水处理试题答案(一)

水处理试题答案(一)一、填空题1.水中的杂质按颗粒大小可分为悬浮物、胶体和溶解物三类，其中悬浮物的粒径一般大于100nm，可通过沉淀、过滤去除；胶体的粒径在1nm~100nm之间，需通过混凝处理脱稳；溶解物以分子或离子状态存在，粒径小于1nm，通常采用离子交换、反渗透等方法去除。2.混凝处理的主要原理包括压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥和沉淀物网捕。当向水中投加铝盐混凝剂时，Al³⁺水解生成的Al(OH)₃胶体具有较大的比表面积，可通过吸附电中和作用使水中带负电的胶体颗粒脱稳，再通过吸附架桥形成大的絮凝体，最终沉淀去除。3.沉淀池按水流方向可分为平流式、竖流式和辐流式三种。平流式沉淀池适用于大、中型水处理厂，其优点是处理效果稳定、耐冲击负荷；竖流式沉淀池占地面积小，但处理效率较低，适用于小型水厂；辐流式沉淀池常用于高浊度水的处理，水流从中心向周边辐射，沉淀污泥通过刮泥机集中排出。4.过滤处理的主要作用是去除水中的悬浮物和胶体颗粒，过滤过程分为过滤、反冲洗和正冲洗三个阶段。滤料的级配是指滤料颗粒的粒径分布，通常采用“上细下粗”的级配方式，以提高过滤效率和过滤周期。5.离子交换树脂按交换基团的性质可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。阳离子交换树脂又可分为强酸性和弱酸性，强酸性阳离子交换树脂的交换基团为-SO₃H，弱酸性阳离子交换树脂的交换基团为-COOH；阴离子交换树脂分为强碱性和弱碱性，强碱性阴离子交换树脂的交换基团为-N(CH₃)₃OH，弱碱性阴离子交换树脂的交换基团为-NH₂、-NH(CH₃)等。6.反渗透处理的核心部件是反渗透膜，其分离原理是选择性透过，即只允许水分子通过，而阻止水中的溶解盐、有机物、微生物等杂质通过。反渗透系统的运行压力需高于原水的渗透压，一般苦咸水反渗透的运行压力为1.5~2.5MPa，海水反渗透的运行压力为5~7MPa。7.水中的硬度按存在形式可分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度，碳酸盐硬度主要由Ca(HCO₃)₂和Mg(HCO₃)₂组成，可通过煮沸去除，因此又称为暂时硬度；非碳酸盐硬度主要由CaSO₄、MgSO₄等组成，不能通过煮沸去除，又称为永久硬度。8.活性污泥法处理污水的核心是活性污泥，其主要成分包括微生物群体、微生物代谢产物和吸附的有机、无机物质。活性污泥的性能指标主要有污泥浓度（MLSS）、污泥沉降比（SV）、污泥容积指数（SVI）和污泥龄（θc），其中SVI通常控制在50~150mL/g之间，反映活性污泥的沉降性能和浓缩性能。9.生物膜法的主要形式有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池和曝气生物滤池。生物膜附着在载体表面，与污水接触时，通过吸附、降解作用去除水中的有机物，其优点是污泥产量低、抗冲击负荷能力强、运行管理简便。10.消毒处理的主要目的是杀灭水中的致病微生物，常用的消毒方法有氯消毒、紫外线消毒、臭氧消毒和二氧化氯消毒。氯消毒的原理是氯与水反应生成次氯酸（HClO），次氯酸具有强氧化性，能破坏微生物的细胞膜和酶系统，从而达到消毒效果；紫外线消毒是通过紫外线照射破坏微生物的DNA结构，使其失去繁殖能力。二、选择题1.下列杂质中，属于悬浮物的是（A）。A.泥沙B.腐殖质C.钙镁离子D.细菌解析：泥沙的粒径大于100nm，属于悬浮物；腐殖质多以胶体形式存在；钙镁离子是溶解物；细菌属于微生物，粒径通常在1μm左右，部分可归为胶体范畴。2.当原水浊度较低、色度较高时，适合采用的混凝剂是（B）。A.硫酸铝B.聚合氯化铝C.三氯化铁D.硫酸亚铁解析：聚合氯化铝（PAC）是一种高分子混凝剂，具有投加量少、混凝效果好、适应水质范围广等优点，尤其适用于低浊度、高色度的原水；硫酸铝适用于浊度较高的原水，但低温低浊时效果较差；三氯化铁腐蚀性较强，常用于工业废水处理；硫酸亚铁需氧化成三价铁才能发挥混凝作用，适用于碱性水。3.滤料的有效粒径是指（C）。A.滤料的最大粒径B.滤料的最小粒径C.累计重量百分比为10%的粒径D.累计重量百分比为60%的粒径解析：滤料的有效粒径（d₁₀）是指通过滤料重量10%的筛孔孔径，反映滤料的最小颗粒尺寸；不均匀系数（K₆₀）是指通过滤料重量60%的筛孔孔径与d₁₀的比值，用于衡量滤料的粒径均匀程度，一般K₆₀控制在1.6~2.0之间。4.强酸性阳离子交换树脂对水中阳离子的交换选择性顺序是（A）。A.Fe³⁺＞Ca²⁺＞Mg²⁺＞Na⁺＞H⁺B.H⁺＞Fe³⁺＞Ca²⁺＞Mg²⁺＞Na⁺C.Na⁺＞Mg²⁺＞Ca²⁺＞Fe³⁺＞H⁺D.Fe³⁺＞Mg²⁺＞Ca²⁺＞Na⁺＞H⁺解析：强酸性阳离子交换树脂的交换选择性主要取决于阳离子的电荷数和离子半径，电荷数越高，选择性越强；相同电荷数的阳离子，离子半径越大，选择性越强。因此，选择性顺序为Fe³⁺（三价）＞Ca²⁺（二价，离子半径大）＞Mg²⁺（二价，离子半径小）＞Na⁺（一价）＞H⁺（一价，离子半径最小）。5.反渗透膜的脱盐率是指（D）。A.进水含盐量与出水含盐量的比值B.出水含盐量与进水含盐量的比值C.（进水含盐量-出水含盐量）与出水含盐量的比值D.（进水含盐量-出水含盐量）与进水含盐量的比值解析：脱盐率是衡量反渗透膜性能的重要指标，计算公式为：脱盐率=（进水含盐量-出水含盐量）/进水含盐量×100%，一般反渗透膜的脱盐率可达到98%以上。6.下列硬度中，属于永久硬度的是（C）。A.Ca(HCO₃)₂B.Mg(HCO₃)₂C.CaSO₄D.Mg(HCO₃)₂和CaSO₄解析：永久硬度即非碳酸盐硬度，由钙、镁的硫酸盐、氯化物等组成，不能通过煮沸去除；碳酸盐硬度（暂时硬度）由钙、镁的碳酸氢盐组成，煮沸时会分解生成沉淀，从而降低硬度。7.活性污泥法中，污泥龄是指（B）。A.污泥在曝气池中的停留时间B.微生物在曝气池中的平均停留时间C.污泥在沉淀池中的停留时间D.污泥从排泥到回流的时间解析：污泥龄（θc）又称细胞平均停留时间，是指活性污泥中微生物从其生成到排出的平均停留时间，计算公式为：θc=曝气池内活性污泥总量/每日剩余污泥排放量。污泥龄是活性污泥法设计和运行的重要参数，直接影响微生物的种类和数量。8.生物接触氧化池的主要特点是（D）。A.污泥产量高B.抗冲击负荷能力弱C.需定期反冲洗D.兼具活性污泥法和生物膜法的优点解析：生物接触氧化池是一种介于活性污泥法和生物膜法之间的处理工艺，池内设置填料，微生物附着在填料表面形成生物膜，同时池内有悬浮的活性污泥，因此兼具两者的优点：抗冲击负荷能力强、污泥产量低、处理效果稳定、运行管理简便。9.下列消毒方法中，属于化学消毒的是（A）。A.二氧化氯消毒B.紫外线消毒C.臭氧消毒D.加热消毒解析：化学消毒是通过投加化学药剂杀灭微生物，二氧化氯消毒是投加二氧化氯药剂，属于化学消毒；紫外线消毒是利用物理射线破坏微生物DNA，属于物理消毒；臭氧消毒虽投加臭氧，但臭氧是通过强氧化性破坏微生物，部分资料将其归为物理化学消毒，但严格来说，紫外线和加热属于物理消毒；臭氧和二氧化氯属于化学消毒范畴，此处根据选项设置，选A。10.下列指标中，反映水体有机污染程度的是（B）。A.浊度B.COD（化学需氧量）C.硬度D.碱度解析：COD是指在一定条件下，用强氧化剂氧化水中有机物所消耗的氧量，反映水中有机物的含量，是衡量水体有机污染程度的重要指标；浊度反映水中悬浮物和胶体的含量；硬度反映水中钙、镁离子的含量；碱度反映水中能与强酸发生中和反应的物质的含量。三、判断题1.水中的溶解氧含量越高，说明水体的污染程度越轻。（√）解析：溶解氧（DO）是指水中溶解的氧气含量，清洁水体的溶解氧含量较高，一般在5~8mg/L之间；当水体受到有机污染时，微生物分解有机物会消耗大量溶解氧，导致溶解氧含量降低，甚至出现缺氧状态。因此，溶解氧含量可作为判断水体污染程度的指标之一。2.混凝处理时，pH值越高，混凝效果越好。（×）解析：混凝效果与pH值密切相关，不同的混凝剂有不同的最佳pH值范围。例如，硫酸铝的最佳pH值范围为5.5~7.5，当pH值过低时，Al³⁺水解不完全，生成的Al(OH)₃胶体少，混凝效果差；当pH值过高时，Al³⁺会生成AlO₂⁻，失去混凝作用。三氯化铁的最佳pH值范围为6.0~8.4，适应范围较宽。因此，并非pH值越高，混凝效果越好，需根据混凝剂类型调整pH值。3.过滤处理时，滤速越大，过滤效果越好。（×）解析：滤速是指单位时间内通过单位面积滤料的水量，滤速过大时，水中的悬浮物和胶体颗粒来不及被滤料吸附就随水流通过滤层，导致过滤效果下降，出水浊度升高；同时，滤速过大还会增加滤层的水头损失，缩短过滤周期。因此，滤速需控制在合理范围内，一般快滤池的滤速为8~12m/h。4.离子交换树脂再生时，再生剂的浓度越高，再生效果越好。（×）解析：再生剂浓度过高时，会导致树脂的收缩，降低再生剂的扩散速度，同时可能引起树脂的过度再生，反而影响树脂的交换容量。例如，强酸性阳离子交换树脂用盐酸再生时，盐酸浓度一般控制在4%~5%；强碱性阴离子交换树脂用氢氧化钠再生时，氢氧化钠浓度一般控制在3%~4%。因此，再生剂浓度需控制在适宜范围内，并非越高越好。5.反渗透系统运行时，进水温度越高，产水量越大。（√）解析：进水温度升高，水分子的运动速度加快，反渗透膜的透水性能增强，因此产水量会增加。但温度过高会加速膜的老化，降低膜的使用寿命，一般反渗透系统的进水温度控制在15~30℃之间，当温度低于15℃时，需采取加热措施。6.水中的碱度主要由HCO₃⁻、CO₃²⁻和OH⁻组成，其中HCO₃⁻是水中最主要的碱度成分。（√）解析：天然水中的碱度主要来源于碳酸盐和碳酸氢盐，其中HCO₃⁻的含量最高，因为CO₃²⁻在水中会与H⁺结合生成HCO₃⁻，OH⁻在天然水中含量较低，只有在碱性较强的水中才会存在。7.活性污泥法中，污泥沉降比（SV）越大，说明污泥的沉降性能越好。（×）解析：污泥沉降比是指曝气池混合液静置30min后，沉淀污泥与混合液的体积比，SV过大（如超过30%）可能是由于污泥膨胀导致，此时污泥的沉降性能反而变差；SV过小（如低于10%）说明污泥浓度过低，处理效果不佳。正常运行时，SV一般控制在15%~30%之间。8.生物膜法中，生物膜越厚，处理效果越好。（×）解析：生物膜过厚时，内层的微生物会因缺氧而进入厌氧状态，产生的代谢产物无法及时排出，导致生物膜脱落，同时厌氧代谢产物会影响处理效果。因此，生物膜需保持适当的厚度，一般通过控制水力负荷和曝气强度来调整生物膜的厚度。9.氯消毒时，水中的氨氮含量越高，消毒效果越好。（×）解析：氯与水中的氨氮会反应生成氯胺（一氯胺、二氯胺、三氯胺），氯胺的消毒效果比次氯酸弱，且消毒速度慢。当水中氨氮含量较高时，大部分氯会与氨氮反应生成氯胺，导致游离性余氯减少，消毒效果下降。因此，氯消毒时需控制水中的氨氮含量，或采用折点加氯法，使氯与氨氮完全反应后，再投加过量的氯，保证游离性余氯的含量。10.污水处理厂的污泥必须经过脱水处理后才能进行处置。（√）解析：污水处理厂的污泥含水率一般在99%左右，体积大、易腐烂、运输困难，必须经过脱水处理，将含水率降低至80%以下，才能进行填埋、焚烧、堆肥等处置。常用的脱水方法有机械脱水（如带式压滤机、离心脱水机）和自然脱水（如污泥干化场）。四、简答题1.简述混凝处理的影响因素及其作用机制。答：混凝处理的影响因素主要包括水质条件、混凝剂种类与投加量、水力条件等，具体作用机制如下：（1）水质条件：①pH值：pH值直接影响混凝剂的水解产物形态。以铝盐为例，当pH值在5.5~7.5时，Al³⁺水解生成Al(OH)₃胶体，具有较强的吸附和混凝作用；pH值过低时，水解不完全，生成的Al(OH)₃胶体少，混凝效果差；pH值过高时，Al(OH)₃胶体溶解生成AlO₂⁻，失去混凝作用。②水温：水温影响混凝剂的水解速度和絮凝体的形成。水温过低时，混凝剂水解速度慢，生成的絮凝体细小、松散，沉降速度慢，混凝效果差；水温过高时，水中的胶体颗粒运动速度加快，不易被吸附，同时混凝剂水解过快，也会影响絮凝体的形成。一般水温控制在20~30℃为宜。③水中杂质的性质和浓度：水中杂质的粒径、电荷、浓度等会影响混凝效果。当杂质浓度过低时，混凝剂水解生成的胶体颗粒难以与杂质颗粒碰撞接触，混凝效果差，此时需投加助凝剂（如活化硅酸）；当杂质浓度过高时，混凝剂投加量需相应增加。（2）混凝剂种类与投加量：不同的混凝剂适用于不同的水质条件。例如，硫酸铝适用于浊度较高的原水，聚合氯化铝适用于低浊度、高色度的原水，三氯化铁适用于碱性水和工业废水。混凝剂的投加量需通过烧杯试验确定，投加量过少，无法有效脱稳胶体颗粒；投加量过多，会使胶体颗粒重新带正电，出现“再稳”现象，混凝效果下降。（3）水力条件：混凝过程分为混合和反应两个阶段。混合阶段要求快速、剧烈搅拌，使混凝剂迅速均匀地分散到水中，时间一般为10~30s；反应阶段要求缓慢搅拌，使脱稳的胶体颗粒相互碰撞、聚集形成大的絮凝体，搅拌强度逐渐降低，时间一般为15~30min。水力条件的控制直接影响絮凝体的大小和沉降性能，若搅拌强度不足，胶体颗粒无法充分碰撞，絮凝体细小；若搅拌强度过大，会将已形成的絮凝体打碎，影响沉淀效果。2.简述离子交换树脂的结构和交换原理。答：离子交换树脂是一种具有网状结构的高分子聚合物，由树脂骨架、交换基团和孔隙三部分组成。（1）结构：①树脂骨架：由高分子聚合物（如苯乙烯-二乙烯苯共聚物）组成，具有稳定的网状结构，决定了树脂的机械强度和化学稳定性。②交换基团：连接在树脂骨架上的活性基团，由固定离子和可交换离子组成。例如，强酸性阳离子交换树脂的交换基团为-SO₃⁻H⁺，其中-SO₃⁻是固定离子，H⁺是可交换离子；强碱性阴离子交换树脂的交换基团为-N(CH₃)₃⁺OH⁻，其中-N(CH₃)₃⁺是固定离子，OH⁻是可交换离子。③孔隙：树脂内部的孔道结构，包括凝胶孔和大孔，凝胶孔是树脂聚合过程中形成的微孔，大孔是通过特殊工艺制备的大孔结构，孔隙的大小和数量影响树脂的交换速度和交换容量。（2）交换原理：离子交换树脂的交换过程是一种可逆的化学反应，基于离子交换树脂的交换基团与水中的离子进行交换。以强酸性阳离子交换树脂软化水为例，当含有Ca²⁺、Mg²⁺的原水通过树脂层时，树脂上的可交换离子H⁺与水中的Ca²⁺、Mg²⁺发生交换反应：2R-SO₃H+Ca²⁺→(R-SO₃)₂Ca+2H⁺，2R-SO₃H+Mg²⁺→(R-SO₃)₂Mg+2H⁺，从而去除水中的Ca²⁺、Mg²⁺，达到软化水的目的。当树脂上的可交换离子H⁺被耗尽后，树脂失去交换能力，此时需用盐酸或硫酸进行再生：(R-SO₃)₂Ca+2HCl→2R-SO₃H+CaCl₂，使树脂恢复交换能力。离子交换反应遵循等价交换原则，即交换的离子电荷数相等，同时具有选择性，不同的离子在树脂上的交换能力不同，选择性顺序取决于离子的电荷数、离子半径和水化程度。3.简述活性污泥法的基本工艺流程和各单元的作用。答：活性污泥法的基本工艺流程由曝气池、沉淀池、污泥回流系统和剩余污泥排放系统组成，各单元的作用如下：（1）曝气池：是活性污泥法的核心处理单元，通过曝气设备向池内通入空气，提供微生物所需的氧气，同时使混合液处于剧烈搅拌状态，保证活性污泥与污水充分接触。在曝气池中，活性污泥中的微生物吸附、降解污水中的有机物，将其转化为二氧化碳、水和微生物自身的细胞物质，从而使污水得到净化。（2）沉淀池：分为初沉池和二沉池，初沉池设置在曝气池前，主要去除污水中的悬浮物和部分有机物，减轻曝气池的负荷；二沉池设置在曝气池后，主要作用是使曝气池流出的混合液进行固液分离，上清液作为处理后的出水排放，沉淀的污泥部分回流至曝气池，维持曝气池内的活性污泥浓度，剩余污泥则排出系统，避免污泥在系统内积累。（3）污泥回流系统：将二沉池沉淀的污泥部分回流至曝气池，其作用是补充曝气池内流失的活性污泥，维持曝气池内稳定的污泥浓度，保证微生物的数量和活性，从而保证处理效果。污泥回流比一般控制在50%~100%之间，可根据曝气池内的污泥浓度和二沉池的污泥沉降性能进行调整。（4）剩余污泥排放系统：曝气池内的微生物不断繁殖，导致污泥量增加，为维持系统内污泥龄的稳定，需将多余的污泥排出系统。剩余污泥含有大量的有机物和微生物，需经过脱水、稳定化处理后才能进行处置，避免对环境造成二次污染。除了基本工艺流程外，活性污泥法还有多种变形工艺，如推流式曝气池、完全混合式曝气池、阶段曝气法、吸附再生法、氧化沟、SBR（序批式活性污泥法）等，不同的工艺适用于不同的水质和处理要求。4.简述反渗透系统的运行维护要点。答：反渗透系统的运行维护直接影响膜的使用寿命和处理效果，主要维护要点如下：（1）预处理系统的维护：预处理系统的作用是去除原水中的悬浮物、胶体、有机物、微生物、余氯等杂质，防止反渗透膜被污染和损坏。需定期检查预处理设备（如石英砂过滤器、活性炭过滤器、保安过滤器）的运行状况，及时更换滤料和滤芯；监测预处理出水的水质指标（如浊度、SDI、余氯、pH值），确保其满足反渗透系统的进水要求（一般SDI≤5，余氯≤0.1mg/L）。（2）膜系统的运行参数控制：①运行压力：根据原水的渗透压和膜的性能，控制合适的运行压力，避免压力过高导致膜的损坏，或压力过低影响产水量和脱盐率。②回收率：回收率是指产水量与进水量的比值，回收率过高会导致浓水侧的含盐量过高，增加膜的结垢风险；回收率过低会降低水资源的利用率，一般回收率控制在75%~85%之间。③进水温度：进水温度控制在15~30℃之间，温度过低时需采取加热措施，温度过高时需采取冷却措施，避免温度过高加速膜的老化。④pH值：根据膜的类型控制进水pH值，一般聚酰胺反渗透膜的进水pH值控制在4~10之间，避免强酸或强碱对膜造成损坏。（3）膜的清洗：当反渗透系统的产水量下降10%以上、脱盐率下降5%以上或进水与浓水的压差上升15%以上时，说明膜已被污染，需进行清洗。清洗分为物理清洗和化学清洗，物理清洗主要采用低压冲洗、反向冲洗等方法，去除膜表面的松散杂质；化学清洗是根据污染类型选择合适的清洗剂（如酸洗剂去除无机结垢，碱洗剂去除有机污染），通过循环清洗去除膜表面的顽固杂质。清洗后需用清水冲洗膜系统，去除残留的清洗剂。（4）膜的保存：当反渗透系统长期停运（超过7天）时，需对膜进行保存。保存前需对膜进行清洗，去除膜表面的杂质，然后用保护液（如1%的亚硫酸氢钠溶液）充满膜系统，关闭所有阀门，防止空气进入；短期停运（7天以内）时，可采用每天低压冲洗1~2次的方法进行保存。（5）定期检测：定期检测反渗透系统的产水量、脱盐率、进水和浓水的水质指标，记录运行数据，及时发现问题并采取措施解决；定期对膜元件进行检查，观察膜元件的外观是否有损坏、变形等情况，必要时更换膜元件。五、计算题1.某水处理厂采用平流式沉淀池处理原水，原水流量为Q=1000m³/h，沉淀池的长度L=50m，宽度B=10m，有效水深H=3m，试计算沉淀池的表面负荷、停留时间和水平流速，并判断该沉淀池的设计是否合理。解：（1）计算表面负荷q₀：表面负荷是指单位时间内通过单位沉淀池表面积的水量，计算公式为：q₀=Q/A，其中A为沉淀池的表面积，A=L×B=50×10=500m²。q₀=1000/500=2m³/(m²·h)=2×1000/(3600)≈0.556L/(m²·s)。（2）计算停留时间t：停留时间是指原水在沉淀池内的平均停留时间，计算公式为：t=V/Q，其中V为沉淀池的有效容积，V=L×B×H=50×10×3=1500m³。t=1500/1000=1.5h=90min。（3）计算水平流速v：水平流速是指原水在沉淀池内的水平流动速度，计算公式为：v=L/t。v=50/(1.5×3600)≈0.00926m/s=9.26mm/s。（4）设计合理性判断：平