(2025年)水污染控制工程习题及答案

(2025年)水污染控制工程习题及答案1.简述BOD₅与COD的联系与区别，说明其在水质评价中的意义。BOD₅（五日生化需氧量）是指在20℃条件下，微生物分解水中有机物5天所消耗的溶解氧量，反映可生物降解有机物的含量；COD（化学需氧量）是用强氧化剂（如重铬酸钾）氧化水中有机物所消耗的氧量，反映所有可被氧化物质（包括难降解有机物）的总量。联系：两者均表征水中有机物污染程度，BOD₅/COD比值可判断废水可生化性（一般＞0.3时适合生物处理）。区别：BOD₅侧重生物降解部分，测定周期长；COD涵盖范围广，测定快速但无法区分生物可降解性。意义：BOD₅用于评估废水生物处理可行性及处理效果，COD用于快速判断总体污染负荷，两者结合可全面评价水质。2.某城市污水处理厂日处理水量为8×10⁴m³/d，进水SS浓度为220mg/L，初沉池SS去除率为45%，二沉池SS去除率为60%（以初沉池出水为进水），计算二沉池出水SS浓度及每日SS总去除量（t/d）。初沉池出水SS浓度：220×(1-45%)=121mg/L二沉池出水SS浓度：121×(1-60%)=48.4mg/L初沉池每日去除量：8×10⁴×220×45%×10⁻⁶=7920kg=7.92t/d二沉池每日去除量：8×10⁴×121×60%×10⁻⁶=5808kg=5.808t/d总去除量：7.92+5.808=13.728t/d3.解释混凝过程中“压缩双电层”和“吸附架桥”的作用机理，说明pH对铝盐混凝效果的影响。压缩双电层：胶体颗粒因表面电荷形成扩散双电层，投加电解质（如铝盐）后，反离子进入扩散层，降低ζ电位，减少颗粒间排斥力，促进凝聚。吸附架桥：高分子混凝剂（如聚丙烯酰胺）通过极性基团吸附多个胶体颗粒，形成“胶体-高分子-胶体”桥联结构，使颗粒聚集。pH对铝盐（如Al₂(SO₄)₃）的影响：pH过低（＜4）时，Al³+水解受抑制，以离子态存在，混凝效果差；pH=5-7时，提供Al(OH)₃胶体，吸附架桥作用强；pH＞8时，Al(OH)₃溶解为AlO₂⁻，失去混凝能力，最佳pH范围为5.5-7.5。4.某印染废水pH=3.5，硫酸浓度为1.2g/L（以H₂SO₄计），采用石灰乳（有效成分为Ca(OH)₂）中和，反应式为H₂SO₄+Ca(OH)₂→CaSO₄↓+2H₂O，计算中和1m³废水所需Ca(OH)₂的理论投加量（g，保留两位小数）。（H₂SO₄分子量98，Ca(OH)₂分子量74）1m³废水中H₂SO₄质量为1.2g，物质的量为1.2/98=0.01224mol。根据反应式，1molH₂SO₄需1molCa(OH)₂，故Ca(OH)₂物质的量为0.01224mol，质量为0.01224×74=0.9058g≈0.91g。5.活性污泥法中，已知曝气池混合液MLSS=3500mg/L，污泥回流比R=0.5，回流污泥浓度Xr=8000mg/L，计算污泥龄θc（假设系统处于稳定状态，污泥产率系数Y=0.6kgVSS/kgBOD₅，衰减系数Kd=0.05d⁻¹，进水BOD₅=200mg/L，出水BOD₅=20mg/L，处理水量Q=5×10⁴m³/d）。曝气池有效容积V=Q(1+R)t（t为停留时间，此处需通过污泥平衡计算）。稳定状态下，污泥净增长量=合成量-衰减量，即：θc=VX/(YQ(S₀-Sₑ)-KdVX)其中X为MLVSS（假设MLVSS/MLSS=0.7，则X=3500×0.7=2450mg/L=2.45kg/m³）S₀-Sₑ=200-20=180mg/L=0.18kg/m³代入得：θc=(V×2.45)/(0.6×5×10⁴×0.180.05×V×2.45)另，污泥回流比R=X/(Xr-X)（X为曝气池污泥浓度，Xr为回流污泥浓度），即0.5=3500/(8000-3500)，验证成立（3500/4500≈0.777，此处可能假设X为MLSS直接参与计算，简化为θc=VX/(QwXr)，Qw为剩余污泥量，Qw=Q/(1+1/R)=5×10⁴/(1+2)=1.6667×10⁴m³/d（因R=Qr/Q，Qr=0.5Q，总流量Q+Qr=1.5Q，污泥平衡时QwXr=YQ(S₀-Sₑ)-KdVX）。更简单的方法：θc=VX/(YQ(S₀-Sₑ)-KdVX)，假设V=Q×t，t=HRT（需补充数据），但通常θc也可表示为污泥总量/每日剩余污泥量。污泥总量=V×MLSS=V×3.5kg/m³，每日剩余污泥量=YQ(S₀-Sₑ)-Kd×V×MLVSS=0.6×5×10⁴×0.180.05×V×2.45。假设HRT=6h（常见值），则V=Q×HRT/24=5×10⁴×6/24=12500m³。代入得剩余污泥量=0.6×5×10⁴×0.180.05×12500×2.45=54001531.25=3868.75kg/d污泥总量=12500×3.5=43750kgθc=43750/3868.75≈11.31d6.设计一座平流式沉砂池，处理水量Q=15000m³/h（最大时流量），要求去除粒径≥0.2mm的砂粒，已知砂粒密度ρs=2650kg/m³，水的密度ρ=1000kg/m³，动力黏度μ=1.0×10⁻³Pa·s，计算沉砂池的最小长度L（m）。（提示：采用斯托克斯公式计算沉速，g=9.81m/s²）斯托克斯公式适用于雷诺数Re≤1的情况，沉速u=(g(ρs-ρ)d²)/(18μ)，d=0.2mm=0.0002m。u=(9.81×(2650-1000)×(0.0002)²)/(18×1.0×10⁻³)=(9.81×1650×4×10⁻⁸)/(1.8×10⁻²)=(6.4746×10⁻⁴)/(1.8×10⁻²)=0.03597m/s≈0.036m/s沉砂池水平流速v一般取0.1-0.3m/s（保证砂粒下沉且不冲起），取v=0.25m/s（合理值）。沉砂池长度L=v×t，t为停留时间，t=h/u（h为池深，通常取0.6-1.2m，取h=1.0m），则t=1.0/0.036≈27.78sL=0.25×27.78≈6.95m（实际设计中需考虑安全系数，最小长度约7.0m）7.某制药废水COD=8000mg/L，BOD₅=3200mg/L，拟采用UASB（上流式厌氧污泥床）处理，设计容积负荷Nv=8kgCOD/(m³·d)，计算UASB反应器的有效容积V（m³）及水力停留时间HRT（h）（假设处理水量Q=2000m³/d）。V=Q×COD/(Nv×1000)=2000×8000/(8×1000)=2000m³HRT=V/Q×24=2000/2000×24=24h8.简述MBR（膜生物反应器）的工作原理，与传统活性污泥法相比，其在脱氮除磷中的优势有哪些？MBR将膜分离技术与生物处理结合，利用膜组件（微滤/超滤）替代二沉池，实现泥水分离。混合液经膜过滤后出水，活性污泥被截留在反应器内，维持高污泥浓度。优势：①污泥龄长，利于硝化菌（世代周期长）增殖，提高氨氮去除率；②反应器内污泥浓度高（8000-12000mg/L），可同时存在好氧、缺氧微环境，促进同步硝化反硝化；③膜截留作用避免除磷菌（如聚磷菌）随出水流失，提高磷的去除稳定性；④无需二沉池，减少占地面积，利于脱氮除磷工艺的紧凑设计。9.某电镀厂排放含铬废水，Cr(VI)浓度为50mg/L，采用硫酸亚铁-石灰法还原沉淀处理，反应式为：Cr₂O₇²⁻+6Fe²⁺+14H⁺→2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；Cr³⁺+3OH⁻→Cr(OH)₃↓（Ksp=6.3×10⁻³¹）。计算中和沉淀时，废水pH应控制在多少才能使Cr³⁺浓度≤0.5mg/L（排放标准）？（Cr原子量52）Cr³⁺浓度≤0.5mg/L=0.5×10⁻³g/L=0.5×10⁻³/52≈9.615×10⁻⁶mol/LKsp=[Cr³⁺][OH⁻]³=6.3×10⁻³¹[OH⁻]³=6.3×10⁻³¹/(9.615×10⁻⁶)≈6.55×10⁻²⁶[OH⁻]≈8.69×10⁻⁹mol/LpOH=-log(8.69×10⁻⁹)=8.06pH=14-pOH=5.94，实际需控制pH≥8（因Fe³+沉淀pH约3-4，Cr(OH)₃最佳沉淀pH为7-9，需综合考虑，最终pH应控制在8-9）10.某城镇污水处理厂执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准，进水水质为：COD=350mg/L，BOD₅=180mg/L，NH₃-N=35mg/L，TP=4.5mg/L，SS=200mg/L。设计采用AAO工艺（厌氧-缺氧-好氧），已知各单元去除率：好氧段BOD₅去除率95%，NH₃-N硝化率90%，TP吸磷率85%（以进水TP计）。计算出水COD、BOD₅、NH₃-N、TP浓度是否达标？（一级A标准：COD≤50，BOD₅≤10，NH₃-N≤5（8），TP≤0.5mg/L）BOD₅出水：180×(1-95%)=9mg/L≤10，达标。COD去除率通常与BOD₅相关，假设COD中可生物降解部分（BOD₅）占比180/350≈51.4%，不可降解COD为350-180=170mg/L（假设不被去除），则出水COD=170+9=179mg/L（此假设不准确，实际AAO工艺COD去除率可达80-90%，若按90%去除率计算，出水COD=350×10%=35mg/L≤50，达标）。NH₃-N出水：35×(1-90%)=3.5mg/L≤5，达标。TP出水：4.5×(1-85%)=0.675mg/L＞0.5，不达标（需增加化学除磷）。11.解释“生物硝化-反硝化”脱氮原理，说明DO（溶解氧）对硝化、反硝化过程的影响。硝化过程：氨氮（NH₄⁺-N）在好氧条件下经亚硝酸菌（Nitrosomonas）转化为NO₂⁻-N，再经硝酸菌（Nitrobacter）转化为NO₃⁻-N，反应式：NH₄⁺+1.5O₂→NO₂⁻+2H⁺+H₂O；NO₂⁻+0.5O₂→NO₃⁻。反硝化过程：NO₃⁻-N在缺氧条件下经反硝化菌（如假单胞菌）利用有机物作为碳源，还原为N₂，反应式：NO₃⁻+1.08CH₃OH→0.47N₂+1.68CO₂+0.52H₂O+HCO₃⁻。DO影响：硝化需好氧（DO≥2mg/L），DO不足时硝化菌活性受抑制；反硝化需缺氧（DO≤0.5mg/L），DO过高会优先被异养菌利用，抑制反硝化菌对硝酸盐的还原。12.某皮革废水SS=1500mg/L，采用气浮法处理，设计气固比（释气量与固体量之比）为0.04kg空气/kgSS，空气溶解度为18.7mg/L（20℃，1atm），溶气压力为3atm（表压，绝对压力4atm），计算溶气水流量Qp（m³/h）。（处理水量Q=100m³/h，空气密度=1.2kg/m³）每日SS总量=100×1500×10⁻³=150kg/h需释气量=150×0.04=6kg/h=6/1.2=5m³/h（标准状态）溶气水中空气溶解量=18.7×(4/1)=74.8mg/L（亨利定律，溶解度与压力成正比）释气量=溶气水流量×(溶解量-残余量)，假设残余量可忽略，则Qp×74.8×10⁻³=5Qp=5/(74.8×10⁻³)≈66.85m³/h13.比较传统活性污泥法（推流式）与完全混合式活性污泥法的优缺点，说明适用场景。推流式：优点是沿程浓度梯度大，抗冲击负荷能力较强，污泥膨胀概率低；缺点是池首供氧与需氧不匹配，能耗高，适用于处理水质较稳定、水量大的城市污水。完全混合式：优点是水质混合均匀，供氧与需氧平衡，能耗低，可处理高浓度或冲击负荷废水；缺点是污泥易膨胀，出水水质略差，适用于工业废水或水质波动大的场景。14.计算某工业废水经反渗透处理后的浓水排放量。已知进水流量Q=200m³/h，反渗透膜回收率η=75%，进水TDS=5000mg/L，浓水TDS=20000mg/L，验证物料平衡是否成立（TDS守恒）。产水流量Qp=ηQ=200×0.75=150m³/h浓水流量Qc=Q-Qp=50m³/h进水TDS总量=200×5000=1,000,000g/h产水TDS总量（假设反渗透脱盐率98%）=150×(5000×2%)=150×100=15,000g/h浓水TDS总量=50×20000=1,000,000g/h（此处假设产水TDS可忽略，实际物料平衡应为Q