营养物质和接种微生物的污水在滤料表面流动，一定时间后，微生物会附着在滤料表面而增殖和生长，形成一层薄的生物膜。生物膜的成熟：生物膜本身及其上由细菌和其它微生物组成的生态系统对有机物的降解功能达到平衡和稳定。（2）生物膜的结构和有机物的净化过程：生物膜特性：生物膜是高度亲水的物质，外侧表面存在附着水层，且微生物高度密集。对有机物的净化过程：A.附着水层中的微生物因氧化作用而消耗，浓度比流动水层低，流动水层中的有机物会转移到附着水层，然后进入生物膜被微生物代谢降解而净化流动水层；B.空气中的氧溶解于流动水层并通过附着水层传递给生物膜，供微生物呼吸；C.微生物代谢有机物的产物则从生物膜经附着水层进入流动水层排出。（3）生物膜的脱落与更新：厌氧膜的出现：生物膜厚度不断增加，氧气不能透入的内部将形成厌氧层。厌氧膜的加厚：A.厌氧的代谢产物增多，导致厌氧膜与好氧膜的平衡被破坏；B.气态产物逸出，减弱生物膜在滤料上的附着能力，成为老化生物膜，其净化功能较差，且易于脱落。生物膜的更新：老化膜脱落，新生膜生长且净化功能较强。生物膜不断脱落、更新，保持活性。9.厌氧生物处理的机理：厌氧生物处理是在无氧的条件下，利用兼性菌和厌氧菌分解有机物的一种生物处理法，其机理主要有三个阶段：水解酸化：有机物在水解和发酵菌作用下，分解为挥发性有机醇类，主要产生较高级脂肪酸。产氢产乙酸：在产氢产乙酸菌的作用下，将第一阶段产生的有机酸分解为氢气和乙酸。产甲烷：甲烷菌利用乙酸等化合物为基质将其转化为甲烷。三个阶段同时完成，是动态平衡，只要有一个阶段停止，则整个反应立即停止。10.试比较厌氧法和好氧法处理的优缺点和适用范围。区别：厌氧处理与好氧处理起作用的微生物群不同、反应速率不同、产物不同、对环境要求条件不同。厌氧生物处理与好氧生物处理相比：（1）优点：应用范围广；能耗低，还可以回收生物能;负荷高；污泥产量低，沉降性能好；N、P营养需要量少；杀菌效果好。(2)缺点：启动和处理时间长；出水难以达到直接排放标准；操作控制复杂。使用范围：厌氧处理：高浓度有机工业废水、城镇污水的污泥、动植物残体等。好氧处理：低浓度生活污水。11.影响厌氧生物处理的主要因素：温度：温度会影响产气量、反应速率、消化时间和对寄生虫卵的灭杀率。酸碱度：甲烷细菌生长最佳的PH范围是6.8-7.2，若PH低于6或高于8，正常消化就遭到破坏。有毒物质，即对微生物起毒害或抑制作用的化学物质。污泥中的主要有毒物质（重金属离子和某些阴离子）会影响消化的正常进行。营养物质的配比：厌氧生物的C、N、P比例控制在（200-300）:5:1，C/N过高，碳素多，氮素缺乏，生长繁殖受限制，有机物的分解速度慢，发酵过程长；C/N过低，碳素少，氮素过剩，易造成系统中氨氮浓度过高，出现氨中毒。搅拌：可使消化物料及温度分布均匀，增加微生物与物料的接触，使消化产物分离，提高消化系效率和产气量。三、填空选择题1.大气污染历史莫奈日出-映象2.大气组成成分：N2，O2Ar, CO2水滴：云滴、雾滴冰晶和固体微粒。3.大气污染的分类：气溶胶：粉尘、烟、飞灰、黑烟、霾或灰霾、雾；气体：硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物、有机化合物、硫酸烟雾、光化学烟雾。4.大气污染来源：（1）自然污染源：火山喷发、森林火灾、飓风、海啸、土壤和岩石的风化、生物腐烂；（2）人为污染源：按污染源的空间分布可分为点源和面源；按人们的社会活动功能不同分为燃料燃烧、工业生产和交通运输。5.大气污染物侵入人体途径：表面接触；食入含有大气污染物的食物；吸入被污染的空气。6.大气污染综合防治途径：调整产业结构，优化能源构成；严格大气环境管理；实施大气污染物总量控制；推广大气污染控制技术：实施清洁生产、安装废气净化装置；控制污染的经济政策；控制污染的产业政策；绿化造林。7.气态污染物净化原理：吸收法净化；吸附法净化；催化法净化。8.颗粒的物理性质：真密度：单位体积不包括颗粒之间和颗粒内部的空隙体积。堆积密度：单位体积包括颗粒之间和颗粒内部的空隙体积。中位径：一个样品的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径。斯托克斯直径：指在同一流体中与颗粒的密度相同和沉降速度相等的圆球的直径。空气动力学当量直径：指在空气中与颗粒的沉降速度相等的单位密度的圆球的直径。9.离子交换的运行操作包括：交换、反洗、再生、清洗。10.过滤的过程（过滤和反冲洗）：颗粒迁移、颗粒粘附、颗粒脱落。粒状介质过滤的机理：阻力截留、重力沉降、接触絮凝。反冲洗的指标：滤料的膨胀率、反冲洗强度、反冲洗时间、反冲洗水头等。11.生物膜应用的四种方式：生物滤池、生物转盘、生物接触氧化、生物流化床。根据构造特征和净化功能，生物滤池分为：普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池。生物转盘，又称旋转式生物反应器，由盘片、接触反应槽、转轴、驱动装置等组成。生物接触氧化池有分流式和直流式。12.厌氧反应三阶段理论：水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段、产甲烷阶段。厌氧生物处理工艺：厌氧接触法、厌氧生物滤池、升流式厌氧污泥床、厌氧流化床、分段厌氧消化法、水解等。氧化塘分为：好氧塘、兼性塘、厌氧塘、曝气塘、深度处理塘。好氧塘的种类：高负荷好氧塘、普通好氧塘、深度处理好氧塘。好氧悬浮生长生物处理工艺包括：活性污泥法、曝气氧化塘、好氧消化法、高负荷氧化塘。13.土地处理系统分为五大类：慢速渗滤、快速渗滤、地下渗滤、地表漫流、湿地处理。14.废水处理的基本方法：物理法：沉淀法、气浮法、蒸发法、离心分离、微滤、超滤、反渗透 化学法：中和法、氧化还原法、吸附法、离子交换法等 生物法：好氧生物处理（活性污泥法、生物膜法、生物氧化塘）、厌氧生物处理（消化、厌氧接触、厌氧污泥）15.重力分离法分为：沉淀法、上浮法。重力分离可去除的污染物：悬浮物、油类物质。16.水中被去除的杂质按颗粒大小分为：粗大颗粒物质、悬浮物质和胶体物质、溶解物质。17.沉淀的四种类型：自由沉降、絮凝沉降、拥挤沉降（成层沉降）、压缩沉降。18.沉淀池分：普通沉淀池、浅层沉淀池两大类。沉淀池按工艺布置分为初沉池、二沉池 ； 按照水在池内的总体流向，普通沉淀池分为平流式、竖流式、辐流式。普通沉降池分：入流区、沉降区、出流区、污泥区、缓冲区5个功能区。19.普通沉淀池的缺点：悬浮物质的去除率不高、体积庞大、占地面积多。改善措施：改善悬浮物的沉降性能和改进沉淀池的结构。20.斜流式沉淀池分为：斜板沉淀池、斜管沉淀池。根据水流和泥流的相对方向，将斜板沉淀池分为异向流、同向流、侧向流。21.水处理中的主要杂质：粘土、细菌、病毒、蛋白质、腐殖酸。22.胶体的特性：光学性质、力学性质、表面性能、动电现象（电脉、电渗）、胶体的稳定性。23.胶体的结构：胶核、电位形成离子、束缚离子、自由反离子。分为吸附层、扩散层。24.胶体的混凝机理：压缩双电层机理、吸附电中和、吸附架桥作用、网捕作用。25.去除水中溶解物质的方法：软化除盐、离子交换、吸附和膜分离等。26.氯消毒时，加氯量分两部分：需氯量、余氯。余氯，包括自由性余氯、化合性余氯。27.净化污水的微生物：细菌、真菌、藻类、原生动物和小型后生动物等。28.细菌生长曲线的生长阶段：迟缓期、对数增长期、减速增长期、内源呼吸期。29.影响活性污泥增长的因素：溶解氧、营养物、PH和温度。30.曝气池的类型：从混合液的流型分为：推流式、完全混合式、循环混合式。从平面形状分：长方轮道形、圆形、方形、循环跑道形。从曝气池与二次沉淀池的关系分：分建式、合建式。31.活性污泥法的运行方式：普通活性污泥法、阶段曝气法、完全混合法、生物吸附法、纯氧曝气法、深水曝气法和深井曝气法、浅层曝气法、氧化沟、序批式活性污泥法、膜生物反应器。序批式活性污泥法工艺操作顺序：进水、反应、沉淀、出水、待机。注意：（一）重力沉降室1.重力沉降室粉尘下落条件：粉尘在沉降时的沉降时间大于停留时间。2.提高沉降室效率的主要途径：降低沉降室内的气流速度（沉降室的气流速度一般为0.3-2.0m/s）；增加沉降室长度；降低沉降室高度。（二）湿式除尘器1.文丘里除尘器结构：进气管、收缩管、喷嘴、喉管、扩散管、连接管。2.文丘里除尘器的除尘过程：雾化、凝聚和脱水。3.碰撞参数：若xsxd时发生碰撞，一般用碰撞参数=xs/xd来反映除尘效率的大小。其中：xd为原始距离，即气流改变方向时，液滴距尘粒的距离；xs指尘粒从脱离流线到惯性运动结束时所移动的直线距离称为粒子的停止距离。（三）电除尘器1.电除尘原理：电除尘是利用强电场使气体发生电离，气体中的粉尘荷电在电场力的作用下使气体中的悬浮粒子分离出来的装置。用电除尘的方法分离气体中的悬浮离子四个过程：气体电荷、粒子荷电、荷电粒子的迁移与沉积、颗粒的清除。粒子的主要荷电过程取决于粒径。对于dp0.5m的微粒，以电场荷电为主；对于dp正常工作振打后清洁滤料；粒径大小：dp=0.3m的粒子效率较低，因为恰是惯性与拦截捕集作用的下限，扩散的上限。（2）滤布结构与性质的影响：绒布大于素布；长绒大于短绒 ；表面光滑滤料容尘量小；表面起毛（绒）滤料容尘量大。（3）过滤速度的影响：过滤速度在工程设计上用比负荷qf表示，它是指每平方米滤布每小时所过滤的气体量。过滤速度也称气布比，指单位时间过滤气体量和过滤面积之比。2.氮氧化物的形成机理：由燃料中固定氮生成的NOx,称为燃料型NOx；由大气中的氮生成，主要产生于高温下原子氧和氮之间的化学反应，通常称作热力型NOx；在低温火焰中由于含碳自由基的存在还会生成第三类NOx，称为瞬时NOx。3.NOx的控制措施：低氮燃烧技术。两段燃烧法：第一段，氧气不足，烟气温度低，NOx生成量很少（燃烧在富燃料贫氧条件下进行）；第二段，二次空气，CO、HC完全燃烧，烟气温度低（燃烧在富燃料富氧条件下进行）烟气脱硝技术。催化还原法：在催化剂的作用下，利用还原剂将NOx还原为无害的氮气。依据还原剂是否与空气中的氧气发生反应，将催化还原法分为选择性和非选择性还原法。流化床燃烧脱硫技术：影响因素-钙硫比，脱硫剂所含钙与煤中的硫之摩尔比。脱硫技术：干法（活性炭吸附法）；湿法（石灰石/石灰-石膏法）；半干法（旋转喷雾干燥法）4.机动车控制的主要污染物：CO、HC、NOx以及柴油机排放的颗粒物（PM）。5.尾气处理技术：（1）前处理：无铅汽油，低硫汽油和柴油。（2）机内控制技术：电子控制汽油喷射（主要控制空燃比）；改进点火系统（延迟点火，加大点能量，电子控制点火正时）；废气再循环：将部分燃烧产物返流至进气管再吸入气缸参加燃烧。一方面减少了废气总量，包括污染物量；另一方面使得燃烧室内气体的热容量增大，并通过稀释进气降低最高燃烧温度和氧的浓度，从而降低了NOx的生成量。汽油机缸内直喷技术；稀薄燃烧。（3）汽油机尾气排放后处理技术：常见的排气后处理装置有空气喷射装置、热反应器和三效催化转化器等。三效催化净化技术：同时净化三种污染物：CO,HC,NOx；只能在很窄的空燃比窗口工作：闭环电控燃油喷射技术。稀燃氮氧化物吸附装置。6.三元催化转化器的使用条件：必须使用优质无铅汽油，以免金属催化剂中毒失效；具有能够实时调节空燃比的系统使发动机工作空燃比始终保持在A/F=14.7附近很窄的窗口内；催化转化器必须与汽车发动机性能相匹配，且发动机技术状况良好。7.采用电控汽油喷射，使用优质无铅汽油，加上三元催化转化器是当前世界上技术最成熟、应用最广泛的解决汽车排放污染最有效的实用技术。四、计算题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）解：xt=La（1-10-k1t），La=xt/（1-10-k1t）=300/（1-10-0.235）=322.86mg/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？解：xt=La（1-10-k1t），La=xt/（1-10-k1t）=210/（1-10-0.175）=244.54mg/L；BOD10（20）=244.54/（1-10-0.175）=249.52mg/L；k1（T）=k1（20）（1.047）（T-20），k1（30）=0.17（1.047）（30-20）=0.27d-1，La（T）=La(20)（0.02T+0.6）,La（30）=244.54（0.0230+0.6）=293.45mg/L,BOD5（30）=La（T）（1-10-k1（T）t）=293.45（1-10-0.275）280.34mg/L。1-14.三种不同污水水样在20下的BOD5均为350mg/L，而它们的k1（20）值分别为0.25d-1、0.36d-1和0.47d-1，试求每种水样的完全生化需氧量。解：xt=La（1-10-k1t），La=xt/（1-10-k1t），La1=350/（1-10-0.255）=370.85mg/L；La2=350/（1-10-0.365）=355.64mg/L；La3=350/（1-10-0.475）=351.57mg/L。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=4.1mg/L ，Cl-=5.0mg/L，NO3-=3.0mg/L；污水厂出水的流量q=8640m3/d，BOD5=20mg/L ，Cl-=80mg/L，NO3-=10mg/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。解：根据完全混合得a=1，8640m3/d=0.1/s，=（1q+2aQ）/（q+aQ），L混=（L河Q+L污q）/（Q+q）=（4.11.2+200.1）/（1.2+0.1