水质工程学(Ⅰ)例题、思考题、习题答案

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.8。

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。

第一篇废水处理总论一、思考题1、废水处理都包括哪些内容？2、什么是水的自然循环和社会循环？3、废水的水质指标都有哪些？各有什么含义？4、如何测定BOD5？有什么工程意义？5、什么是氧垂曲线？有什么工程意义？6、如何确定废水的处理程度？7、废水处理方法都有哪些？8、简述城市和工业废水处理的典型工艺流程。

第二篇废水的物化处理理论与技术一、思考题1、简述格栅的基本形式和格栅的设计计算要点；2、简述筛网的作用和设计布置原则；3、如何计算水质水量调节池的容积；4、水质水量调节池的布置方式；5、沉淀的分类与特点：自由、絮凝与拥挤沉淀；6、用自由沉淀的理论描述方法----Stokes公式，注意Re的适用范围；7、颗粒沉淀试验方法与沉淀效率计算方法----（不同沉淀类型）；8、简述表面负荷（q）与截留速率u0的关系，沉淀池大小计算方法；9、理想沉淀池的工作模型与工艺计算----表面负荷（q）与截留速率u0的关系，沉淀池大小计算；10、区别沉淀池的类型、构造、特点和工作原理----平流式、竖流式、辐流式、斜流式；11、除油的和破乳的原理、工作过程和工艺设计；12、离心分离的原理和主要工艺形式；13、什么是MBR？说明其原理、工艺形式和技术特点；14、简述混凝、吸附、离子交换和萃取在废水处理中的作用原理和工艺特点；15、说明废水的氧化还原处理的技术原理、方法和工艺特点；二、练习题第三篇废水的生物处理理论与技术一、思考题1、从工艺流程、工艺参数、平面布置等角度简单描述一个你所了解的城市污水处理厂（可以是你所在城市的污水厂，也可以是你曾参观过的污水厂）。

2、试比较“生物膜法”和“膜生物反应器”中的“膜”有何不同？3、请简述Orbal氧化沟的基本概念。

4、试简述影响废水好氧生物处理的主要因数。

5、在一个启动运行不久的处理厌氧反应器出水的活性污泥工艺中，由于负荷较低，曝气池内的溶解氧较高，结果发现污泥在二沉池中有上浮的现象；从曝气池中取混合液测定其SV时发现污泥的沉降很好，但0.5-1.0小时后，即出现污泥成团上浮；镜检观察未发现有大量丝状菌；试分析其可能的原因并给出解决对策。

⽔质⼯程学Ⅰ思考题答案参考答案第1章⽔质与⽔处理概论⼀、选择题1、 ABDE2、 ABCE3、 ABC第2章⽔的处理⽅法概论⼀、问答题1、答：CMB 型反应器的假定条件是整个反应器是⼀个封闭系统，在反应过程中不存在由物质的迁移⽽导致的物质输⼊和输出，且恒温操作。

CSTR 反应器假定反应器内的物料完全均匀混合且与输出⽣产物均相同等温操作。

PF 反应器假定反应器内的物料仅以相同流速平⾏流动，⽽⽆扩散作⽤。

唯⼀的质量传递就是平⾏流动的主流传递。

理想反应器虽不能完全准确地描述反应器内所进⾏的实际过程，但可以近似反映真实反应器的特征。

⽽且，由理想反应器模型可进⼀步推出偏离理想状态的实际反应器模型。

2、答：三种理想反应器的容积和物料停留时间根据反应器内物料衡算求得。

CMB 型反应级平均停留时间 0)(10i c c k- 1 ic c Ln k 01 2 )1(100-ic c kc n （n ≠1） ]1)[()1(11010----n in c c c n k CSTR 型 0 )(10i c c k- 1 )1(10-ic c k 2 )1(10-ii c c kc n （n ≠1） )1(101--i n ic c kc PF 型 0 )(10i c c k- 1 i c c Ln k 012)1(100-ic c kc n （n ≠1） ]1)[()1(11010----n i n c c c n k 其中：c 0为进⼝物料浓度；C i 为平均停留时间t 时的物料浓度；K 为反应速率常数。

3、解：设原有细菌密度为c 0，t 时后尚存活的细菌密度为c i ，被杀死的细菌密度则为c 0-c i ，根据题意，在t 时刻，%5.990 =-c c c i o c i =0.005c 0，细菌被灭速率等于活细胞减少速率，于是，i i i c kc c r 85.0)(-=-=，代⼊公式，得： 2.6)/005.0(85.010=-=i c c Ln t 所需消毒时间为6.2分钟。

水质工程学（上）例题、思考题、习题第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。

2.各种典型水质特点。

3.《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006) 分类指标。

第2章水的处理方法概论1.水的主要物理化学处理方法。

2.反应器原理用于水处理有何作用和特点？3. 反应器的类型。

4.典型给水处理工艺流程。

第3章凝聚和絮凝例题1.设已知K＝5.14×10-5，G＝30s-1。

经过絮凝后要求水中颗粒数量浓度减少3/4，即n0/n M=4，试按理想反应器作以下计算：1）采用PF型反应器所需絮凝时间为多少分钟？2）采用CSTR反应器（如机械搅拌絮凝池）所需絮凝时间为多少分钟？3）采用4个CSTR型反应器串联所需絮凝时间为多少分钟？解：1）将题中数据代入公式得：t＝ln4/(5.14×10-5×30)＝899s＝15min2）将题中数据代入公式得：t＝（4-1）/(5.14×10-5×30)＝1946s＝32min3）将题中数据代入公式得：t＝（41/4-1）/(5.14×10-5×30)＝269s总絮凝时间T＝4t＝4×269＝1076s＝18min由此可知，推流型絮凝池的絮凝效果优于单个机械絮凝池，但采用4个机械絮凝池串联时，絮凝效果接近推流型絮凝池。

2. 某地表水源的总碱度为0.2mmol/L。

市售精制硫酸铝（含Al2O3约16％）投量为28mg/L。

试估算石灰（市售品纯度为50％）投量为多少mg/L。

解：投药量折合Al2O3为28mg/L×16％＝4.48mg/L，Al2O3分子量为102，故投药量相当于4.48/102=0.044 mmol/L，剩余碱度取0.37 mmol/L，则得：[CaO]=3×0.044－0.2+0.37＝0.3 mmol/LCaO分子量为56，则市售石灰投量为：0.3×56/0.5=33 mg/L。

水质工程学（上）例题、思考题、习题第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。

地下水：悬浮物、胶体杂质在土壤渗流中已大部分被去除，水质清澈，不易受外界污染和气温变化的影响，温度与水质都比较稳定，一般宜作生活饮用水和冷却水。

水质工程学（Ⅰ）综合练习题一、选择题1、《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）中规定，管网末端出水浊度值应为（）NTU左右。

A、3B、2C、1D、0.52、下列因素中，不属于混凝机理的是（）。

A、混凝剂水解B、电性中和C、吸附架桥D、卷扫网捕3、下列物质中，（）为水处理常用混凝剂。

A、硫酸铝B、磺化煤C、活性炭D、沸石4、絮凝工艺中，在机械搅拌、水力搅拌等外力作用下产生的絮凝称为（）。

A、异向絮凝B、同向絮凝C、结团絮凝D、接触絮凝5、下列因素中，对于絮凝速率影响最小的是（）。

A、颗粒粒径B、颗粒浓度C、水的pH值D、搅拌强度6、下列絮凝池中，设计停留时间最短的是（）。

A、隔板絮凝池B、折板絮凝池C、机械搅拌絮凝池D、小网格絮凝池7、下列公式中，不能用于计算颗粒在静水中沉降速度的是（）。

A、斯托克斯公式B、牛顿公式C、肯奇公式D、阿兰公式8、平流沉淀池设计计算中，雷诺数（Re）校核是为了控制（）。

A、水平流速B、截留沉速C、水流流态D、重力影响9、斜板、斜管沉淀池倾角一般取（），倾斜方向与进水方向（）。

A、30°，相同B、30°，相反C、60°，相同D、60°，相反10、下列情况下，对澄清池接触絮凝区工作稳定性影响最小的是（）。

A、池内气泡的积聚B、原水浓度的增大C、处理负荷的突然增大D、加药量的突然增大11、与随机絮凝相比，结团絮凝工艺的优势在于（）。

A、提高了絮凝速率B、提高了絮体有效密度C、降低了加药量D、降低了出水浊度12、下列机理中，不属于颗粒迁移机理的是（）。

A、截留B、沉淀C、网捕D、扩散13、滤池过滤周期与（）无关。

A、滤速B、原水水质C、单池面积D、滤层水头损失14、滤池反冲洗中，当滤料开始流态化之后，反冲洗流速的继续增大不会增大（）。

A、水头损失B、滤层膨胀度C、空隙率D、最小流态化冲洗流速15、下列滤池配水系统中，应用于大阻力配水系统的是（）。

第1章水质与水处理概论一、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。

第3章凝聚和絮凝一、选择题1．混合阶段要求快速剧烈，通常不超过（）A. 5分钟B. 2分钟C. 1分钟D. 30秒2．破坏胶体的稳定性可采用投加（）A. 氧化剂B. 食盐C. 消毒剂D. 混凝剂3．胶体稳定性的关键是（）A. 动力学稳定性B. 聚集稳定性C. 水化膜D. 范德化力作用4．异向絮凝是由下列因素造成的颗粒碰撞（）A. 布朗运动B. 机械C. 水力D. 水泵5．影响混凝效果的水力控制参数是（）A. 流量QB.流速υC. 水温TD. 速度梯度G6．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. 表面积大D. 表面水化膜E. 双电层结构7．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C. 颗粒直径D. 絮凝时间E. 搅拌方式8．影响混凝效果的主要因素为（）A. 水温B. 水的PHC. 水的碱度D. 水的流速E. 水中杂质含量9．在机械絮凝池中，颗粒碰撞主要靠（）提供能量A.机械搅拌器B. 自身能量消耗C. 水平流速 D . 布朗运动10．压缩双电层与吸附电性中和作用的区别在于（）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C. 使速度梯度减小 D . A、B、C都有二、名词解释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？2、试写出常用的三种混凝剂及一种有机高分子混凝剂。

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第一章水质与水质标准填空题:1、水的循环包括：和。

2、按水中杂质的尺寸，可以将杂质分为、、三种。

3、含磷物质存在形式:、、 ;溶解性的磷：、、；悬浮性的磷：。

4、按处理程度污水处理分为:、、 .5、污水的最终出路：、、。

6、城市污水：包括以下四部分、、、 .7、污水复用分:、。

8、有直接毒害作用的无机物：、、、、、。

9、生活饮用水的水质指标可分为、、、四类。

10、通常采用、、、等水质指标来表示水质耗氧有机物的含量。

名词解释：1、合流制2、分流制3、 BOD4、 COD5、 TOC6、 TOD7、总残渣、总固体或叫蒸发残渣8、水体富营养化（eutrophication ）的定义 9、水环境容量 10、水体自净问答题：1、污水中含氮物质的分类及相互转换2、什么是水体自净？为什么说溶解氧是河流自净中最有力的生态因素之一?3、在研究水体污染问题时，为什么除毒物外，还要考虑溶解氧和生化需氧量这两个问题？在进行水体自净的计算时，关于溶解氧一般是以夏季水体中不低于 4mg/L为根据的,但在北方严寒地区,对于溶解氧的要求往往提高，这是什么原因？4、进行水体污染的调查，主要应采取哪些步骤？5、什么是水体富营养化？富营养化有哪些危害？6、 BOD 的缺点、意义？7、什么是“水华"现象?8、什么是“ 赤潮 " 现象？9、氧垂曲线的意义，使用时应主意哪些问题?10、写出氧垂曲线的公式,并图示说明什么是氧垂点.11、河水：最旱年最旱月平均时流量（保证率 95% ）(水速为0.25m/s)，生化需氧量=3mg/L，亏氧量Da〈10％，水温T=20，耗氧常数，复氧常数。