水污染控制工程课后习题及答案

水污染控制工程课后习题及答案一、水质指标与标准1.某工业园区废水排口连续30天测得CODCr日均值分别为：112、108、121、135、129、118、125、140、133、127、122、116、119、131、124、128、136、130、123、117、120、134、126、132、138、121、115、137、129、142mg/L。若地方标准规定CODCr日均排放限值为120mg/L，且允许日均值超标率不超过5%，试判断该排口是否达标，并计算超标倍数最大值。答案：将30个数据由小到大排序，第29个数据为138mg/L，超标天数为9天，超标率30%＞5%，判定为不达标；最大超标倍数为(142－120)/120＝0.18倍。2.某地表水断面BOD57.8mg/L，CODCr28mg/L，NH3N1.9mg/L，TP0.21mg/L，按照《地表水环境质量标准》(GB38382002)基本项目Ⅲ类限值，判断该断面主要超标因子并给出超标倍数。答案：Ⅲ类限值BOD5≤4mg/L、CODCr≤20mg/L、NH3N≤1.0mg/L、TP≤0.2mg/L。BOD5超标0.95倍，CODCr超标0.40倍，NH3N超标0.90倍，TP超标0.05倍，主要超标因子为BOD5。3.某市拟将污水处理厂出水作为城市景观河道补水，出水要求达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB189182002)一级A，其中TN≤15mg/L。若进水TN为52mg/L，污水厂采用A²O+深度处理工艺，求系统TN去除率至少需达到多少？答案：η=(52－15)/52×100%=71.2%，即TN去除率≥71.2%。4.某企业排放口设置自动采样器，每2h采集一次瞬时样，全天共12个样。若地方标准规定“日均值”为12次测定值的算术平均，且任一一次测定值不得超过限值1.5倍，COD限值80mg/L。某日日测值分别为：66、78、92、85、88、130、82、75、90、87、84、81mg/L，判断该日是否达标。答案：日均值=(66+78+…+81)/12=86.3mg/L＜80mg/L？否，86.3＞80，已超标；且130＞1.5×80=120mg/L，亦超标；判定为不达标。5.某河流背景断面CODMn为4.2mg/L，自净系数k=0.18d⁻¹，求下游20km处CODMn浓度（忽略旁侧入流与支流影响，水流速0.3m/s）。答案：t=20000/0.3/86400=0.77d；C=4.2·e^(－0.18×0.77)=3.6mg/L。二、物理处理单元6.某城市污水厂最大流量Qmax=48000m³/d，采用平流式沉砂池，设计水平流速v=0.25m/s，有效水深H=1.2m，求池长L及最小有效容积V。答案：t=H/v=1.2/0.25=4.8s；L=v·t=0.25×4.8=1.2m；V=Qmax·t=48000/86400×4.8=2.67m³。7.某初沉池采用圆形辐流式，直径D=28m，有效水深3.5m，表面负荷q=1.6m³/(m²·h)，求最大设计流量及停留时间。答案：A=πD²/4=615.8m²；Q=qA=1.6×615.8=985m³/h；V=A·H=2155m³；t=V/Q=2.19h。8.某工业废水含油量180mg/L，采用平行板式隔油池，板长2.5m，板间距40mm，水平流速5mm/s，油滴最小去除粒径要求60μm，油滴上升速度ut=0.85mm/s，求所需板数n（板宽统一3m）。答案：临界沉降速度ut=0.85mm/s；池表面积A=Q/q，q=ut；Q=5×10⁻³×3×2.5×n；令Q=180m³/h=0.05m³/s；则n=0.05/(5×10⁻³×3×2.5)=1.33，取整2组。9.某旋流沉砂池进水量200L/s，颗粒沉降试验得d50=0.08mm，对应ut=6.5mm/s，设计表面负荷取1.8m³/(m²·h)，求池直径。答案：Q=200L/s=720m³/h；A=Q/q=720/1.8=400m²；D=√(4A/π)=22.6m，取23m。10.某污水厂设置细格栅，栅条宽5mm，栅隙8mm，安装倾角60°，过栅流速0.9m/s，栅前水深1.0m，求每米栅宽过栅水头损失（取阻力系数β=1.8）。答案：ε=8/(8+5)=0.615；h=β·(v²/2g)·sinα=1.8×(0.9²/19.6)×sin60°=0.064m。三、化学处理单元11.某电镀废水含Cr(VI)28mg/L，采用硫酸亚铁还原—沉淀工艺，反应摩尔比Cr(VI):FeSO₄·7H₂O=1:3，求处理1m³废水所需92%纯度硫酸亚铁质量。答案：n(Cr)=28/52=0.538mol；m(FeSO₄·7H₂O)=0.538×3×278/0.92=487g=0.487kg。12.某造纸黑液pH11.8，用CO₂中和，要求出水pH8.3，已知原水碱度（以CaCO₃计）1250mg/L，求理论CO₂投加量（忽略缓冲体系）。答案：ΔpH=11.8－8.3=3.5；碱度需降低1250×(1－10^(－3.5))≈1246mg/L；CO₂+OH⁻→HCO₃⁻；需CO₂1246×44/100=548mg/L=0.548kg/m³。13.某含氟废水F⁻18mg/L，采用Ca(OH)₂沉淀，Ksp(CaF₂)=3.9×10⁻¹¹，求理论Ca²⁺平衡浓度及判断沉淀完全与否（以F⁻≤1.0mg/L为“完全”）。答案：[F⁻]=1.0/19=5.26×10⁻⁵mol/L；[Ca²⁺]=Ksp/[F⁻]²=3.9×10⁻¹¹/(5.26×10⁻⁵)²=1.4×10⁻²mol/L=560mg/L，远高于实际，故单纯沉淀难以达标，需辅助吸附。14.某印染废水色度800度，采用臭氧氧化，试验得色度去除符合一级反应，k=0.42min⁻¹，求色度降至50度所需反应时间。答案：ln(800/50)=0.42t；t=ln16/0.42=6.7min。15.某含氰废水CN⁻46mg/L，采用碱性氯化法，第一阶段按CN⁻:Cl₂=1:2.5（质量比）氧化为CNO⁻，求氧化1m³废水需10%有效氯的次氯酸钠溶液量。答案：m(CN⁻)=46g；需Cl₂46×2.5=115g；次氯酸钠有效氯10%，则115/0.1=1150g=1.15kg。四、生物处理单元16.某市政污水厂采用传统活性污泥法，设计流量Q=30000m³/d，进水BOD₅220mg/L，出水≤20mg/L，MLSS=3500mg/L，f=0.75，污泥负荷Ls=0.25kgBOD₅/(kgMLSS·d)，求曝气池有效容积。答案：L实=0.25×0.75=0.1875；V=Q(S₀－Se)/(Ls·MLSS)=30000×(0.22－0.02)/(0.1875×3.5)=9143m³。17.接上题，若污泥龄θc=10d，产率系数Y=0.6，衰减系数Kd=0.06d⁻¹，求每日剩余污泥量（以MLSS计）。答案：ΔX=YQ(S₀－Se)－Kd·Xv·V=0.6×30000×0.2－0.06×0.75×3.5×9143=3600－1440=2160kg/d。18.某SBR池运行周期6h，其中进水1.5h、曝气3h、沉淀1h、排水0.5h，池数4座，每座有效容积2500m³，求系统最大连续处理能力。答案：每周期处理1池，周期6h，4池可错时运行，每1.5h完成一次排水，排水体积2500m³，则Q=2500/1.5=1667m³/h=40000m³/d。19.某反硝化滤池进水NO₃⁻N24mg/L，要求出水≤5mg/L，甲醇外加碳源，按NO₃⁻N:CH₃OH=1:3（质量比）投加，处理量1200m³/h，求每小时甲醇投加量。答案：ΔN=24－5=19mg/L；m=19×3×1200/1000=68.4kg/h。20.某厌氧反应器UASB处理高浓度啤酒废水，COD4200mg/L，流量2500m³/d，容积负荷8kgCOD/(m³·d)，求反应器有效容积及水力停留时间。答案：V=Q·S₀/L=2500×4.2/8=1313m³；t=V/Q=1313/2500×24=12.6h。五、深度处理与回用21.某污水厂出水SS18mg/L，TP1.3mg/L，采用絮凝+深床过滤，试验得滤速10m/h，SS去除率80%，TP去除率70%，求过滤后SS、TP浓度。答案：SS=18×(1－0.8)=3.6mg/L；TP=1.3×0.3=0.39mg/L。22.某再生水厂采用臭氧生物活性炭，臭氧投加量8mg/L，接触时间15min，求臭氧接触池有效容积（流量8000m³/d）。答案：Q=8000/24=333m³/h；V=Q·t=333×15/60=83m³。23.某RO系统回收率75%，进水TDS1200mg/L，求浓缩液TDS。答案：Y=0.75；Cf=Ci/(1－Y)=1200/0.25=4800mg/L。24.某浸没式超滤膜通量设定为35L/(m²·h)，运行30min，停2min反洗，反洗通量120L/(m²·h)，反洗历时1min，求平均净通量。答案：单周期33min，产水通量35×30=1050L/m²；反洗体积120×1=120L/m²；净1050－120=930L/m²；平均930/33=28.2L/(m²·h)。25.某工业循环冷却水系统浓缩倍数N=5，蒸发损失E=1.2%，系统水量1000m³，求每日排污水量B。答案：B=E/(N－1)=1.2/4=0.3%；1000×0.3%=3m³/d。六、污泥处理与处置26.某污水厂剩余污泥量2400kgDS/d，污泥含水率99.2%，经机械浓缩后含水率96%，求浓缩后污泥体积（污泥密度按1.02kg/L）。答案：干固体2400kg；浓缩后含固率4%；湿泥质量2400/0.04=60000kg；体积60000/1.02=58.8m³/d。27.接上题，浓缩污泥经板框压滤脱水至含水率60%，求脱水后污泥质量及体积（泥饼密度1.15kg/L）。答案：干固体2400kg；湿泥质量2400/0.4=6000kg；体积6000/1.15=5217L=5.22m³/d。28.某厌氧消化池进泥含固率4%，VS/TS=0.75，消化后VS去除率50%，求单位质量TS产甲烷量（按0.35m³/kgVSdestroyed）。答案：每kgTS含VS0.75kg；破坏0.5×0.75=0.375kg；产甲烷0.375×0.35=0.131m³。29.某污泥石灰稳定化，要求pH≥12且维持2h，试验得每kgDS需CaO0.18kg，若日处理DS3t，求每日需85%纯度生石灰量。答案：m=3000×0.18/0.85=635kg。30.某污泥干化厂采用热干化，蒸发潜热2257kJ/kg，干化前含水率80%，干化后10%，日处理湿泥50t，求理论热耗（忽略热损）。答案：干固体50×0.2=10t；干化后总质量10/0.9=11.1t；蒸发水量50－11.1=38.9t；Q=38.9×2257=87.9GJ。七、工艺设计与计算综合31.某市远期人口25万，人均综合污水量280L/(人·d，变化系数1.3，工业废水占比30%，时变化系数1.4，求污水厂设计规模。答案：平均流量250000×0.28=70000m³/d；总变化系数Kz=√(1.3²+1.4²－1)=1.52；Qmax=70000×1.52=106400m³/d。32.某园区废水COD1800mg/L，BOD₅/COD=0.35，可生化性较差，拟采用水解酸化—好氧工艺，水解池COD去除率25%，BOD₅/COD提升至0.48，求水解出水COD、BOD₅。答案：COD=1800×0.75=1350mg/L；BOD₅=1350×0.48=648mg/L。33.某曝气池需氧量R=4200kgO₂/d，标准氧转移效率α=0.85，β=0.95，饱和溶解氧C=11.2mg/L，实际溶解氧维持2mg/L，水温25℃，求标准需氧量SOTR。答案：SOTR=R/(α(βC－C)/C)=4200/(0.85×(0.95×11.2－2)/11.2)=4200/0.85×0.83=5950kgO₂/d。34.某二沉池采用周边进水周边出水，固体通量法设计，固体通量Gs=120kg/(m²·d)，回流比R=0.8，MLSS=4g/L，求最大允许水力表面负荷。答案：q=Gs/(MLSS·(1+R))=120/(4×1.8)=16.7m³/(m²·d)=0.69m³/(m²·h)。35.某高氨氮废水NH₃N420mg/L，采用亚硝化—厌氧氨氧化（PN/A）工艺，理论需氧量节省率与传统硝化—反硝化相比为多少（忽略细胞合成）。答案：传统：NH₄⁺→NO₃⁻需2O₂，NO₃⁻→N₂需5/6CH₃OH；PN/A：NH₄⁺→NO₂⁻需0.75O₂，NH₄⁺+NO₂⁻→N₂需0O₂；节省(2－0.75)/2=62.5%。八、运行管理与故障诊断36.某厂曝气池SVI值突升至220mL/g，二沉池出现泥层上浮，镜检发现丝状菌大量，判断原因并提出3条控制措施。答案：污泥膨胀典型丝状菌膨胀；措施：①投