水质工程学(上)复习资料

水质工程学1知识点总结水质工程学是研究水质污染、水处理和水资源综合利用的一门交叉学科，涉及化学、生物、环境和工程等多个领域的知识。

在现代社会，水质工程学已经成为保障水资源安全和人类健康的重要学科，对于水污染防治、水资源开发和利用有着重要的意义。

本文将对水质工程学的相关知识点进行总结，包括水质污染、水处理技术、水资源管理等内容。

一、水质污染1. 水质污染的来源水质污染是指水体中存在有害物质超出环境容许标准而影响水质的情况。

水质污染的来源主要包括工业废水、农业面源污染、城市生活污水和大气降水等。

工业废水包括工业生产过程中排放的各种废水，其中可能含有重金属、有机物等有害物质。

农业面源污染主要来自农田农作物种植和养殖业的生产活动，包括化肥、农药和养殖废水等。

城市生活污水是指城市居民生活生活污水，其中包括生活污水、工业废水和雨水等，含有各种有机物、微生物等有害物质。

大气降水是指大气中的颗粒物和气态污染物通过大气降水方式，如雨水、雪等形式降落到地表水中，导致水体污染。

2. 水质污染的分类根据污染物的性质和来源，水质污染可以分为有机污染、无机污染和放射性污染等多种类型。

有机污染主要来自工业废水和城市生活污水排放的有机物，包括有机溶剂、石油类物质、农药等。

无机污染包括重金属、氨氮、硫化物等无机物质，主要来自工业废水和农业面源污染。

放射性污染是指水体中存在放射性元素超出环境容许标准而导致的污染，主要来自核能设施、医疗设备和工业生产过程中的放射性物质。

3. 水质污染的影响水质污染对人类健康和生态环境都会产生严重的影响。

首先，水质污染会导致饮用水安全问题，对人体健康造成威胁，引发各种水源性传染病，包括霍乱、痢疾、肝炎等。

其次，水质污染会破坏生态环境，影响水生动植物的生存和繁衍，导致湖泊、河流甚至海洋的富营养化和死水现象。

另外，水质污染还会影响农业灌溉水质和工业用水，影响农作物生长和工业生产活动。

二、水处理技术1. 水处理技术的基本原理水处理技术是指通过物理、化学、生物等技术手段，将水中的有害物质去除或降低，提高水质的工程技术。

⽔质⼯程学（Ⅰ）例题、思考题、习题参考答案⽔质⼯程学（Ⅰ）例题、思考题、习题参考答案第1章⽔质与⽔质标准1.⽔中杂质按尺⼨⼤⼩可分为⼏类？了解各类杂质主要来源、特点及⼀般去除⽅法。

⽔中杂质按尺⼨⼤⼩分为悬浮物、胶体、溶解物三类。

悬浮物：尺⼨较⼤（1?m-1mm），可下沉或上浮（⼤颗粒的泥砂、矿碴下沉，⼤⽽轻的有机物上浮）。

主要是泥砂类⽆机物质和动植物⽣存过程中产⽣的物质或死亡后的腐败产物等有机物。

这类杂质由于尺⼨较⼤，在⽔中不稳定，常常悬浮于⽔流中。

当⽔静置时，相对密度⼩的会上浮与⽔⾯，相对密度⼤的会下沉，因此容易去除。

胶体：尺⼨很⼩（10nm-100nm）, 具有稳定性，长时静置不沉。

主要是粘⼟、细菌和病毒、腐殖质和蛋⽩质等。

胶体通常带负电荷，少量的带正电荷的⾦属氧化物胶体。

⼀般可通过加⼊混凝剂进去去除。

溶解物：主要是呈真溶液状态的离⼦和分⼦，如Ca2+、Mg2+、Cl-等离⼦，HCO3-、SO42-等酸根，O2、CO2、H2S、SO2、NH3等溶解⽓体分⼦。

溶解物与⽔成均相，透明。

但可能产⽣⾊、臭、味。

是某些⼯业⽤⽔的去除对象，需要特殊处理。

有毒有害的⽆机溶解物和有机溶解物也是⽣活饮⽤⽔的去除对象。

2.各种典型⽔质特点。

（数值可不记）江河⽔：易受⾃然条件影响，浊度⾼于地下⽔。

江河⽔年内浊度变化⼤。

含盐量较低，⼀般在70～900mg/L之间。

硬度较低，通常在50～400mg/L(以CaCO3计）之间。

江河⽔易受⼯业废⽔和⽣活污⽔的污染，⾊、臭、味变化较⼤，⽔温不稳定。

湖泊及⽔库⽔：主要由河⽔补给，⽔质类似河⽔，但其流动性较⼩，浊度较低；湖⽔含藻类较多，易产⽣⾊、臭、味。

湖⽔容易受污染。

含盐量和硬度⽐河⽔⾼。

湖泊、⽔库⽔的富营养化已成为严重的⽔污染问题。

海⽔：海⽔含盐量⾼，在7.5～43.0g/L之间，以氯化物含量最⾼，约占83.7%，硫化物次之，再次为碳酸盐，其它盐类含量极少。

海⽔须淡化后才可饮⽤。

名词解释1、富营养化：是指富含磷酸盐和某些形式的氨素的水，在光照和其他环境条件是以的情况下，水中所含的这些营养物质足以使水中的藻类过量生长，在随后的藻类死亡和随之而来的异样微生物代谢活动中，水体所含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化的现象。

2、同向絮凝：由水力或机械搅拌推动水流运动引起的脱稳颗粒间的碰撞絮凝。

3、异向絮凝：有布朗运动引起的脱稳颗粒间的碰撞絮凝。

4、强化絮凝：通过某种手段强化传统混凝工艺对天然有机物〔BDP前驱物〕的去除，从而控制后续消毒过程中氯化消毒副产物的生成量。

5、接触絮凝：澄清池开始运转时，在原水总投入较多的凝聚剂，如果在池内形成一个絮体体积浓度足够高的区域，是投药后的原水进入该区域与具体很高提及浓度的粗粒絮体接触，就能大大提高原水中细粒悬浮物的絮凝速率。

6、自由沉淀：悬浮物质浓度不高，在沉淀过程中颗粒互相不碰撞，呈离散状态各自独立地完成沉淀过程。

7、拥挤沉淀/干预沉降：当水中有大量颗粒在有限的水体中沉降时，由于颗粒之间产生影响，致使颗粒沉速较自由沉降时小的现象8、絮凝沉淀：脱稳的胶体或微小的悬浮物聚结成大的絮凝体而沉淀的过程9、浅池理论：按照理想沉淀池的原理，在保持截留沉速U和水平流速V都不变的条件下，减小沉淀池的深度，就能相应地较少沉淀时间和缩短沉淀池的长度。

10、截留沉速：恰能在池中沉淀下来的颗粒沉速u11、外表溢流率/外表负荷：单位沉淀面积上承受的水量。

12、有效粒径d10：表示通过筛孔的滤料质量占滤料总质量10%时对应的筛孔孔径。

d80：表示通过筛孔的滤料质量占滤料总质量80%时对应的筛孔孔径。

13、不均匀系数k：d80与d10的比值14、滤层膨胀率e：在滤层的反冲洗中，滤层因部分或全部悬浮于上升水流中而使滤层厚度增加的现象，称为滤层膨胀。

滤层增厚的相比照率，为滤层膨胀率e=(L-L0)/L×100%15、反冲洗强度：用水对滤层进行反冲洗时，经滤层单位面积上流过的反冲洗水量。

水质工程学重点考点1.本材料不涉及计算题与画图说明题，请大家复习过程中兼顾课本和其他资料。

2.本材料编辑仓促，如有错误，请自行更正。

一、名词解释1.生化需氧量BOD：在水温20℃的条件下，由于微生物的生活活动，将有机物氧化成无机物所消耗的溶解氧量；化学需氧量COD：用强氧化剂（重铬酸钾），在酸性条件下，将有机物氧化成CO2与H2O所消耗的氧量。

2.凯士氮：有机氮与氨氮之和被；总氮：四种含氮化合物（有机氮，氨氮，亚硝酸盐氮，硝酸盐氮）的总量就是。

含氮化合物的转化：经氨化过程和硝化过程。

3.自由沉降：当悬浮物浓度不高时，在沉淀的过程中，颗粒之间互不碰撞，呈单颗粒状态，各自独立完成沉淀过程。

絮凝沉淀：当悬浮物浓度约为50-500mg/L时，在沉淀过程中，颗粒与颗粒之间可能互相碰撞产生絮凝作用，使颗粒的粒与质量逐渐增大，沉淀速度不断加快。

成层沉淀：当悬浮物浓度大于500mg/L时，在沉淀过程中，相邻颗粒之间互相妨碍、干扰，沉速大的颗粒也无法超越沉速小的颗粒，各自保持相对位置不变，并在聚合力的作用下结合成一个整体向下沉淀与澄清水之间形成清晰的液-固界面下称。

4.沉淀池表面负荷：在单位时间内通过沉淀池单位面积的流量（m/s）5.混合液浓度MLSS：在曝气池单位容积混合液内所含有的活性污泥固体物的总重量，混合液挥发性悬浮物固体浓度MLVSS：混合液活性污泥中有机物固体物质部分的浓度，污泥龄：曝气池内活性污泥总量与每日排放污泥量之比，污泥沉降比SV：混合液在量筒中静置30min 后所形成的沉淀污泥的容积与原混合液容积的百分率，污泥容积指数SVI：在曝气池出口处的混合液在经过30min静置后，每克干污泥所形成的沉淀污泥所占的容积，SVI=SV/MLSS6.BOD污泥负荷率：曝气池内单位重量活性污泥在单位时间内能够接受并将其降解到预定程度的有机物污染物。

容积负荷率：单位曝气池容积在单位时间内能够接受并将其降解到预定程度的BOD量。

水质工程学总复习1、水循环的两个途径：自然循环、社会循环2、城市污水分类：生活污水、工业废水、被污染的雨水、其他废水。

3、工业污水分类：生产污水、生产废水4、被处理水的最终处置：直接排放到水体、农业灌溉、循环利用5、好氧、缺氧、厌氧6、BOD生化需氧量：水中有机污染物被好氧微生物分解至无机物时所消耗的溶解氧的量。

mg/LO2 1）第一阶段生化需氧量（碳氧化阶段）：①在异养菌作用下，含碳有机物被氧化为CO2，H2O，含氮有机物被氧化为NH3，所消耗的氧以Oa表示，与此同时，合成新细胞（异养型）。

②合成的新细胞，在生活活动中，进行着新陈代谢，即自身氧化的过程，产生CO2,H20,NH3，并放出能量和氧化残渣，这种过程叫做内源呼吸，所消耗的氧量用Ob表示。

耗氧量O a+O b，成为第一阶段生化需氧量（或称为总碳氧化需氧量、总生化需氧量、完全生化需氧量）用BODu或La或Sa表示2）第二阶段（硝化阶段）：在自养菌（亚硝化菌）作用下，NH3被氧化为NO2-和H2O，所消耗的氧量用O C表示，再在自养菌（硝化菌）作用下，NO2-被氧化为NO3-，所消耗的氧量用O d表示，与此同时合成新细胞。

耗氧量O C+O d，成为第二阶段生化需氧量（或称为氮氧化需氧量、硝化需氧量）用BOD或NODu或LN表示6、BOD5,20℃五日生化需氧量：由于有机物的生化过程延续时间长，在20℃水温下，完成两阶段大约需要100d以上，五天生化需氧量约占总碳氧化需氧量BODu的70%~80%，20天后的生化反应过程迅速趋于平缓，因此常用20天的生化需氧量作为UBOD，但工程使用上，20天太长，故用五日生化需氧量作为可生物降解的有机物的综合浓度指标，即BOD5,20℃7、COD化学需氧量：在一定的严格的条件下，水中各种有机物质与外加的强氧化剂作用时，所消耗的氧量，以氧的mg/L计。

1）使用重铬酸钾为强氧化剂，称为重铬酸钾耗氧量，COD Cr，简称COD，化学需氧量。

水质工程学I 思考题第 1 章 水质与水处理概论、选择题1．地表水水质特点是（ ）A. 浊度变化大B. 水温不稳定C. 含盐量大D. 易受有机污染E. 细菌多2．地下水与地表水相比， 其特点是（ ）A. 分布广B. 水温稳定C. 受污染少D.含盐量少E. 浊度低3． 水中杂质按颗粒尺寸大小可分为（ ）A. 胶体B. 悬浮物C. 溶解杂质D. 有机物E. 细菌第 2 章水的处理方法概论一、问答题1、 三种理想反应器的假定条件是什么 ?研究理想反应器对水处理设备的设计和操作有何作用 ?2、 3 种理想反应器的容积或物料停留时间如何求得？试写出不同反应级数下 3 种理想反应器内物料的平均停留时间公式。

3、在实验室内作氯消毒试验。

已知细菌被灭火速率为一级反应，且 k=0.85min-1 。

求细菌被灭火 99.5%时，所需消毒时间为多少分钟？4、 设物料i 分别通过CSTR 型和PF 型反应器进行反应后，进水和出水中 i 浓度值比均为 C0/Ce=10，且属一级反应，k=2h-1。

求水流在 CSTR 型和 PF 型反应器内各需多少停留时间。

5、 PF 型和 CMB 型反应器为什么效果相同？两者优缺点比较。

一、选择题A. 动力学稳定性B. 聚集稳定性A. 前者会出现电荷变号B. 后者会出现电荷变号C. 前者仅靠范德华引力D . 后者仅靠静电引力1． 混合阶段要求快速剧烈，通常不超过（ 2． A. 5 分钟 B. 2 分钟 破坏胶体的稳定性可采用投加 C. 1 分钟 D. 30 秒3． A. 氧化剂 B. 食盐 胶体稳定性的关键是（ C. 消毒剂 ）D. 混凝剂4．D. 范德化力作用 异向絮凝是由下列因素造成的颗粒碰撞（ 5． 6． 7．8．C. 水化膜A. 布朗运动B. 机械C. 水力 影响混凝效果的水力控制参数是（ A.流量Q B.流速uC. 水温D. 水泵 ） D. 速度梯度 G ） C. 表面积大 同向絮凝中 , 颗粒的碰撞速率与下列因素有关 （ A. 速度梯度 B. 颗粒浓度 胶体能稳定存在于水中的原因是（ A. 具有布朗运动 B. 溶解度高 ） C. 颗粒直径D. 表面水化膜E. 双电层结构D. 絮凝时间E.搅拌方式影响混凝效果的主要因素为（ A. 水温 B. 水的 PH ） C. 水的碱度 D.水的流速 E. 水中杂质含量在机械絮凝池中，颗粒碰撞主要靠（ A. 机械搅拌器 B. 自身能量消耗 10．压缩双电层与吸附电性中和作用的区别在于（ 9．）提供能量 C. 水平流速 D . 布朗运动11 ．为防止絮凝体破碎，在絮凝阶段要求速度梯度（ A. 逐渐增大 B. 逐渐减小 ） C. 维持不变 D. 都可以12 ．在混合阶段，剧烈搅拌的目的是（ ） A. 造成颗粒碰撞 B. 药剂快速水解、聚合及颗粒脱稳 二、名词解释 C. 使速度梯度减小D . A 、 B 、 C 都有1.胶体稳定性2. 同向絮凝3. 胶体脱稳4. 异向絮凝5. 聚集稳定性6. 动力学稳定三、简答题 1 、在净化水时投加混凝剂的作用是什么？第3章凝聚和絮凝2. 3. 4.2、试写岀常用的三种混凝剂及一种有机高分子混凝剂。

⽔质⼯程学（上）答案14章4．反应器原理⽤于⽔处理有何作⽤和特点？答：作⽤：推动了⽔处理⼯艺发展；特点：在化⼯⽣产中，反应器都只作为化学反应设备来独⽴研究，但在⽔处理中，含义较⼴泛，许多⽔处理设备与池⼦都可作为反应器来进⾏分析研究，包括化学反应、⽣物化学反应以⾄纯物理过程等。

例：沉淀池。

5.试举出3种质量传递机理的实例。

答：质量传递包括主流传递、分⼦扩散传递、紊流扩散传递。

1、主流传递：在平流池中，物质将随⽔流作⽔平迁移。

物质在⽔平⽅向的浓度变化，是由主流迁移和化学引起的。

2、分⼦扩散传递：在静⽌或作层流运动的液体中，存在浓度梯度的话，⾼浓度区内的组分总是向低浓度区迁移，最终趋于平均分布状态，浓度梯度消失。

如平流池等。

3、紊流扩散传递：在绝⼤多数情况下，⽔流往往处于紊流状态。

⽔处理构筑物中绝⼤部分都是紊流扩散。

6.（1）完全混合间歇式反应器（CMB）不存在由物质迁移⽽导致的物质输⼊和输出，且假定是在恒温下操作（2）完全混合连续式反应器（CSTR）反应物投⼊反应器后，经搅拌⽴即与反应器内的料液达到完全均匀混合，输出的产物其浓度和成分与反应器内的物料相同(3)推流型反应器（PF）反应器内的物料仅以相同流速平⾏流动，⽽⽆扩散作⽤，这种流型唯⼀的质量传递就是平⾏流动的主流传递答:在⽔处理⽅⾯引⼊反应器理论推动了⽔处理⼯艺发展。

在化⼯⽣产过程中，反应器只作为化学反应设备来独⽴研究，但在⽔处理中，含义较⼴泛。

许多⽔处理设备与池⼦都可作为反应器来进⾏分析研究，包括化学反应、⽣物化学反应以⾄物理过程等。

例如，氯化消毒池，除铁、除锰滤池、⽣物滤池、絮凝池、沉淀池等等，甚⾄⼀段河流⾃净过程都可应⽤反应器原理和⽅法进⾏分析、研究。

介绍反应器概念，⽬的就是提供⼀种分析研究⽔处理⼯艺设备的⽅法和思路。

7.为什么串联的CSTR型反应器⽐同容积的单个CSTR型反应器效果好？答：因为使⽤多个体积相等的CSTR型反应器串联，则第⼆只反应器的输⼊物料浓度即为第⼀只反应器的输出物料浓度，串联的反应器数愈多，所需反应时间愈短，理论上，当串联的反应器数N趋近⽆穷时，所需反应时间将趋近于CMB型和PF型的反应时间。

水质工程学（一）复习资料一、名词解释1.淡化和除盐淡化指高含盐水经过局部除盐后，变为生活及生产用的淡水过程；除盐指淡化水进一步的除盐过程。

2.电渗极化与浓差极化电渗析极化指操作电流达到某一定值时，在膜界面处引起水的电离，H＋和OH－分别透过阳、阴膜来传递电流，这种膜界面现象称为极化现象。

浓差极化指在膜分离过程中，水连同小分子透过膜，而大分子溶质则被膜所阻拦并不断累积在膜表面上，使溶质在膜面处的浓度高于溶质在主体溶液中的浓度，从而使溶质从膜表面向着主体溶液进行反扩散。

3.强制滤速一个或二个滤池停产检修时，其它滤池超过正常负荷下的滤速。

4.折点加氯加氯量超过点需要量时称为折点加氯，此时所增加的是自由性余氯。

5理想沉淀池①颗粒处于自由沉淀状态；②水流沿着水平方向流动，各点流速相等；③颗粒沉到池底即认为已被去除，不再返回水流中。

6.交联度①树脂中交联剂所占重量百分率；②是树脂的结构骨架；③交联度的大于与树脂的含水量、溶胀度、机械强度、交换容量均有直接关系。

7.混凝和凝聚混凝指水中胶体等微粒通过凝聚和絮凝两个过程结成絮状大颗粒过程；凝聚指水中胶体颗粒间的斥力，由于物理或化学的某种效应而部分地或全部地去除掉，颗粒从而可能粘结在一起的现象或过程。

8.等速过滤与减速过滤滤池进水量保持不变，亦即滤速不变时，称等速过滤；滤池随时而逐渐减小的过滤过程称减速过滤。

二、问答题1.分析说明斜板沉淀池表面负荷与其截留速度是否相等。

不等。

斜板沉淀池是在浅池理论指导下，把多层沉淀池底板做成一定倾角，以利排泥，使沉淀面积大大增加。

2.水中PH值对氯消毒有何影响？①Cl2+H2O⇔HOCl+HCl HOCl⇔OCl-+H+②PH>9, OCl-近100%；PH<6, OCl-近100%；PH=7.54时，两者大致相等。

③起消毒作用的主要是HOCl3.分别图示高浊度水、中浊度水、低浊度水工艺流程？（1）原水→预沉或沉砂池－→混合→反应→沉淀→滤池→清水池澄清→二级泵站→用户↓混凝剂↓消毒剂（2）原水→混合→沉淀→滤池→清水池→二级泵站→用户。

混凝：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。

混凝包括凝聚和絮凝两个步骤，凝聚是指使胶体脱稳并聚集为微絮粒的过程，而絮凝则指微絮粒通过吸附、卷带和桥连而成长为更大的絮体的过程。

混凝去除对象：胶体及部分细小的悬浮物。

混凝目的：投加混凝剂使胶体脱稳，相互凝聚生长成大矾花，以便在后续沉淀工艺中去除。

混凝的原理：压缩双电层，吸附电中和作用，吸附架桥作用，网捕——卷扫作用。

压缩双电层：根据DLVO理论，加入电解质对胶体进行脱稳。

起聚沉作用的主要是反离子，反离子的价数越高，其聚沉效率也越高。

不能解释：1.混凝剂投加过多，混凝效果反而下降；2.与胶粒带同样电号的聚合物或高分子混凝效果好。

压缩双电层：理论上电位=0，等电状态效果最好，实际上只需电位临近于0.吸附—电中和作用：这种现象在水处理中出现的较多。

指胶核表面直接吸附异号离子、异号高分子、异号胶粒等，来降低电位、减少静电斥力，有利于颗粒接近而互相吸附。

其特点是：当药剂投加过多时，电位可反号，此为“吸附—电性中和作用机理”。

铝系：适宜PH：5.5~8 铁系：适宜PH：5~11，但腐蚀性强。

铝盐作混凝剂时，运输方便，操作简单，混凝效果较好，但水温低时，硫酸铝水解困难，形成的絮凝体较松散，混凝效果变差。

铁盐作混凝剂时，其优点是易溶解，形成的絮凝体比铝盐絮凝体密实，沉降速度快，处理低温、低浊水时效果优于硫酸铝，适用的PH值范围较宽，投加量比硫酸铝小。

铁盐形成的絮体比铝盐絮体密实，但腐蚀性强，有颜色。

机理：吸附电中和与吸附架桥协同作用。

铝盐和铁盐作为混凝剂在水处理过程中发挥以下三种作用：1.Al3+或Fe3+和低聚合度高电荷的多核羟基配合物的脱稳凝聚作用2.高聚合度羟基配合物的桥连絮凝作用3.以氢氧化物沉淀形态存在时的网捕絮凝作用混凝动力学：异向絮凝：由布朗运动造成的碰撞，主要发生在凝聚阶段。

絮凝速率只与颗粒数量有关，而与颗粒粒径无关。

同向絮凝：由水力或机械搅拦产生。