水污染控制工程模拟试题一二.docx
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水污染控制工程模拟试题一二.docx
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水污染控制工程模拟试题一二
水污染控制工程模拟试题一
一、名称解释(每题3分)
(1)区域沉淀:
区域沉淀是指颗粒的沉降受到周围其他颗粒影响,颗粒间相对位置不变,形成一个整体下降,与澄清水之间有清晰的泥水界面。
(2)快速渗滤系统:
快速渗滤系统是一种高效、低耗、经济的污水处理方法,适用于渗透性良好的土壤,依靠土壤微生物将被土壤截留的溶解性和悬浮有机物进行分解,使污水得以净化。
(3)交换容量:
交换容量是离子交换树脂最重要的性能,它定量地表示树脂交换能力的大小。
它可区分为全交换容量与工作交换容量。
(4)活性污泥:
由具有活性和良好的净化污水功能的微生物及其自身代谢的残留物组成的絮状污泥,包括吸附在絮状污泥上的有机物和无机物;
(5)污泥指数(SVI):
曝气池混合液沉淀30min后1克干泥所占的体积(以ml计),简称污泥指数。
二、简答题(每题6分)
1.简述兼性塘的基本工作原理;
答:
兼性塘通常由三层组成,上层好氧区,中层兼性区,底部厌氧区。
好氧区存在着菌、藻和原生动物的共生系统。
在有阳光时,塘内的藻类进行光合作用,释放出氧。
塘内的好氧菌利用水中的氧,通过好氧代谢氧化分解污染物并合成本身的细胞质,其代谢产物CO2则是藻类光合作用的碳源。
兼性区的微生物是异养性细菌,他们既能利用水中的溶解氧氧化分解有机污染物,又能在无分子氧的条件下,以NO3-,CO32-,作为电子受体进行无氧代谢。
厌氧区的有机物由厌氧微生物对其进行厌氧分解,其分解过程包括酸发酵和甲烷发酵两个过程。
发酵过程中未被甲烷的中间产物进入塘的上、中层,由好氧菌和兼性菌继续进行降解。
而CO2,NH3等代谢产物进入好氧层,部分逸出水面,部分参与藻类的光合作用。
2.简述膜分离技术的特点;
答:
与传统分离技术(如蒸馏、吸附、吸收、萃取)相比,膜分离有以下特点:
(1)在膜分离过程中,一般不发生相变,能耗较低
(2)膜分离一般不需投加其他的化学物质,可节省原材料和化学药品,运行成本低。
(3)将不同粒径的物质分开,不改变原有的属性
(4)不仅分离有机、无机物,特别适用于特殊溶液体系的分离,如溶液中大分子与无机物的分离,一些共沸物或近沸物系的分离
(5)装置简单,分离效率高,易于自动控制
3.简述活性污泥法吸附-生物降解(AB法)工艺的工艺特征;
答:
由A、B两级活性污泥处理单元构成;
A级高负荷或超高负荷运行,曝气时间短,但完成绝大部分有机污染物的降解过程;
B级低负荷运行,曝气时间长,处理出水水质好;
处理效果稳定,抗冲击负荷。
4.简述上流式厌氧污泥床反应器UASB装置的三相分离器的功能;
答:
使UASB反应区产生的沼气(g)与污泥(s)、污水(l)分离;
收集分离出来的沼气;
使澄清区分离出的污泥返回反应区。
5.简述生物滤池的构造及其降解有机污染物的过程。
答:
构造:
布水设备,滤床,排水系统三部分组成;
降解有机污染物的过程
污水净化过程:
污水通过生物滤池时,污水中的污染物扩散到生物膜表面,被微生物吸收代谢,部分转化为无机物,部分转化为微生物体,污水得到净化。
生物膜更新过程:
随着污水的净化过程,生物滤池滤料上的生物膜逐渐增厚,到一定厚度时内层微生物供氧不足,食物短缺,进入内源代谢,附着力降低,在水力冲击和代谢产生气体的作用下脱落;滤料表面的生物膜重新生长,增厚,完成一个生物膜更新周期。
三、论述题(每题10分)
1.以TiO2为例,论述光催化氧化的作用机理及影响TiO2光催化活性的因素,并叙述提高TiO2光催化活性的方法;
答:
光生电子-空穴对的产生
TiO2+hv→h++e-
光生电子和空穴迁移到颗粒表面并被捕获
光生空穴h+被OH-和H2O捕获,反应式如下:
h++OH-→·OH
h++H2O→·OH+H+
光生电子e-被吸附在表面的氧分子捕获,分子氧不仅参加氧化还原,还是表面羟基自由基的另一个来源,反应式如下:
O2-+H+=HO2
2HO2·→O2+H2O2
H2O2+·O2-→·OH+OH-+O2
H2O2+hv→2·OH
界面电荷转移,发生氧化还原反应
Organ+HO·+O2→CO2+H2O+其它产物
OH是一种氧化活性很高的自由基,能够无选择地氧化多种有机物并使之矿化,所以通常被认为是光催化反应体系中最主要的氧化剂。
影响TiO2光催化活性的因素:
(1)晶体结构
TiO2有3种晶型,锐钛矿型、金红石型和板钛型。
在通常情况下,金红石型TiO2是由锐钛矿型经610-915℃煅烧而得到的。
高温热处理造成了其表面活性基团(Ti3+,OH-)的减少,从而光催化活性变小。
锐钛矿型二氧化钛表面态活性中心较多,所以光催化活性更高。
(2)粒径
催化剂粒径的大小直接影响光催化活性。
当粒子的粒径越小时,单位质量的粒子数越多,比表面积越大。
对于一般的光催化反应,在反应物充足的条件下,当催化剂表面的活性中心密度一定时,表面积越大吸附的氧气越多,生成更多的高活性的·OH,从而提高了催化氧化效率。
(3)比表面积
对于一般的多相催化反应,在反应物充足的条件下,当催化剂表面的活性中心密度一定时,表面积越大则活性越高。
(4)催化剂投加量
催化剂投加量会影响污染物的降解效果。
在反应初期,反应速率随催化剂用量的增加而上升,随着投加量的增加,上升幅度减缓,直到反应速率与投量无关。
(5)溶液性质
溶液本身的性质,比如气相氧浓度、溶液pH值、溶液中存在的无机离子和有机质(腐殖质等)以及有机污染物起始浓度等,能影响TiO2光催化氧化的反应速率。
提高TiO2催化效率的途径:
近年来,人们主要从以下两个方面入手,提高TiO2的光催化效率。
其一是通过掺杂等手段降低TiO2的禁带宽度,增加其吸收波长。
其二是加入电子俘获剂以阻止e-和h+的复合。
这些方法包括:
贵金属沉积;表面光敏化;氧化剂添加法;复合半导体;掺杂金属离子;表面改性。
2.叙述A2/O工艺脱氮除磷的工艺过程,并画出工艺流程图。
答:
在A/O工艺中增设一个缺氧区,并使好氧区的混合液回流到缺氧区进行反硝化脱氮;而二沉池的污泥回流到厌氧区完成放磷过程,然后通过缺氧区到好氧区完成吸磷过程;从而达到同时脱氮除磷的目的;
工艺流程图:
3.去除水中的悬浮物,有哪些可能的方法,分别叙述它们的技术原理。
答:
去除水中的悬浮物的方法主要有:
沉淀,离心分离,气浮,过滤,膜分离。
上述方法对应的技术原理分别为:
重力沉降作用,离心沉降作用,浮力作用,物理阻截作用,物理截留作用。
四、计算题
1.一小型城市污水处理厂的污水平均流量为20000m3/d,矩形初次沉淀池的设计池宽为6m,池边水深为4m。
采用两个沉淀池。
表面负荷率为40m3/m2·d,试计算沉淀池的长度,容积及停留时间。
(13分)
解:
池子表面积=20000/40=500(m2)
每个池子长度=500/2×6=41.7m
每个池子容积=4×(41.7×6)=1000.8(m3)
停留时间=(2×1000.8m3)(24h/d)/20000m3/d=2.4h
2.某有机废水qv=2400m3/d,BOD5=180mg/L,拟采用生物接触氧化池处理工艺。
要求处理出水的BOD5≤30mg/L,请计算生物接触氧化池的尺寸和所需空气量。
(生物接触氧化池模拟试验结果:
在体积负荷N=2.0~3.5kgBOD5/(m3·d),曝气量15~20m3空气/m3污水工况下,处理效率85~95%;采用滤料的强度允许最大滤料堆放高度3.5m)。
(12分)
解:
已知:
qv=2400m3/d,ρs0=180mg/L,ρs=30mg/L
处理效率ηBOD5=(ρs0-ρs)÷ρs0=(180-30)÷180=83%;
选用生物接触氧化池,取Nv=2.5kgBOD5/(m2·d)
有效容积V=qv(ρs0-ρs)/NV=2400×(180-30)÷2.5÷1000=144(m3);
高度取3米,则面积A=144÷3=48(m2);
采用两座直径5.6m,实际过水面积24.6m2的生物接触氧化池,实际体积74×2=148(m3)
池深h=3+0.5~0.6+0.5~1.5+0.4~0.5=4.4~5.6(m);
取18m3空气/m3污水,则所需空气量=2400÷24×18=1800m3空气/h
校核:
有效停留时间t=148÷2400×24=1.5(h),满足要求;
采用2座虑料高3m,过水面积24.6m2的生物接触氧化池。
水污染控制工程模拟试题二
一、名称解释(每题3分)
(1)水体自净:
是指河水中的污染物在河水向下游流动中浓度自然降低的现象。
(2)稳定塘:
又名氧化塘,是一种利用天然净化能力处理污水的生物处理设施。
(3)自由沉淀:
自由沉淀发生在水中悬浮固体浓度不高,沉淀过程悬浮固体之间互不干扰,颗粒各自单独进行沉淀,颗粒的沉淀轨迹呈直线。
整个沉淀过程中,颗粒的物理性质,如形状,大小及比重等不发生变化。
(4)污泥浓度(MLSS):
单位体积曝气池混合液所含悬浮固体的质量。
(5)有机负荷:
单位体积曝气池体积或单位质量的活性污泥在单位时间内降解有机污染物的数量。
二、简答题(每题6分)
1.以海水淡化为例,简述电渗析法的基本原理,并画出海水淡化电渗析法示意图;
答:
电渗析是在直流电场的作用下,以电位差为推动力,利用离子的导电性和交换膜的半透性,把电解质从溶液中分离出来的一种膜过程。
海水淡化电渗析法是在电渗析槽中把阴离子交换膜和阳离子交换膜交替排列,隔成宽度仅1-2mm左右的小室,在槽的两端分别设阴、阳电极,接通直流电源。
海水从渗析槽一侧进入,从另一侧流出。
由于离子的导电性和交换膜的半透性,相邻两室的海水,一个变淡,一个变浓。
故渗析槽的出水管分成两路,一路收集淡水,另一路收集浓盐水。
示意图如下:
2.简述通常情况下油污染物在废水中的存在状态及常用的乳化油破乳方法;
答:
含油废水中的油通常呈三种状态:
(1)呈悬浮状态的可浮油。
(2)呈乳化状态的乳化油。
(3)呈溶解状态的溶解油。
破乳的方法有:
(1)投加换型乳化剂。
(2)投加盐类、酸类。
(3)投加某种本身不能成为乳化剂的表面活性剂。
(4)搅拌、振动、转动。
(5)过滤。
(6)改变温度。
3.简述有机物厌氧降解的两个阶段及其主要降解产物;
答:
产酸阶段:
高分子化合物(淀粉、纤维素、油脂、蛋白质等)在无氧条件下转化为下列产物:
液态产物:
有机酸、醇、醛和水等;气态产物:
CO2、H2、NH3、H2S等,这些气体主要以溶解态存在。
产甲烷阶段:
乙酸、H2和CO2在甲烷细菌的作用下生成甲烷。
4.简述活性污泥法接触稳定(吸附再生法)工艺的技术特征;
答:
由A、B两级活性污泥处理单元构成;
A级高负荷或超高负荷运行,曝气时间短,但完成绝大部分有机污染物的降解过程;
B级低负荷运行,曝气时间长,处理出水水质好;
处理效果稳定,抗冲击负荷。
5.简述生物接触氧化池的构造及其降解有机污染物的过程。
答:
构造:
池体、填料、布气装置三部分组成;
降解有机污染物的过程:
在曝气池内设置填料,填料附着生物膜,曝气充氧,固定生物膜上的微生物吸收降解流动污水中的有机污染物,净化污水。
三、论述题(每题10分)
1.论述化学混凝处理工艺的机理和影响因素;
答:
化学混凝的机理至今仍未完全清楚。
但一般认为主要是三方面的作用。
(1)压缩双电层作用。
在水中加入混凝剂能降低胶粒的ξ电位,使微粒碰撞聚结,失去稳定性。
(2)吸附架桥作用。
高分子混凝剂溶于水后,经水解和缩聚反应形成高分子聚合物,具有线性结构。
这类高分子物质可被胶体微粒强烈吸附。
(3)网捕作用。
混凝剂水解生成沉淀物。
这些沉淀物在自身沉降过程中,能集卷,网捕,水中的胶体等微粒,使胶体粘结。
影响混凝效果的因素较复杂,主要因素有水温、水质和水力条件。
A、水温。
无机盐类混凝剂的水解是吸热反应,水温低时,水解困难。
B、pH值。
水的pH值对混凝剂的程度视混凝剂的品种而异。
硫酸铝除水中浊度时,最佳PH值范围在6.5-7.5之间,用三价铁盐时,最佳PH值范围在6.0-8.4之间,比硫酸铝为宽。
有机高分子混凝剂,混凝的效果受pH值的影响较小的
C、水中杂质的成分、性质和浓度。
水中杂质的成分、性质和浓度对混凝效果有明显的影响。
如,天然水中含粘土类杂质为主,需要投加的混凝剂的量较少,而含大量的有机物时,需要投加的混凝剂的量较多。
D、水力条件。
水力条件的配合对混凝过程的两个阶段:
混合和反应非常重要。
2.论述A/O法有机废水处理工艺脱氮机理及其工艺特征,并画出工艺流程图。
答:
反硝化池置于除碳硝化池前部,直接利用进水中的碳源;
通过除碳硝化池的回流把混合液中的NO3—送到反硝化池进行反硝化;
工艺流程图:
3.论述超临界水氧化技术原理及其技术特点;
答:
处于超临界状态下的水,氢键几乎消失,此时水是一种非极性溶剂,能以任意比例溶解大多数有机物和氧气。
利用超临界水的性质,将有机物与水混合,升温,加压至超临界状态,有机物溶于水中,被空气(氧气)迅速氧化。
有机物中的C、H元素转化为CO2、H2O等无害物质。
技术特点:
(1)分解效率高。
对大多数有机物的分解率在99%以上。
(2)反应速度快。
反应只需几秒到几分钟即可完成。
(3)选择性好。
通过调节温度和压力,可以改变水的密度、粘度等特性,从而改变其对有机物的溶解性能,达到选择性控制反应产物的目的。
(4)高效节能。
有机物在氧化过程中会释放大量热,可维持自身反应所需温度。
多余热量可回收。
四、计算题
1.废水的流量为1000m3/d,废水中的TSS为220mg/L,挥发性TSS为150mg/L。
废水经初次沉淀池沉淀后,TSS可去除60%,计算初次沉淀池每天产生污泥的质量和体积。
假设污泥含水率为94%,相对密度为1.03。
(13分)
解:
污泥的质量=0.6(220g/m3)(1000m3/d)/(1000g/kg)=132kg/d
污泥的体积=(132kg/d)/(1.03)(1000kg/m3)(0.06)=2.14m3/d
2.某有机废水qv=1200m3/h,BOD5=300mg/L,拟采用塔式生物滤池处理,要求其出水的BOD5低于30mg/L。
请计算塔式生物滤池尺寸。
(塔式生物虑池模拟试验结果:
在体积负荷N=1.0~3.0kgBOD5/(m3·d),水力负荷80~200m/d工况下,处理效率65~85%)。
(12分)
解:
qv=1200m3/d,ρs0=300mg/L,ρs=30mg/L
选用塔式生物虑池,处理效率70%,水力负荷80~200m/d,体积负荷N=1.0~3.0kgBOD5/(m3·d),取2.0kgBOD5/(m3·d);
进水浓度:
ρs0’=30/(1-0.7)=100(mg/L);
回流率r=(ρs0-ρs0’)÷(ρs0’-ρs)=(300-100)÷(100-30)≈2.86;
虑池体积V=(300×1200+30×1200×2.86)÷(2.0×1000)≈231(m3);
选用8座虑池,每座体积V1=29m3,取高度为10m,则虑池面积A=2.9m2,取直径D=1.9m;
校核:
水力负荷=1200×(1+2.86)÷8÷2.9=199m/d,满足要求。
采用8座高10m,直径1.9m的塔式生物虑池。
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