水质工程重点思考题

教学单元1 水质工程学概论课后思考题1. 何为生物化学需氧量，何为化学需氧量，在水处理领域中如何应用，并请对两者进行对比分析。

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，称为生物化学需氧量或生化需氧量，用BOD 表示。

在酸性条件下，将有机物氧化成CO2和H2O所消耗的氧量，称为化学需氧量，用COD Cr表示，一般简写为COD。

在实际工程中，一般用BOD5作为可生物降解有机物的综合浓度指标。

BOD5能直接反映可生物降解的有机物量；但BOD5作为有机物的浓度指标，也存在着一些缺点：①测定时间需5d，太长，难以及时指导生产实践；②如果污水中难生物降解的有机物浓度较高，BOD5测定的结果误差较大；③某些工业废水不含微生物生长所需的营养物质或者含有抑制微生物生长的有毒有害物质，影响测定结果。

COD能克服上述缺点，它能较精确地表示污水中有机物的含量，测定时间仅需数小时，且不受水质影响；但是它不能像那样BOD那样反映出微生物氧化有机物、直接地从卫生学角度阐明被污染的程度，此外，污水中存在的还原性物质（如硫化物）也需消耗氧，所以COD值也存在一定误差。

BOD5/COD的比值可作为污水是否适宜于生物处理的判别标准，其比比值越大，越容易被生物处理。

一般认为此比值大于0.3的污水，才适于采用生物处理。

2、污水中含氮物质的分类及相互转换？污水中含氮物质主要有四种：有机氮（O－N）、氨氮（NH3－N）、亚硝酸盐氮（NO－2－N）、硝酸盐氮（NO－3－N）。

四种含氮化合物的总量称为总氮。

污水中含氮物质的相互转换：有机氮很不稳定，容易在微生物的作用下，分解成其他三种。

3、什么是水体富营养化？富营养化有哪些危害？水体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的代谢活动中，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。

富营养化的危害很大，对人类健康、水体功能等都有损害：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。

教学单元2 水体污染与自净课后思考题1. 简述水体自净的含义及机理。

污染物随污水排入水体后，经过物理的、化学的、生物化学的作用，是污染物的浓度降低或总量减少，受污染的水体部分地或完全地恢复原状，这种现象称为水体自净或水体净化。

水体自净过程非常复杂，其自净机理可分为3类：①物理净化作用：水体中的污染物通过稀释、混合、沉淀与挥发，使浓度降低，但总量不减；②化学净化作用：水体中的污染物通过氧化还原、酸碱反应、分解合成、吸附凝聚等过程，使存在形态发生变化及浓度降低，但总量不减；③生物化学净化作用：水体中的污染物通过水生生物特别使微生物的生命活动，使其存在形态发生变化，有机物无机化，有害物无害化，浓度降低，总量减少。

生物化学净化作用是水体自净的主要原因。

2. 绘出氧垂曲线，并加以简要描述。

氧垂曲线在水污染控制中有什么实际意义？①分析受有机物污染的河水中DO的动态变化，推求河流的自净过程，推算最大亏氧点即氧垂点到达的位置和时间②推算环境容量，并依此制定河流水体防护措施③计算排放入水体污染物的量和削减量，确定污水厂的处理程度教学单元3 混凝课后思考题1.何谓胶体稳定性？试用胶体间相互作用势能曲线说明胶体稳定性的原因。

胶体稳定性：系指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。

相互作用势能与粒间距离关系（a）双电层重叠；（b）势能变化曲线由图可知，当oa<x<oc时，排斥势能占优势，x＝ob时，排斥势能Emax最大。

当x<oa或x>oc时，吸引势能均占优势。

不过，x>oc时虽然两胶粒表现出相互吸引趋势，但由于存在着排斥势能这一屏障，两颗粒无法接近。

只有当x<oa 时，吸引势能随间距急剧增大，凝聚才会发生。

要使两胶粒间距小于oa，不朗运动的动能首先要能克服排斥能峰Emax才行。

然而，胶粒布朗运动的动能远小于Emax，两胶粒之间距离无法靠近到oa以内，故胶粒体处于分散稳定状态。

2.混凝过程中，压缩双电层和吸附－电中和作用有何区别？简要叙述硫酸铝混凝作用机理及其与水的pH的关系。

二则区别：由压缩双电子层机理可知，通过静电引力进入胶体颗粒表面的高价反离子都会置换出等量电荷的低价反离子，双电子层被压缩但始终保存电中性，这可以很好的解释胶体颗粒在加入一定量的高价反离子电解质后脱稳产生凝聚的实验现象；而由吸附电性中和作用的机理可知，胶体颗粒与异号离子的作用，首先是吸附然后才是电性中和，由此可以推知，胶体表面电荷不但可能将为零，而且还可能带上相反的电荷，能很好的解释胶体颗粒的再稳定现象，而压缩双电子层则不能。

硫酸铝混凝机理主要通过压缩双层、吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕等机理作用，使水中细微悬浮粒子和胶体粒子脱稳、聚集、絮凝、混凝、沉淀达到净化处理效果。

当pH<3时，简单水合铝离子可起压缩双电子层作用；在pH＝4.5～6.0范围内主要是多核羟基配合物对负电荷胶体起电性中和作用，凝聚体比较密实；在pH＝7～7.5范围内，电中性氢氧化铝聚合物可起吸附架桥作用，同时也存在某些羟基配合物的电性中和作用。

3.高分子混凝剂投量过多时，为什么絮凝效果不好？当高分子物质投量过多时，胶体颗粒表面被高分子所覆盖，两个胶体颗粒接近时，受到胶粒与胶粒之间因高分子压缩变形产生的反弹力和带电高分子之间的静电排斥力，使胶体不能凝集，所以混凝效果不好。

4. 絮凝过程中G值与GT值的真正含义是什么？沿用已久的G值与GT 值范围存在什么缺陷？G─指相邻两水层中两个颗粒的速度差与垂直于水流方向的两流层之间的距离的比值，即速度梯度,s-1；GT─反应絮凝效果的一个参数，它是一个无因次数。

G、GT值的变化幅度大，从而失去控制意义。

5. 目前我国常用的混凝剂有哪几种？各有何优缺点？目前我国常用的混凝剂有硫酸铝、三氯化铁、硫酸亚铁等。

6. 为什么有时需要将PAM在碱性条件下水解城HPAM？PAM的水解度是何含义？一般要求水解度为多少？PAM的水解度过高，负电性过强，对絮凝产生阻碍作用，所以有时需要将PAM水解成HPAM作助凝剂以配合铝盐或铁盐作用，其效果才显著。

PAM的水解度为酰胺基转化为羧基的百分数，亦即y/x值。

一般要求水解度在30％～40％。

教学单元4 沉淀课后思考题1. 什么叫自由沉淀，拥挤沉淀和絮凝沉淀?自由沉淀：颗粒在沉淀过程中，彼此没有干扰，只受到颗粒本身在水中的重力和水流阻力的作用；拥挤沉淀：颗粒在沉淀过程中，彼此相互干扰，或者只受到容器壁的干扰，虽然粒径和自由沉淀的粒径相同，但是沉速却小；絮凝沉淀：在沉淀过程中，颗粒的大小，形状和密度都有所变化，随着沉淀深度和时间的增长，沉速越来越大。

2. 已知悬浮颗粒的密度和粒径，可否采用公式d C g u p D 1134ρρρ-=直接求得沉速，为什么？ 否；C D 为阻力系数，与雷诺数Re 有关， νudR e =,Re 在不同的范围，沉速U的公式待定，在求某一特定的颗粒时，既不能直接用此公式,因为沉速本身为待求值，既然U 是未知数，Re 也是未知数。

其中一种求法就是先假定流速U ，然后再经试算求得确定的U 。

3.了解肯奇理论的基本概念和主要用途。

由肯奇理论可得：tH H C Ct 00= 其涵义是高度为H t 均匀浓度为C t 的沉淀管中所含悬浮物的量和原来高度为H 0、均匀浓度为C 0的沉淀管中的所含悬浮物量相等。

根据这些可分析沉淀过程与沉淀高度无关，使有可能用较短的沉淀池作实验，来推测实际沉淀效果。

4.理想沉淀池应符合哪些条件？根据理想沉淀池沉淀条件，沉淀效率与沉淀池的深度，长度及面积关系如何？理想沉淀池满足3个假设：①自由沉淀，在沉淀过程中，颗粒互不干扰，颗粒密度粒度，沉淀的沉速始终不变。

②水平推流式，即：层流状态，各个断面的流速相等，在断面上的各点流速相等，各个点的流速相等。

③沉淀到池底即被去除，即：没有沉淀冲刷现象。

假设颗粒的截流沉速为Uo ，具有沉速为Ui 的颗粒不能100%被去除，则沉速为Ui 的颗粒的去除率E 为： AQ u u u E i i ==0 (哈真公式)由此可得：颗粒在理想沉淀池中的去除率只与颗粒的沉速和表面负荷有关，而与沉淀池的长度，水平流速，停留时间无关。

讨论AQ u u u E i i ==0，Ui 一定，增加沉淀池底面积A ，则提高E 。

或者当沉淀池的容积一定，池越浅，则A 越大，E 也就越高（浅池理论）。

5.影响平流式沉淀池沉淀效率的因素有哪些？沉淀池的纵向分格有何作用？①进出水的影响：配水花墙孔口流速V 孔=0.1～0.2m/s,而沉淀池底水平流速V=10～25m/s ，由于二者的速度差异和集水槽水舌的形成，会造成短流现象。

②异重流的影响：a.密度异重流（特别是高浊水）形成短流;b.温度异重流，如果存在0.1℃的温差，就会有温度异重流，形成短流;c.偏流，风吹起时，相对静止的水易产生偏流，沉淀池的构造也会形成偏流。

③沉泥冲刷。

④雷诺数Re 和佛罗德数Fr 的判别，即水流稳定性的判别。

⑤絮凝过程的影响。

⑥纵向分格的作用：降低Re 和提高Fr ，减小水力半径。

斜板和斜管沉淀池也能达到此目的。

6.沉淀池的表面负荷与颗粒截留沉速关系如何？两者的含义有何区别？ 截留沉速在数值上等于沉淀池的表面负荷，但二者的含义不同，表面负荷AQ u 0:单位沉淀池表面积的产水量，U 0能去除的颗粒中最小颗粒的沉速。

教学单元5 过滤课后思考题1、什么粒径小于滤层孔隙尺寸的颗粒会被滤层拦截下来？小颗粒的运动主要是扩散作用，并且颗粒越小，扩散作用越大，分子运动剧烈，范德华引力大于双电子层的斥力时悬浮物就能附着于滤料表面而被截留下来。

2、从滤层中杂质分布规律，分析改善快滤池的几种途径和发展趋势。

滤层杂质分布规律：过滤初期，滤料较干净，孔隙率大，空隙流速较小，水流剪力较小，因而粘附作用占优势。

随着时间的延长，滤层中杂质逐渐增多，孔隙率逐渐减小，水流剪力逐渐增大，以至最后粘附颗粒先脱落下来，或则不再有粘附现象，于是，悬浮颗粒便向下层推移，下次滤料截留作用渐次得到发挥。

然而，滤料经过反冲洗后，滤层因膨胀而分层，表面滤料粒径最小，粘附比表面积大，截留悬浮颗粒量最多，而孔隙尺寸又小，因而，过滤一段时间后，表面滤料间孔隙将逐渐被堵塞，使过滤阻力剧增，造成下层滤料截留悬浮颗粒作用远未得到充分发挥时，过滤就停止。

为了改善滤料层中杂质分布状况，提高滤层含污能力，而采取双层、三层或均质滤料。