水质工程学作业及参考答案.docx

思考題和作業1水循環定義1：水循環是指水由地球不同地方透過吸收太陽帶來能量轉變存在模式到地球另一些地方。定義2：在太陽能和地球表面熱能作用下，地球上水不斷被蒸發成為水蒸氣，進入大氣。水蒸氣遇冷又凝聚成水，在重力作用下，以降水形式落到地面，這個周而複始過程，稱為水循環。定義3：水循環是指大自然水通過蒸發，植物蒸騰，水汽輸送，降水，地表徑流，下滲，地下徑流等環節，在水圈，大氣圈，岩石圈，生物圈中進行連續運動過程。水循環分為海陸間循環（大循環）以及陸上內循環和海上內循環（小循環）。從海洋蒸發出來水蒸氣，被氣流帶到陸地上空，凝結為雨、雪、雹等落到地面，一部分被蒸發返回大氣，其餘部分成為地面徑流或地下徑流等，最終回歸海洋。這種海洋和陸地之間水往複運動過程，稱為水大循環。僅在局部地區(陸地或海洋)進行水循環稱為水小循環。環境中水循環是大、小循環交織在一起，並在全球範圍內和在地球上各個地區內不停地進行著。水社會循環：由於人類生產與生活活動作用與影響，自然水循環徑流部分參與水循環。水社會循環對水量和水質有較為突出影響，近年來，河流、湖泊來水量大幅度減少，甚至幹涸，地下水位大面積下降，徑流條件發生重大改變，不可複原水量所占比例愈大，對自然水文循環擾動愈劇烈，天然徑流量降低將十分顯著，引起一系列環境與生態災害。 汙染物類別、危害及相應汙染指標類別危害汙染指標物理性汙染熱汙染(1) 水溫升高飽和溶解氧降低，水體複氧速率減慢，水生生物耗氧速率加快，水中溶解氧迅速消耗，造成魚類和水生生物窒息死亡，水質迅速惡化；(2) 水體中化學反應速率加快，可引發水體物理化學性質，如電導率、溶解氧、離子濃度和腐蝕性變化，臭味加劇；(3) 使水體中細菌加速繁殖，增高該水體處理成本；(4) 加速藻類繁殖，加快水體富營養化進程。水溫顏色有色工業廢水（如印染、造紙、農藥、焦化及有機化工廢水）排入水體形成色度（分表色和真色），引起人們感官不悅。當水體色度加深時，使透光性減弱，影響水生生物光合作用，抑制其生長繁殖，妨礙水體自淨作用。色度臭味生活汙水臭味主要由有機物腐敗產生氣體引起，工業廢水主要由揮發性化合物造成。臭味給人以感官不悅，甚至危及人體生理，呼吸困難，倒胃悶胸，嘔吐等。臭味固體物質包括懸浮固體、膠體、溶解性固體，水體受汙染後，濁度增加、透光度減弱，主要危害為：(1)與色度形成危害相似；(2)懸浮固體可能堵塞魚鰓，導致魚類窒息死亡，如紙漿廢水；(3)微生物對有機懸浮固體代謝作用，會消耗水中溶解氧；(4)可沉固體會沉積在河底，造成底泥沉積與腐化，使水體惡化；(5)懸浮固體可作為載體，吸附其他汙染物質，隨水流遷移汙染。總固體量(TS)無機物汙染酸、堿及無機鹽酸堿汙染可能使水體PH值發生變化，抑制微生物生長，影響水體自淨能力；無機鹽汙染使水體硬度增加，造成危害與前述溶解性固體相同PH值氮、磷加快富營養化進程，使水體溶解氧迅速降低，魚類大量窒息死亡總氮(TN)凱氏氮(KN）硝態氮亞硝態氮總磷(TP)溶解性總磷溶解性正磷硫酸鹽及硫化物 人飲用一定量後，會引起腹瀉，H2S具有臭雞蛋氣味，硫化物會使水體變黑，具有一定腐蝕性SO42-氯化物 受氯化物汙染後，無機鹽含量往往也高，水味變鹹，對金屬管道與設備有腐蝕作用，且不宜作為灌溉用水氯化物重金屬 就有較大毒性，不易被微生物降解，形成有機化合物毒性更大，可以通過食物鏈傳入人體，使人體體內蛋白質及酶失去活性，造成慢性中毒汞(Hg)、鎘(Cd)、鉻(Cr)、鉛(Pb)等有機物汙染油脂類 水體受汙染後，會呈現五顏六色，感官性狀極差；濃度高時隔絕水面與大氣接觸，水體複氧停止，影響水生生物生長與繁殖；油脂高時會堵塞魚鰓，造成窒息死亡；有些油脂有毒性化學需氧量(COD)生化需氧量(BOD)總需氧量(TOD)總有機碳(TOC)酚類 主要是揮發酚，對水生生物有較大毒性；被汙染水作為飲用水，加氯消毒時，氯與氛結合成氯氛，產生臭氣；若灌溉農田，會導致作物減產甚至枯死有機酸、堿對微生物有毒害或抑制作用表面活性劑含磷並易產生大量泡沫，導致水體富營養化有機農藥難於分解，不斷積累，毒性大，對微生物有毒害和抑制作用，有害人體健康，致癌、制畸、致突變取代苯類化合物難降解有機物，對微生物有毒害和抑制作用病原微生物數量多、分布廣、存活時間長、繁殖速度快，隨水流傳播疾病大腸菌群指數、病毒、細菌總數簡述水質汙染指標在水體汙染控制、汙水處理工程設計中作用。水質指標是水中某一種或某一類雜質含量，直接用其濃度表示，如某種重金屬和揮發酚；有些是利用某類雜質共同特性來間接反映其含量，如BOD、COD等；還有一些指標是與測定方法直接聯系，常有人為任意性，如渾濁度、色度等。水質指標是判斷和綜合評價水體質量並對水質進行界定分類重要參數，是通過對汙染物質做出定性、定量檢測以反映汙水水質，能綜合表示水中雜質種類和含量。通過水質汙染指標能指導水體汙染控制和汙水處理工程設計進行與發展。分析總固體、溶解性固體、懸浮固體及揮發性固體、固定性固體指標之間相互關系，畫出這些指標關系圖。總固體(TS)：水中所有殘渣總和。溶解固體(DS)：水樣經過濾後，濾液蒸幹所得固，分為揮發性溶解固體和固定性溶解固體。懸浮固體(SS)：過濾濾渣脫水烘幹後所得固體，分為揮發性懸浮固體和固定性懸浮固體。揮發性固體(VS）：將總固體在600溫度下灼燒而揮發掉量。固定性固體(FS)：總固體灼燒後殘渣。關系圖為：什麼是植物營養元素？過多氯、磷排入天然水體有什麼危害？ 植物正常生長發育所需要營養元素有必需元素和有益元素之分；必需元素中又有大量(亦稱常量)元素和微量元素之分。必需元素指植物正常生長發育所必需而不能用其他元素代替植物營養元素。根據植物需要量多少，必需元素又分為必需大量元素和必需微量元素。必需大量元素有碳(C)、氫(H)、氧（O）、氮（N）、磷（P）、硫(S)、鉀(K)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、矽（Si）(最新植物生理學中說Si是新增大量元素)；必需微量元素有鐵(Fe)、錳(Mn)、鋅(Zn)、銅(Cu)、硼(B)、鉬(Mo)、氯(Cl)、鈉（Na）、鎳(Ni) (最新植物生理學中說Na、Ni是新增微量元素)。 大量元素與微量元素雖在需要量上有多少之別，但對植物生命活動都具有重要功能，都是不可缺少。過多氮、磷排入天然水體，引起藻類及其他浮遊生物迅速繁殖，水體溶解氧量下降，水質惡化，魚類及其他生物大量死亡，這種現象稱為水體富營養化。這種現象在河流湖泊中出現稱為水華，在海洋中出現稱為赤潮。過多氯排入水體後，受氯化物汙染水體，無機鹽含量往往也高，水味變鹹，對金屬管道與設備有腐蝕作用，且不宜作為灌溉用水。簡述汙水中含氮物質分類及相互轉換。汙水中含氮物質分類：蛋白質、多肽、氨基酸、尿素、亞硝酸鹽、硝酸鹽轉換過程分為兩個階段：第一個階段氨化作用：含氮有機物(如蛋白質、多肽、氨基酸、尿素)轉化為無機氮；第二個階段消化作用：氨氮轉化為亞硝酸鹽和硝酸鹽。有機氮在水體中轉化一般可持續若幹天。耗氧有機汙染物對水體危害表現在什麼地方？ 耗氧有機汙染物主要指動、植物殘體和生活工業產生碳水化合物、脂肪、蛋白質等易分解有機物，它們在分解過程中要消耗水中溶解氧。 在有氧條件下，耗氧有機汙染物由於好氧微生物呼吸作用，氧化分解為二氧化碳、水、二氧化氮、NH3等；無氧條件下，分解產物為醇類、有機酸、氨氣及少量H2S等有害氣體，使水體惡化發臭。這些降解過程主要是通過化學氧化、光化學氧化和生物化學氧化來實現。生化需氧量、化學需氧量、總有機碳和總需氧量指標含義是什麼？分析這些指標之間聯系與區別。 生化耗氧量(BOD)：是“生物化學需氧量”簡稱。是指在一定期間內，微生物分解一定體積水中某些可被氧化物質，特別是有機物質所消耗溶解氧數量。以毫克/升或百分率、ppm表示。它是反映水中有機汙染物含量一個綜合指標。如果進行生物氧化時間為五天就稱為五日生化需氧量（BOD5），相應地還有BOD10、BOD20 。化學需氧量(COD)：廢水、廢水處理廠出水和受汙染水中，能被強氧化劑氧化物質（一般為有機物）氧當量。在河流汙染和工業廢水性質研究以及廢水處理廠運行管理中，它是一個重要而且能較快測定有機物汙染參數。總有機碳(TOC)：水體中溶解性和懸浮性有機物含碳總量。總需氧量(TOD)：指水中能被氧化物質，主要是有機物質在燃燒中變成穩定氧化物時所需要氧量，結果以O2mg/L表示。化學需氧量(COD)優點是較精確地表示汙水中有機物含量，測定時間僅需要數小時，且不受水質限制；缺點是不能像BOD那樣反映出微生物氧化有機物、直接地從衛生學角度闡明被汙染程度；COD數值一般大於BOD20，兩者差值等於難生物降解有機物量，差值越大，難降解有機物含量越多，越不宜采用生物處理法，故把BOD5/COD比值稱為可生化性指標，比值越大，越容易被生物處理。TOD與TOC測定原理相同，但有機物數量表示方法不同，前者用消耗色氧量表示，後者用含碳量表示。水質比較穩定汙水，BOD5、COD、TOD、TOC、之間有一定相關關系，數值大小排序為ThODTOCCODCrBODuBOD5TOC。生活汙水BOD5/COD比值約為0.40.65，BOD5/ TOC比值約為1.01.6。工業廢水BOD5/COD比值，決定於工業性質，變化極大，如果該比值0.3，被認為可采用生化處理法；0.25不宜采用生化處理法；10d；5）重金屬及有毒物質：會對消化反應產生抑制作用；6）有機物：BOD4時，可認為碳源充足，勿需外加；當原汙水中碳源不足時，需外加碳源。2. 簡述生物除磷機理及影響除磷效果環境因素。（1）生物除磷基本過程是：吸磷聚磷菌對磷過剩攝取在好氧條件下，聚磷菌營有氧呼吸，不斷氧化有機物放出能量，能量為ADP所獲得，並結合H3PO4而合成ATP：其中，H3PO4除一小部分是聚磷菌分解其體內聚磷酸鹽取得外，大部分是聚磷菌利用能量，從外部環境中攝入體內。釋磷聚磷菌放磷在厭氧條件下，聚磷菌體內ATP水解，放出H3PO4和能量，形成ADP：（2）影響除磷效果環境因素溶解氧DO：好氧DO2mg/L，厭氧DO20；汙泥齡：STR為3.57d；溫度：1030；pH值：一般為68；NOx：NOx越低越好。3. 化學法除磷與生物法除磷相比有哪些特點？化學法除磷優點：操作簡單, 除磷效果好, 且結果穩定, 不會重新放磷而導致二次汙染, 當進水濃度較大或有一定波動時, 仍有較好除磷效果。用化學沉澱法除磷, 其絮凝劑投加地點可以不同, 即在曝氣池前、中、後出水中, 但除磷原理相同, 其工藝流程見下圖。兩種除磷方法比較對於合流汙水治理一期工程排出汙水（其水質特性見表1）作了2種方法除磷比較, 其中化學法采用絮凝劑為硫酸亞鐵, 投加劑量為100mg/L, 結果表明, 對於低濃度生活汙水, 化學法和生物法都有較好除磷效果, 見表2。從產生汙泥量來看, 化學法由於人為添加了絮凝劑、石灰等, 使產生汙泥量明顯多於生物法, 而生物法完全由微生物在環境內部吸收磷。然而, 值得注意是, 生物法除磷汙泥量雖較少, 卻存在磷重新釋放造成二次汙染可能性。因此, 生物法除磷汙泥要妥善處理, 不能放置在厭氧環境中。在富含磷汙泥中投加FeCl、石灰或者再曝氣, 能使汙泥較長時間保持穩定。從汙泥處理和利用上看, 化學法除磷產生汙泥可使其重力濃縮、去除水分, 汙泥最終進行焚燒或填埋。生物法產生汙泥, 一部分用於回流, 剩餘汙泥中磷含量可占幹重3%一9%, 經過消毒、滅菌, 是很好農業肥料。一般城