水质工程学作业及参考答案.docx

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1、_思考题和作业1水循环定义1：水循环是指水由地球不同的地方透过吸收太阳带来的能量转变存在的模式到地球另一些地方。定义2：在太阳能和地球表面热能的作用下，地球上的水不断被蒸发成为水蒸气，进入大气。水蒸气遇冷又凝聚成水，在重力的作用下，以降水的形式落到地面，这个周而复始的过程，称为水循环。定义3：水循环是指大自然的水通过蒸发，植物蒸腾，水汽输送，降水，地表径流，下渗，地下径流等环节，在水圈，大气圈，岩石圈，生物圈中进行连续运动的过程。水循环分为海陆间循环（大循环）以及陆上内循环和海上内循环（小循环）。从海洋蒸发出来的水蒸气，被气流带到陆地上空，凝结为雨、雪、雹等落到地面，一部分被蒸发返回大气，其余

2、部分成为地面径流或地下径流等，最终回归海洋。这种海洋和陆地之间水的往复运动过程，称为水的大循环。仅在局部地区(陆地或海洋)进行的水循环称为水的小循环。环境中水的循环是大、小循环交织在一起的，并在全球范围内和在地球上各个地区内不停地进行着。水的社会循环：由于人类生产与生活活动的作用与影响，自然水循环径流部分参与的水循环。水的社会循环对水量和水质有较为突出的影响，近年来，河流、湖泊来水量大幅度减少，甚至干涸，地下水位大面积下降，径流条件发生重大改变，不可复原水量所占比例愈大，对自然水文循环的扰动愈剧烈，天然径流量的降低将十分显着，引起一系列的环境与生态灾害。 污染物的类别、危害及相应的污染指标类别

3、危害污染指标物理性污染热污染(1) 水温升高饱和溶解氧降低，水体复氧速率减慢，水生生物的耗氧速率加快，水中溶解氧迅速消耗，造成鱼类和水生生物的窒息死亡，水质迅速恶化；(2) 水体中化学反应速率加快，可引发水体物理化学性质，如电导率、溶解氧、离子浓度和腐蚀性的变化，臭味加剧；(3) 使水体中的细菌加速繁殖，增高该水体的处理成本；(4) 加速藻类的繁殖，加快水体富营养化进程。水温颜色有色工业废水（如印染、造纸、农药、焦化及有机化工废水）排入水体形成色度（分表色和真色），引起人们感官不悦。当水体色度加深时，使透光性减弱，影响水生生物的光合作用，抑制其生长繁殖，妨碍水体的自净作用。色度臭味生活污水的臭

4、味主要由有机物的腐败产生气体引起，工业废水主要由挥发性化合物造成。臭味给人以感官不悦，甚至危及人体生理，呼吸困难，倒胃闷胸，呕吐等。臭味固体物质包括悬浮固体、胶体、溶解性固体，水体受污染后，浊度增加、透光度减弱，主要危害为：(1)与色度形成的危害相似；(2)悬浮固体可能堵塞鱼鳃，导致鱼类窒息死亡，如纸浆废水；(3)微生物对有机悬浮固体的代谢作用，会消耗水中溶解氧；(4)可沉固体会沉积在河底，造成底泥沉积与腐化，使水体恶化；(5)悬浮固体可作为载体，吸附其他污染物质，随水流迁移污染。总固体量(TS)无机物污染酸、碱及无机盐酸碱污染可能使水体PH值发生变化，抑制微生物的生长，影响水体的自净能力；无

5、机盐污染使水体硬度增加，造成的危害与前述溶解性固体相同PH值氮、磷加快富营养化进程，使水体溶解氧迅速降低，鱼类大量窒息死亡总氮(TN)凯氏氮(KN）硝态氮亚硝态氮总磷(TP)溶解性总磷溶解性正磷硫酸盐及硫化物 人饮用一定量后，会引起腹泻，H2S具有臭鸡蛋气味，硫化物会使水体变黑，具有一定腐蚀性SO42-氯化物 受氯化物污染后，无机盐含量往往也高，水味变咸，对金属管道与设备有腐蚀作用，且不宜作为灌溉用水氯化物重金属 就有较大的毒性，不易被微生物降解，形成的有机化合物毒性更大，可以通过食物链传入人体，使人体体内蛋白质及酶失去活性，造成慢性中毒汞(Hg)、镉(Cd)、铬(Cr)、铅(Pb)等有机物污

6、染油脂类 水体受污染后，会呈现五颜六色，感官性状极差；浓度高时隔绝水面与大气接触，水体复氧停止，影响水生生物的生长与繁殖；油脂高时会堵塞鱼鳃，造成窒息死亡；有些油脂有毒性化学需氧量(COD)生化需氧量(BOD)总需氧量(TOD)总有机碳(TOC)酚类 主要是挥发酚，对水生生物有较大毒性；被污染水作为饮用水，加氯消毒时，氯与氛结合成氯氛，产生臭气；若灌溉农田，会导致作物减产甚至枯死有机酸、碱对微生物有毒害或抑制作用表面活性剂含磷并易产生大量泡沫，导致水体富营养化有机农药难于分解，不断积累，毒性大，对微生物有毒害和抑制作用，有害人体健康，致癌、制畸、致突变取代苯类化合物难降解有机物，对微生物有毒害

7、和抑制作用病原微生物数量多、分布广、存活时间长、繁殖速度快，随水流传播疾病大肠菌群指数、病毒、细菌总数简述水质污染指标在水体污染控制、污水处理工程设计中的作用。水质指标是水中某一种或某一类杂质的含量，直接用其浓度表示，如某种重金属和挥发酚；有些是利用某类杂质的共同特性来间接反映其含量的，如BOD、COD等；还有一些指标是与测定方法直接联系的，常有人为任意性，如浑浊度、色度等。水质指标是判断和综合评价水体质量并对水质进行界定分类的重要参数，是通过对污染物质做出定性、定量的检测以反映污水的水质，能综合表示水中杂质的种类和含量。通过水质污染指标能指导水体污染控制和污水处理工程设计的进行与发展。分析总

8、固体、溶解性固体、悬浮固体及挥发性固体、固定性固体指标之间的相互关系，画出这些指标的关系图。总固体(TS)：水中所有残渣的总和。溶解固体(DS)：水样经过滤后，滤液蒸干所得的固，分为挥发性溶解固体和固定性溶解固体。悬浮固体(SS)：过滤滤渣脱水烘干后所得固体，分为挥发性悬浮固体和固定性悬浮固体。挥发性固体(VS）：将总固体在600的温度下灼烧而挥发掉的量。固定性固体(FS)：总固体灼烧后的残渣。关系图为：什么是植物营养元素？过多的氯、磷排入天然水体有什么危害？ 植物正常生长发育所需要的营养元素有必需元素和有益元素之分；必需元素中又有大量(亦称常量)元素和微量元素之分。必需元素指植物正常生长发育

9、所必需而不能用其他元素代替的植物营养元素。根据植物需要量的多少，必需元素又分为必需大量元素和必需微量元素。必需大量元素有碳(C)、氢(H)、氧（O）、氮（N）、磷（P）、硫(S)、钾(K)、镁(Mg)、钙(Ca)、硅（Si）(最新的植物生理学中说Si是新增的大量元素)；必需微量元素有铁(Fe)、锰(Mn)、锌(Zn)、铜(Cu)、硼(B)、钼(Mo)、氯(Cl)、钠（Na）、镍(Ni) (最新的植物生理学中说Na、Ni是新增的微量元素)。 大量元素与微量元素虽在需要量上有多少之别，但对植物的生命活动都具有重要功能，都是不可缺少的。过多的氮、磷排入天然水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶

10、解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡，这种现象称为水体富营养化。这种现象在河流湖泊中出现称为水华，在海洋中出现称为赤潮。过多的氯排入水体后，受氯化物污染的水体，无机盐含量往往也高，水味变咸，对金属管道与设备有腐蚀作用，且不宜作为灌溉用水。简述污水中含氮物质的分类及相互转换。污水中含氮物质的分类：蛋白质、多肽、氨基酸、尿素、亚硝酸盐、硝酸盐转换过程分为两个阶段：第一个阶段氨化作用：含氮有机物(如蛋白质、多肽、氨基酸、尿素)转化为无机氮；第二个阶段消化作用：氨氮转化为亚硝酸盐和硝酸盐。有机氮在水体中的转化一般可持续若干天。耗氧有机污染物对水体的危害表现在什么地方？ 耗氧有机污染物主要指动、

11、植物残体和生活工业产生的碳水化合物、脂肪、蛋白质等易分解的有机物，它们在分解过程中要消耗水中的溶解氧。 在有氧条件下，耗氧有机污染物由于好氧微生物的呼吸作用，氧化分解为二氧化碳、水、二氧化氮、NH3等；无氧条件下，分解产物为醇类、有机酸、氨气及少量H2S等有害气体，使水体恶化发臭。这些降解过程主要是通过化学氧化、光化学氧化和生物化学氧化来实现的。生化需氧量、化学需氧量、总有机碳和总需氧量指标的含义是什么？分析这些指标之间的联系与区别。 生化耗氧量(BOD)：是“生物化学需氧量”的简称。是指在一定期间内，微生物分解一定体积水中的某些可被氧化物质，特别是有机物质所消耗的的数量。以毫克/升或百分率、

12、ppm表示。它是反映水中有机污染物含量的一个综合指标。如果进行生物氧化的时间为五天就称为五日生化需氧量（BOD5），相应地还有BOD10、BOD20 。化学需氧量(COD)：废水、废水处理厂出水和受污染的水中，能被氧化的物质（一般为有机物）的氧当量。在河流污染和性质的研究以及废水处理厂的运行管理中，它是一个重要的而且能较快测定的有机物污染参数。总有机碳(TOC)：水体中溶解性和悬浮性有机物含碳的总量。总需氧量(TOD)：指水中能被氧化的物质，主要是有机物质在燃烧中变成稳定的氧化物时所需要的氧量，结果以O2的mg/L表示。化学需氧量(COD)优点是较精确地表示污水中有机物的含量，测定时间仅需要数

13、小时，且不受水质的限制；缺点是不能像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；COD的数值一般大于BOD20，两者的差值等于难生物降解有机物量，差值越大，难降解的有机物含量越多，越不宜采用生物处理法，故把BOD5/COD的比值称为可生化性指标，比值越大，越容易被生物处理。TOD与TOC的测定原理相同，但有机物数量的表示方法不同，前者用消耗色氧量表示，后者用含碳量表示。水质比较稳定的污水，BOD5、COD、TOD、TOC、之间有一定的的相关关系，数值大小的排序为ThODTOCCODCrBODuBOD5TOC。生活污水的BOD5/COD的比值约为0.40.65，BOD5

14、/ TOC的比值约为1.01.6。工业废水的BOD5/COD比值，决定于工业性质，变化极大，如果该比值0.3，被认为可采用生化处理法；0.25不宜采用生化处理法；10d；5）重金属及有毒物质：会对消化反应产生抑制作用；6）有机物：BOD4时，可认为碳源充足，勿需外加；当原污水中碳源不足时，需外加碳源。2. 简述生物除磷机理及影响除磷效果的环境因素。（1）生物除磷的基本过程是：吸磷聚磷菌对磷的过剩摄取在好氧条件下，聚磷菌营有氧呼吸，不断氧化有机物放出能量，能量为ADP所获得，并结合H3PO4而合成ATP：其中，H3PO4除一小部分是聚磷菌分解其体内的聚磷酸盐取得外，大部分是聚磷菌利用能量，从外部

15、环境中摄入体内的。释磷聚磷菌的放磷在厌氧条件下，聚磷菌体内的ATP水解，放出H3PO4和能量，形成ADP：（2）影响除磷效果的环境因素溶解氧DO：好氧DO2mg/L，厌氧DO20；污泥龄：STR为3.57d；温度：1030；pH值：一般为68；NOx：NOx越低越好。3. 化学法除磷与生物法除磷相比有哪些特点？化学法除磷的优点：操作简单, 除磷效果好, 且结果稳定, 不会重新放磷而导致二次污染, 当进水浓度较大或有一定波动时, 仍有较好的除磷效果。用化学沉淀法除磷, 其絮凝剂投加的地点可以不同, 即在曝气池前、中、后的出水中, 但除磷原理相同, 其工艺流程见下图。两种除磷方法的比较对于合流污水

16、治理一期工程排出的污水（其水质特性见表1）作了2种方法除磷比较, 其中化学法采用的絮凝剂为硫酸亚铁, 投加剂量为100mg/L, 结果表明, 对于低浓度生活污水, 化学法和生物法都有较好的除磷效果, 见表2。从产生的污泥量来看, 化学法由于人为添加了絮凝剂、石灰等, 使产生的污泥量明显多于生物法, 而生物法完全由微生物在环境内部吸收磷。然而, 值得注意的是, 生物法除磷的污泥量虽较少, 却存在磷的重新释放造成二次污染的可能性。因此, 生物法除磷的污泥要妥善处理, 不能放置在厌氧环境中。在富含磷的污泥中投加FeCl、石灰或者再曝气, 能使污泥较长时间保持稳定。从污泥处理和利用上看, 化学法除磷产

17、生的污泥可使其重力浓缩、去除水分, 污泥最终进行焚烧或填埋。生物法产生的污泥, 一部分用于回流, 剩余污泥中磷的含量可占干重的3%一9%, 经过消毒、灭菌, 是很好的农业肥料。一般城市污水的污泥用作农肥是安全的, 对工业废水和合流污水要注意重金属污染。从费用上看, 由于被处理废水浓度的不同, 处理费用会有很大差别。两种方法在基建投资费用、置地费用、年操作费用上的比较和多年运行后的总费用比较结果见表3。其中基建投资费包括所有构筑物的土建、机电费用及辅助设施的费用。化学法除磷的年运行费包括投加石灰、硫酸亚铁、助凝剂等的费用。生物法除磷的年运行费主要是曝气的费用, 还需少量的石灰和聚合物用于调整pH及增加磷的去除率。4. 通过检索资料，阐述你对近年来出现的脱氮新工艺的看法（不限于教材所列举的新工艺）。答案略14_