水处理工程例题与习题及答案

水处理工程例题与习题及答案1.单项选择题（1）在混凝过程中，主要压缩双电层起作用的混凝剂是（）。A.硫酸铝B.三氯化铁C.聚合氯化铝D.石灰答案：D（2）平流式沉淀池的设计，主要参数是（）。A.表面负荷和停留时间B.悬浮物去除率C.污泥斗容积D.进水浊度答案：A（3）活性污泥法处理系统中，污泥龄（θc）是指（）。A.微生物在反应器内的平均停留时间B.污水在反应器内的停留时间C.污泥在二沉池内的停留时间D.曝气时间答案：A（4）滤池反冲洗时，滤层膨胀后所增加的厚度与膨胀前厚度之比，称为（）。A.反冲洗强度B.滤层膨胀率C.冲洗历时D.滤速答案：B（5）厌氧消化过程一般可分为（）。A.水解酸化阶段和产甲烷阶段B.产酸阶段和产气阶段C.水解阶段、产酸阶段和产甲烷阶段D.酸性发酵阶段和碱性发酵阶段答案：C（6）城市污水经二级处理后，关于出水中的含氮化合物，下列说法正确的是（）。A.主要以有机氮形式存在B.主要以氨氮形式存在C.主要以硝酸盐氮形式存在D.主要以亚硝酸盐氮形式存在答案：C（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.液氯消毒D.氯胺消毒答案：D（8）污泥含水率从99%降低到96%，其体积变为原来的（）。A.1/4B.1/3C.1/2D.3/4答案：A2.多项选择题（1）影响平流式沉淀池沉淀效率的主要因素有（）。A.颗粒的沉降速度B.池子的水平流速C.池子的有效水深D.沉淀时间E.进水温度答案：A,B,C,D（2）下列属于生物膜法工艺的有（）。A.生物接触氧化法B.曝气生物滤池（BAF）C.生物转盘D.氧化沟E.序批式活性污泥法（SBR）答案：A,B,C（3）在活性污泥系统中，表示污泥沉降性能的指标有（）。A.污泥浓度（MLSS）B.污泥体积指数（SVI）C.污泥沉降比（SV）D.污泥龄（θc）E.混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）答案：B,C（4）污水深度处理中，常用的脱氮方法有（）。A.折点加氯法B.空气吹脱法C.生物硝化-反硝化D.离子交换法E.化学沉淀法答案：A,B,C,D（5）污泥处理中，常用的脱水方法有（）。A.自然干化B.机械脱水（如带式压滤、离心脱水）C.浓缩池重力浓缩D.厌氧消化E.焚烧答案：A,B3.填空题（1）格栅按栅条间隙可分为______、______和______。答案：粗格栅、中格栅、细格栅（2）混凝机理主要包括______、______、______和网捕卷扫作用。答案：压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥（3）理想沉淀池中，特定沉淀效率的颗粒的沉速称为______。答案：截留沉速或最小沉速（4）曝气设备按供氧方式可分为______曝气和______曝气两大类。答案：鼓风、机械（5）活性污泥法处理系统的基本组成包括______、______、______和污泥回流系统。答案：曝气池、二沉池、曝气系统（6）生物脱氮过程包括______和______两个步骤。答案：硝化、反硝化（7）污泥厌氧消化分为______、______和______三个阶段。答案：水解酸化（或液化）、产氢产乙酸、产甲烷（8）V型滤池的反冲洗方式通常采用______、______和______相结合的方式。答案：气冲、气水同时冲、水冲4.判断题（1）沉淀池的表面负荷越小，沉淀效率越高。（）答案：√（2）活性污泥法处理污水时，污泥负荷（Ns）越高，处理出水水质越好。（）答案：×（3）生物膜法与活性污泥法相比，剩余污泥产量通常更少。（）答案：√（4）氯消毒时，水的pH值越低，消毒效果越好。（）答案：√（5）污泥含水率越高，其体积越大，输送与处理越困难。（）答案：√（6）UASB（上流式厌氧污泥床）反应器内形成颗粒污泥是其高效稳定运行的关键。（）答案：√（7）在好氧生物处理中，BOD:N:P的理想比例是100:5:1。（）答案：√（8）平流沉砂池的主要设计参数是水力停留时间。（）答案：√5.名词解释题（1）污泥龄答案：污泥龄又称固体平均停留时间，是指在反应系统内，微生物从其生成到被排出系统的平均停留时间，也等于系统内活性污泥总量与每日排放的剩余污泥量的比值。（2）污泥体积指数（SVI）答案：污泥体积指数是指曝气池混合液经30分钟静沉后，每克干污泥所形成的沉淀污泥所占的容积（以毫升计）。SVI=(SV%×10)/MLSS(g/L)。它是反映活性污泥凝聚沉降性能的重要参数。（3）自由沉淀答案：自由沉淀是指悬浮颗粒浓度不高，沉淀过程中颗粒间互不干扰，其形状、尺寸、密度均不改变，各自独立完成沉淀过程。沉砂池中砂粒的沉淀是典型代表。（4）折点加氯答案：折点加氯是一种化学脱氮方法。向含氨氮的水中加氯时，氯与氨反应生成氯胺，继续加氯，当氯胺被氧化为氮气时，余氯量降至最低点（折点），此后余氯又以游离氯形式增加。利用此原理，加氯至折点附近，可将氨氮氧化为氮气去除。（5）污泥负荷答案：污泥负荷是指单位质量的活性污泥在单位时间内所去除的污染物的量，通常以F/M表示，即食料与微生物之比。计算公式为Ns=Q*S0/(V*X)，其中Q为进水流量，S0为进水BOD5浓度，V为曝气池容积，X为混合液污泥浓度（MLSS）。6.简答题（1）简述混凝剂投加时，混合与絮凝反应阶段各自的作用与操作要求。答案：混合阶段的作用是使混凝剂迅速均匀地分散到水中，与水中的胶体颗粒充分接触。要求快速、剧烈，通常在10-30秒内完成，速度梯度G值一般在500-1000s-1。絮凝反应阶段的作用是使脱稳的胶体颗粒通过碰撞聚集形成大的可沉降絮体（矾花）。要求水流有适当的紊动程度，为絮体成长创造碰撞机会，同时防止已形成的絮体被打碎。反应时间通常为15-30分钟，速度梯度G值逐渐降低，从100s-1降至10s-1左右。（2）简述活性污泥法运行中，污泥膨胀的类型、主要原因及控制措施。答案：污泥膨胀主要分为丝状菌膨胀和非丝状菌膨胀。丝状菌膨胀是最常见的类型，主要原因是：①低负荷（F/M）运行；②低溶解氧（DO）；③营养物比例失衡（如N、P不足）；④pH值过低；⑤进水中有大量易生物溶解的碳水化合物。非丝状菌膨胀主要是由于污泥负荷过高，产生大量高粘性多糖物质，导致沉降压缩性能变差。控制措施包括：①控制曝气池DO在2mg/L以上；②调整营养比例，保证BOD:N:P=100:5:1；③在曝气池前设置生物选择器（缺氧或好氧），抑制丝状菌生长；④投加化学药剂（如Cl2、H2O2、混凝剂）杀灭或抑制丝状菌；⑤调整污泥负荷至合理范围。（3）简述A2/O同步脱氮除磷工艺的基本流程及各反应区功能。答案：A2/O工艺基本流程为：进水→厌氧区→缺氧区→好氧区→二沉池。厌氧区功能：聚磷菌释放磷，同时部分有机物被酸化。缺氧区功能：进行反硝化脱氮，利用来自好氧区的回流硝化液中的硝酸盐作为电子受体，氧化有机物，将硝酸盐还原为氮气。好氧区功能：进行有机物的氧化、氨氮的硝化以及聚磷菌对磷的超量吸收。各反应区通过混合液回流（好氧区至缺氧区）和污泥回流（二沉池至厌氧区）连接，实现同步脱氮除磷。（4）简述污泥厌氧消化的影响因素。答案：主要影响因素包括：①温度：分为中温消化（33-35℃）和高温消化（50-55℃），温度稳定是关键。②pH值和碱度：产甲烷菌适宜pH为6.8-7.2，消化液需足够的碱度（如碳酸氢盐碱度）缓冲酸化产生的有机酸。③污泥组成与投配率：有机物含量高、易降解的污泥消化效果好。投配率指每日投加的新鲜污泥量与消化池有效容积之比，需适中。④搅拌：使污泥与微生物充分接触，温度、底物均匀，防止分层和结壳。⑤有毒物质：重金属、硫化物、氨氮等超过一定浓度会抑制甲烷菌活性。⑥C/N比：适宜的C/N比（10-20:1）有利于微生物生长。7.计算题（1）某城市污水处理厂设计流量Q=50000m³/d，原水悬浮物浓度SS=250mg/L。采用平流式沉淀池作为初沉池，要求悬浮物去除率为60%。已知沉淀试验得到如下数据：当颗粒沉速u0=1.8m/h时，可被100%去除；沉速u=0.9m/h时，可被60%去除；沉速u=0.5m/h时，可被30%去除。试求：①沉淀池的表面负荷（q）；②沉淀池的有效表面积（A）；③若沉淀池有效水深H=3.0m，求水力停留时间（t）。答案：①根据题意，要求总去除率η=60%。由试验数据知，当沉速u0=1.8m/h时，这部分颗粒（占1-?）可100%去除。沉速小于u0的颗粒需按比例计算去除率。设沉速为u0=1.8m/h的颗粒占全部颗粒的比例为P0，其沉速分布未知。但题目给出了特定沉速对应的去除比例，这实际上是给出了沉速分布与累积去除率的关系。对于理想沉淀池，总去除率η=(1-P0)+(1/u0)*∫_{0}^{u0}u*dP。但题目未给出连续分布函数，而是给出了两个点：u=0.9m/h时，可被去除的颗粒占总颗粒的60%，即沉速≥0.9m/h的颗粒占60%。u=0.5m/h时，可被去除的颗粒占30%，即沉速≥0.5m/h的颗粒占30%。由此推断，沉速分布：沉速≥1.8m/h的颗粒比例未知（设为P1）；沉速在0.9~1.8m/h之间的颗粒比例为60%-P1；沉速在0.5~0.9m/h之间的颗粒比例为30%-(60%-P1)=P1-30%；沉速<0.5m/h的颗粒比例为70%。题目要求总去除率60%，即需要确定一个最小截留沉速u_c，使得沉速≥u_c的颗粒被全部去除，沉速<u_c的颗粒按u/u_c的比例部分去除，且总去除率达到60%。从试验数据看，当u_c=0.9m/h时，沉速≥0.9m/h的颗粒占60%，这部分全部去除，贡献60%去除率。沉速<0.9m/h的颗粒（占40%）中，其平均沉速未知，若按理想情况估算，假设其沉速分布均匀，平均沉速可取(0+0.9)/2=0.45m/h，则这部分去除率为(0.45/0.9)*40%=20%，总去除率=60%+20%=80%>60%。说明u_c可以比0.9m/h大。当u_c=1.8m/h时，沉速≥1.8m/h的颗粒（P1）全部去除，贡献P1。沉速<1.8m/h的颗粒（1-P1）部分去除。需要知道P1和沉速分布才能计算。但题目数据不足，无法精确求出u_c。通常，对于此类题目，若要求总去除率为η，且已知颗粒沉速分布（累积曲线），则表面负荷q=u_c，其中u_c为满足总去除率η的最小截留沉速。本题中，若近似认为当要求去除率60%时，对应的截留沉速u_c可由试验数据插值得到：试验表明，沉速≥0.9m/h的颗粒占60%，若将这些颗粒全部去除，则去除率已达60%。因此，可以认为当u_c=0.9m/h时，沉速≥0.9m/h的颗粒（占60%）全部去除，总去除率至少为60%。对于沉速<0.9m/h的颗粒，即使不去除，总去除率也已达到60%。因此，为满足60%去除率，设计时可取u_c=0.9m/h。故表面负荷q=u_c=0.9m/h=0.9m³/(m²·h)。②沉淀池有效表面积A=Q/q=(50000m³/d)/(0.9m³/(m²·h)*24h/d)=50000/(0.9*24)=50000/21.6≈2314.8m²。③沉淀池总有效容积V=A*H=2314.8m²*3.0m=6944.4m³。水力停留时间t=V/Q=6944.4m³/(50000m³/d)=0.1389d≈3.33h。（注：此题因颗粒分布数据不连续，设计上常取保证所需去除率的最小沉速作为表面负荷。本题中取u_c=0.9m/h是合理的近似。）（2）某活性污泥法污水处理厂，曝气池有效容积V=3000m³，混合液污泥浓度MLSS=3000mg/L，污泥回流比R=50%，二沉池排出的剩余污泥量（按含水率99.2%计）为100m³/d。试计算：①污泥回流浓度Xr；②污泥龄θc；③若进水流量Q=10000m³/d，进水BOD5浓度S0=200mg/L，求污泥负荷Ns。答案：①根据污泥回流比R和物料平衡，在二沉池污泥无积累的稳态下，有：R*Q*Xr=(Q+RQ)*X（忽略剩余污泥排放对回流量的影响）。但更精确地，考虑剩余污泥排放，对曝气池作污泥量平衡：进入曝气池的污泥量=回流污泥量+随进水带入的污泥量（通常很小，忽略）。排出曝气池的污泥量=随二沉池出水带走的污泥量+剩余污泥排放量。在稳态下，进出平衡。但通常计算回流浓度Xr时，可利用二沉池的沉降浓缩性能。已知剩余污泥排放量Qw=100m³/d，含水率99.2%，则含固率0.8%，固体浓度约为8000mg/L=8kg/m³。剩余污泥来自回流污泥系统，因此剩余污泥的浓度即回流污泥浓度Xr（假设二沉池底流浓度均匀）。故Xr≈8000mg/L=8g/L=8kg/m³。验证：回流污泥量Qr=R*Q=0.5*10000=5000m³/d。剩余污泥排放量Qw=100m³/d，则实际回流到曝气池的污泥量为Qr'=Qr-Qw?不，剩余污泥是从回流污泥管线上分流出来的，因此回流到曝气池的流量仍然是Qr=5000m³/d，但浓度Xr。排放的污泥流量Qw=100m³/d，浓度也是Xr。所以Xr=剩余污泥固体总量/Qw。但剩余污泥固体总量需计算：剩余污泥含水率99.2%，即含固率0.8%，密度近似1000kg/m³，则固体浓度=1000kg/m³*0.8%=8kg/m³。所以Xr=8kg/m³=8000mg/L。②污泥龄θc=系统内活性污泥总量/每日排放的污泥固体总量。系统内活性污泥总量=V*X=3000m³*3000g/m³=9,000,000g=9000kg。每日排放的污泥固体总量=剩余污泥排放固体量=Qw*Xr=100m³/d*8kg/m³=800kg/d。所以θc=9000kg/(800kg/d)=11.25d。③污泥负荷Ns=(Q*S0)/(V*X)=(10000m³/d*200g/m³)/(3000m³*3000g/m³)=(2,000,000g/d)/(9,000,000g)=0.222kgBOD5/(kgMLSS·d)。（3）某水厂采用普通快滤池，设计滤速v=8m/h，单格滤池面积F=40m²。反冲洗采用水冲洗，冲洗强度q=15L/(s·m²)，冲洗时间t=6min。试计算：①该格滤池的过滤水量（m³/h）；②一次反冲洗所需的水量（m³）；③若水厂每日产水量为50000m³，设滤池每日工作23.5小时（反冲洗等停用0.5小时），求该水厂至少需要多少格滤池？答案：①过滤水量Q过滤=v*F=8m/h*40m²=320m³/h。②一次反冲洗水量Q冲洗=q*F*t=15L/(s·m²)*40m²*(6*60)s=15*40*360L=216000L=216m³。③水厂日产水量Qd=50000m³/d。每格滤池每日有效过滤时间T=23.5h。每格滤池每日产水量=Q过滤*T=320m³/h*23.5h=7520m³。所需滤池格数n≥Qd/(每格日产水量)=50000/7520≈6.65。取整数，且考虑检修等因素，至少需要7格滤池。校核：7格滤池，每日总过滤能力为7*7520=52640m³>50000m³，满足要求。同时，滤池分格数一般应为偶数，便于冲洗操作，故建议设计为8格。但题目问“至少”，故答7格。8.综合应用题某城市拟新建一座污水处理厂，设计平均日流量Q=10×10⁴m³/d，原污水水质如下：BOD5=180mg/L，COD=380mg/L，SS=200mg/L，TN=35mg/L（其中氨氮NH3-N=28mg/L），TP=4.5mg/L。要求处理出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准，即：BOD5≤10mg/L，COD≤50mg/L，SS≤10mg/L，TN≤15mg/L，NH3-N≤5mg/L（水温>12℃），TP≤0.5mg/L。请完成以下设计任务：（1）根据进水水质和出水要求，分析需要去除的主要污染物及拟采用的主体处理工艺单元，并说明理由。（2）若采用A2/O工艺作为生物处理核心，请绘制工艺流程图，并标出主要物流（进水、出水、回流污泥、剩余污泥、混合液回流）流向。（3）已知设计污泥负荷Ns取0.12kgBOD5/(kgMLSS·d)，混合液污泥浓度MLSS=3500mg/L，污泥回流比R=100%，混合液回流比R内取值范围为100%-400%。试计算曝气池的有效容积V。（4）为达到一级A标准，特别是TP≤0.5mg/L的要求，单纯的生物除磷可能不稳定，请提出一种强化除磷的辅助措施，并简述其原理。答案：（1）需要去除的主要污染物及拟采用的主体工艺单元：①有机物（BOD5、COD）：需从180mg/L降至10mg/L，去除率>94%。采用二级生物处理，如活性污泥法（A2/O工艺），能高效去除有机物。②悬浮物（SS）：需从200mg/L降至10mg/L，去除率>95%。采用预处理（格栅、沉砂池）、初沉池（可设可不设，根据水质而定）和二级处理后的深度处理（如混凝沉淀、过滤）。③氮（TN、NH3-N）：TN需从35mg/L降至15mg/L，去除率>57%；NH3-N需从28mg/L降至5mg/L，去除率>82%。需要生物脱氮工艺。采用具有缺氧/好氧环境的生物脱氮工艺，如A2/O工艺的缺氧区和好氧区，通过硝化（好氧）和反硝化（缺氧）实现脱氮。④磷（TP）：需从4.5mg/L降至0.5mg/L，去除率>89%。需要生物除磷和/或化学除磷。采用具有厌氧/好氧环境的生物除磷工艺（如A2/O工艺的厌氧区和好氧区），利用聚磷菌超量吸磷。但一级A标准对磷要求严格，常需辅助化学除磷作为保障。主体工艺拟采用：预处理（格栅、沉砂池）+初沉池（可选，本案例SS不高，可考虑不设以保留碳源用于脱氮除