水控网课习题

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1.动力学在水处理中的作用与意义。

作用：1.用动力学可以监测水中重金属的沉淀反应速率，例如铁与锰的氧化形成沉淀；
2.用动力学可以计算水中某些物质的分解速率，例如计算臭氧的分解速率；
3.用动力学可以观察晶种在亚稳态过饱和溶液中的成长速率，即晶体成长动力学。

意义：通过动力学的研究，可以知道在水处理过程中如何控制反应条件，提高主反应的速率，从而达到提高水中污染物的去除率的目的；同时能够有效的抑制副反应
的速率减少过程中投入药剂的量，保证污染物的去除向有利方向进行。

解:以初始放射性为基准得到相对值
做出时间与相对值的图像如同所示
由图可以读出t3/4，t（3/4）2，t（3/4）3，且存在关系t3/4=（t（3/4）2-t3/4）所以反应为一级反应，由图可知t1/2=14.8min
根据一级动力学反应的积分式Inc=Inc
经线性拟合得y=6.1690-0.04687t R 2
=0.99998则k=0.04687min -1 半衰期t 1/2=In2/k=14.79min 第二章
1. 分析活塞流反应器和连续流反应器设计中体积大小的差异及原因。

答：在设计过程中连续流反应器的设计体积大于活塞流反应器；
原因：在反应器的设计过程中常以水力停留时间θ作为设计标准，流量Q 相同情况下，水力停留时间θ=
，由于连续流反应器需要完全混合，反应过程中水力停留时间更长，
因此连续流反应器体积更大。

2. 简要分析Fick 扩散定律及主要用途
分析：Fick 扩散定律是用来描述气体扩散现象的宏观规律的定律，主要包括Fick 第一定律和Fick 第二定律； Fick 第一定律：J A =-D AB
主要是描述在稳态扩散的条件下，单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质流量与该截面处的浓度梯度成正比，也就是说，浓度梯度越大，扩散通量越大；J A 表示 A 在 A 及 B 组成的二元系中 z 方向的通量，单位为 mol/(cm 2 .s)，称为摩尔通量，J A 向量，它的方向与浓度梯度的方向相反；D AB 为 A 在 B 中的扩散系数。

主要用途：主要用于完全由浓度差产生的分子扩散运动，即常扩散，A ，B 两种物质可以同时是气体，同时是液体, 或者一种气体和一种液体, 一种流体和一种固体等。

A 与 B 也可能是同一种物质。

Fick 第二定律:
扩散物质在扩散介质中的浓度分布随时间发生变化的扩散常称为不稳定扩散，其扩散通量随位置与时间变化，此定律是根据扩散物质的质量平衡，在菲克第一定律的基础上推导出了费克第二定律。

主要用途：物质的非稳态扩散。

3.依据反应器设计的理论，分析完全混合与推流式曝气池设计的体积那个大？ 答：完全混合曝气池体积大于推流式曝气池；
5
10
15
20
25
InC Time/h
连续流完全混合反应器设计反应时间应与进出水物料浓度差成正比，当对出水的要求很高（即C出<<C进）时，在反应速率不变的情况下，设计反应时间趋向于与进水物料浓度成正比，在达到相同去除率的情况下，连续流完全混合反应器总的停留时间更长，由公式θ=其中θ代表水力停留时间，Q代表进水流量，因此在进水流量相同情况下，完全混合流大于推流反应器。

第三章
1. 简要说明三种吸附等温线
1.第Ⅰ种类型的等温线（如图所示），没有极限值，但x/m却有一极限值（），
这种类型的吸附试验资料可用Langmuir公式处理，（）。

这种吸附主要是单分子的吸附，且吸附物质的颗粒和水分子一样大。

2.第Ⅱ种类型的等温线（如图所示），有一个极限值，称为饱和浓度，但x/m却没有
极限值。

这种类型的等温线可用Branauer和Emmett及Teller（简称BET）公式处理。

这种类型的等温线，在吸附剂孔径大于20nm时常遇到。

它的固体孔径尺寸无上限，公式为（）
（）（（）
3.第Ⅲ种类型的等温线（如图所示），和x/m都没有极限值，可用Freundlich公式处理。

公式为，固体和吸附质的吸附相互作用小于吸附质之间的相互作用时，呈现这种类型。

2.说明动态吸附与静态吸附的差异。

答：静态吸附：指定量的吸附剂和定量的溶液经过长时间的充分接触而达到平衡，静态吸附平衡的测定方法有：(1)保持气相的压力不变，经过一段时间吸附后，测定气体容积减少值的容量法；(2)吸附剂和气体充分接触，测定吸附剂重量增加值的重量法；(3)测定气体压力的变化(容积不变)或溶液浓度改变的大小。

静态吸附是一种被动的吸附。

动态吸附: 把一定重量的吸附剂填充于吸附柱中，令浓度一定的溶液在恒温下以恒速流
由于在实际上受吸附热的影响，床层的温度可能上升，加上动态平衡的原因，动态吸附量比静态吸附量要低。

3.吸附柱的设计需要考虑哪几个因素，具体如何分析？
2.吸附柱的泄漏和耗竭过程
泄漏：当增加到允许的有机物出水高度浓度，吸附柱即停止运行，柱内的活性炭需经再生恢复活性后才能使用，到达泄露时的运行时间为吸附柱的吸附周期，当出水浓度到达一定值时间较长时，取0.95或其他适宜浓度作为吸附柱的耗竭浓度，吸附柱达到耗竭浓度时所吸附的总量代表了吸附柱所具有的总吸附能力。

第四章
1. 曝气设备分为哪几种？各有何特点？
答：主要有机械曝气、鼓风曝气；
机械曝气特点：设备简单，维护管理方便，常用于较小的曝气池，可指借助机械设备对水体进行曝气，使空气进入水体中,此种设备主要有曝气鼓风机配套专用曝气头及连接管道组成的机械曝气装置。

鼓风曝气特点：曝气鼓风机能产生一定的风量：鼓风机曝气的目的是使水体或液体中增加足够的溶解氧,以满足好养生物对氧气的需求；鼓风曝气能产生足够的压力。

2．用双膜理论分析曝气池的传质过程。

答：双膜理论认为
(1)相接触的气、液两流体间存在着稳定的相界面，界面两侧附近各有一层很薄的稳定的
气膜或液膜，溶质以分子扩散方式通过此两膜层；
(2)界面上的气、液两相呈平衡。

相界面上没有传质阻力；
(3)在膜层以外的气、液两相主体区无传质阻力，即浓度梯度(或分压梯度)为零。

其模型如图所示:
在曝气池中，空气先穿过气相主体，此过程中无传质阻力；然后空气通过分子扩散进入气膜和液膜，在气膜和液膜两侧达到平衡，此过程中分别受到气膜阻力和液膜阻力的作用，液膜阻力占主导地位，最后空气通过液膜边界进入液相主体，此过程无传质阻力。

第五章
1. 简要分析讨论Kynch沉淀理论
答：Kynch沉淀理论是Kynch对浓悬浮液沉淀性能的理论分析，其理论有三个基本假定，（1）悬浮物区任何水平层浓度均匀，颗粒等速下沉，颗粒形状、大小以及成分在下沉过程中不会改变；（2）颗粒下沉速度只是颗粒附件局部悬浮物浓度的函数；（3）整个沉淀高度初始浓度为均匀的，或者是沿深度逐渐增加的。

基于以上三点假设以及公式的推导可以得到一下结论：1.当0＜＜ m 时，斜率dψ/d 为正值，说明等浓度面应该下沉由于dψ/d 为已给浓度
的斜率，是一个定值，那么，等浓度面下沉的速度ν也必然是一个常数．这就从理论上说明了实际中所观察到的等浓度面下沉速不变的现象。

当h=0 时．存在容器底的截止作用；也就是说，即使在＜ m 的范围内，悬浮物在管底也不能下沉．而是累积起来。

当累积浓度达到 > m 时，进入第二区，产生了等浓度面上升的现象。

2.当 i > > m 时．斜率dψ/d 为负值，说明等浓度面应该以等速度上升，即使在h=0 容
器底处也是这样
3.当 > i 时．斜率dψ/d 为负值，但dψ/d 的绝对但是随浓度的增加而降低。

因此，
在这一区内，每一个浓度都能够从管底开始．以其所持有的上升速度dh/dt 上升，最后都能达到悬浮物区表面，互不干扰。

2.解释异向絮凝、同向絮凝及差降絮凝三种过程
答: 异向絮凝：由于布朗运动相碰而凝聚的现象（这里指颗粒已处于脱稳状态，所以相碰后可以凝聚在一起）
同向絮凝：由外力推动所引起的胶体颗粒碰撞聚集。

胶体颗粒在外力作用下向某一方向运动，由于不同胶粒存在速度差，依此完成颗粒的碰撞聚集。

差降絮凝：对于两种不同尺寸的颗粒之间的絮凝，大的颗粒以较快速度下降过程中，能
赶上沉速较小的小颗粒，因而发生碰撞，产生絮凝现象。

3．絮凝颗粒沉淀与浓悬浮液沉淀实验有何差别，各有何特点？
答：差别：浓悬浮液沉淀实验中颗粒的相互干扰很大，会形成特殊的沉淀现象，而絮凝颗粒无这种干扰特别大的现象。

特点：絮凝颗粒的沉淀过程中：颗粒不断与其他颗粒相碰而粘结在一起，粒度不断加大，下沉的轨迹线必然是一条曲线而不是直线；
浓悬浮液的沉淀过程中：颗粒干扰现象较大因此形成了分区的特殊沉淀现象，分别为清水区、等浓度区、变浓度区及压实区，等浓度区大颗粒沉速不断下降，小颗粒沉速不断增大，于是形成了等速下沉的现象，颗粒等速下沉导致了上方呈现清水区，在压实区上表面到管底颗粒沉速逐渐减小，管底沉速为零，由于管底的存在使得悬浮物不断沉积最后形成一个压实区。

第六章
1.分析细菌所需要的生长环境
答：细菌的生长繁殖，除了需要必须的营养物质和对氧的要求外，还需要其他的适宜环境条件，如温度、酸碱度、无毒环境等。

（1）温度：不同的细菌对温度的要求不同，大多数细菌生长适宜的温度为20-40℃，有的细菌喜欢高温适宜繁殖温度是50-60℃。

（2）pH：每种细菌生长都要求一定的pH条件，大多数细菌在pH为6.5-7.5之间生长最好，有些绝对厌氧菌的最适pH为6.8-7.2，少数细菌在极高或极低pH下也能生长。

（3）氧化还原电势：各种细菌生活的氧化还原电位都不同，需要细菌氧化还原电位E在
0.3-0.4v左右，E在0.1V以上均可生长，厌氧细菌则在0.1V以下生长，对兼性细菌
在0.1v以上进行需氧呼吸，在0.1v以下则进行厌氧呼吸。

（4）光线：除少数细菌光合细菌外，其余细菌不需要光线，许多细菌在日光下直接死亡。

（5）压力：细菌一般在合适的渗透压能生长良好，实验室一般用0.85%的生理盐水。

（6）干燥：过于干燥细菌不能生长，但细菌的芽孢在干燥条件下可以保持很久。

化学药剂：强氧化剂、强还原剂下细菌均不能生长，有些有机物对细菌也有毒害作用。

2.微生物的种类以及各自的特点。

答：种类：原核细胞微生物、真核细胞微生物和病毒。

特点：
原核细胞微生物：细胞仅有原始的核物质，无核膜与核仁的分化，也无细胞器等，主要包括细菌、放线菌、蓝细菌等。

真核细胞微生物：细胞核分化程度较高，有核膜和核仁。

细胞质内有完整的细胞器，包括中心粒、线粒体、叶绿体、核糖体和内质网等。

真核生物与原核生物虽然在分子水平上相类似，但在遗传物质结构及遗传现象上有很大差异。

其结构比原核生物更复杂。

病毒：没有细胞结构，大多数病毒只是核酸与蛋白质组成的大分子，而且只含有DNA 或RNA一种类型的核酸，病毒个体小，能通过细菌滤器，需借助电子显微镜才能看到，没有完整的酶系统，不能进行独立的代谢活动，只能专性寄生，只有在寄主体内才表现生命的特征。

3微生物的生长阶段及其特点
答：适应期：微生物对新的培养环境的适应阶段。

主要表现是营养物质消耗慢、微生物生长缓慢，个体数量增长少。

生长速率常数为零、菌体粗大、RNA含量增加、代谢活力强、对不良环境的抵抗能力下降。

对数期：微生物适应新环境后，开始大量、快速繁殖。

主要表现是营养物质消耗快，个体大量生长繁殖，数量增加快。

生长速率最快、代谢旺盛、酶系活跃、活细菌数和总细菌数大致接近、细胞的化学组成形态理化性质基本一致。

第七章
1. 分析T b OD、BOD坪值的概念及用途
答：T b OD：Busch 等人从20 世纪50 年代起，探索的一种新的有机物生化需氧量的测定方法，可以在一天甚至几个小时之内测出废水中有机物的总BOD 值，其方法是从理论上分析氧化有机底物的具体过程开始的。

其主要用途是短时间内快速测定总的BOD 值。

BOD坪值：在微生物不断摄取有机物底物增殖的过程中，微生物处于对数生长期，有机底物必然会迅速地减少，表现为生化需氧量迅速地增长，当底物消耗完后，微生物生长进入静止期，生化需氧量的增长必然很快地缓慢下来，这在生化需氧量历时曲线上台出现一个台阶，这一点的BOD 值称为BOD 坪值。

主要用途用于测定总BOD的一个重要参量，坪值BOD 具有较高的重现性和稳定性能提高总BOD值的准确性。

2.说明采用COD Cr法测定BOD的原理
答：原理：主要原理T b OD试验法，由测定的COD 值先绘成COD 历时曲线（其图见下），然后得出BOD L以及其它参数，
根据以上方法可以绘制COD的历时曲线，最终可以根据下图计算BOD的值
第八章
1. 简要分析一级反应条件下理想CSTR与活塞流反应器体积的差异
答：在一级反应条件下达到相同条件完成同样的任务理想CSTR反应器的体积大于活塞流反应器。

分析：同一反应，在相同条件下完成同一任务的活塞流反应器与全混流的反应器的有效容积之比为η，η与存在下列关系式：
η与反应级数的关系如下
从图中可以看出一级反应条件下，理想CSTR反应器的体积大于活塞流反应器。

2.简要说明活塞流型活性污泥法的设计
答：在活塞流型活性污泥法设计时，一般已知废水流量Q、废水BOD L浓度i、出水BOD L 要求e以及微生物生长的动力学常数K、b、Y G及K0。

这样，设计计算就可按下列程序进行。

第九章
1. 滴滤池的回流方式有哪些？
答：滴滤池的回流方式有三种：
（1）由二沉池出水回流到滴滤池前；
（2）由滴滤池出水回流到滴滤池前；
（3）由滴滤池出水回流到初次沉淀池前。

2.活性污泥法与生物膜法各自优点有哪些？
答：活性污泥法优点：
（1）污泥、废水、溶解氧混合程度高，传质快，处理效率高；
（2）既可用于大规模污水处理，也适合小型污水处理；
（3）运行成本较低。

生物膜法优点：
（1）抗冲击负荷能力强；
（2）生物相丰富，对废水适应性强；
（3）容积负荷大；
（4）占地面积小；
（5）剩余污泥少，含水率低，易于处置。

3.简要说明生物法的基本流程
答：生物法主要包括活性污泥法和生物膜法；活性污泥法的基本流程如图所示1，
生物膜法的基本流程如图2所示
第十章
1. 分析说明厌氧处理的基本流程？
答：由于厌氧处理后废水中残留的COD值较高，一般达不到标准排放，因此排放前需进行需氧处理，则厌氧处理单元由以下六部分组成：
（1）厌氧反应器为厌氧处理中生物氧化反应的主体设备
（2）混合池：使进水与主体液体充分混合
（3）热交换器：促使反应器达到所需温度
（4）pH值调节剂投加设备：控制反应的pH
（5）沼气的排放贮存和利用设备
（6）废弃厌氧生物污泥的贮存和处理设备
2.厌氧反应器控制的主要参数有哪些？相互关系如何？
答：主要参数有pH值，挥发性有机酸和碳酸氢盐碱度，甲烷产率，水力停留时间，负荷等；相互关系：反应器负荷增加时，产酸细菌增值率增高，挥发性有机酸和碳酸氢盐碱度增加，产甲烷细菌食料增加，甲烷产率增加，由于二氧化碳和有机酸增加，则pH降低。

第十一章
1.简述脱氮除磷的基本原理和流程
答：生物脱氮基本原理：可分为氨的硝化作用和硝酸（或亚硝酸）的反硝化作用两种，其中硝化作用是以氨为电子供体，以分子氧为电子受体，使氮从负三价（NH4+）转变为正三价（NO2-）和正五价（NO3-）；反硝化作用则是以硝酸盐为电子受体，以其它有机物为电子供
体，使硝酸盐中的氮逐渐从正五价降到零价，形成氮气从废水中释放出来。

基本流程如图所示：
生物除磷基本原理：利用聚磷菌在厌氧条件下释放磷和在需氧条件下蓄积磷的作用。

生物除磷基本流程：
2.生物脱氮除磷的影响因素有哪些，各有何特点
答：1.温度：生物活性与温度密切相关，过低生物处于休眠状态，过高，温度对除磷速率有影响，一般生物脱氮除磷系统在5-40℃温度范围内都能成功的运行。

2．pH与碱度：不同微生物最适pH不同，超出范围活性将降低，生物脱氮系统在6.5-8.0之间运行，生物除磷适宜pH在6.0-8.0，升高吸磷量少量增加，过高释磷量大量增加
3.溶解氧：硝化反应溶解氧浓度为2 mg/L，反硝化过程需较严格的缺氧条件，溶解氧含量不宜大于0.5 mg/L
4.C/N和C/P值：脱氮系统的BOD5/TKN应在4-6以上，脱磷系统中进水的BOD5/TP 至少应在15以上
5.污泥龄SRT：污泥龄必须大于硝化细菌的最小世代时间，理论上污泥龄大于3d就有比较好的硝化效果，但实际通常为10-25d脱氮率才不受污泥龄的影响，对于以脱磷为主要目的的系统污泥龄宜控制在3.5-7d。

6.废水水质的组成：提高脱磷系统的除磷效率，应该提高原水中挥发性脂肪酸在总有机底物中的比例，对于脱磷系统必须控制厌氧区硝酸盐氮的含量，应在0.2 mg/L以下。

7.其他因素：搅拌功率必须控制，竖向搅拌器为12-16W/m3，水平向搅拌器应为8 W/m3，此外废水中不能含超过容许的有毒有害物质。

与活性污泥法相比，生物膜法具备哪些优点？
答：生物膜法具备以下优点：
（1）适应冲击负荷变化能力强。

微生物主要固着于填料的表面，微生物量比活性污泥法要高得多。

（2）反应器内微生物浓度高。

单位容积反应器内的微生物量可以高达活性污泥法的5-20倍，含水率比活性污泥法低，不会出现污泥膨胀现象，能保
证出水悬浮物含量较低，运行管理较方便。

（3）剩余污泥产量低。

生物膜中存在较高级营养水平的原生动物和后生动物，食物链较长，特别是生物膜较厚时，里侧深部厌氧菌能降解好氧过程中
合成的污泥，可减少污泥处理与处置的费用。

（4）同时存在硝化和反硝化过程。

由于微生物固着于填料的表面，生物固体停留时间与水力停留时间无关，因此为增值速度较慢的微生物提供了生
长繁殖的可能性。

（5）操作管理简单，运行费用较低。

生物滤池、转盘等生物膜法采用自然通风供氧，装置不会出现泡沫，操作稳定性较好。