《水污染控制工程》试题+答案

《水污染控制工程》试题+答案一、选择题（每题2分，共20分）1.水污染控制工程中，关于水体自净作用的描述，以下哪项不正确？A.物理自净过程包括稀释、扩散、沉淀和吸附等。B.化学自净过程包括氧化还原、分解与化合等反应。C.生物自净是水体自净的核心，主要依靠微生物的代谢活动。D.在厌氧条件下，生物自净作用效率通常高于好氧条件。2.下列水质指标中，属于毒理学指标的是：A.化学需氧量（COD）B.五日生化需氧量（BOD5）C.总氮（TN）D.重金属（如汞、镉）3.在活性污泥法处理系统中，SVI（污泥容积指数）是重要运行参数。关于SVI，以下说法正确的是：A.SVI值越高，表明污泥的沉降性能越好。B.SVI值通常介于50-150mL/g之间时，污泥沉降性能良好。C.SVI值过低可能指示污泥存在老化或无机物含量过高。D.SVI的计算公式为SV4.关于污水的一级处理，其主要去除对象是：A.悬浮固体和漂浮物B.呈胶体和溶解状态的有机污染物C.氮、磷等营养盐D.难降解有毒有机物5.下列哪种物理化学处理方法主要用于去除污水中的细小悬浮物和胶体物质？A.格栅B.沉砂池C.混凝沉淀D.活性炭吸附6.厌氧生物处理与好氧生物处理相比，主要特点不包括：A.剩余污泥产量较低。B.可处理高浓度有机废水。C.反应速率快，水力停留时间短。D.能产生甲烷等可利用的能源气体。7.在A²/O工艺中，各反应区的主要功能对应正确的是：A.厌氧区：释磷；缺氧区：反硝化脱氮；好氧区：硝化与吸磷。B.厌氧区：反硝化脱氮；缺氧区：释磷；好氧区：硝化与吸磷。C.厌氧区：硝化；缺氧区：反硝化脱氮；好氧区：释磷与吸磷。D.厌氧区：吸磷；缺氧区：硝化；好氧区：反硝化脱氮。8.关于膜生物反应器（MBR），以下描述错误的是：A.利用膜分离组件替代二沉池，实现泥水分离。B.出水水质好，可直接回用。C.膜污染是限制其广泛应用的主要问题之一。D.与传统活性污泥法相比，其污泥浓度（MLSS）通常更低。9.下列消毒方法中，属于物理消毒法的是：A.液氯消毒B.二氧化氯消毒C.臭氧消毒D.紫外线消毒10.水体富营养化的主要限制性因子通常是：A.碳和氮B.氮和磷C.磷和硫D.硫和铁二、填空题（每空1分，共15分）1.根据污染源的空间分布特点，水污染源可分为______和______两大类。2.沉淀是水处理中重要的固液分离过程，根据悬浮颗粒的性质、浓度及絮凝特性，沉淀可分为自由沉淀、______、______和压缩沉淀四种类型。3.在好氧生物处理中，微生物分解有机物的最终产物主要是______、______和水。4.衡量水体有机污染程度的综合指标BOD5与COD的比值（BOD5/COD）常用来评价废水的______。一般认为，比值大于______时，适宜采用生物化学处理方法。5.活性污泥法正常运行的必要条件是保证混合液中溶解氧（DO）浓度，一般维持在______mg/L。6.城市污水处理厂污泥处理的主要流程通常包括浓缩、______、______和最终处置。7.离子交换法处理废水时，交换树脂的再生是利用高浓度的______溶液（对于阳离子交换树脂）或______溶液（对于阴离子交换树脂）实现的。8.水体中重金属污染物具有______、______和生物富集性等特性，危害极大。三、名词解释（每题3分，共15分）1.水体自净容量2.污泥龄（θc）3.生物膜法4.反硝化作用5.高级氧化技术（AOPs）四、简答题（每题5分，共20分）1.简述格栅和筛网在污水处理中的作用及其主要区别。2.简述活性污泥法系统有效运行的基本条件。3.简述UASB（上流式厌氧污泥床）反应器的基本构造及其工作原理。4.简述城市污水深度处理的主要目的和常用技术（至少列举三种）。五、计算题（每题10分，共20分）1.某城市污水处理厂设计平均流量Q=50000m³/d，原污水BOD5浓度S0=250mg/L，要求处理后出水BOD5浓度Se≤20mg/L。拟采用普通活性污泥法，曝气池混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）X=2500mg/L，污泥负荷率Ns取0.3kgBOD5/(kgMLVSS·d)。请计算：（1）曝气池的有效容积V（单位：m³）。（2）水力停留时间HRT（单位：h）。2.某工业废水流量为1000m³/d，含六价铬（Cr(VI)）浓度为50mg/L，拟采用化学还原沉淀法处理至0.5mg/L以下。选用硫酸亚铁（FeSO₄·7H₂O）作为还原剂，其还原反应的主要计量关系可简化为：Cr（1）每日需要去除的六价铬质量（单位：kg/d）。（2）理论上每日所需硫酸亚铁（FeSO₄·7H₂O）的最小量（单位：kg/d）。已知原子量：Cr=52，Fe=56，S=32，O=16，H=1。六、论述题（10分）试论述当前我国城镇污水处理厂提标改造（例如从一级B标准提升至一级A标准）面临的主要技术挑战，并分析相应的工艺强化策略。答案与解析一、选择题1.D解析：在厌氧条件下，微生物代谢速率慢，对有机物的分解不彻底，通常会产生甲烷、硫化氢等中间产物，自净效率远低于好氧条件。好氧条件是水体生物自净效率最高的环境。2.D解析：重金属如汞、镉对人体和水生生物具有直接毒害作用，属于毒理学指标。COD、BOD5是衡量有机污染程度的综合性指标，总氮是营养盐指标。3.B,C,D解析：本题为多选题，但按单选题格式呈现，标准答案为B。A错误，SVI值越高，污泥沉降性能通常越差，易发生污泥膨胀。B正确，该范围是活性污泥沉降性能良好的经验值。C正确，SVI过低可能意味着污泥絮体细小密实或无机成分高。D是SVI的标准计算公式。4.A解析：一级处理主要通过物理方法（如格栅、沉砂池、初沉池）去除污水中的悬浮固体和漂浮物，对胶体和溶解性污染物去除有限。5.C解析：混凝沉淀通过投加混凝剂使水中细小悬浮颗粒和胶体物质脱稳、凝聚形成较大絮体，再通过沉淀去除。格栅去除大块漂浮物，沉砂池去除比重较大的无机颗粒，活性炭吸附主要用于去除溶解性有机物和色度等。6.C解析：厌氧生物处理由于微生物生长速率慢、代谢不彻底，其反应速率通常比好氧处理慢得多，所需水力停留时间（HRT）更长。A、B、D均为厌氧处理的典型优点。7.A解析：A²/O工艺是典型的脱氮除磷工艺。厌氧区主要功能是聚磷菌释磷并吸收易降解有机物；缺氧区主要利用来自好氧区的硝态氮进行反硝化脱氮；好氧区主要进行硝化反应（氨氮氧化为硝态氮）和聚磷菌的超量吸磷。8.D解析：MBR由于膜的高效截留作用，可以将污泥完全截留在生物反应器内，因此其MLSS浓度通常远高于传统活性污泥法，可达8000-12000mg/L甚至更高。9.D解析：紫外线消毒是利用紫外光（主要是UVC）破坏微生物的DNA结构，使其失活，属于物理消毒法。液氯、二氧化氯、臭氧消毒均是通过强氧化剂的化学作用杀灭微生物。10.B解析：对于大多数淡水水体，磷通常是植物生长最主要的限制性营养元素，其次是氮。控制氮、磷的输入是防治富营养化的关键。二、填空题1.点源，面源（或非点源）2.絮凝沉淀（或干扰沉淀），成层沉淀（或区域沉淀）3.二氧化碳（CO₂）4.可生化性，0.35.2.0（通常范围1.5-2.5mg/L）6.消化（或稳定），脱水（或干化）（顺序可换）7.酸（如HCl），碱（如NaOH）8.持久性（或难降解性），生物毒性（顺序可换）三、名词解释1.水体自净容量：指在满足水环境质量标准的前提下，水体通过物理、化学和生物作用，能够净化的污染物的最大数量。它是确定水体污染物允许排放总量的重要依据。2.污泥龄（θc）：又称固体平均停留时间，指在反应系统（如曝气池）内微生物从其生成到被排出系统的平均停留时间。计算公式为=。它是控制污泥活性和处理效果的关键参数。3.生物膜法：是污水生物处理的一种方法，微生物附着生长在滤料、填料或载体表面，形成胶质状的生物膜。污水流经生物膜时，污染物被膜上的微生物吸附、吸收和降解，从而使污水得到净化。典型工艺有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化等。4.反硝化作用：指在缺氧条件下，反硝化细菌将硝态氮（NO₃⁻）或亚硝态氮（NO₂⁻）作为电子受体，还原成氮气（N₂）或一氧化二氮（N₂O）等气态物质而释放到大气中的生物化学过程。这是生物脱氮的关键步骤。5.高级氧化技术（AOPs）：指通过产生具有强氧化能力的羟基自由基（·OH）来氧化分解水中难降解有机污染物，使其矿化为二氧化碳、水和无机盐，或转化为易生物降解的中间产物的水处理技术总称。常见方法包括芬顿（Fenton）法、臭氧氧化、光催化氧化等。四、简答题1.作用：两者均用于污水预处理，去除水中粗大的悬浮物、漂浮物，保护后续处理构筑物和水泵的正常运行，防止堵塞。区别：格栅主要用于拦截较粗大的悬浮物（尺寸通常>10mm），由一组平行的金属栅条构成；筛网主要用于去除更细小的纤维类、悬浮固体（尺寸通常<10mm），如毛发、纸浆等，网孔更细小，形式多样（如转鼓式、振动式）。2.基本条件：①供给充足的溶解氧（DO）；②保持适当且稳定的活性污泥浓度（MLSS）和污泥龄（θc）；③保持适宜的有机负荷（F/M比）；④保证良好的污泥沉降与浓缩性能（如控制SVI）；⑤维持适宜的pH、温度等环境条件；⑥进水含有微生物所需的营养物质（C、N、P等比例适当）且不含有毒物质。3.基本构造：UASB反应器自下而上主要分为污泥床区、污泥悬浮层区和三相分离区。底部是浓度很高的颗粒污泥形成的污泥床，上部是浓度较低的絮状污泥悬浮层，顶部设有气-液-固三相分离器。工作原理：废水从反应器底部均匀布水进入，向上流过污泥床和悬浮层。污泥中的厌氧微生物将废水中的有机物分解，产生甲烷和二氧化碳等沼气。沼气上升过程中搅动污泥，形成良好的混合接触。三相分离器将气体、处理后的水和污泥有效分离，气体被收集，污泥沉淀并返回反应区，处理水从上部溢流排出。4.主要目的：进一步去除二级处理出水中的残余污染物，如悬浮物、难降解有机物、氮磷营养盐、病原微生物等，使出水水质满足更高标准的排放要求或回用（如景观、工业冷却、地下水回灌等）标准。常用技术：①混凝沉淀/气浮：强化去除悬浮物、胶体和磷；②过滤（砂滤、膜过滤等）：去除细小悬浮物和部分细菌；③活性炭吸附：去除色度、臭味和难降解有机物；④高级氧化：分解难降解有机物；⑤生物脱氮除磷强化工艺（如BAF、反硝化滤池）；⑥消毒（紫外线、臭氧、氯等）。五、计算题1.解：（1）已知：Q=50000m³/d=50000/24≈2083.33m³/h，S0=250mg/L=0.250kg/m³，Se=20mg/L=0.020kg/m³，X=2500mg/L=2.5kg/m³，Ns=0.3kgBOD5/(kgMLVSS·d)。每日去除的BOD5质量=Q×(S0Se)=50000m³/d×(0.2500.020)kg/m³=50000×0.230=11500kg/d。根据污泥负荷定义：=则曝气池有效容积V（2）水力停留时间H换算为小时：H答：（1）曝气池有效容积约为15333m³。（2）水力停留时间约为7.36小时。2.解：（1）每日需要去除的六价铬质量：去除浓度ΔC=500.5=49.5mg/L=49.5g/m³=0.0495kg/m³。每日去除质量=流量×去除浓度=1000m³/d×0.0495kg/m³=49.5kg/d。（2）计算所需硫酸亚铁量：根据反应式：C计量关系：1molCr(VI)(原子量52)需要3molFe²⁺。每日去除Cr(VI)的物质的量=。理论上所需Fe²⁺的物质的量=3×951.92≈2855.77mol。硫酸亚铁（FeSO₄·7H₂O）的摩尔质量=56+32+4×16+7×(2×1+16)=56+32+64+126=278g/mol。所需硫酸亚铁的最小质量=2855.77mol×278g/mol=793904.06g≈793.9kg。答：（1）每日需去除六价铬49.5kg。（2）理论上每日至少需要硫酸亚铁（FeSO₄·7H₂O）约794kg。（实际工程中需考虑反应不完全、药剂纯度等因素，投加量会大于理论值）。六、论述题主要技术挑战：1.污染物排放标准更加严格：一级A标准对COD、BOD5、SS、TN、TP、NH₃-N等指标的要求均显著高于一级B，尤其对氮、磷的去除要求大幅提高，传统二级处理工艺难以稳定达标。2.碳源不足问题凸显：高效脱氮除磷需要足够的有机碳源作为反硝化电子供体和聚磷菌代谢底物。我国许多城镇污水碳氮比（C/N）偏低，在深度脱氮时碳源不足成为瓶颈，外加碳源增加运行成本。3.处理工艺的稳定性与抗冲击负荷能力：进水水质、水量的波动对出水稳定性影响更大。低温条件下硝化、反硝化及生物除磷效率下降，达标难度增加。4.难降解有机物及新兴污染物的去除：一级A标准对COD有更高要求，且公众对出水中的药物、个人护理品等新兴污染物关注度提升，传统工艺对其去除有限。5.运行能耗与成本增加：提标改造通常需要增加处理单元或强化原有单元，导致电耗、药耗及污泥处理成本上升。6.用地限制：许多现有污水处理厂预留用地有限，新增构筑物面临空间约束。工艺强化策略：1.生物处理段强化：脱氮除磷工艺优化与改造：对原有A²/O等工艺进行改良，如增设预缺氧段（改良A²/O）、采用多点进水、投加悬浮填料（MBBR）增加生物量、强化内回流等