2025环境工程专业考研水处理工程真题试卷及答案

2025环境工程专业考研水处理工程真题试卷及答案考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题1.下列关于水体中悬浮物颗粒沉降的描述，错误的是（）。A.理想沉淀是指颗粒在沉速恒定的理想条件下自由沉降。B.沉降速度与颗粒浓度成正比。C.重力沉降适用于去除相对密度大于1的颗粒。D.沉淀池的去除效率与水力停留时间密切相关。2.混凝处理的主要目的是（）。A.降低水的浊度。B.杀灭水中的病原微生物。C.去除水中的溶解性有机物。D.沉淀水中的重金属离子。3.下列水处理方法中，属于物理化学处理方法的是（）。A.活性污泥法。B.过滤。C.混凝沉淀。D.生物膜法。4.对于给水处理，通常优先考虑采用快滤池的原因是（）。A.投资成本低。B.过滤效率高，出水水质好。C.运行管理方便。D.能有效去除所有类型微生物。5.下列关于活性污泥法描述错误的是（）。A.是一种生物处理方法。B.利用活性污泥中的微生物降解有机物。C.需要严格控制污泥沉降比。D.出水水质主要取决于污泥龄。6.废水处理中，通常将pH调节至中性范围（6-9）的主要目的是（）。A.优化生物处理效率。B.防止管道腐蚀。C.促进重金属离子沉淀。D.以上都是。7.下列关于膜生物反应器（MBR）的描述，正确的是（）。A.通常适用于低浓度废水处理。B.存在膜污染问题，需要定期清洗或更换膜。C.出水水质通常不如传统活性污泥法。D.不需要污泥回流。8.消毒的目的是（）。A.去除水中的悬浮物。B.去除水中的溶解性有机物。C.杀灭水中的病原微生物。D.提高水的口感。9.下列关于给水处理中预氧化的描述，错误的是（）。A.预氧化的目的是去除水中的铁、锰。B.常用的预氧化剂有氯、臭氧、高锰酸钾。C.预氧化可以提高后续消毒效果。D.预氧化过程会产生有害副产物。10.水处理厂中，通常将细格栅和粗格栅设置在（）。A.混凝沉淀池之后。B.过滤池之后。C.污水提升泵站之前。D.消毒单元之后。二、填空题1.混凝沉淀过程中，为提高去除效果，常投加______作为混凝剂。2.活性污泥法中，影响微生物活性的重要环境因素包括温度、pH、溶解氧和______。3.水处理中常用的消毒方法有______、臭氧消毒和紫外线消毒。4.过滤池的反冲洗目的是清除滤层中的______，恢复过滤能力。5.废水处理工艺的选择需要根据______、出水水质要求和处理成本等因素综合确定。6.污水处理厂产生的污泥属于______污染物。7.生物膜法处理废水的主要机理是利用附着在填料表面上的______降解有机物。8.水的浊度主要是由水中的______悬浮物引起的。9.在进行废水化学沉淀处理时，通常需要控制溶液的______，使目标污染物形成沉淀物。10.膜分离技术根据膜孔径大小和分离原理不同，可分为微滤、超滤、纳滤和______等。三、名词解释1.沉降速度2.混凝3.活性污泥4.污泥龄5.膜污染四、简答题1.简述混凝沉淀的基本原理及其影响因素。2.简述活性污泥法运行过程中需要监测和控制的主要水质参数及其意义。3.与传统活性污泥法相比，简述膜生物反应器（MBR）的主要优点。4.简述水处理厂中设置预氧化单元的必要性和可能遇到的问题。五、计算题1.某城市给水厂采用慢滤池过滤，滤池面积500m²，设计滤速为8m/h。若某日滤池进水流量为2.4m³/s，求该日滤池的滤水负荷（m³/（m²·h））。2.某污水处理厂每日处理污水量为50000m³，采用活性污泥法处理，曝气池污泥浓度为3000mg/L（以干污泥计），污泥龄为8天。求每日产生的剩余污泥量（kg干污泥/d）。六、论述题试论述选择给水或废水处理工艺时需要考虑的主要因素及其内在联系。试卷答案一、选择题1.B解析：沉降速度是指颗粒在恒定水流和重力作用下垂直向下的沉降速率。对于理想沉淀，颗粒沉降不受周围其他颗粒影响，其沉降速度仅与颗粒自身性质（如大小、形状、密度）和水力条件（如流速）有关，与颗粒浓度无关。浑浊水中，颗粒浓度较高时，颗粒间会发生相互干扰，导致实际沉降速度低于理想沉降速度，甚至出现异向沉降。2.A解析：混凝处理的核心是通过投加混凝剂，使水中细小、分散的悬浮物颗粒脱稳、相互碰撞并聚结成较大的絮体，然后在重力作用下沉降分离，从而有效降低水的浊度。其他选项描述的是消毒、吸附或沉淀重金属等不同水处理过程或目标。3.C解析：物理化学处理方法是指同时利用物理和化学作用的处理技术。混凝沉淀就是典型的物理化学方法，其中物理过程是颗粒的碰撞和沉降，化学过程是混凝剂水解产物对颗粒表面电荷的中和和架桥作用。过滤主要是物理过程，活性污泥法和生物膜法主要是生物过程。4.B解析：快滤池具有滤速高、滤料较粗、水头损失较小、过滤效率较高等优点，能够有效去除水中的悬浮物，保证给水浊度达标。虽然投资和运行可能稍高，但其高效的过滤性能是优先采用的主要原因。5.D解析：活性污泥法的出水水质不仅取决于污泥龄，还受到进水水质水量、曝气量、温度、pH等多种因素的综合影响。污泥龄（SRT）是控制污泥浓度和内源呼吸的关键参数，对出水有机物浓度有显著影响，但不是唯一决定因素。6.D解析：调节废水pH至中性范围有多重目的：许多微生物在接近中性的pH下活性最佳，有利于生物处理；中性pH有助于某些重金属离子形成氢氧化物沉淀，便于去除；同时也能保护后续处理单元（如管道、设备）不被强酸或强碱腐蚀。7.B解析：MBR将生物处理与膜分离技术结合，膜分离能有效截留所有颗粒物和微生物，因此出水水质非常优秀，几乎可以完全去除悬浮物和病原体。膜污染是MBR运行中普遍存在且需要解决的关键问题。与传统活性污泥法相比，MBR出水水质更好，但运行成本（尤其是膜组件）更高。MBR通过膜分离替代了传统二沉池，但通常仍需进行污泥回流。8.C解析：消毒是水处理过程中必不可少的环节，其核心目的是杀灭水中的病原微生物（如细菌、病毒、原生动物等），以保障饮用水的公共卫生安全。去除悬浮物、溶解性有机物和提高口感属于其他处理目标。9.A解析：预氧化的主要目的包括：去除水中铁、锰（通常在过滤前进行，称为除铁除锰）；改善后续消毒效果（如去除干扰消毒的有机物，或提高氯的消毒效率）；为生物处理创造有利条件（如预先分解部分难降解有机物）。产生有害副产物是某些消毒方法（如氯消毒）的潜在问题。10.C解析：在污水处理流程中，提升泵站通常位于预处理单元之后、主干管或后续处理单元之前。此时水流速度较快，如果水中含有较大的悬浮物或杂质，容易堵塞泵的叶轮，造成运行事故。因此，需要在提升泵站之前设置粗格栅和细格栅，去除这些杂质，保护泵的安全稳定运行。二、填空题1.混凝剂解析：混凝剂是混凝过程中投加的化学药剂，其作用是通过水解或电离产生带电胶体，中和水中悬浮物颗粒表面的电荷，破坏颗粒间的静电斥力，促进颗粒相互靠近并聚结成较大的絮体。2.溶解氧解析：溶解氧是活性污泥中好氧微生物生存和代谢必需的，其浓度直接影响微生物的活性、代谢速率和污泥沉降性能。温度、pH、营养物质也是影响微生物活性的关键因素。3.氯消毒解析：氯消毒是目前应用最广泛、最经济有效的消毒方法之一。臭氧消毒和紫外线消毒也是常用的物理或化学消毒方法，各有优缺点。4.滞留泥解析：过滤池反冲洗的目的是通过反向水流冲刷滤池滤料表面，清除附着在滤料表面和内部孔隙中的污垢、悬浮泥浆（即滞留泥），恢复滤料的孔隙率和过滤性能。5.原水水质水量解析：原水的水质（如浊度、悬浮物含量、有机物浓度、pH、温度等）和水量（流量大小及其变化）是选择和设计水处理工艺的基础依据，直接影响工艺流程的选择、处理单元的规模和参数。6.污水解析：污水处理厂处理的是城市污水或工业废水，这些水本身含有污染物。处理过程中产生的污泥，其性质和成分与原污水密切相关，属于水污染物的固态形态。7.微生物解析：生物膜法是利用附着在填料、滤料或构筑物内壁表面上的微生物群体（生物膜）来处理水。生物膜中的微生物利用水中的有机物作为营养物质进行代谢，从而降解污染物。8.细解析：水的浊度是指水中悬浮物对光的散射程度，这些悬浮物主要是粒径在胶体范围到悬浮态的微小颗粒，通常是细小的固体颗粒或胶体。9.化学沉淀剂解析：化学沉淀处理是通过投加化学药剂（沉淀剂），与目标污染物发生化学反应，生成溶解度较低的沉淀物，然后通过沉淀或过滤将其从水中去除。控制溶液的化学条件（如pH、氧化还原电位等）以及投加适量的沉淀剂是确保沉淀反应有效进行的关键。10.反渗透解析：膜分离技术根据膜孔径大小和分离原理可分为微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）和反渗透（RO）。反渗透是孔径最小的膜分离技术，能有效去除几乎所有的溶解盐类和分子量较小的有机物。三、名词解释1.沉降速度：指颗粒在重力作用下，从静止的液体中沉降时，其终端速度。对于理想沉淀，它取决于颗粒自身特性（如密度、粒径、形状）和流体性质（如密度、粘度）。2.混凝：是指向水中投加混凝剂，使水中细小、分散的悬浮物（胶体）脱稳，失去稳定性，并在水中相互碰撞、聚合，形成较大的絮体（微絮体）的过程。混凝是后续沉淀或过滤去除悬浮物的前提。3.活性污泥：是指在污水处理过程中，利用特定微生物（主要是细菌）在污水中生长繁殖形成的，富含这些微生物的絮状物。活性污泥具有良好的吸附、分解有机物的能力，是活性污泥法处理污水的核心物质。4.污泥龄：指在曝气池中，单位体积活性污泥总量（以干污泥计）所能够处理的污水体积（以体积计）的比值，单位通常是“天”。它代表了活性污泥在系统中平均停留的时间，是控制微生物种群结构和去除效果的重要参数。5.膜污染：指在膜分离过程中，水中的溶解性物质（如有机物、盐类）在膜表面吸附、沉积、结垢，或微生物在膜表面附着、生长繁殖，导致膜孔堵塞、膜表面粗糙度增加、膜通量下降、阻力升高等现象，从而降低膜分离性能的过程。四、简答题1.简述混凝沉淀的基本原理及其影响因素。解析：混凝沉淀的基本原理是：向水中投加混凝剂后，混凝剂在水解或电离过程中产生带电胶体（通常为阳离子胶体），这些带电胶体与水中悬浮的、通常带相反电荷或呈电中性的胶体颗粒相互接近。通过电性中和、吸附架桥、网捕卷集等作用，使细小颗粒失去稳定性，相互碰撞、聚合形成较大的絮体。这些絮体在重力的作用下沉降分离，从而达到净化水质的目的。影响因素主要包括：混凝剂种类和投加量、pH值、水温、水的浊度和色度、水中有机物含量、搅拌（或混合）强度与时间、接触反应时间等。其中，混凝剂投加量、pH值和搅拌条件是最关键的影响因素。2.简述活性污泥法运行过程中需要监测和控制的主要水质参数及其意义。解析：活性污泥法运行需要监测和控制的主要水质参数包括：*溶解氧（DO）：好氧微生物降解有机物需要氧气，低DO会抑制微生物活性，影响处理效果；高DO会增加能耗。通常需维持在2-4mg/L。*污泥浓度（MLSS）：反映曝气池中活性污泥的数量，污泥浓度越高，单位体积的处理能力越强，但过高可能导致污泥膨胀或处理效果下降。需根据水量、水质和DO等适时调整。*污泥沉降比（SV%）：反映活性污泥的沉降性能和密实程度，是判断污泥是否发生膨胀的指标之一。适宜的沉降比有助于实现良好的泥水分离。*污泥体积指数（SVI）：单位重量干污泥所占的体积，更能反映污泥的沉降和凝聚性能。SVI过高可能指示污泥膨胀，过低可能指示污泥老化或压实。*BOD/COD比：反映进水有机物的可生化性。BOD/COD比过低时，微生物难以充分降解有机物，影响处理效果。*pH值：影响微生物的酶活性和絮体形成，通常需维持在6.5-8.5之间。*温度：影响微生物的代谢速率，过高或过低都会影响处理效果。需根据季节变化进行调整或采取保温措施。监测和控制这些参数的意义在于维持活性污泥系统的稳定运行，保证高效的有机物去除效果，实现良好的泥水分离，防止污泥膨胀等问题，确保出水水质达标。3.与传统活性污泥法相比，简述膜生物反应器（MBR）的主要优点。解析：与传统活性污泥法相比，膜生物反应器（MBR）的主要优点包括：*出水水质极好：MBR利用膜分离技术，能截留所有悬浮物（包括细菌、病毒等微生物），出水浊度极低，细菌和病原体去除率极高。*污泥浓度高：膜分离取代了二沉池，无需考虑污泥沉降性能，可维持很高的污泥浓度（MLSS可达5000-15000mg/L甚至更高），提高了系统处理能力和容积负荷。*占地面积小：由于污泥浓度高，处理单位水量所需的曝气池容积大大减小，且无需二沉池，因此整个水处理厂的占地面积可以显著减小。*污泥产量少：高污泥浓度运行，单位处理水量产生的剩余污泥量相对较少。*适应性强：MBR对水质水量的变化具有较好的适应能力，不易发生污泥膨胀等问题。主要缺点是运行成本较高（膜组件的造价和更换成本）、易发生膜污染（需要定期清洗或更换膜）。4.简述水处理厂中设置预氧化单元的必要性和可能遇到的问题。解析：在水处理厂中设置预氧化单元的必要性主要包括：*去除铁、锰：对于原水铁、锰含量较高的地表水，预氧化（常用氯、高锰酸钾、臭氧等）可以将溶解状态的铁、锰氧化成易于通过过滤去除的氢氧化物沉淀。*改善消毒效果：水中存在的某些有机物（如腐殖酸）会消耗消毒剂（如氯），或与消毒剂反应生成消毒副产物。预氧化（如臭氧）能有效破坏这些有机物的结构，提高后续消毒剂（如氯）的利用率和消毒效率，或降低消毒副产物的生成风险。*提高生物处理效率：预氧化（如高锰酸钾）能将部分难降解的有机物氧化成易生物降解的物质，有利于后续的生物处理单元。可能遇到的问题主要包括：*产生有害副产物：某些预氧化方法（如氯预氧化）可能产生溴酸盐等有害消毒副产物，需要控制氧化条件或选择更安全的预氧化剂。*加剧后续处理负荷：预氧化可能将一些原本稳定的有机物氧化，增加了后续处理单元（如过滤、消毒）的负荷。*投资和运行成本增加：增加预氧化单元意味着增加了处理流程和设备，导致投资和能耗（如臭氧法）或药耗（如加氯）成本增加。五、计算题1.某城市给水厂采用慢滤池过滤，滤池面积500m²，设计滤速为8m/h。若某日滤池进水流量为2.4m³/s，求该日滤池的滤水负荷（m³/（m²·h））。解析：滤水负荷是指单位时间内通过单位过滤面积的水量。计算公式为：滤水负荷=进水流量/滤池面积。首先统一单位，进水流量2.4m³/s=2.4*3600L/h=8640m³/h。滤池面积A=500m²。代入公式：滤水负荷=8640m³/h/500m²=17.28m³/(m²·h)。2.某污水处理厂每日处理污水量为50000m³，采用活性污泥法处理，曝气池污泥浓度为3000mg/L（以干污泥计），污泥龄为8天。求每日产生的剩余污泥量（kg干污泥/d）。解析：每日产生的剩余污泥量主要由两部分组成：内源呼吸消耗的污泥量和因微生物增殖超出系统容纳能力而排放的污泥量。对于稳定运行且排泥量固定的系统，剩余污泥量（RAS）通常按以下公式估算：RAS=(X*Q*SRT)/(1+Kd*SRT)，其中X为污泥浓度（mg/L），Q为水量（m³/d），SRT为污泥龄（d），Kd为内源呼吸速率系数（d⁻¹），通常取值在0.05-0.1d⁻¹。为简化计算，若忽略内源呼吸或假设系统处于平衡状态，剩余污泥量约等于每日新增微生物量，即：RAS≈X*Q/1000。代入数据：X=3000mg/L=3kg/m³，Q=50000m³/d。每日剩余污泥量≈3kg/m³*50000m³/d/1000=150kg干污泥/d。此为简化估算值，实际值可能因Kd等因素而有所不同。六、论述题试论述选择给水或废水处理工艺时需要考虑的主要因素及其内在联系。解析：选择给水或废水处理工艺是一个复杂的过程，需要综合考虑多个相互关联的因素，主要包括：1.原水/废水水质水量:这是最基础也是最关键的因素。原水的水质（浊度、色度、铁锰、有机物、病原体种类和数量、pH、温度、特殊污染物等）和水量（平均流量、高峰流量、季节性变化）直接决定了所需处理单元的类型、数量、规模和处理难度。例如，高浊度水需要较强的混凝沉淀能力，高有机物含量可能需要预氧化或强化生物处理。2.出水水质要求:出水水质标准（如浊度、细菌总数、消毒要求、特定污染物去除率等）是工艺选择的主要导向。更高的出水水质要求通常意味着需要更复杂、更严格的处理工艺