2025年环境工程设计课程期末考试试题及答案

2025年环境工程设计课程期末考试试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.某城市污水处理厂进水BOD₅浓度为200mg/L，SS浓度为250mg/L，设计出水需达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。以下哪种工艺组合最合理？（）A.格栅→沉砂池→初沉池→SBR→消毒B.格栅→沉砂池→A²/O→二沉池→过滤→消毒C.格栅→水解酸化池→氧化沟→二沉池→消毒D.格栅→沉砂池→曝气生物滤池→消毒答案：B解析：一级A标准要求BOD₅≤10mg/L，SS≤10mg/L，需强化脱氮除磷及深度处理。A²/O工艺可同步脱氮除磷，后续过滤可保障SS达标，符合要求。2.某钢铁厂烧结机烟气中SO₂浓度为1500mg/Nm³，NOx浓度为300mg/Nm³，粉尘浓度为80mg/Nm³。若需执行《钢铁工业大气污染物排放标准》（GB28662-2012）特别排放限值（SO₂≤50mg/Nm³，NOx≤100mg/Nm³，粉尘≤10mg/Nm³），最合理的治理工艺是（）A.电除尘→石灰石-石膏法脱硫→低氮燃烧+SCR脱硝B.袋式除尘→SCR脱硝→氨法脱硫C.电袋复合除尘→臭氧氧化脱硝→海水脱硫D.旋风除尘→活性炭法（同步脱硫脱硝）→湿式电除尘答案：A解析：烧结烟气治理需先除尘（电除尘效率高），再脱硫（石灰石-石膏法技术成熟），最后脱硝（低氮燃烧+SCR可满足NOx限值）。活性炭法虽可同步脱硫脱硝，但运行成本高，非最优选择。3.关于危险废物填埋场设计，以下说法错误的是（）A.基础层应采用双层衬层系统，底层渗透系数≤1×10⁻¹²cm/sB.填埋场应设置渗滤液收集导排系统，导排层厚度≥30cmC.填埋场封场后需设置甲烷收集系统，持续监测20年以上D.危险废物与一般工业固废可分区填埋，但需设置隔离带答案：D解析：危险废物填埋场禁止与一般工业固废混合填埋，需独立分区且满足严格防渗要求。4.某工业园区废水含高浓度苯酚（500mg/L）、氨氮（300mg/L）和盐分（TDS=8000mg/L），可生化性（B/C=0.35）。以下预处理+生化处理工艺组合最合理的是（）A.芬顿氧化→水解酸化→A/OB.吹脱（pH=11）→萃取（苯作萃取剂）→UASB→接触氧化C.微电解→硝化反硝化→MBRD.电渗析脱盐→汽提（除苯酚）→SBR答案：B解析：苯酚可通过萃取（苯与苯酚亲和力强）高效去除，氨氮在高pH下吹脱效率高；UASB可处理高浓度有机废水，接触氧化进一步降解剩余污染物。芬顿氧化成本高，电渗析脱盐不适用于高TDS（8000mg/L属中等，吹脱+萃取更经济）。5.下列关于环境工程设计中“三同时”制度的描述，正确的是（）A.环保设施与主体工程同时设计、同时施工、同时验收B.环保投资需占总投资的5%~10%，由建设单位自行管理C.验收需由生态环境部门组织，重点核查设施运行效果D.若主体工程提前投产，环保设施可延迟3个月投入使用答案：A解析：“三同时”指同时设计、施工、投产使用（非验收）；环保投资比例无固定要求；验收由建设单位自主组织；主体工程投产前环保设施必须同步投用。二、简答题（每题8分，共40分）1.简述MBR（膜生物反应器）工艺在污水处理中的核心优势及设计时需重点考虑的问题。答案：核心优势：①膜分离替代二沉池，污泥浓度高（8000~12000mg/L），占地面积小；②出水水质好（SS接近0，可直接回用）；③污泥龄长，利于硝化菌增殖，脱氮效果稳定；④剩余污泥量少（泥龄长，微生物内源呼吸充分）。设计重点：①膜组件选择（中空纤维膜或平板膜，需考虑抗污染性）；②膜通量设计（一般10~25L/(m²·h)，需根据水质调整）；③曝气强度（需满足微生物需氧及膜表面冲刷防污染，通常气水比20:1~40:1）；④污泥浓度控制（过高会导致膜污染加剧，需结合膜材质确定上限）；⑤反冲洗/化学清洗周期（需根据进水水质设定，避免膜不可逆污染）。2.比较垃圾焚烧发电与卫生填埋的环境效益（从温室气体排放、土地资源占用、能源回收角度分析）。答案：①温室气体排放：垃圾焚烧时，有机碳转化为CO₂（属短周期碳循环，不计入温室效应），但若焚烧不完全会产生CH₄（温室效应是CO₂的28倍）；卫生填埋中，有机垃圾厌氧分解产生大量CH₄（占填埋气50%~60%），若未收集处理，温室效应显著。②土地资源占用：焚烧厂处理规模大（单炉日处理500~1000吨），占地小（约5~10公顷）；卫生填埋需大面积场地（日处理1000吨需占地约20公顷/年），且填埋场封场后需长期维护（30年以上），土地复垦难度大。③能源回收：焚烧可发电（吨垃圾发电200~300kWh），替代化石能源；填埋气收集发电效率低（吨垃圾发电约50~80kWh），且收集率通常不足70%。综上，焚烧发电在温室气体控制（若配套高效净化）、土地节约、能源回收方面更具优势，但需严格控制二噁英等污染物排放。3.某企业拟建设一座处理量为5000m³/d的电镀废水处理站（含Cr⁶+、Ni²+、Cu²+、CN⁻），简述分质处理的必要性及典型工艺路线。答案：分质处理必要性：①不同污染物处理方法差异大（如Cr⁶+需还原，CN⁻需氧化，重金属需沉淀），混合处理会增加药剂消耗；②含氰废水与含铬废水混合可能生成剧毒络合物（如[Cr(CN)₆]³⁻），增加处理难度；③分质处理可提高各系统运行稳定性，降低事故风险。典型工艺路线：-含氰废水：调节pH→次氯酸钠氧化（一级破氰：pH=10~11，ORP=300~350mV；二级破氰：pH=7~8，ORP=650~700mV）→进入综合废水池。-含铬废水：调节pH=2~3→投加NaHSO₃还原Cr⁶+→pH=7~8→投加NaOH沉淀Cr³+→压滤→滤液进入综合池。-含镍、铜废水：调节pH=9~10→投加硫化钠（或重金属捕集剂）→沉淀→压滤→滤液进入综合池。-综合废水：pH调节→混凝（PAC/PAM）→沉淀→砂滤→活性炭吸附→回用或排放（需满足《电镀污染物排放标准》GB21900-2008）。4.简述大气污染控制中“超低排放”对燃煤电厂的技术要求（以SO₂、NOx、粉尘为例）。答案：根据《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》，超低排放要求：-SO₂：≤35mg/Nm³（基准氧含量6%），需采用高效脱硫（如石灰石-石膏法，液气比≥15L/m³，脱硫效率＞98%），或协同脱硫（如湿法电除尘）。-NOx：≤50mg/Nm³，需采用“低氮燃烧（改造燃烧器，降低初始NOx至200mg/Nm³以下）+SCR脱硝（催化剂层数2+1，氨逃逸≤2.5ppm）”，脱硝效率＞85%。-粉尘：≤10mg/Nm³（重点地区≤5mg/Nm³），需采用“电除尘（高频电源，比集尘面积≥130m²/(m³·s)）+湿式电除尘（电场风速≤2m/s，效率＞70%）”或电袋复合除尘（滤袋材质PPS+PTFE，过滤风速≤0.9m/min）。5.简述环境工程设计中“生态补偿”的内涵及在工业园区规划中的应用场景。答案：内涵：因开发建设活动导致生态系统服务功能损失，通过人工措施恢复或替代受损功能，实现“占补平衡”。核心是量化生态损失（如植被破坏面积、生物多样性降低程度），并通过异地修复（如建设人工湿地、补偿林）或功能替代（如碳汇交易）进行补偿。工业园区应用场景：①园区建设占用农田/湿地，需异地开垦耕地或建设人工湿地（补偿水文调节功能）；②园区排放导致周边河流生态退化，需建设生态缓冲带（种植耐污植物，恢复生物栖息环境）；③园区开发破坏区域碳汇能力（如砍伐森林），需通过购买碳汇指标或建设光伏/风电项目（替代化石能源，减少碳排放）。三、计算题（每题15分，共30分）1.某城镇污水处理厂设计规模为2×10⁴m³/d，进水BOD₅=220mg/L，SS=250mg/L，总氮（TN）=40mg/L，总磷（TP）=5mg/L；出水需达到一级A标准（BOD₅≤10mg/L，TN≤15mg/L，TP≤0.5mg/L）。采用A²/O工艺，设计污泥浓度（MLSS）=4000mg/L，污泥龄（θc）=15d，污泥产率系数（Y）=0.6kgVSS/kgBOD₅，衰减系数（Kd）=0.05d⁻¹，混合液回流比（R内）=200%，污泥回流比（R外）=50%。（1）计算曝气池有效容积（按BOD₅污泥负荷计算，Ns=0.15kgBOD₅/(kgMLSS·d)）；（2）计算剩余污泥量（以干污泥量计，VSS/SS=0.75）；（3）分析该工艺能否满足TN和TP的去除要求，若不能需提出改进措施。答案：（1）曝气池容积计算：BOD₅去除量=进水BOD₅-出水BOD₅=220-10=210mg/L=0.21kg/m³污泥负荷Ns=Q×ΔS/(V×X)→V=Q×ΔS/(Ns×X)Q=2×10⁴m³/d，ΔS=0.21kg/m³，Ns=0.15kg/(kg·d)，X=4000mg/L=4kg/m³V=(2×10⁴×0.21)/(0.15×4)=(4200)/(0.6)=7000m³（2）剩余污泥量计算：净污泥产率系数Yobs=Y/(1+Kd×θc)=0.6/(1+0.05×15)=0.6/1.75≈0.343kgVSS/kgBOD₅BOD₅处理量=Q×(S0-Se)=2×10⁴×(220-10)×10⁻³=2×10⁴×0.21=4200kg/d剩余污泥量（VSS）=Yobs×4200=0.343×4200≈1440.6kg/d干污泥量（SS）=VSS/0.75≈1440.6/0.75≈1920.8kg/d（3）TN和TP去除分析：A²/O工艺理论TN去除率=[R内/(1+R内)]×(1-1/θc×(Y×(S0-Se)/Q+Kd))，代入数据：R内=200%=2，θc=15d，Y=0.6，(S0-Se)/Q=0.21kg/m³硝化菌泥龄需≥1/μ=1/(0.47×(T-15))（T=20℃时，μ=0.47×5=2.35d⁻¹，θc≥0.425d，满足）；反硝化碳源：BOD₅/TN=220/40=5.5＞4（需≥4），碳源充足，TN理论去除率≈(2/3)×(1-1/(15×(0.6×0.21×2×10⁴/2×10⁴+0.05)))=(2/3)×(1-1/(15×(0.126+0.05)))=(2/3)×(1-1/2.64)≈(2/3)×0.621≈41.4%，进水TN=40mg/L，出水TN=40×(1-0.414)=23.4mg/L＞15mg/L，不达标。TP去除：A²/O工艺通过排泥除磷，理论除磷量=(TP进-TP出)×Q=(5-0.5)×2×10⁴×10⁻³=90kg/d；剩余污泥含磷量=SS×含磷率（一般1.5%~3%），取2%，则除磷量=1920.8×0.02≈38.4kg/d＜90kg/d，TP不达标。改进措施：①增加内回流比至300%~400%，提高反硝化效率；②投加碳源（如乙酸钠）补充反硝化碳源；③化学除磷（在二沉池前投加PAC，投加量按P:Al=1:1.5~2计算）。四、案例分析题（共30分）背景：某化工园区（主导产业为农药、医药中间体）产生综合废水，水质如下：COD=8000mg/L，BOD₅=1200mg/L（B/C=0.15），氨氮=300mg/L，总磷=20mg/L，盐分（TDS）=12000mg/L，pH=3~4，含挥发酚（50mg/L）、苯系物（30mg/L）、重金属（Pb²+=5mg/L，Cd²+=0.5mg/L）。园区规划建设一座5000m³/d的废水处理厂，出水需满足《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级标准（COD≤100mg/L，氨氮≤15mg/L，挥发酚≤0.5mg/L，Pb²+≤1.0mg/L，Cd²+≤0.1mg/L）。任务：（1）绘制工艺流程图（需标注各单元名称及核心功能）；（2）说明各主要处理单元的设计参数及选择依据；（3）分析运行中可能出现的风险及应对措施。答案（1）工艺流程图：调节池（均质均量）→中和池（pH=6~9）→吹脱塔（除氨氮）→萃取塔（除挥发酚、苯系物）→微电解池（提高可生化性）→Fenton氧化（降解难降解有机物）→中和沉淀（除重金属）→UASB（厌氧处理）→A/O（硝化反硝化）→MBR（泥水分离）→活性炭吸附（深度处理）→排放。（2）主要单元设计参数及依据：①调节池：停留时间HRT=12~24h（取18h），有效容积=5000×18/24=3750m³，设搅拌装置（防止悬浮物沉淀），因废水水质波动大（pH、COD变化剧烈），需均质均量。②中和池：投加Ca(OH)₂（成本低），pH调节至8~9（利于后续吹脱及沉淀），HRT=1h，设pH在线监测与自动加药系统。③吹脱塔：填料采用聚丙烯鲍尔环（比表面积大），气水比=2000:1（氨氮浓度高，需强化吹脱），pH=11（吹脱效率最高），塔内温度≥30℃（加热蒸汽维持），去除率≥80%（氨氮从300mg/L降至60mg/L）。④萃取塔：萃取剂选用二异丙醚（对酚类、苯系物萃取效率＞95%），萃取比（油:水）=1:5，多级逆流萃取（3级），挥发酚从50mg/L降至2mg/L，苯系物从30mg/L降至1mg/L。⑤微电解池：铁碳填料（铁:碳=3:1），HRT=2h，pH=3~4（反应最佳），通过电化学反应破坏有机物结构，B/C从0.15提升至0.3（可生化性改善）。⑥Fenton氧化：H₂O₂投加量=COD×0.5（8000×0.5=4000mg/L），Fe²+投加量=H₂O₂×0.1（400mg/L），HRT=3h，pH=3（催化反应），COD去除率40%（从8000×(1-0.4)=4800mg/L）。⑦中和沉淀：投加NaOH调pH=9~10，投加Na₂S（与Pb²+、Cd²+生成硫化物沉淀，溶度积更小），HRT=2h，沉淀池表面负荷=1.0m³/(m²·h)，重金属去除率＞99%（Pb²+≤0.05mg/L，Cd²+≤0.005mg/L）。⑧UASB：容积负荷=8kgCOD/(m³·d)，有效容积=5000×4800×10⁻³/8=3000m³，HRT=3000×24/5000=14.4h，设三相分离器（分离沼气、污泥、水），COD去除率80%（4800×0.2=960mg/L）。⑨A/O池：好氧段MLS