水污染控制工程课后习题及答案

水污染控制工程课后习题及答案一、选择题（每题2分，共20分）（一）单项选择题（每题只有一个正确答案）1.下列哪项不属于水体物理自净过程的主要作用机制？A.稀释扩散B.沉淀C.氧化还原反应D.吸附于悬浮物答案：C解析：氧化还原反应属于化学自净或生物化学自净过程。物理自净主要包括稀释、扩散、混合、沉淀、吸附于悬浮物而沉降等物理过程。2.在污水处理中，衡量污水中有机物浓度的综合指标，按其对微生物的降解难易程度排序（从易到难），通常为：A.BOD₅>COD>TOCB.COD>BOD₅>TOCC.BOD₅>TOC>CODD.COD>TOC>BOD₅答案：A解析：BOD₅（五日生化需氧量）代表可生物降解的有机物部分，最易被微生物利用；COD（化学需氧量）包括可生物降解和部分难生物降解的有机物；TOC（总有机碳）包含所有有机碳，范围最广，但部分可能难以被常规生物处理。因此，从生物降解难易角度看，通常是BOD₅最易，COD次之（包含部分难降解物质），TOC包含范围最广，可能包含更多难降解成分。3.活性污泥法处理系统中，污泥龄（θc）的定义是：A.曝气池内活性污泥总量与每日排放的剩余污泥量的比值B.曝气池内活性污泥总量与每日处理的污水量的比值C.曝气池容积与每日排放的剩余污泥量的比值D.曝气池内微生物平均停留时间答案：A、D解析：污泥龄（θc）又称固体平均停留时间（SRT）或细胞平均停留时间（MCRT），其定义为反应器（曝气池）内活性污泥总量（以挥发性悬浮固体VSS或悬浮固体SS计）与每日从系统中排出的活性污泥总量（包括剩余污泥和出水带出）的比值。它反映了微生物在系统内的平均停留时间，是控制工艺的重要参数。A和D表述的是同一概念的不同说法，均为正确。本题原为单选，但A、D均正确，此处作为特例，答案应为A/D。若严格单选，则A为标准定义式表述。4.下列哪种沉淀类型主要发生在初沉池和二沉池的初期？A.自由沉淀B.絮凝沉淀C.成层沉淀D.压缩沉淀答案：B解析：初沉池中对悬浮物的去除以及二沉池中活性污泥的沉降，在多数情况下属于絮凝沉淀。颗粒在沉降过程中互相碰撞凝聚，尺寸和质量增大，沉速加快。自由沉淀适用于离散的非絮凝性颗粒（如砂粒）；成层沉淀发生在高浓度悬浮液（如二沉池下部）；压缩沉淀发生在沉淀池污泥斗。5.厌氧消化过程中，产甲烷菌对下列哪种条件最为敏感？A.温度波动B.pH值C.氧化还原电位D.以上所有答案：D解析：产甲烷菌是严格厌氧菌，对环境条件要求苛刻。对温度波动敏感（中温或高温消化需稳定）；最适pH范围窄（6.8-7.2），过低易受有机酸积累抑制；要求极低的氧化还原电位（通常低于-330mV）。因此三者均敏感。（二）多项选择题（每题至少有两个正确答案，多选、少选、错选均不得分）6.水体富营养化的主要表征和危害包括：A.藻类大量繁殖，形成“水华”或“赤潮”B.水体透明度下降，溶解氧昼夜波动剧烈C.水生生物多样性增加D.底层水体缺氧，导致鱼类死亡及底泥污染物释放E.水质恶化，产生异味和毒素答案：A、B、D、E解析：富营养化导致藻类暴发（A），使透明度下降，白天光合作用产氧使DO过高，夜间呼吸耗氧使DO极低（B），底层因有机物分解耗氧和分层导致缺氧（D），水质感官性状变差并可能产生藻毒素（E）。富营养化通常导致生物多样性降低，而非增加（C错误）。7.影响混凝效果的主要因素有：A.水温B.水的pH值与碱度C.水中悬浮物浓度及性质D.水力条件（搅拌强度与时间）E.混凝剂的种类与投加量答案：A、B、C、D、E解析：所有选项均为影响混凝效果的关键因素。水温影响药剂水解、颗粒布朗运动及水流粘度；pH和碱度影响混凝剂水解形态及电荷；悬浮物浓度和性质决定所需混凝剂量及混凝机理；水力条件关系到混合与絮凝效果；药剂种类和投加量是核心控制参数。8.活性污泥法运行中，可能引起污泥膨胀（丝状菌膨胀）的原因有：A.溶解氧（DO）不足B.营养物比例失调（如N、P缺乏）C.pH值过低D.负荷过低（低F/M）E.进水中有大量易生物降解的碳水化合物答案：A、B、C、D、E解析：DO不足利于丝状菌竞争（A）；营养缺乏（如N、P）导致菌胶团生长受抑制，丝状菌相对优势（B）；低pH利于某些丝状菌（如真菌）生长（C）；低F/M条件下，丝状菌因具有更大的比表面积和更高的底物亲和力而占优（D）；大量易降解碳水化合物（如糖类、有机酸）易引发由特定丝状菌（如微丝菌）主导的膨胀（E）。9.生物脱氮过程主要包括：A.氨化作用B.硝化作用C.反硝化作用D.同化作用答案：A、B、C解析：完整的生物脱氮过程通常指含氮有机物经氨化作用转化为氨氮（A），再经硝化作用（亚硝化、硝化）将氨氮氧化为亚硝酸盐和硝酸盐（B），最后通过反硝化作用将硝酸盐/亚硝酸盐还原为氮气（C）。同化作用（D）是微生物将氮合成细胞物质的过程，并非将氮从水中去除的主要途径。10.城市污水深度处理中，常用的去除难降解有机物和脱色的方法有：A.活性炭吸附B.臭氧氧化C.膜过滤（如超滤、纳滤）D.混凝沉淀E.生物活性炭（BAC）答案：A、B、C、E解析：活性炭吸附（A）能有效去除多种有机物和色度；臭氧氧化（B）可破坏发色基团并提高可生化性；膜过滤（C）可截留大分子有机物和胶体；生物活性炭（E）结合了吸附和生物降解。混凝沉淀（D）主要去除胶体和悬浮物，对溶解性难降解有机物和真色度去除效果有限。二、填空题（每空1分，共15分）1.表征污水水质污染程度的物理指标主要有______、色度、嗅和味、温度、固体物质（总固体、悬浮固体、溶解固体等）。答案：浊度2.沉淀池根据水流方向可分为平流式、竖流式、______和斜管（板）式。答案：辐流式3.在好氧生物处理中，1kgBOD₅彻底氧化，理论上约需消耗______kg的氧气。答案：1（或约1.0-1.1，精确计算约为1.07）4.污泥含水率从97.5%降至94%，其体积变为原体积的______。（计算过程：设原污泥质量为M，含水率97.5%，则干固体为0.025M；降至94%后，干固体质量不变，总质量变为0.025M/(1-0.94)≈0.4167M；因密度近似不变，体积比等于质量比，即0.4167M/M=0.4167，或更直观计算：V2/V1=(100-P1)/(100-P2)=(100-97.5)/(100-94)=2.5/6≈0.4167）答案：2/5或40%或0.4（倍）5.曝气池中混合液悬浮固体浓度（MLSS）包括活细胞、内源呼吸残留物、______和惰性无机物四部分。答案：未被降解的有机底物（或“吸附的有机底物”、“难生物降解有机物”）6.厌氧消化三阶段理论包括：水解发酵阶段、______和产甲烷阶段。答案：产氢产乙酸阶段7.污水土地处理系统的主要类型有：慢速渗滤、快速渗滤、______、地下渗滤和人工湿地。答案：地表漫流8.衡量曝气设备性能的主要指标是______和充氧能力。答案：氧转移效率（或动力效率）9.格栅按栅条间隙可分为粗格栅（间隙______mm）、中格栅和细格栅。答案：40-100（或>40）10.化学沉淀法除磷常用的药剂是______盐和铁盐。答案：铝11.稳定塘中，兼性塘是最常见的类型，其上层为好氧区，中层为______区，底层为厌氧区。答案：兼性12.在推流式活性污泥法曝气池中，沿池长方向，底物浓度______，微生物增殖速率______。（两空）答案：逐渐降低；逐渐降低（或从对数增长期过渡到内源呼吸期）13.SBR工艺的一个完整运行周期包括进水、______、沉淀、排水和闲置五个基本工序。答案：反应（或曝气）三、简答题（每题5分，共25分）1.简述城市污水处理厂典型一级处理、二级处理、三级处理（深度处理）的主要去除对象和目标。答案：一级处理（物理处理）：主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质（SS），去除率约50%-60%，BOD₅去除率约20%-30%。主要构筑物包括格栅、沉砂池、初沉池等。二级处理（生物处理）：主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质（以BOD₅和COD为代表），去除率可达85%-95%。主要工艺包括活性污泥法、生物膜法等及其相关构筑物（如曝气池、二沉池、生物滤池等）。三级处理/深度处理：在一级、二级处理后，进一步去除水中难降解有机物、氮、磷、病原体、细微悬浮物等，以满足更高排放标准或回用要求。常用工艺包括混凝沉淀、过滤、活性炭吸附、膜分离、高级氧化、消毒、脱氮除磷工艺等。2.画出传统活性污泥法工艺的基本流程框图，并标注主要构筑物。答案：原污水→格栅→沉砂池→初沉池→曝气池→二沉池→消毒→出水↓（回流污泥）↑（剩余污泥）污泥回流系统污泥处理处置系统（注：需画出箭头指示水流和污泥流向，标注主要构筑物名称。）3.简述污泥厌氧消化的基本原理及其优点。答案：基本原理：在厌氧条件下，由兼性菌和厌氧菌将污泥中的有机物分解为甲烷、二氧化碳、水等稳定物质的过程。遵循三阶段理论：水解发酵阶段（复杂有机物水解发酵为简单有机物）、产氢产乙酸阶段（简单有机物转化为氢/二氧化碳和乙酸）、产甲烷阶段（由产甲烷菌利用氢/二氧化碳和乙酸等产生甲烷）。优点：①产生沼气（甲烷），可作为能源回收利用；②大幅减少污泥体积（有机物减量约30%-50%，固体减量）；③使污泥稳定化，不易腐化，减少病原菌和寄生虫卵；④改善污泥脱水性能；⑤消化后污泥可作为土壤改良剂或肥料。4.说明A²/O同步脱氮除磷工艺各阶段的功能及污水流经的典型顺序。答案：A²/O工艺是厌氧（Anaerobic）-缺氧（Anoxic）-好氧（Oxic）的串联组合。污水典型流经顺序为：厌氧段→缺氧段→好氧段。各段功能：①厌氧段：主要功能是释磷。聚磷菌在此吸收进水中的挥发性脂肪酸（VFAs）等易降解有机物，合成PHB（聚-β-羟基丁酸）等储存物，同时将细胞内的聚磷酸盐水解，释放出正磷酸盐到水中。②缺氧段：主要功能是反硝化脱氮。反硝化菌利用来自好氧段回流的混合液中的硝酸盐（NO₃⁻）作为电子受体，利用污水中的有机物或内源碳源作为电子供体，将NO₃⁻还原为氮气（N₂）逸出。同时进一步去除有机物。③好氧段：多功能区。进行硝化作用（氨氮被氧化为硝酸盐）、有机物进一步氧化分解、以及聚磷菌的超量吸磷（利用储存的PHB氧化产生的能量，过量吸收水中的磷酸盐合成聚磷，储存在体内）。5.什么是污泥沉降比（SV）和污泥体积指数（SVI）？它们在活性污泥法运行管理中有什么作用？答案：污泥沉降比（SV，%）：指一定量的曝气池混合液静置沉降30分钟后，沉降污泥体积与原混合液体积的百分比。它反映污泥的沉降性能和浓缩性能，是日常运行管理的快速监测指标。污泥体积指数（SVI）：指曝气池混合液经30分钟静沉后，每克干污泥所形成的沉降污泥体积（mL），单位mL/g。计算公式：SVI=(SV%×10)/MLSS(g/L)。它排除了污泥浓度的影响，能更好地评价污泥的凝聚沉降性能。作用：①SV用于初步判断污泥浓度、沉降性及二沉池污泥回流控制。②SVI是判断污泥膨胀、沉降性能的关键指标。通常，SVI在70-150mL/g之间表明沉降性能良好；SVI>150mL/g可能预示或存在污泥膨胀；SVI过低（如<50mL/g）可能表明污泥无机化或老化。③用于指导排泥和回流污泥量的控制。四、计算题（每题10分，共20分）1.某城市污水处理厂设计流量Q=50000m³/d，原污水BOD₅浓度S₀=200mg/L，要求处理后出水BOD₅浓度S_e≤20mg/L。拟采用活性污泥法处理，已知设计参数：曝气池混合液悬浮固体浓度（MLSS）X=3000mg/L，污泥负荷率N_s=0.3kgBOD₅/(kgMLSS·d)，污泥回流比R=50%。试计算：（1）曝气池有效容积V（m³）；（2）每日产生的剩余污泥量（以干污泥量计，kg/d）。假设污泥产率系数Y=0.6kgVSS/kgBOD₅，内源衰减系数K_d=0.06d⁻¹，MLVSS/MLSS=0.75。答案：（1）计算曝气池有效容积V方法一：按污泥负荷计算BOD₅去除总量ΔS=Q×(S₀-S_e)=50000m³/d×(0.200-0.020)kg/m³=50000×0.180=9000kgBOD₅/d已知污泥负荷N_s=0.3kgBOD₅/(kgMLSS·d)=(QΔS)/(V*X)所以V=(QΔS)/(N_s*X)=(9000kg/d)/(0.3kg/(kg·d)*3.0kg/m³)=9000/(0.3*3)=9000/0.9=10000m³（注：X=3000mg/L=3.0kg/m³）方法二：按容积负荷计算（结果相同）容积负荷N_v=N_s×X=0.3×3.0=0.9kgBOD₅/(m³·d)V=(QΔS)/N_v=9000/0.9=10000m³答：曝气池有效容积为10000m³。（2）计算每日剩余污泥量（干污泥量）生物反应器内每日净增长的活性污泥量（以VSS计）ΔX_v：ΔX_v=Y×Q×(S₀-S_e)-K_d×X_v×V其中，X_v=MLVSS=MLSS×0.75=3000mg/L×0.75=2250mg/L=2.25kg/m³ΔX_v=0.6kgVSS/kgBOD₅×9000kgBOD₅/d-0.06d⁻¹×2.25kg/m³×10000m³=5400kgVSS/d-0.06×22500=5400-1350=4050kgVSS/d将VSS转换为总悬浮固体（SS）计的总剩余污泥量：总干污泥量ΔX=ΔX_v/(MLVSS/MLSS)=4050kgVSS/d/0.75=5400kgSS/d（注：此计算未考虑进水带入的不可生物降解悬浮固体（惰性SS）在系统内的积累，通常实际排泥量会略大于此值。若题目要求考虑，需已知进水惰性SS比例。本题按典型计算。）答：每日产生的剩余污泥量（干重）约为5400kg/d。2.某工业废水流量为1000m³/d，含铬（以Cr⁶⁺计）浓度为80mg/L，拟采用化学还原沉淀法处理至0.5mg/L以下。选用亚硫酸氢钠（NaHSO₃）作为还原剂，在酸性条件下将Cr⁶⁺还原为Cr³⁺，然后加碱沉淀为Cr(OH)₃。已知主要反应为：2H₂CrO₄+3NaHSO₃+3H₂SO₄→Cr₂(SO₄)₃+3NaHSO₄+5H₂O。试计算：（1）每日需去除的Cr⁶⁺量（kg/d）；（2）理论上每日所需100%纯度的NaHSO₃的最小量（kg/d）。（原子量：Cr=52，Na=23，H=1，S=32，O=16）答案：（1）每日需去除的Cr⁶⁺量去除浓度ΔC=80-0.5=79.5mg/L=79.5g/m³每日去除量=Q×ΔC=1000m³/d×79.5g/m³=79500g/d=79.5kg/d答：每日需去除Cr⁶⁺79.5kg。（2）计算理论所需NaHSO₃量从反应方程看：2H₂CrO₄（相当于2个Cr⁶⁺）+3NaHSO₃→...即2molCr⁶⁺需要3molNaHSO₃。Cr⁶⁺的摩尔质量=52g/molNaHSO₃的摩尔质量=23+1+32+48=104g/mol每日去除Cr⁶⁺的物质的量n_Cr=79.5kg/(52g/mol)=(79500g)/(52g/mol)≈1528.85mol根据化学计量比，所需NaHSO₃的物质的量n_NaHSO3=(3/2)×n_Cr=1.5×1528.85≈2293.28mol所需NaHSO₃的质量（100%纯度）=n_NaHSO3×104g/mol=2293.28mol×104g/mol≈238500g=238.5kg答：理论上每日所需100%纯度的亚硫酸氢钠最小量约为238.5kg。（注：实际投加量需考虑反应不完全、杂质、氧化等因素，需乘以安全系数。）五、综合分析题（每题10分，共20分）1.某城镇污水处理厂采用传统活性污泥法工艺，近期运行出现以下问题：二沉池出水浑浊，带有细小悬浮絮体；曝气池泡沫增多，呈褐色、粘稠状；污泥沉降性能测定显示SVI值高达280mL/g。请分析可能导致这些现象的原因，并提出相应的解决措施。答案：原因分析：根据现象描述（出水带细小絮体、褐色粘稠泡沫、SVI极高），可初步判断为发生了严重的丝状菌性污泥膨胀。可能原因：①低负荷（低F/M）膨胀：进水有机负荷长期偏低，导致微生物处于饥饿状态，丝状菌因比表面积大、对底物亲和力高而占优势。②营养物缺乏：进水可能缺乏氮、磷等营养物质（BOD₅:N:P比例失调），菌胶团生长受抑制，丝状菌相对增殖。③溶解氧（DO）不足：曝气池DO浓度长期偏低（如低于1.0mg/L），丝状菌（如微丝菌、发硫菌等）比菌胶团更能耐受低DO环境而过度生长。④pH偏低：进水pH值过低（如<6.5），有利于丝状真菌繁殖。⑤有毒物质抑制：进水中含有抑制菌胶团但对某些丝状菌影响较小的有毒物质。解决措施：①临时应急措施：可投加混凝剂（如铁盐、铝盐）或助凝剂（如聚丙烯酰胺）于曝气池出水或二沉池进水，改善污泥凝聚沉降性，保证出水水质。增加污泥回流量，提高二沉池污泥层厚度，增强过滤拦截作用（但需防污泥流失加剧）。②工艺调整控制措施：若因低负荷，可采取间歇曝气、降低曝气池MLSS浓度（加大排泥）、或在曝气池前端设置生物选择器（创造高负荷区抑制丝状菌）。若因DO不足，则增加曝气量，确保曝气池出口DO>2.0mg/L。检查并调整进水营养盐比例，确保BOD₅:N:P≈100:5:1。调整pH至中性范围。③查明并控制进水水质：排查工业废水来源，控制有毒有害物质排入。对已发生膨胀的污泥，可考虑投加氧化剂（如氯、过氧化氢）于回流污泥中，选择性杀灭丝状菌（需谨慎控制剂量）。2.某化工厂生产废水，主要含苯、甲苯等芳香族有机物，COD高达5000mg/L，BOD₅/COD≈0.25，可生化性较差，且水质水量波动大。现要求设计处理方案，使出水达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）三级标准（COD≤500mg/L）后排入园区管网。请提出一个