(2025年)水质工程学题库及答案

(2025年)水质工程学题库及答案1.简述水质指标中COD与BOD的区别与联系。答：COD（化学需氧量）是指在一定条件下，强氧化剂氧化水中还原性物质（有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等）所消耗的氧化剂的量，通常以氧的mg/L表示。BOD（生化需氧量）是指在有氧条件下，微生物分解水中有机物所消耗的溶解氧量，常以BOD₅（20℃下5日生化需氧量）表示。区别：①测定原理不同：COD通过化学氧化反应测定，反映所有可被氧化的物质；BOD通过微生物生化反应测定，仅反映可生物降解的有机物。②测定时间不同：COD约2小时完成，BOD需5天。③数值关系：同一水样中COD≥BOD₅（难降解有机物不被BOD反映但被COD氧化）。联系：均为衡量水中有机物污染程度的综合指标，实际工程中常通过BOD₅/COD比值判断废水可生化性（一般＞0.3可生化）。2.分析混凝过程中pH值对混凝效果的影响机制。答：pH值通过影响混凝剂水解产物形态、胶体表面电荷及沉淀形成过程，显著影响混凝效果：①对铝盐（如Al₂(SO₄)₃）：pH＜4时，Al³+以水合离子形式存在，压缩双电层能力弱；pH4-5时，提供Al(OH)₂+、Al(OH)₂+等多核羟基络合物，吸附架桥作用增强；pH6-7时，提供Al(OH)₃胶体，网捕卷扫效果最佳；pH＞8时，Al(OH)₃溶解为AlO₂⁻，失去混凝能力。②对铁盐（如FeCl₃）：pH＜3时以Fe³+为主，压缩双电层；pH4-5时提供Fe(OH)₂+、Fe(OH)₂+等络合物；pH6-10时提供Fe(OH)₃胶体，适用pH范围更广。③对胶体颗粒：pH影响其表面电荷（如黏土胶体等电点pH2-3，pH＞等电点时带负电），需混凝剂中和电荷至ζ电位接近0。3.某平流式沉淀池设计流量Q=10000m³/d，表面负荷q=1.5m³/(m²·h)，停留时间t=2h，计算其有效容积及池长（假设池宽B=10m，水平流速v=10mm/s）。答：①有效容积V=Q×t=（10000/24）m³/h×2h≈833.33m³。②表面积A=Q/q=（10000/24）m³/h÷1.5m³/(m²·h)≈277.78m²。③池长L=v×t×3600=0.01m/s×2×3600s=72m（验证：L×B=72m×10m=720m²＞277.78m²，需检查参数合理性，实际中表面负荷与水平流速需协调，正确计算应为A=Q/q=10000/(24×1.5)≈277.78m²，池长L=A/B=277.78/10≈27.78m，水平流速v=L/(t×3600)=27.78/(2×3600)=0.00386m/s=3.86mm/s，符合规范要求的1-15mm/s）。4.对比快滤池“等速过滤”与“变速过滤”的运行特点及适用场景。答：等速过滤指过滤过程中滤速保持恒定（通过阀门调节），滤层水头损失随滤料截留杂质增加而逐渐上升，当水头损失达最大值时停止过滤（反冲洗）。特点：滤速稳定，出水水质均匀，但需复杂的流量调节装置。变速过滤指过滤过程中不调节流量，滤速随水头损失增加而逐渐降低（恒水位过滤）。特点：初期滤速高（截留杂质多），后期滤速低（截留杂质少），平均滤速低于等速过滤，无需流量调节装置，操作简单。适用场景：等速过滤用于对出水流量稳定性要求高的场合（如城镇供水）；变速过滤用于中小型水厂或对流量波动容忍度较高的系统。5.简述氯消毒中“折点加氯”的原理及实际应用意义。答：折点加氯指向水中投加氯（Cl₂或ClO⁻）时，余氯量随投氯量增加先上升（与氨反应提供一氯胺、二氯胺），达到峰值后下降（氯胺被进一步氧化为N₂、HClO等），最终余氯量随投氯量增加再次上升的过程。折点后投加的氯为自由性余氯（HClO、ClO⁻），消毒效果显著增强。实际意义：①确保消毒效果：折点后自由性余氯杀菌效率是氯胺的数十倍；②去除水中氨氮：通过折点反应将NH₃-N氧化为N₂（反应式：2NH₃+3Cl₂=N₂↑+6HCl）；③控制嗅味：氧化有机物、还原性物质（如H₂S），改善水质感官性状。6.活性污泥法中，污泥龄（θc）对处理效果的影响主要体现在哪些方面？答：污泥龄是指活性污泥在曝气池中的平均停留时间（θc=曝气池中污泥总量/每日排出污泥量），影响包括：①微生物种群：θc短（＜5d）时，增殖快的异养菌占优势（去除BOD）；θc长（＞15d）时，增殖慢的硝化菌（世代时间8-10d）得以积累（实现硝化）。②污泥沉降性能：θc过短，污泥中游离细菌多，沉降性差；θc过长，污泥老化（菌胶团解体），易发生污泥膨胀。③处理效率：θc需与底物浓度匹配，低负荷（长θc）时BOD去除率高但池容大；高负荷（短θc）时池容小但去除率低。④剩余污泥量：θc越长，污泥产率系数Y越小（微生物自身氧化加剧），剩余污泥量越少。7.某污水厂进水TP=8mg/L，出水要求TP≤0.5mg/L，采用化学除磷（投加Al₂(SO₄)₃），已知Al³+与PO₄³⁻摩尔比为1.5:1，计算每吨水需投加的Al₂(SO₄)₃·18H₂O（分子量666）量（P原子量31，Al原子量27）。答：①TP以P计，PO₄³⁻中P的摩尔数=8mg/L÷31g/mol=0.258mmol/L。②需Al³+摩尔数=0.258mmol/L×1.5=0.387mmol/L。③Al₂(SO₄)₃·18H₂O中Al³+摩尔数=2×n（化合物），故化合物摩尔数=0.387mmol/L÷2=0.1935mmol/L。④投加量=0.1935mmol/L×666g/mol=128.9mg/L（即每吨水投加约129g）。8.简述膜生物反应器（MBR）与传统活性污泥法的主要差异及优势。答：差异：①固液分离方式：MBR通过膜组件（微滤/超滤）替代二沉池；传统法通过重力沉淀分离。②污泥浓度：MBR中MLSS可达8000-12000mg/L（膜截留作用），传统法一般3000-5000mg/L。③污泥龄：MBRθc可达20-30d（长污泥龄利于硝化菌生长），传统法θc多5-15d。④占地面积：MBR无二沉池，占地减少30%-50%。优势：①出水水质优（浊度＜1NTU，可直接回用）；②耐冲击负荷（高污泥浓度缓冲能力强）；③剩余污泥量少（长污泥龄促进自身氧化）；④自动化程度高（膜组件可集成控制）。9.列举《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2022）中微生物指标的3项核心要求及其限值。答：①总大肠菌群：不得检出（MPN/100mL或CFU/100mL）；②耐热大肠菌群：不得检出（MPN/100mL或CFU/100mL）；③大肠埃希氏菌：不得检出（MPN/100mL或CFU/100mL）；④菌落总数：≤100CFU/mL（新增限值，原标准为100CFU/mL但表述调整）。注：GB5749-2022将微生物指标从4项调整为5项（新增“产气荚膜梭菌”，限值为不得检出/100mL）。10.分析生物膜法中“生物膜脱落”的机制及对处理效果的影响。答：生物膜脱落是微生物新陈代谢与水力剪切共同作用的结果：①内层厌氧层增厚：生物膜外层好氧，内层因氧扩散限制转为厌氧，代谢产物（如H₂S、有机酸）积累导致内层与载体间黏附力下降。②水力剪切作用：水流、曝气产生的剪切力超过生物膜黏附力时，老化生物膜（外层）脱落。影响：适度脱落（周期3-7天）可更新生物膜，保持活性（新生生物膜微生物活性高）；过度脱落（如负荷突然升高、毒物冲击）会导致出水悬浮物增加、处理效率下降；脱落不足（如低负荷、低剪切力）会使生物膜过厚（内层厌氧占比大），整体降解效率降低。11.计算某城镇水厂日供水量Q=5万m³/d，原水浊度=30NTU，要求出水浊度≤1NTU，采用聚合氯化铝（PAC）混凝，已知PAC投加量=20mg/L（以Al₂O₃计），Al₂O₃分子量=102，计算每日PAC（有效成分Al₂O₃含量30%）的投加量（吨）。答：①每日PAC（纯Al₂O₃）用量=50000m³/d×20mg/L=50000×10³L×20×10⁻³g/L=1000000g=1000kg=1吨。②含30%Al₂O₃的PAC投加量=1吨÷30%≈3.33吨/d。12.对比臭氧氧化与氯消毒在饮用水处理中的优缺点。答：优点：①臭氧氧化：杀菌效率高（对病毒、芽孢效果优于氯），氧化能力强（可分解农药、藻毒素等难降解有机物），无卤代消毒副产物（如三氯甲烷）；②氯消毒：成本低，操作简单，具有持续消毒能力（余氯维持管网微生物安全）。缺点：①臭氧氧化：无持续消毒能力（需与氯或氯胺联用），设备投资高（臭氧发生器耗电），可能提供有害副产物（如溴酸盐，当原水含溴离子时）；②氯消毒：易提供三卤甲烷（THMs）、卤乙酸（HAAs）等致癌物质，对隐孢子虫、贾第鞭毛虫灭活效果差。13.简述A²/O工艺（厌氧-缺氧-好氧）的脱氮除磷原理及运行控制要点。答：原理：①厌氧段（无DO、无NO₃⁻）：聚磷菌释放体内聚磷酸盐（产生能量），吸收污水中挥发性脂肪酸（VFA）合成PHB（聚β羟基丁酸）；②缺氧段（无DO、有NO₃⁻）：反硝化菌以污水中有机物（或内碳源）为电子供体，将NO₃⁻还原为N₂（脱氮）；③好氧段（有DO）：聚磷菌分解PHB产生能量，超量吸收磷酸盐（以聚磷酸盐形式储存），同时硝化菌将NH₄⁺氧化为NO₃⁻（硝化）。控制要点：①泥龄（θc）：需兼顾硝化菌（长θc）与聚磷菌（短θc，一般5-10d），通常取7-15d；②回流比：污泥回流比R=50%-100%，内回流比r=200%-400%（保证缺氧段NO₃⁻供应）；③碳源分配：厌氧段需优先利用易降解COD（VFA），避免缺氧段与厌氧段碳源竞争；④溶解氧：厌氧段DO＜0.2mg/L，缺氧段DO＜0.5mg/L，好氧段DO=2-4mg/L。14.某地下水铁含量=10mg/L（以Fe²+计），采用曝气-接触氧化法除铁，已知Fe²+氧化为Fe³+的反应式为4Fe²++O₂+10H₂O=4Fe(OH)₃↓+8H+，计算理论需氧量（mgO₂/mgFe²+）。答：由反应式，4molFe²+消耗1molO₂。Fe²+摩尔质量=56g/mol，O₂摩尔质量=32g/mol。理论需氧量=（1molO₂×32g/mol）/(4molFe²+×56g/mol)=32/(4×56)=0.1429gO₂/gFe²+≈0.143mgO₂/mgFe²+。15.分析超滤（UF）与反渗透（RO）在水处理中的分离机理及应用场景差异。答：分离机理：①超滤：基于筛分作用，膜孔径0.001-0.1μm，截留分子量1000-100000Da（大分子有机物、胶体、细菌、病毒）；②反渗透：基于溶解-扩散机理（压力驱动下溶剂通过半透膜，溶质被截留），膜孔径＜0.001μm，截留分子量＜100Da（离子、小分子有机物）。应用场景：①超滤：饮用水预处理（去除浊度、微生物）、中水回用（替代二沉池）、工业废水处理（回收大分子物质）；②反渗透：海水淡化（脱盐）、高纯水制备（电子、医药行业）、苦咸水脱盐（地下水处理）。16.简述污泥浓缩与污泥脱水的目的及常用技术。答：目的：①浓缩：降低污泥含水率（从99%降至95%-97%），减少体积（体积可缩小至原1/4-1/20），便于后续处理；②脱水：进一步降低含水率（至75%-80%），形成泥饼，便于运输、填埋或焚烧。常用技术：①浓缩：重力浓缩（沉淀池）、气浮浓缩（溶气气浮）、离心浓缩（离心机）；②脱水：机械脱水（带式压滤机、板框压滤机、离心脱水机）、自然干化（干化场）、深度脱水（高压压滤+化学调理）。17.某污水厂曝气池体积V=5000m³，MLSS=3500mg/L，污泥回流比R=50%，计算回流污泥量Qr及回流污泥浓度Xr（假设系统处于稳定状态，Xr=X/(R)，X为曝气池污泥浓度）。答：①回流污泥量Qr=R×Q（原水流量Q未知，需通过污泥平衡推导：X×V=Q×(X0)+Qr×Xr，稳定时X0≈0（进水悬浮物低），故X×V=Qr×Xr；又Xr=X/(R)（由R=Qr/Q，X×(Q+Qr)=Qr×Xr，化简得Xr=X×(1+R)/R，当R=0.5时，Xr=X×3/0.5=6X？需修正公式：正确污泥浓度平衡式为X×(Q+Qr)=Qr×Xr+Q×X0，X0≈0时，X=(Qr×Xr)/(Q+Qr)=(R×Q×Xr)/(Q+R×Q)=(R×Xr)/(1+R)，故Xr=X×(1+R)/R=3500mg/L×(1+0.5)/0.5=10500mg/L。②回流污泥量Qr=R×Q（Q未知，若假设系统污泥龄θc=(X×V)/(Qw×Xr)，但题目未提供Qw，故可能题目意图为Xr=X/(R)（简化公式），则Xr=3500/0.5=7000mg/L，Qr=R×Q（需Q值，题目条件不足，可能需补充假设Q=10000m³/d，则Qr=5000m³/d）。18.简述电渗析（ED）除盐的基本原理及影响脱盐效率的主要因素。答：原理：在直流电场作用下，阴、阳离子分别通过阴膜（只允许阴离子通过）和阳膜（只允许阳离子通过）迁移，从而将水分为浓水（离子富集）和淡水（离子脱除）。影响因素：①膜性能：离子交换膜的选择透过性、电阻；②操作电压/电流：电压过低离子迁移慢，过高易发生极化（水分解为H+、OH⁻，降低效率）；③原水浓度：浓度过高（＞5000mg/L）时膜面易结垢，过低（＜500mg/L）时电阻大、能耗高；④水流速度：流速过低易浓差极化，过高增加压力损失；⑤温度：温度升高（20-40℃）可降低溶液电阻，提高效率。19.对比传统石灰软化法与离子交换软化法的优缺点。答：优点：①石灰软