水质工程学1课后题

水质工程学1课后题第一章绪论

1.1水质和水质指标1.什么是水质？水质指标有哪些类型？水质是指水与其中所含杂质共同表现出来的综合特性。水质指标可分为物理性水质指标、化学性水质指标和微生物学水质指标。物理性水质指标：如水温、色度、臭和味、浑浊度、透明度、电导率等。水温影响水的物理化学性质及水中生物活动；色度反映水中溶解性或悬浮性物质所呈现的颜色；臭和味影响水的感官性状；浑浊度表示水中悬浮颗粒的多少；透明度与浑浊度相反，反映水的清澈程度；电导率反映水中离子浓度等导电能力。化学性水质指标：包括酸碱度（pH值）、硬度、重金属（如汞、镉、铅等）、溶解性固体、化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、总磷、总氮等。pH值影响水的酸碱性环境，对生物和化学反应有重要影响；硬度与水中钙、镁等离子含量有关，影响水的使用特性；重金属超标会对人体健康造成危害；溶解性固体反映水中溶解物质的总量；COD和BOD是衡量水中有机物污染程度的指标，COD表示水中有机物被强氧化剂氧化所需的氧量，BOD表示水中可生物降解有机物被微生物分解所需的氧量；总磷和总氮是水体富营养化的重要指标，过高会导致藻类大量繁殖等问题。微生物学水质指标：如细菌总数、总大肠菌群、粪大肠菌群等。这些指标反映水中微生物的数量和种类，与水的卫生状况密切相关，过多的微生物可能导致疾病传播。2.简述化学需氧量（COD）和生化需氧量（BOD）的测定原理及意义。COD测定原理：在强酸性条件下，用一定量的重铬酸钾氧化水样中的有机物，过量的重铬酸钾以试亚铁灵作指示剂，用硫酸亚铁铵溶液回滴，根据硫酸亚铁铵溶液的用量计算出水中有机物被氧化所需的氧量。意义：COD能快速反映水中有机物的总量，包括可生物降解和不可生物降解的有机物。它是评价水体污染程度的重要指标之一，可用于衡量工业废水、生活污水等对水体的污染状况，为污水处理工艺的选择和运行效果评估提供重要依据。BOD测定原理：在有氧条件下，水中可生物降解有机物被微生物分解所需的氧量。一般采用在20℃培养5天的方法，测定培养前后溶解氧的变化，其差值即为5日生化需氧量（BOD₅）。意义：BOD更能反映水中可生物降解有机物的实际含量，体现了微生物分解有机物对水体自净能力的需求。它是评估水体有机污染程度和污水处理效果的重要指标，对于确定污水处理工艺的负荷和处理效率具有重要意义。通过比较BOD和COD的差值，还可以了解水中不可生物降解有机物的含量情况。

1.2水体污染与自净1.什么是水体污染？水体污染的主要来源有哪些？水体污染是指排入水体的污染物在数量上超过了该物质在水体中的本底含量和水体的环境容量，从而导致水的物理、化学及生物学性质发生变化，使水体固有的生态系统和功能受到破坏。水体污染的主要来源包括：工业废水：工业生产过程中产生的废水，含有各种重金属、有机物、酸碱等污染物，如化工废水、印染废水、电镀废水等。这些废水成分复杂，污染程度高，是水体污染的重要来源之一。生活污水：居民日常生活中产生的污水，主要含有有机物、氮、磷、悬浮物等污染物。随着人口的增长和城市化进程的加快，生活污水的排放量不断增加，对水体的污染也日益严重。农业面源污染：包括农田径流、畜禽养殖废水等。农田径流中含有农药、化肥等污染物，畜禽养殖废水含有大量的有机物、氮、磷等，这些污染物通过地表径流进入水体，造成水体污染。垃圾填埋渗滤液：垃圾填埋场中垃圾分解产生的渗滤液，含有高浓度的有机物、重金属等污染物，如果未经有效处理直接排放，会对周边水体造成严重污染。大气降水：大气中的污染物如二氧化硫、氮氧化物等通过降水进入水体，也会对水体质量产生一定影响，特别是在工业发达地区，酸雨等问题较为突出。2.简述水体自净的概念、类型及影响因素。水体自净概念：水体自净是指受污染的水体在物理、化学和生物学作用下，污染物浓度逐渐降低，水质逐渐恢复到污染前状态的过程。类型：物理自净：通过稀释、扩散、沉淀等作用使污染物浓度降低。例如，河流中的污染物随着水流的流动而逐渐扩散，同时，水中的悬浮颗粒会沉淀到水底，从而使水体得到一定程度的净化。化学自净：通过氧化、还原、酸碱中和等化学反应使污染物分解或转化。如水中的某些重金属离子可以通过氧化还原反应形成沉淀，从而降低其在水中的浓度。生物自净：水中的微生物通过分解有机物等方式使水体得到净化。微生物利用水中的溶解氧将有机物分解为二氧化碳和水等无害物质，从而降低水体中的有机物含量。影响因素：水体的流量和流速：流量大、流速快的水体，其自净能力较强。因为较大的流量和流速有助于污染物的稀释、扩散，使水体与大气、底泥等之间的物质交换更加充分，有利于物理、化学和生物自净作用的进行。水温：水温影响水中微生物的代谢活动。一般来说，适宜的水温有利于微生物的生长繁殖，从而加快生物自净的速度。但水温过高或过低都会对微生物的活性产生抑制作用，影响水体自净效果。溶解氧：溶解氧是生物自净过程中微生物分解有机物所必需的物质。充足的溶解氧可以促进微生物的有氧呼吸，加快有机物的分解速度，提高水体自净能力。如果水体中溶解氧不足，会导致微生物进行厌氧分解，产生一些有害气体，如硫化氢等，同时降低水体自净效果。污染物的性质和浓度：污染物的种类、化学性质和浓度对水体自净有重要影响。可生物降解的有机物较易被微生物分解，有利于水体自净；而一些难降解的有机物、重金属等则很难通过水体自净去除。污染物浓度过高时，超出了水体的自净能力，会导致水体污染加剧，自净过程难以有效进行。水体的底质：底质的性质会影响水体自净。例如，底质中含有较多的黏土矿物等具有较大吸附能力的物质时，可以吸附水中的一些污染物，减少水体中的污染物含量。同时，底质中的微生物也参与水体自净过程。

第二章水的物理化学处理方法

2.1格栅、筛网及微滤机1.简述格栅的作用、类型及设计参数。作用：格栅是一种拦截水中较大漂浮物和悬浮物的设备，其作用是防止这些较大的杂质进入后续处理单元，保护水泵、管道等设备，减少堵塞和磨损，同时也有助于减轻后续处理工艺的负荷。类型：按形状分类：有平面格栅和曲面格栅。平面格栅较为常见，其栅条在同一平面上；曲面格栅的栅条呈曲面状，具有更好的过水能力和清污效果。按栅条间距分类：可分为粗格栅（栅条间距一般为40150mm）、中格栅（栅条间距一般为1040mm）和细格栅（栅条间距一般为310mm）。不同的栅条间距适用于不同的进水水质和处理要求。设计参数：栅条间距：根据进水水质中漂浮物和悬浮物的大小来确定，一般应保证能有效拦截较大的杂质，同时又要尽量减少水头损失。过栅流速：过栅流速一般控制在0.61.0m/s左右。过栅流速过大，会导致水头损失增加，且可能冲走过小的杂质；过栅流速过小，则容易造成栅前水位壅高，影响进水流量。格栅的宽度和长度：格栅的宽度应根据设计流量和过栅流速来确定，以保证通过格栅的水流均匀分布。格栅长度一般根据进水渠道的宽度和布置方式来确定，通常不小于进水渠道宽度的1.2倍。水头损失：格栅的水头损失与栅条间距、过栅流速、格栅的形状等因素有关。一般可通过经验公式或图表来计算水头损失，水头损失过大时，需要考虑增加格栅的清污次数或采用其他措施来降低水头损失。2.筛网和微滤机的工作原理及适用范围有何不同？筛网工作原理：筛网是利用具有一定孔径的筛网，拦截水中的细小悬浮物和杂质。水流通过筛网时，小于筛孔孔径的物质通过筛网，而大于筛孔孔径的物质则被截留在筛网上。筛网可以定期进行清洗，以保证其过水能力。适用范围：筛网适用于去除水中较细小的悬浮物，如纤维、毛发、藻类等，常用于生活饮用水的预处理、工业循环冷却水的预处理等，也可用于一些小型污水处理系统中对细小杂质的初步拦截。微滤机工作原理：微滤机是一种连续运行的过滤设备，其过滤介质通常是微孔滤膜或滤网。水通过微滤机时，在压力作用下，小于滤膜孔径的水分子及溶解性物质透过滤膜，而大于滤膜孔径的悬浮物、细菌、胶体等被截留在滤膜表面，通过定期的反冲洗或其他清污方式去除截留物。适用范围：微滤机适用于去除水中的微小悬浮物、细菌、藻类等杂质，常用于饮用水深度处理、污水处理中二级处理后的深度过滤、海水淡化预处理等，能够有效提高出水水质，去除一些难以通过常规过滤方法去除的微小颗粒。

2.2沉淀1.什么是沉淀？沉淀有哪些类型？沉淀是指水中的悬浮颗粒在重力作用下下沉的过程。沉淀类型包括：自由沉淀：悬浮颗粒浓度不高，颗粒之间互不干扰，各自独立完成沉淀过程。例如，在初沉池中，当污水中悬浮颗粒浓度较低时，颗粒的沉淀基本属于自由沉淀。絮凝沉淀：悬浮颗粒浓度较高，颗粒之间相互碰撞、凝聚，形成较大的絮凝体后沉淀。在给水处理中，通过投加絮凝剂使细小颗粒凝聚成较大颗粒的沉淀过程就是絮凝沉淀。拥挤沉淀：悬浮颗粒浓度很高，颗粒在沉淀过程中相互干扰，在清水与浑水之间形成明显的交界面，沉淀过程表现为交界面逐渐下沉。如活性污泥法二沉池中污泥的沉淀就属于拥挤沉淀。压缩沉淀：当悬浮颗粒浓度很高，沉淀到一定程度后，污泥中的空隙水被挤出，污泥被压缩，沉淀速度变得很慢。这是污泥处理过程中的一种沉淀现象。2.简述平流式沉淀池的构造、工作原理及设计参数。构造：平流式沉淀池主要由进水区、沉淀区、出水区和污泥区组成。进水区设有进水挡板，使水流均匀地进入沉淀池；沉淀区是沉淀池的核心部分，水流在其中缓慢流动，悬浮颗粒在重力作用下沉淀；出水区设有出水堰，使沉淀后的水均匀流出；污泥区位于沉淀池底部，用于收集沉淀下来的污泥。工作原理：污水从进水区进入沉淀池后，在沉淀区内缓慢流动，悬浮颗粒在重力作用下逐渐下沉，沉淀到池底的污泥通过排泥设备定期排出，而沉淀后的清水则从出水区流出。设计参数：沉淀时间：沉淀时间一般根据水质和处理要求确定，通常在1.53.0h左右。沉淀时间过长，会增加沉淀池的占地面积；沉淀时间过短，则可能导致沉淀效果不佳。水平流速：水平流速一般控制在1025mm/s左右。水平流速过大，会使悬浮颗粒来不及沉淀就流出沉淀池；水平流速过小，会降低沉淀池的处理能力。有效水深：有效水深一般为2.03.5m。有效水深过大，会增加沉淀池的高度，不利于施工和运行管理；有效水深过小，则会影响沉淀效果。池长与池宽比：池长与池宽比一般为35。合适的长宽比有利于水流的均匀分布，提高沉淀效果。污泥斗坡度：污泥斗坡度一般为45°60°，便于污泥的下滑和排出。

2.3气浮1.气浮的原理是什么？气浮有哪些类型？气浮原理：气浮是利用高度分散的微小气泡作为载体，粘附水中的悬浮颗粒，使其密度小于水而上浮，从而实现固液分离的过程。其原理主要基于以下几点：一是向水中通入空气，形成微小气泡；二是使气泡与悬浮颗粒充分接触并粘附；三是气泡携带悬浮颗粒上浮至水面，形成浮渣，从而达到去除悬浮物的目的。类型：电解气浮：通过电解水产生氢气和氧气等微小气泡，这些气泡粘附水中的污染物后上浮。电解气浮不仅能去除悬浮物，还能对水中的有机物进行氧化分解。分散空气气浮：又可分为微孔曝气气浮和叶轮气浮等。微孔曝气气浮是通过微孔曝气器向水中通入空气，形成微小气泡；叶轮气浮是利用叶轮高速旋转时产生的负压吸入空气，并将其切割成微小气泡。溶气气浮：先将空气在一定压力下溶解于水中，形成过饱和溶液，然后突然减压，使水中溶解的空气以微小气泡的形式释放出来，粘附悬浮物上浮。溶气气浮是目前应用较为广泛的气浮类型。2.简述溶气气浮的工艺流程及主要设备。工艺流程：溶气气浮的工艺流程一般包括溶气系统、混合接触区、气浮分离区和浮渣排出系统等部分。溶气系统：通过水泵将水打入溶气罐，同时向溶气罐内通入空气，在一定压力下使空气溶解于水中，形成过饱和溶气水。混合接触区：过饱和溶气水与待处理水在混合接触区内充分混合，使水中的溶解空气以微小气泡的形式释放出来，并与悬浮颗粒接触、粘附。气浮分离区：混合后的水进入气浮分离区，在该区内，气泡携带悬浮颗粒上浮至水面，形成浮渣层，清水则从底部流出。浮渣排出系统：通过刮渣机将水面上的浮渣刮出，排出系统进行后续处理。主要设备：溶气罐：用于溶解空气，使水达到过饱和状态。溶气罐的设计应保证空气与水充分接触，溶解效果良好。水泵：包括溶气泵和回流泵等。溶气泵用于将水打入溶气罐，提供溶气所需的压力；回流泵用于将部分处理后的清水回流至溶气系统，以调节溶气水量和压力。释放器：其作用是将过饱和溶气水中的空气以微小气泡的形式均匀释放出来，释放器的性能直接影响气浮效果。气浮池：气浮分离的场所，其构造设计应保证水流均匀，有利于气泡与悬浮颗粒的接触和分离。刮渣机：用于刮除水面上的浮渣，保持气浮池的正常运行。

2.4过滤1.简述过滤的基本原理及作用。基本原理：过滤是指水流通过粒状滤料层时，其中的悬浮颗粒和胶体物质被截留在滤料颗粒表面和内部孔隙中，从而使水得到净化的过程。其截留作用主要有以下几种方式：筛滤作用：滤料层中较大的颗粒形成孔隙，小于孔隙尺寸的颗粒被截留在孔隙中，如同过筛一样。沉淀作用：水中的悬浮颗粒在滤料表面沉淀下来，逐渐积累形成一层滤膜，进一步截留后续的颗粒。接触凝聚作用：水中的胶体颗粒与滤料表面接触时，由于范德华力等作用，被吸附在滤料表面，从而实现去除。作用：过滤的主要作用是进一