2025年环境工程原理试卷及答案

2025年环境工程原理试卷及答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.以下水质指标中，反映水中可生物降解有机物含量的是（）A.CODcrB.BOD5C.TOCD.TDS2.吸附过程中，若吸附剂表面均匀且吸附分子间无相互作用，符合（）A.Freundlich等温式B.Langmuir等温式C.BET等温式D.Temkin等温式3.某袋式除尘器处理风量为15000m³/h，入口粉尘浓度1.2g/m³，出口浓度0.03g/m³，其总效率为（）A.97.5%B.98.5%C.99.5%D.96.5%4.生物脱氮过程中，硝化反应的主要产物是（）A.N2B.NH3C.NO3⁻D.NO2⁻5.反渗透过程中，驱动水分子透过半透膜的动力是（）A.浓度差B.压力差（大于渗透压）C.电位差D.温度差6.斯托克斯定律适用于计算（）A.气体分子扩散速率B.球形颗粒在层流中的沉降速度C.湍流状态下的颗粒碰撞频率D.液体表面张力7.厌氧消化过程中，产甲烷菌的最佳pH范围是（）A.5.5-6.5B.6.5-7.5C.7.5-8.5D.8.5-9.58.以下不属于大气污染物控制中“一次污染物”的是（）A.SO2B.NOxC.O3D.PM2.59.活性污泥法中，污泥龄（SRT）是指（）A.曝气池中污泥的平均停留时间B.污水在曝气池中的停留时间C.污泥从提供到排出系统的平均时间D.二次沉淀池污泥的沉淀时间10.光催化降解有机污染物时，关键的活性物种是（）A.H+B.OH·C.O2⁻D.H2O211.计算废水好氧生物处理需氧量时，应考虑（）A.有机物氧化需氧+微生物自身氧化需氧B.仅有机物氧化需氧C.仅微生物自身氧化需氧D.有机物还原需氧12.以下固废处理技术中，属于减量化但可能产生二噁英的是（）A.卫生填埋B.堆肥C.焚烧D.热解13.亨利定律适用于（）A.稀溶液中低溶解度气体的气液平衡B.浓溶液中高溶解度气体的气液平衡C.任意浓度气体的气液平衡D.固体表面吸附平衡14.微生物生长曲线中，代谢最活跃、增殖速率最快的阶段是（）A.延迟期B.对数期C.稳定期D.衰亡期15.某工业废水pH=3，需调节至中性，最经济的中和剂是（）A.NaOHB.Ca(OH)2C.H2SO4D.Na2CO3二、填空题（每空1分，共20分）1.溶解氧的英文缩写是______，其值越低，水体污染程度越______。2.电除尘器的工作过程包括______、______、______三个阶段。3.斯托克斯定律的表达式为______，适用条件是颗粒为______、流体为______。4.厌氧消化的三阶段理论包括______、______、______。5.大气中SO2的转化途径主要有______氧化和______氧化。6.活性污泥的主要组成包括______、______、______和无机杂质。7.吸附剂再生的常用方法有______、______、______（列举三种）。8.反渗透膜的截留机理主要是______和______。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述混凝与絮凝的区别及联系。2.说明电袋复合除尘器的工作原理及优势。3.活性污泥法中，污泥膨胀的主要原因及控制措施有哪些？4.简述光催化降解有机污染物的基本机理（需写出关键反应式）。5.比较吸附法与离子交换法在废水处理中的异同点。四、计算题（每题8分，共40分）1.采用重铬酸钾法测定某废水COD，取20mL水样，加入0.25mol/L的K2Cr2O7标准溶液10mL，回流后用0.1mol/L的(NH4)2Fe(SO4)2溶液滴定，消耗15mL；空白试验消耗25mL。计算该废水的COD值（以mg/L计，K2Cr2O7与(NH4)2Fe(SO4)2的反应摩尔比为1:6）。2.某旋风除尘器对粒径10μm的颗粒分级效率为85%，20μm的颗粒分级效率为95%。若入口粉尘中10μm颗粒占30%（质量分数），20μm颗粒占50%，其余为5μm颗粒（分级效率60%），计算该除尘器的总效率。3.某曝气池处理流量为5000m³/d的废水，进水BOD5为300mg/L，出水BOD5为20mg/L，污泥浓度（MLSS）为3500mg/L，污泥龄（SRT）为10d，污泥产率系数Y=0.6kgVSS/kgBOD5，自身氧化系数Kd=0.05d⁻¹。计算每日需氧量（以kgO2/d计，BOD5转换为COD的系数为1.42）。4.某吸附实验数据如下：平衡浓度Ce（mg/L）=10、20、30、40，吸附量qe（mg/g）=2.5、4.2、5.5、6.3。假设符合Langmuir等温式（qe=Q0bCe/(1+bCe)），通过线性拟合求Q0（饱和吸附量）和b（吸附常数）。5.某含硝酸盐废水（NO3⁻-N浓度50mg/L）采用反硝化脱氮，需投加甲醇（CH3OH）作为碳源。已知反硝化反应式为：6NO3⁻+5CH3OH+6H+→3N2↑+5CO2↑+13H2O。计算每去除1kgNO3⁻-N所需甲醇的理论投加量（以kg计，N的摩尔质量14g/mol，CH3OH摩尔质量32g/mol）。五、论述题（每题10分，共30分）1.从微生物代谢特性、反应器结构、运行参数（如污泥浓度、停留时间）等方面，比较生物膜法与活性污泥法的异同。2.结合“双碳”目标，分析垃圾焚烧发电的环境效益（如减量化、资源化）与潜在环境风险（如污染物排放、二噁英控制），并提出优化建议。3.某工业园区废水含高浓度有机物（COD=8000mg/L）和重金属（Cu²+=50mg/L），设计一套综合处理工艺（需包含预处理、生物处理、深度处理单元），并说明各单元的作用及设计依据。答案一、单项选择题1.B2.B3.A4.C5.B6.B7.B8.C9.C10.B11.A12.C13.A14.B15.B二、填空题1.DO；高2.气体电离；粉尘荷电；荷电粉尘沉积3.u=gd²(ρs-ρ)/(18μ)；球形；层流（雷诺数Re<1）4.水解酸化；产氢产乙酸；产甲烷5.气相（光化学）；液相（催化）6.微生物群体；微生物代谢产物；吸附的有机物7.加热再生；化学再生；生物再生（或溶剂再生）8.筛分效应；电荷排斥三、简答题1.区别：混凝是通过投加混凝剂（如铝盐、铁盐）使胶体脱稳并聚集为微絮体的过程；絮凝是通过高分子聚合物（絮凝剂）的架桥作用使微絮体进一步形成大絮体的过程。联系：均为固液分离的预处理步骤，混凝是絮凝的基础，需协同作用实现高效沉淀。2.工作原理：前级电除尘区利用电场荷电捕集大部分粗颗粒，后级布袋除尘区利用滤袋拦截剩余细颗粒。优势：结合电除尘的低阻高效（处理粗颗粒）与布袋除尘的高精度（处理细颗粒），总效率可达99.9%以上，且对PM2.5捕集效果优于单一技术。3.主要原因：丝状菌过度繁殖（如低溶解氧、低负荷、高硫化物）或菌胶团结构破坏。控制措施：提高溶解氧（>2mg/L）、调整污泥负荷（0.2-0.4kgBOD5/(kgMLSS·d)）、投加混凝剂（如PAC）改善污泥沉降性、引入生物选择器抑制丝状菌。4.机理：光催化剂（如TiO2）吸收紫外光后，价带电子（e⁻）跃迁到导带，产生空穴（h+）。h+与H2O反应提供羟基自由基（·OH），e⁻与O2反应提供超氧自由基（·O2⁻）。·OH和·O2⁻具有强氧化性，将有机物氧化为CO2和H2O。关键反应式：TiO2+hν→h++e⁻；h++H2O→·OH+H+；e⁻+O2→·O2⁻。5.相同点：均为利用固相介质去除水中污染物的方法，可用于深度处理。不同点：吸附法依赖范德华力、氢键等物理作用，无化学计量关系；离子交换法依赖离子间的电荷交换，需等当量交换（如R-SO3H+Na+→R-SO3Na+H+）。吸附剂（如活性炭）可再生，离子交换树脂需再生或置换。四、计算题1.COD=((V0-V1)×C×8×1000)/V水样V0=25mL，V1=15mL，C=0.1mol/L，V水样=20mLCOD=((25-15)×0.1×8×1000)/20=400mg/L2.总效率η=Σ(ηi×fi)η=85%×30%+95%×50%+60%×20%=0.85×0.3+0.95×0.5+0.6×0.2=0.255+0.475+0.12=85%3.需氧量=去除BOD5需氧量+微生物自身氧化需氧量去除BOD5量=(300-20)×5000/1000=1400kg/d微生物量=Y×去除BOD5量/(1+Kd×SRT)=0.6×1400/(1+0.05×10)=840/1.5=560kgVSS/d自身氧化需氧量=Kd×微生物量×SRT×1.42=0.05×560×10×1.42=397.6kgO2/d总需氧量=1400×1.42+397.6=1988+397.6=2385.6kgO2/d4.Langmuir线性式：1/qe=1/(Q0bCe)+1/Q0计算1/qe和1/Ce：Ce=10→1/Ce=0.1，qe=2.5→1/qe=0.4Ce=20→1/Ce=0.05，qe=4.2→1/qe≈0.238Ce=30→1/Ce≈0.033，qe=5.5→1/qe≈0.182Ce=40→1/Ce=0.025，qe=6.3→1/qe≈0.159线性拟合得斜率=1/(Q0b)=(0.4-0.159)/(0.1-0.025)=0.241/0.075≈3.213截距=1/Q0=0.1（近似），故Q0≈10mg/g，b=1/(斜率×Q0)=1/(3.213×10)≈0.031L/mg5.反应式中6molNO3⁻-N对应5molCH3OHNO3⁻-N摩尔数=1kg/14g/mol=1000/14≈71.43mol需CH3OH摩尔数=71.43×5/6≈59.53mol甲醇质量=59.53mol×32g/mol=1905g≈1.905kg五、论述题1.微生物代谢：活性污泥法以悬浮态微生物为主，传质效率高但抗冲击负荷弱；生物膜法微生物附着在载体表面，形成好氧-缺氧-厌氧分层结构，适合处理低浓度废水。反应器结构：活性污泥法为曝气池+二沉池，需污泥回流；生物膜法为生物滤池、生物转盘等，无需污泥回流。运行参数：活性污泥法MLSS=2000-4000mg/L，SRT=5-15d；生物膜法生物量高（10-20g/L），SRT长（30-60d），耐冲击负荷强。2.环境效益：垃圾焚烧减容率达80-90%，减少填埋占地；发电替代化石能源，每吨垃圾发电约300kWh，降低CO2排放；高温（850℃以上）焚烧可分解大部分有机物。潜在风险：焚烧尾气含HCl、SO2、NOx及二噁英（需控制炉膛温度≥850℃、停留时间≥2s）；飞灰含重金属，属危险废物需安全填埋；渗滤液处理不当易污染地下水。优化建议：采用3T+E（温度、时间、湍流、过量空气）控制二噁英；飞灰固化/稳定化处理；配套渗滤液膜处理+蒸发系统；推广垃圾预处理（分类）减少氯源。3.工艺设计：①预处理：调节池（均化水质水量）→中和池（加Ca(OH)2调pH至9-10，沉淀Cu(OH)2）→混凝沉淀池（投加PAC+PAM，去除SS及部分有机物）。②生物处理：UA