(2025年)水污染控制工程第四版上册课后题答案

(2025年)水污染控制工程第四版上册课后题答案1.1某城市污水厂进水水质为：BOD₅=200mg/L，COD=450mg/L，SS=250mg/L，氨氮（NH₃-N）=35mg/L，总磷（TP）=5mg/L；出水水质要求BOD₅≤20mg/L，COD≤50mg/L，SS≤10mg/L，NH₃-N≤5mg/L，TP≤0.5mg/L。计算各指标的去除率，并分析BOD₅与COD的关系。BOD₅去除率=（200-20）/200×100%=90%；COD去除率=（450-50）/450×100%≈88.9%；SS去除率=（250-10）/250×100%=96%；NH₃-N去除率=（35-5）/35×100%≈85.7%；TP去除率=（5-0.5）/5×100%=90%。BOD₅反映可被微生物降解的有机物量，COD包含难降解有机物（如纤维素、某些工业污染物），因此COD通常大于BOD₅。本题中COD/BOD₅=450/200=2.25，说明污水中存在部分难生物降解物质，需结合生物处理与化学/物理处理提高去除效果。2.1某河流流量Q=15m³/s，上游来水BOD₅=5mg/L，DO=8mg/L；支流汇入后，混合流量Q总=20m³/s，混合后BOD₅=20mg/L，水温20℃（此时饱和DO=9.07mg/L）。已知k₁=0.2d⁻¹（以BOD₅计），k₂=0.4d⁻¹，计算混合后2天的氧亏值及DO浓度。初始氧亏D₀=9.07-8=1.07mg/L；初始BOD₅（L₀）=20mg/L（假设为第一阶段BOD）。根据S-P模型，t=2天时：D=D₀×10^(-k₁t)+(k₁L₀)/(k₂-k₁)(10^(-k₁t)-10^(-k₂t))代入数据：10^(-0.2×2)=10^(-0.4)≈0.398；10^(-0.4×2)=10^(-0.8)≈0.158D=1.07×0.398+(0.2×20)/(0.4-0.2)(0.398-0.158)=0.426+(4/0.2)×0.24=0.426+20×0.24=0.426+4.8=5.226mg/LDO=9.07-5.226≈3.84mg/L（低于鱼类生存标准5mg/L，需控制污染负荷）。3.1某污水厂最大设计流量Qmax=0.5m³/s，栅前水深h=0.8m，过栅流速v=0.9m/s，栅条间隙b=20mm，栅条宽度s=10mm，求格栅的间隙数n及水头损失h₁（ε=0.8，ξ=2.42）。间隙数n=Qmax/(ε×b×h×v)=0.5/(0.8×0.02×0.8×0.9)=0.5/(0.01152)≈43.4，取44个。水头损失h₁=ξ×(v²/(2g))×(b/s)^(4/3)=2.42×(0.9²/(2×9.81))×(0.02/0.01)^(4/3)=2.42×(0.81/19.62)×(2)^(1.333)≈2.42×0.0413×2.519≈0.25m（设计中需预留0.3-0.5m安全水头）。3.2平流式沉砂池设计流量Q=0.3m³/s，停留时间t=30s，有效水深h₂=1.2m，求池长L和池宽B（水平流速v=0.1m/s）。池长L=v×t=0.1×30=3m；有效容积V=Q×t=0.3×30=9m³；池宽B=V/(h₂×L)=9/(1.2×3)=2.5m（实际设计中需考虑超高0.3m，池数≥2，并联运行）。4.1某悬浮物密度ρs=2500kg/m³，水密度ρ=1000kg/m³，动力粘度μ=0.001Pa·s（20℃），颗粒直径d=0.05mm，计算其自由沉淀速度u（斯托克斯公式适用条件：Re≤1）。u=gd²(ρs-ρ)/(18μ)=9.81×(0.05×10⁻³)²×(2500-1000)/(18×0.001)=9.81×2.5×10⁻⁹×1500/0.018≈9.81×3.75×10⁻⁶/0.018≈2.04×10⁻³m/s=2.04mm/s验证雷诺数Re=udρ/μ=2.04×10⁻³×0.05×10⁻³×1000/0.001≈0.102<1，符合层流条件，计算有效。4.2竖流式沉淀池设计流量Q=0.2m³/s，表面负荷q=2m³/(m²·h)，求池表面积A及直径D（保留两位小数）。q=2m³/(m²·h)=2/3600≈0.000556m³/(m²·s)（错误，正确转换：q=2m³/(m²·h)=2/(3600)m³/(m²·s)≈0.000556，但更简便的是Q=0.2×3600=720m³/h，A=Q/q=720/2=360m²；直径D=√(4A/π)=√(4×360/3.1416)≈√458.37≈21.41m（实际中直径一般≤12m，需分2池，单池A=180m²，D≈15.14m）。5.1某活性污泥系统，曝气池体积V=2000m³，混合液污泥浓度X=3000mg/L，回流污泥浓度Xr=8000mg/L，出水悬浮物Xe=20mg/L，日处理水量Q=20000m³/d，剩余污泥排放量Qw=200m³/d，计算污泥龄θc。θc=(X×V)/(Qw×Xr+(Q-Qw)×Xe)=(3000×2000)/(200×8000+(20000-200)×20)=6×10⁶/(1.6×10⁶+396000)=6×10⁶/1.996×10⁶≈3.01d（短污泥龄适合去除易降解有机物，若需硝化，θc需≥10d）。5.2某完全混合曝气池，进水BOD₅=250mg/L，出水BOD₅=15mg/L，污泥产率系数Y=0.6kgMLSS/kgBOD₅，污泥自身氧化率Kd=0.05d⁻¹，污泥浓度X=4000mg/L，求污泥负荷Ns（Ns=Q(S₀-S)/XV）。Q=20000m³/d，S₀=250mg/L=0.25kg/m³，S=15mg/L=0.015kg/m³，V=2000m³Ns=20000×(0.25-0.015)/(4000×2000×10⁻³)=20000×0.235/(8000)=4700/8000=0.5875kgBOD₅/(kgMLSS·d)（中负荷范围，对应污泥龄约5-10d）。6.1简述厌氧消化三阶段理论，并说明各阶段的微生物类群及控制条件。第一阶段：水解发酵阶段。水解菌（如梭菌属）和发酵菌（如拟杆菌属）将大分子有机物（蛋白质、多糖、脂肪）水解为小分子（氨基酸、单糖、脂肪酸），再发酵为挥发性脂肪酸（VFA）、醇类、H₂、CO₂。此阶段pH易下降（产酸），需控制pH在6.5-7.5，温度中温（35±2℃）或高温（55±2℃）。第二阶段：产氢产乙酸阶段。产氢产乙酸菌（如互营单胞菌属）将VFA（丙酸、丁酸）和醇类转化为乙酸、H₂、CO₂。该阶段与产甲烷菌协同，需维持低H₂分压（<10⁻⁴atm），避免产物抑制。第三阶段：产甲烷阶段。产甲烷菌（如甲烷八叠球菌、甲烷丝菌）利用乙酸（占70%）或H₂/CO₂（占30%）提供CH₄和CO₂。产甲烷菌对环境敏感，需严格厌氧（氧化还原电位<-