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1、由于气囊的存在，减少了有效的过滤面积，使水头损失和滤层孔隙速率的增加；

2、上升的气囊会带来部分的细滤料和轻质滤料。

从而破坏滤层的结构，影响出水水质。

避免：

提高砂面层水位，使过滤出口等于或高于滤料层。

虹吸滤池和无阀滤池就是因为此原因而无负水头。

三、做图题（20）

1．画出无阀滤池的结构简图，并简述其工作过程？

（10）

冲洗：

由于虹吸管与冲洗水箱的夜面差使得在过滤过程中水头损失加大，使虹吸流上升，当达到虹吸辅助管口时，水流流向辅助管，通过抽气管使虹吸管中出现真空，并且与向下虹吸管汇合，真空度大量增加，形成连续反冲洗。

过滤：

原水通过进水分配区由进水管进入虹吸管，通过伞形顶盖由挡板使水均匀的洒下滤料层，通过承拖层进入配水系统，由底部配水区通过连通渠进入冲洗水箱，当水流液面高于出水堰时流出。

水质工程学（下）

一、问答题（共计5小题，每小题8分，共计40分）

1．污水中污染物分，哪几类？

污水中可生物降解有机物的降解分为哪几个阶段？

污染物按性质分有机污染物和无机污染物，按形态可分为悬浮状态与溶解状态。

可生物降解的有机物的降解分为两个阶段：

（一）碳氧化阶段即含碳的有机物在异氧菌的作用下被氧化为CO2，H2O，含N有机物被氧化为NH3；

（二）硝化阶段，既在自氧菌作用下，NH3被氧化为NO2—和H2O，然后NO2—被氧化为NO3—。

2．何谓沉淀池的表面负荷？

它的物理意义是什么？

沉淀池在深度方向与宽度方向的水流速度分布不均匀对悬浮物的去除率有何影响？

表面负荷即：

，即单位时间内通过沉淀池单位面积的流量。

物理意义：

又称表面负荷或溢流率，它的数值等于颗粒沉速µ

0，若需要去除的颗粒沉速µ

0确定后，则表面负荷q也就确定，又因为平流理想沉淀池去除率仅决定于表面负荷q及沉速µ

t。

深度方向：

对悬浮物去除率无影响。

密度方向：

是影响悬浮物去除率的主要影响因素。

3．何谓吸附等温线？

常见的吸附等温线有哪几种类型？

吸附等温式有哪几种类型？

吸附等温式有哪几种形式？

在温度一定的条件下，吸附量随制服质平衡浓度的提高而增加，把吸附量随吸附质平衡浓度而变化的曲线称为吸附等温线

常见有两种：

吸附等温式：

（1）郎谬公式：

（a，b是常数）

（2）BET公式

（B是常数）

（3）弗兰德利希经验式：

4．生物脱氮的过程有哪几个阶段？

目前最常用的生物脱氮工艺流程是哪一种？

生物脱氮的过程：

（1）氨化反应：

有机氮化合物在氨化菌作用下，分解为氨态氮；

（2）硝化反应：

在硝化菌的作用下，氨态氮先在亚硝酸菌作用下转化为亚硝酸氮，继之在硝酸菌作用下转化为硝酸氮；

（3）反硝化：

NO3—N和NO2—N在反硝化菌的作用下，被还原为N2，另一部分通过同化反硝化最终合成有机氨化合物。

目前常用的工艺流程是A—O工艺，既前置反硝化脱氮系统。

南华大学2003~2004年度考试试卷（水011，012）

一、名词解释（15分，每小题3分）

1、离子交换混合床

2、树脂交联度

3、冷却塔理论空气需要量

4、凝聚与絮凝

5、自由沉淀

二、问答题（58分）

1、“强酸——脱气——弱碱——强碱”除盐系统中弱碱、强碱阴床为什么设在强酸阳床之后？

强碱阴床为什么又设在强碱阴床之前？

（10分）

2、超滤与反渗透水处理工艺有什么相同和不同之处？

（8分）

3、在冷却塔中，水为什么会被冷却？

影响水在塔内热量散发的主要因素有哪些？

4、胶体颗粒为什么能够在水中保持稳定性？

5、理想沉淀池中悬浮颗粒去除率计算公式

能够反映哪些问题？

6、过滤过程中，颗粒迁移到滤料表面由哪几种作用引起，并简要解释。

7、对带负电胶体，阳离子型、阴离子型高分子絮凝剂各有什么作用机理？

当高分子絮凝剂投加过多时，为什么会产生胶体保护？

三、公式推导与计算（16分）

1、图1所示的推流式反应器发生零级反应，A物质为反应物，化学反应速率r=-k（k为常数），试推导出推流式反应器中A物质的出水浓度CA与进水浓度C0、停留时间t的关系。

2、某给水处理厂只有一个溶液池，该厂的产水量为10万m3/d，凝聚剂投加量为40mg/L，溶液池每日调配3次，溶液中凝聚剂的重量浓度为5%，溶液的比重为1，试计算得到所需溶液池的体积。

（6分）

四、作图题（11分）

画出图2所示的大阻力配水系统中，干管（O点、I点）、支管（a点、b点、c点）之间的能量变化图。

南华大学2003~2004年度考试试卷标准答案

1、凝聚与絮凝

凝聚是原水经加药后用水力条件或机械搅拌的过程；

絮凝是胶体颗粒相互碰撞形成絮凝体的过程。

2、自由沉淀

颗粒沉淀过程中，互不干扰，只受到颗粒本身的重力及水阻力的作用。

1、过滤过程中，颗粒迁移到滤料表面由哪几种作用引起，并简要解释。

有沉淀，即颗粒有重力作用自然沉降到滤料表面；

截留，即颗粒被流线上的滤料截留在其表面；

扩散，即颗粒受布朗运动作用而迁移到滤料表面；

惯性力，即颗粒受到惯性力作用而脱离流线迁移到滤料表面；

水动力，即颗粒受到水的切向力而旋转脱离流线迁移到滤料表面。

一、问答题（共5小题，每小题6分，共计30分）

1、何谓水环境容量？

它包括哪几部分？

2、根据斯托克斯公式，影响自由沉淀颗粒速度U有哪些影响因素？

3、用石灰石对硫酸废水进行过滤中和时应注意什么问题？

目前最常用的石灰石过滤中和是哪种形式？

它有何优点？

4、吸附工艺中，何谓吸附带与穿透曲线？

静态吸附时，当吸附剂与吸附质达到吸附平衡时（此时吸附剂未饱和），再往废水中投加吸附质，请问吸附平衡是否被打破？

吸附剂吸附量是否有变化？

5、卡门过滤方程式的物理意义是什么？

二、推导活性污泥微生物每日在曝气池的净增殖量的公式。

三、简述污泥厌氧消化的影响因素，并说明在操作上应如何进行控制，以维持较好的消化进程？

四、画出A2/O工艺流程图，并说明各反应器的主要功能及该工艺流程存在的主要问题。

五、简述生物膜的构造及其进行生化反应时物质的传递过程。

六、画出部分回流加压溶气气浮工艺流程图，并说明各部分的作用。

七、计算题（第1小题8分，第2小题16分，共计24分）

1、某居民小区平均日污水量为600m3/d，原污水BOD5为180mg/L，经一级处理，其BOD5去除率为25%。

要求处理水的BOD5≤20mg/L。

二级处理采用生物转盘处理，其设计参数为：

NA=13gBOD5/（m2•d），Nq=90L/（m2•d），盘片直径为3.0m，求：

（1）盘片总面积（m2）

（2）盘片总片数

2、某市平均污水流量为46000m3/d，Kz=Kd•Kh=1.1×

1.2。

污水BOD5=160mg/L，一级处理BOD5去除率为25%。

二级处理拟用推流式鼓风曝气工艺，其设计参数为：

曝气池混合液污泥浓度X=3200mg/L，DO=2.0mg/L，f=0.75，设计水温25℃，污泥负荷率Ns=0.32kgBOD5/（kgMLSS•d）。

生化反应系数为：

Y=0.55，Kd=0.05，a′=0.5，b′=0.15。

采用微孔曝气器，EA=16%，α=0.95，β=0.9，ρ=1,Cs（25）=8.4mg/L，Cs（20）=9.2mg/L。

曝气器距水面3.5m，二沉池中清液上升流速U=0.4mm/s，要求处理水BOD5≤20mg/L。

请计算：

（1）曝气池的容积（m3）。

（2）每日需排除的剩余污泥量（kg/d）。

（3）平均时、最大时需氧量。

（4）平均时、最大时供气量。

（5）二沉池沉淀表面积。

一、简述污泥厌氧消化的影响因素，并说明在操作上应如何进行控制，以维持较好的消化进程？

污泥厌氧消化的影响因素有：

①温度因素；

②生物固体停留时间与负荷；

③搅拌和混合；

④营养与C/N比；

⑤氮的守恒与转化；

⑥有毒物质；

⑦酸碱度、pH值和消化液的缓冲作用。

控制上选择合适的消化池投配率，进行充分混合和搅拌，选择合适的C/N比。

二、画出A2/O工艺流程图，并说明各反应器的主要功能及该工艺流程存在的主要问题。

工艺流程图如下图，

（1）厌氧反应器：

主要功能是释放磷同时部分有机物进行氨化；

（2）缺氧反应器：

首要功能是脱氮；

（3）好氧反应器：

去除BOD，消化和超量吸收磷。

存在的问题：

（1）除磷效果难于再行提高，污泥增长有一定的限度，不易提高；

（2）脱氮效果也难于进一步提高；

（3）进入沉淀池的处理水要保持一定浓度的溶解氧，减少停留时间，防止产生厌氧状态和污泥释放磷的现象出现，但循环混合液中的溶解氧浓度过高对缺氧反应器有干扰。

三、简述生物膜的构造及其进行生化反应时物质的传递过程。

生物膜由里至外主要是由厌氧层、好氧层、附着水层、流动水层构成，空气中的氧溶解于流动水层从那里通过附着水层传递给生物膜，供微生物用于呼吸，污水中的有机污染物则由流动水层传递给附着水层然后进入生物膜，并通过细菌的代谢活动而被降解，微生物的代谢产物如H2O等则通过附着水层进入流动水层随其排出，而CO2及厌氧层分解产物如H2S、NH3以及CH4则从水层逸出进入空气。

第1章水质与水质标准

一、填空题

1、按杂质的来源，可以将水中杂质分为天然的物质和污染性的物质，按水中杂质的尺寸，水中杂质可分为溶解物、胶体颗粒、悬浮物，从化学结构上，可以将水中杂质分为无机物、有机物、生物（微生物）。

P8

2、生活饮用水水质标准的制定主要是根据人们终生用水的安全来考虑，可以将生活饮用水的水质标准分为微生物学指标、水的感官性状指标和一般化学指标、毒理学指标、放射性指标4大类指标。

P20

3、可生物降解的有机污染物的含量通常用BOD、COD、TOC、TOD；

可生物降解的有机污染物有：

蛋白质、脂肪、自然合成的有机物。

（P10-11）

4、污水中含氮化合物有有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮四种。

（P排4）

5、污水处理按处理程度分一级处理、二级处理、三级处理。

（P排53）

6、污水的排放方式分为合流制和分流制。

二、选择题

1、以下（C）指标不属于水体的物理性指标。

（P排2）

A．水温B．色度C．pH值D．悬浮固体含量

2、综合生活用水一般不包括（C）

A．居民生活用水B．学校和机关办公楼等用水

C．工业企业工作人员生活用水D．公共建筑及设施用水

3、根据污水深度处理的对象判断以下哪项正确？

（A）

A．去除大的悬浮物，保护水泵

B．进一步降低BOD5、CODCr、TOC等指标，使水进一步稳定，防止富营养化

C．脱氮除磷

D．消毒，杀菌，去除水中的有毒有害物质

7、一般水体的溶解氧含量正常值为（D）左右。

A．4mg/LB．0mg/LC．2mg/LD．8mg/L

三、名词解释

1、水体的富营养化（P12）

水体的富营养化是指富含磷酸盐和某些形式的氮素的水，在光照和其他环境条件适宜的情况下，水中所含的这些营养物质足以使水体中的藻类过量生长，在随后的藻类死亡和随之而来的异养微生物代谢活动中，水体中的溶解氧很可能被耗尽，造成水体质量恶化和水生态环境结构破坏的现象。

2、水体自净（P13）

水体自净作用是指水体在流动过程中或随着时间的推移，水体中的污染物自然降低的现象。

3、BOD（P排8）

生化需氧量（又称生物化学需氧量）是指在水温为20℃的条件下，由于微生物（主要是细菌）的生活活动，将有机物氧化成无机物所消耗的溶解氧量。

4、COD（P排9）

化学需氧量（COD）是指在酸性条件下，将有机物氧化成CO2和H2O所消耗的氧量。

用CODcr表示，一般简写为COD。

8、TOC（P排11）

总有机碳（TOC）是指在900℃高温下，将有机物燃烧，其所含的碳氧化为CO2，用红外气体分析记录CO2的数量，并折算成的含碳量。

9、TOD（P排10）

总需氧量（TOD）是指由于有机物的主要组成元素是C、H、O、N、S等，被氧化后分别产生CO2、H2O、NO2和SO2，所消耗的氧量。

四、简答题

1、什么是水体富营养化，水体富营养化有什么危害？

（P排12）

水体富营养化的危害有：

（1）、使水味变得腥臭难闻；

（2）、降低水的透明度；

（3）、消耗水中的溶解氧；

（4）、向水体中释放有毒物质；

（5）、影响供水水质并增加供水成本；

（6）、对水生生态的影响。

2、简述水体自净的主要过程，可以用哪两个相关的水质指标来描述，为什么？

（P13）

水体自净的主要过程为：

通过化学作用和生物作用对水体中有机物的氧化分解，使污染物浓度衰减。

进入水体的污染物大量是易氧化的有机物，其分解需要消耗水中的氧，故可以用两个相关的水质指标来描述水体自净的过程。

一个是生化需氧量BOD，此值越高说明水中有机物的含量越高，水体受污染程度越严重；

另一个是水中溶解氧DO，DO越高说明水中的有机物含量越低。

3、人类活动造成水体富营养化，N和P的主要来源有哪些？

（P12）

大多数水体的富营养化是水体受到氮、磷污染的结果。

进入水体的氮和磷来源是多方面的，其中人类活动造成水体中的氮磷来源主要有：

（1）工业和生活污水未经处理直接进入水体；

（2）、污水处理厂，采用常规处理工艺的污水处理厂的排放水都含有相当数量的氮和磷；

（3）面源性的农业污染，包括肥料、农药和动物粪便等；

（4）、城市来源，除了人的粪便、工业污水外，大量使用的高磷洗涤剂是重要的磷来源。

4、画出河流氧垂曲线，并说明其变化过程。

（P15）

河流氧垂曲线详见课本P15。

假设在污水排放口上游，水体的BOD值低于最高允许量，DO接近于饱和，水体是清洁的；

在排放口处BOD值急剧上升，DO被有机物降解所消耗，逐渐降低至允许含量以下，水质受到污染，随之BOD逐渐降低，DO值得到补充并回升，水质逐渐恢复，经过较长的历时流程，水体中的有机物和细菌经生物化学作用，恢复到原水体的生态平衡状态，水质又复洁净。

第2章水的处理方法概论

1、水处理按技术原理可以分为两大类：

物理化学方法和生物方法。

水的物理化学处理方法主要有混凝、沉淀和澄清、过滤、膜分离、吸附、离子交换、中和和氧化与还原（至少6种）；

水的生物处理过程按对氧的需求不同分为好氧处理和厌氧处理。

（P32）

2、按反应器内物料的形态可以分为均相反应器和多相反应器；

按反应器的操作情况可以分为间歇式反应器和连续式反应器两大类。

（P33）

3、物料在反应器内的流动情况可以分成基本上没有混合，基本上均匀混合，或者介于两者之间，针对这三种情况，可以建立理想混合流动模型、活塞流动模型、轴向扩散流动模型和多级串联流动模型模型。

（P35）

4、污水按处理后水的去向可分为回用和排放；

按污水种类分为城市污水和工业废水（P46）

1、厌氧处理（P33）

厌氧处理又称为消化，指在无氧条件下利用厌氧微生物的生命活动，把有机物转化为甲烷和二氧化碳的过程。

好氧处理是指可生物降解的有机物质在有氧的介质中被微生物所消耗的过程。

2、返混（P34-35）

返混作用是指某些后来进入反应器内的成分要与先进入反应器内的成分混合的现象。

第3章凝聚和絮凝

1、胶体的稳定性包括动力稳定性、带电稳定性、溶剂化作用稳定性。

（P56）

2、目前，得到水处理专家比较公认的凝聚机理有压缩双电层作用、吸附—电中和作用、吸附架桥作用、网捕一卷扫作用。

（P57-58）

3、范德华力和形成的氢键或配位键等有利于胶体对离子的吸附。

（P50）

4、混凝剂按其化学组成可分为无机混凝剂、有机混凝剂，按其作用可分为混凝剂、絮凝剂、助凝剂，按其来源可分为天然混凝剂、合成混凝剂。

（P62）

5、混凝剂的投加方式，按混凝剂的状态分固体投加（也称干投）和溶液投加（也称湿投）；

按混凝剂投加到原水中的位置分泵前投加和泵后投加；

溶液投加中按药液加注到原水中的动力来源有重力投加和压力投加。

（P77）

6、絮凝反应设施主要可分为水力絮凝反应设施和机械絮凝反应设施两大类。

（P83）

5、某水厂处理水量为4500m3/h，采用叶轮快速混合，混合功率为20kW，池容积25m3。

核算水温15℃时该池的G、T值是否符合一般控制要求。

（μ15℃=1.14×

10-3Pa*S（C）（P给269或P75）

A．G值符合；

T值不符合B．G值不符合；

T值符合

C．G值符合；

T值也符合D．G值不符合；

T值不符合

（分析：

由

得：

G=837.7s-1，Q=4500=1.25m3/h，T=V/Q=25/1.25=20s，GT=837.7×

20=16754）

8、当前水厂中常用的絮凝设备主要有（B）。

其中（）属于水力搅拌式；

（）属于机械搅拌式。

（P83-84）

A．隔板絮凝池、水泵絮凝池、折板絮凝池和穿孔旋流絮凝池等；

隔板絮凝池和折板絮凝池；

水泵絮凝池和穿孔旋流絮凝池

B．隔板絮凝池、机械絮凝池、折板絮凝池和穿孔旋流絮凝池等；

隔板絮凝池、折板絮凝池和穿孔旋流絮凝池；

机械絮凝池

C．静态絮凝池、机械絮凝池、折板絮凝池和穿孔旋流絮凝池等；

静态絮凝池、

折板絮凝池；

机械絮凝池和穿孔旋流絮凝池

D．隔板絮凝池、虹吸絮凝池、折板絮凝池和悬浮絮凝池等；

隔板絮凝池、折板絮凝池；

虹吸絮凝池和悬浮絮凝池

絮凝设备分为水力絮凝反应设施和机械絮凝反应设施，其中水力絮凝反应设施有：

隔板絮凝池、折板絮凝池、栅条（网格）絮凝池和穿孔旋流絮凝池；

机械絮凝反应设施有：

水平轴搅拌絮凝池和垂直轴搅拌絮凝池）

1、混凝（P49）

凝聚和絮凝是指通过某种方法使水中胶体粒子和微小悬浮物聚集的过程，是水和废水处理工艺中一种单元操作，统称为混凝。

凝聚主要指胶体脱稳并生成微小聚集体的过程；

絮凝主要指脱稳的胶体或微小悬浮物凝结成大的絮凝体的过程。

2、异向絮凝（P59）

异向絮凝是指胶体颗粒的布朗运动是无规则的，每一个脱稳的胶体颗粒可能不规则的向各个方向运动，可能同时受到来自各个方向的颗粒的碰撞，两个胶体颗粒向不同的方向运动而发生碰撞聚集的情况。

3、同向絮凝（P59）

同向絮凝是相对异向絮凝而言，是指在机械搅拌水力等外力作用下产生的流体运动推动脱稳的胶体想某一方向运动，但由于不同胶体颗粒存在速度快慢的差异，速度快的将赶上速度慢的胶体颗粒，如果两个胶体颗粒在垂直方向的球心距离小于他们的半径之和，两个胶体颗粒就会碰撞聚集产生絮凝现象，由于两个胶体颗粒是在同一运动方向上发生碰撞而产生的絮凝现象。

8、什么叫助凝剂，助凝剂按投加目的划分为哪几类？

（P67）

助凝剂是指凡是不能在某一特定的水处理工艺中单独用作混凝剂但可以与混凝剂配合使用而提高或改善絮凝效果的化学药剂。

助凝剂按投加目的划分为以下几类：

1、以吸附架桥改善一形成的絮体结构为目的的助凝剂；

2、以调节原水酸碱度来促进混凝剂水解为目的的助凝剂；

3、以破坏水中有机污染物对胶体颗粒的稳定作用来改善混凝效果的助凝剂4.以改变混凝化学形态来促进混凝效果的助凝剂。

五、计算题

1、河水总碱度0.1mmol/L（按CaO计）。

硫酸铝Al2（SO4）3（含Al2O3为16%）投加量为25mg/L，问是否需要投加石灰以保证硫酸铝顺利水解？

设水厂日生产水量50000m3，试问水厂每天约需要多少千克石灰（石灰纯度按50%计，剩余碱度取0.37mmol/L）。

（参见上课时所讲解的例题，参考答案2165kg）

解：

Al2O3=102，CaO=56

Al2O3=25×

16%=4.00mg/L=0.0392mmol/L

CaO=3×

0.00392-0.1+0.37=0.3876mmol

因此每处理1L水需要添加的CaO的量为：

0.3876×

56/50%=43.41mg/L

因此水厂每天约需要石灰质量为：

50000×

103×

43.41=2170500mg=2170.5Kg

4、隔板絮凝池设计流量75000m3/d。

絮凝池有效容积为1100m3。

絮凝池总水头损失为0.26m。

求絮凝池总的平均速度梯度G值和GT值各为多少？

（水厂自用水按5%）。

GT=45.9×

1209.6=5.55×

104。

第4章沉淀

1、颗粒杂质能否在沉淀池中沉淀下来，主要取决于颗粒杂质的沉淀速度和颗粒杂质在池内的沉淀条件。

（P91）

2、在水中作沉降运动的颗粒杂质，主要受重力G、浮力A、颗粒作沉降运动是受到的水流阻力F三种力作用。

3、在理想沉淀池沉淀区，表面负荷和截留沉速在数值上相等。

（P96）

4、在理想沉淀区的沉淀效率只与截留沉速有关，当处理水量一定时，沉淀效率只与沉淀池的表面积有关。

（P99）

5、根据水的流动方向，斜板沉淀方式分为异向流、同向流、平向流。

（P107-109）

6、自我造粒型流化床高效固液分离设备主要由底部进水区、造粒区、分离区、集泥区、集水装置5个部分组成

7、浓缩池的深度由清水区、沉降区、浓缩区三部分的高度组成。

（P118-119）

1、平流式沉淀池的构造主要分为（D）四部分。

（P95