水处理基础知识试题及参考答案

水处理基础知识试题及参考答案一、单项选择题1.下列哪种物质不属于水体中的溶解性固体？A.氯化钠B.硫酸钙C.硅酸盐D.悬浮粘土颗粒2.衡量水体中有机物含量的间接综合性指标是：A.pH值B.溶解氧C.化学需氧量D.总氮3.在混凝过程中，主要作用是压缩双电层、降低胶体电位的是：A.高分子絮凝剂B.助凝剂C.混凝剂D.消毒剂4.活性污泥法的核心处理单元是：A.初沉池B.曝气池C..二沉池D.消毒池5.反渗透膜分离过程的主要推动力是：A.浓度差B.电位差C.压力差D.温度差6.水的pH值为7时，表示水体：A.呈酸性B.呈碱性C.呈中性D.无法判断7.下列消毒方法中，具有持续消毒能力的是：A.紫外线消毒B.臭氧消毒C.氯消毒D.加热消毒8.表示水体缓冲能力的指标是：A.碱度B.硬度C.浊度D.色度9.厌氧生物处理的主要产物不包括：A.甲烷B.二氧化碳C.硫化氢D.硝酸盐10.格栅的主要功能是去除：A.溶解性有机物B.胶体物质C.悬浮大颗粒物D.重金属离子二、多项选择题1.水体中的“三氮”通常指的是：A.氨氮B.凯氏氮C.亚硝酸盐氮D.硝酸盐氮E.有机氮2.沉淀根据颗粒性质和处理目的不同，主要类型包括：A.自由沉淀B.絮凝沉淀C.拥挤沉淀D.压缩沉淀E.化学沉淀3.影响活性污泥法处理效果的主要因素有：A.营养物质比例B.pH值C.溶解氧D.水温E.有毒物质4.离子交换树脂广泛应用于水处理中，其主要性能指标包括：A.交换容量B.选择性C.机械强度D.耐热性E.再生性能5.膜污染是膜分离技术中的常见问题，其控制方法主要有：A.预处理原水B.提高操作压力C.定期化学清洗D.优化膜组件水力条件E.提高膜通量三、判断题1.水的电导率越高，表明水中溶解的离子总量越少。2.在好氧生物处理中，微生物将有机物最终氧化分解为二氧化碳和水。3.污泥龄是指活性污泥在曝气池中的平均停留时间。4.超滤膜可以截留水中的离子和低分子量有机物。5.水的总硬度主要是指水中钙、镁离子的总量。6.混凝剂投加量越多，混凝效果就一定越好。7.厌氧消化过程可以分为水解酸化、产氢产乙酸和产甲烷三个阶段。8.活性炭吸附主要适用于去除水中的无机盐类。9.紫外线消毒的效果受水体浊度影响较大。10.污泥含水率从99%降到98%，污泥体积减少一半。四、填空题1.生活饮用水的常规处理工艺通常包括混凝、______、过滤和消毒。2.水体富营养化的主要限制性营养元素通常是______和磷。3.在标准大气压下，纯水的理论pH值为______。4.表示水中悬浮物含量的常用指标是______。5.活性污泥法运行中，衡量污泥沉降性能的指标是______指数。6.反渗透膜的脱盐率通常在______%以上。7.氯消毒时，氯与水反应生成的______是主要的消毒物质。8.水的碱度主要由______、碳酸盐和氢氧化物组成。9.污泥处理中，通过降低含水率减少污泥体积的过程称为______。10.曝气设备的主要作用是为好氧微生物提供______。五、名词解释题1.化学需氧量2.污泥膨胀3.折点加氯4.膜通量5.污泥负荷六、简答题1.简述混凝的基本原理。2.列举活性污泥法运行中常见的异常现象及其可能原因（至少三种）。3.简述厌氧生物处理与好氧生物处理的主要区别。4.说明消毒副产物的定义及其主要控制途径。5.简述城市污水处理厂典型的一级、二级、三级处理分别去除的主要污染物是什么？七、计算题1.某污水处理厂进水流量为50000m³/d，进水BOD₅浓度为200mg/L，出水BOD₅浓度要求达到20mg/L。采用活性污泥法处理，曝气池有效容积为15000m³，混合液悬浮固体浓度为3000mg/L。试计算该系统的BOD污泥负荷（以kgBOD₅/(kgMLSS·d)计）。2.原水浊度为50NTU，经混凝沉淀后，出水浊度要求降至1NTU以下。已知混凝实验确定的最佳投药量为30mg/L（以Al₂(SO₄)₃·14H₂O计）。若该水厂日处理水量为10万吨，商品混凝剂有效成分为17%（以Al₂O₃计）。请计算每日所需商品混凝剂的用量（吨/日）。（已知：Al₂(SO₄)₃·14H₂O分子量为594，Al₂O₃分子量为102，Al原子量为27。忽略其他杂质。）参考答案与解析一、单项选择题1.D解析：溶解性固体是指水经过滤后，在特定温度下烘干得到的固体物质，主要包括溶解于水中的无机盐和有机物。悬浮粘土颗粒属于悬浮固体，可通过过滤去除，不属于溶解性固体。2.C解析：化学需氧量是指在强酸并加热条件下，用强氧化剂处理水样时所消耗的氧化剂的量，以氧的mg/L表示。它反映了水中受还原性物质污染的程度，是间接表示水体中有机物含量的综合性指标。pH值反映酸碱度，溶解氧反映氧含量，总氮反映含氮物质总量。3.C解析：混凝剂（如铝盐、铁盐）水解后产生高价金属阳离子，能有效压缩水中胶体颗粒的双电层，降低其ζ电位，使胶体脱稳。高分子絮凝剂主要通过吸附架桥作用使脱稳胶体聚集成大絮体。助凝剂用于改善絮凝条件。4.B解析：活性污泥法的核心是曝气池，在这里，活性污泥微生物与污水充分混合接触，在好氧条件下吸附、氧化分解有机物，实现污水净化。初沉池用于去除悬浮物，二沉池用于泥水分离，消毒池是后续单元。5.C解析：反渗透是一种以压力差为推动力的膜分离过程。在高于溶液渗透压的压力作用下，溶剂（水）透过膜，而溶质（盐分、离子等）被截留，从而实现分离纯化。浓度差是扩散的推动力，电位差是电渗析的推动力。6.C解析：pH值是氢离子浓度倒数的对数。在25℃时，纯水的pH值为7，表示中性。pH<7为酸性，pH>7为碱性。7.C解析：氯消毒（如液氯、次氯酸钠）在水中会形成次氯酸，其消毒作用持续且缓慢，能在供水管网中维持一定的余氯，防止细菌再度繁殖，提供持续的消毒保护。紫外线和臭氧消毒是瞬时消毒，无持续能力。8.A解析：碱度是指水中能与强酸发生中和作用的物质总量，主要由碳酸氢盐、碳酸盐和氢氧化物构成。碱度反映了水体抵抗pH变化的能力，即缓冲能力。硬度主要与钙镁离子有关，浊度、色度是物理指标。9.D解析：厌氧生物处理是在无氧条件下，由兼性菌和厌氧菌将有机物分解为甲烷、二氧化碳、硫化氢、氨等小分子物质的过程。硝酸盐是含氮有机物在好氧条件下硝化作用的产物，属于好氧代谢的中间或最终产物。10.C解析：格栅是安装在泵站集水池或水处理设施进水口处，由一组平行金属栅条构成的设备，用于截留并去除污水中较粗大的悬浮物和漂浮物，如毛发、纤维、塑料制品等，以保护后续处理设备和管道的正常运行。二、多项选择题1.ACD解析：在水质分析中，“三氮”特指氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。它们是含氮有机物在不同氧化阶段的分解产物，其相对含量可以指示水体的污染和自净过程。凯氏氮是氨氮和有机氮的总和。2.ABCD解析：自由沉淀指颗粒在沉淀过程中互不干扰，各自独立完成；絮凝沉淀指沉淀过程中颗粒互相聚集，尺寸变大，沉速加快；拥挤沉淀（成层沉淀）指颗粒浓度较高时，彼此干扰，形成一个清晰的泥水界面整体下沉；压缩沉淀发生在沉淀池底部，颗粒间互相支撑，在上层颗粒重力作用下被进一步挤压。化学沉淀是化学反应生成沉淀物的过程，不属于物理沉淀类型。3.ABCDE解析：活性污泥法是一个复杂的微生物代谢过程。营养物质（BOD:N:P≈100:5:1）需平衡；pH值（通常6.5-8.5）影响酶活性；溶解氧（一般≥2mg/L）是好氧代谢的必要条件；水温影响微生物活性及代谢速率；有毒物质（重金属、氰化物等）会抑制甚至毒害微生物。4.ABCDE解析：交换容量（全交换容量、工作交换容量）是核心指标，决定处理能力；选择性决定了树脂对不同离子的优先交换顺序；机械强度影响使用寿命和反洗损耗；耐热性关系到运行温度范围；再生性能（再生效率、再生剂耗量）直接影响运行成本。5.ACD解析：膜污染控制是膜技术应用的关键。预处理（如混凝、过滤）可去除大颗粒和部分胶体；定期化学清洗可恢复膜性能；优化水力条件（如错流流速、湍流程度）可减轻浓差极化和污染物沉积。提高操作压力或膜通量在短期内可能提高产水率，但会加剧膜污染，并非控制污染的有效方法。三、判断题1.错解析：水的电导率反映了水中离子导电能力的大小。电导率越高，说明水中溶解的离子总量越多，水的纯度越低。2.对解析：好氧生物处理是在有氧条件下，好氧和兼性微生物将有机物作为营养源，通过代谢作用将其氧化分解，最终产物是稳定的无机物，如二氧化碳、水、硝酸盐、硫酸盐等。3.对解析：污泥龄（θc）是活性污泥在曝气池中的平均停留时间，是活性污泥法设计和运行中一个非常重要的参数，计算公式为：系统内活性污泥总量/每日排出系统的活性污泥量。4.错解析：超滤是一种以压力差为推动力的膜分离过程，其分离机理主要是筛分作用。超滤膜孔径通常在1-100nm之间，可以截留胶体、蛋白质、大分子有机物、细菌等，但无法有效截留离子和小分子有机物（如乙醇、糖类），这些物质通常需要反渗透或纳滤来去除。5.对解析：水的总硬度是指水中钙、镁离子的总浓度，通常以碳酸钙（CaCO₃）的当量浓度表示（mg/L）。它是决定水质是否适合工业和生活用途的重要指标。6.错解析：混凝剂投加量存在一个最佳范围。投加量不足，胶体不能充分脱稳；投加量过多，会使胶体颗粒电荷反转，重新稳定（再稳现象），反而降低混凝效果，并增加处理成本和污泥量。7.对解析：厌氧消化是一个复杂的多阶段微生物过程。大分子有机物首先在水解发酵菌作用下水解为小分子（单糖、氨基酸等），进而酸化生成挥发性脂肪酸、醇类等；产氢产乙酸菌将高级脂肪酸等转化为乙酸、氢气和二氧化碳；最后，产甲烷菌利用乙酸、氢气和二氧化碳生成甲烷。8.错解析：活性炭是一种多孔性吸附材料，具有巨大的比表面积，其吸附作用以物理吸附为主，对水中的有机物（如色素、异味物质、合成洗涤剂、农药等）有很强的吸附能力，但对无机盐类的去除效果很有限。9.对解析：紫外线消毒是利用紫外光（主要是254nm波长）破坏微生物的DNA/RNA结构。水体浊度高时，悬浮颗粒会遮挡、散射紫外线，降低紫外线的透射率，从而影响消毒效果。10.对解析：污泥体积与含水率的关系为：V₁/V₂=(100P₂)/(100P₁)，其中V为体积，P为含水率（%）。代入计算：V₂/V₁=(100-98)/(100-99)=2/1=2，即体积减少为原来的一半。四、填空题1.沉淀（或澄清）2.氮3.74.浊度（或悬浮固体SS）5.污泥体积（SVI）6.95（或90-99之间的合理值均可）7.次氯酸（HOCI）8.碳酸氢盐（重碳酸盐）9.污泥浓缩10.氧气（或溶解氧）五、名词解释题1.化学需氧量：指在强酸性条件下，用强氧化剂（通常为重铬酸钾）氧化水中有机物和无机还原性物质所消耗的氧化剂量，折算成相当于氧的质量浓度（mg/L）。它是衡量水体受还原性物质污染程度的综合指标，其中主要是有机物。2.污泥膨胀：指活性污泥沉降性能恶化，污泥体积指数（SVI）异常增高（如>150mL/g），在二沉池中泥水分离困难，澄清液减少，污泥流失的现象。主要由丝状菌过度繁殖或非丝状菌（如高粘性物质积累）原因引起。3.折点加氯：当向水中持续加氯时，水中余氯量先增加，后下降，再上升。余氯下降至最低点称为“折点”。折点加氯是指加氯量超过折点，此时水中的氨氮被完全氧化为氮气，余氯主要以游离性余氯（次氯酸、次氯酸根）形式存在，消毒效果最好，并能有效去除氨氮和部分有机物。4.膜通量：指单位时间内通过单位膜面积的透过液体积，常用单位为L/(m²·h)或m³/(m²·d)。它是衡量膜分离过程产水效率的关键参数，受操作压力、温度、料液浓度、膜污染程度等因素影响。5.污泥负荷：在活性污泥法中，指单位质量的活性污泥（MLSS）在单位时间内所承受的有机物（BOD₅）量，计算公式为F/六、简答题1.简述混凝的基本原理。混凝是通过向水中投加化学药剂（混凝剂），破坏水中胶体颗粒的稳定状态，使其聚集成易于沉降的絮凝体的过程。其原理主要包括三方面：（1）压缩双电层：混凝剂水解产生的高价阳离子（如Al³⁺、Fe³⁺）能有效压缩胶体颗粒的扩散层，降低其ζ电位，使胶体脱稳。（2）吸附电中和：水解产生的带正电的羟基络合物或聚合物吸附在带负电的胶体表面，中和其电荷，导致脱稳凝聚。（3）吸附架桥：高分子混凝剂或水解产生的高聚物具有长链结构，能同时吸附多个胶体颗粒，在颗粒间形成“桥梁”，连接成大的絮凝体（矾花）。（4）网捕卷扫：在金属盐混凝剂投加量较大时，形成的氢氧化物沉淀物在沉降过程中像一张网，能网捕、卷扫水中的胶体颗粒共同沉降。2.列举活性污泥法运行中常见的异常现象及其可能原因（至少三种）。（1）污泥膨胀：可能原因包括丝状菌过度繁殖（由低溶解氧、低负荷、营养失衡、pH不适等引起）或非丝状菌性膨胀（高负荷导致菌胶团细菌分泌过多高粘性多糖物质）。（2）污泥上浮：可能原因有二沉池中发生反硝化（硝酸盐被还原为氮气，气泡携带污泥上浮），或污泥腐化（二沉池污泥长期滞留厌氧产生气体）。（3）泡沫问题：可能原因包括化学泡沫（洗涤剂等表面活性剂引起）或生物泡沫（由诺卡氏菌、微丝菌等特定丝状菌大量生长引起，泡沫粘稠、不易破碎）。（4）出水水质恶化：可能原因有曝气不足、污泥负荷过高或过低、有毒物质冲击、pH值突变、污泥龄过短导致污泥流失等。3.简述厌氧生物处理与好氧生物处理的主要区别。对比项好氧生物处理厌氧生物处理基本条件需要充足溶解氧绝对无氧或兼氧条件微生物种类好氧菌、兼性菌为主兼性菌、专性厌氧菌（产甲烷菌等）代谢产物CO₂、H₂O、硝酸盐、硫酸盐等（稳定）CH₄、CO₂、H₂S、NH₃等（需进一步处理）能量释放释放大量能量，污泥增殖快释放能量少，污泥增殖慢（产率低）处理负荷较低较高（可处理高浓度有机废水）处理速率较快较慢（水力停留时间长）温度要求中温（15-30℃）中温（30-38℃）或高温（50-55℃）更佳营养需求BOD₅:N:P≈100:5:1BOD₅:N:P≈100:2.5:0.5主要应用中低浓度有机废水，出水标准高高浓度有机废水、污泥消化，能源回收4.说明消毒副产物的定义及其主要控制途径。定义：消毒副产物是指在饮用水或污水消毒过程中，消毒剂（如氯、臭氧、二氧化氯）与水中的天然有机物或溴/碘离子等前体物发生化学反应而生成的对人体健康有潜在危害的化合物。主要控制途径：（1）强化前处理：通过强化混凝、沉淀、过滤、活性炭吸附等工艺，最大限度地去除消毒副产物的前体物（主要是腐殖酸、富里酸等天然有机物）。（2）优化消毒工艺：如采用折点加氯精确控制加氯量；采用氯胺消毒（化合氯）替代自由氯消毒，后者生成的DBPs较少；或采用臭氧-生物活性炭等组合工艺。（3）更换消毒剂：在条件允许下，选用产生DBPs较少的消毒剂，如二氧化氯（不产生卤代有机物）、紫外线（基本不产生化学性DBPs）。（4）去除已生成的DBPs：对于已生成的DBPs（如三卤甲烷），可采用曝气吹脱或活性炭吸附等方法进行深度处理。5.简述城市污水处理厂典型的一级、二级、三级处理分别去除的主要污染物是什么？一级处理（物理处理）：主要去除污水中呈悬浮或漂浮状态的固体物质。通过格栅截留大块杂物，沉砂池去除砂粒等无机颗粒，初沉池去除大部分可沉降的悬浮固体（SS）和部分（约20-30%）的有机物（BOD₅）。一级处理是后续处理的预处理。二级处理（生物处理）：核心是去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物（以BOD₅和COD为主要指标）。通过活性污泥法、生物膜法等工艺，利用微生物的代谢作用，