水污染控制工程课后习题第十六章.docx

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水污染控制工程课后习题第十六章

第十六章

1什么事生物膜？

它有哪些特点？

答：

生物膜是一种膜状生物污泥，由细菌、真菌、藻类、原生动物和后生动物组成的生物群落，附着于滤料或某些载体上生长发育而成的。

特点：

（1）结构特点：

①生物膜是高度亲水物质②生物膜具有好氧和厌氧双层结构③生物膜及水层之间存在多种传质过程

（2）生物特点：

①微生物种类具有多样性②生物的食物链很长

（3）工艺特点：

①抗冲击负荷能力强②产泥量少，运行管理方便③污泥沉降性能良好④容积负荷有限

2生物膜的形成过程、更新方式和传质原理。

答：

（1）形成过程：

生物膜的形成一般要经历五个阶段：

①可逆接触阶段细胞在载体表面的可逆粘附，利用鞭毛、纤毛和菌丝等胞外细胞器和外层膜蛋白粘附于载体表面。

②不可逆接触阶段细菌通过分泌的胞外多聚物增强细胞和载体之间的粘附③菌落形成阶段粘附在载体表面的细胞分裂，小菌落的形成。

该过程菌落明显增大，胞外多聚物量增多并形成一层水凝胶覆盖在细胞表面。

④生物膜的成熟阶段粘附小菌落成长为具有三维结构的成熟生物膜⑤生物膜的脱落阶段由于生物膜的老化，部分细胞从生物膜上脱落。

（2）生物膜的更新方式：

随着生物的成熟，生物膜的厚度不断增加，氧气不能透入的内部深处将转为厌氧状态，形成厌氧膜；随着厌氧反应的进行，厌氧代谢产物不断增多，导致厌氧膜和好氧膜之间的平衡被破坏；厌氧产生的气态物质不断逸出，减弱了生物膜在填料上的附着能力，导致老化的生物膜不断脱落。

老化的生物膜脱落之后，新的生物又逐渐生长起来。

（3）传质原理：

由生物膜的结构可知，空气中的氧气先溶于流动水层中，再通过附着水层传递给生物膜，供微生物新陈代谢；污水中的有机物由流动水层扩散进入生物膜，并通过微生物的降解作用得到净化，同时产生的代谢产物由流动水层带走；一些气态产物通过水层逸出，进入到空气中。

5什么叫回流？

回流在高负荷生物滤池系统运行中有何意义？

答：

（1）在高负荷生物滤池系统运行中，回流是指把处理达标的一部分水通过回流设备与原污水按一定比例混合，使进水水质满足系统处理要求。

（2）意义：

处理水回流可以均化和稳定进水水质，加大水力负荷，即使冲刷过厚和老化的生物膜，加速生物膜更新，抑制厌氧层发育，使生物膜保持较高的生物活性；同时，抑制滤池蝇的国度滋长，减轻发散的臭味。

10简述生物流化床与其他生物膜法工艺的异同，说明其优越性。

答：

老师，这题真做不出来，求老师答疑

第十七章

1试简述厌氧生物处理的基本原理，影响厌氧处理的主要因素有哪些？

答：

（1）基本原理：

复杂的大分子、不溶性有机物在胞外酶作用下水解为小分子和溶解性有机物，渗入到细胞体内后，在发酵细菌的作用下，分解产生高级脂肪酸、醇和醛类等；产氢产乙酸菌将各种高级脂肪酸、醇和醛类等降解为乙酸转化为甲烷和二氧化碳和氢气，在降解奇数碳时还形成二氧化碳；产甲烷菌将前面过程产生的乙酸、氢气、和二氧化碳。

（2）主要影响因素：

①温度温度对厌氧细菌的影响尤为显著，主要是通过对厌氧微生物细胞内酶的活性的影响而影响微生物的生长速率和对基质的代谢速率，进而影响到污水厌氧处理工艺中污泥产量，有机物的去除率和反应器的处理负荷；另外，温度还会影响生化反应过程中中间产物的形成及各种物质在水中的溶解度，进而影响到沼气的产量和成分。

中温甲烷菌的适宜温度范围为：

30～36℃，高温甲烷菌的适宜温度范围为：

50～53℃，中或高温厌氧处理允许的温度变化范围为：

+1.5～2.0℃。

②pH值和酸碱度不适应厌氧微生物生长的pH值和酸碱度会影响厌氧微生物的活性及污水处理效果，影响出水水质，为了满足厌氧微生物的生长代谢要求，处理系统中，pH值一般保持在6.5～7.5，HCO-3碱度保持在2000～5000mg/L（以碳酸钙计），挥发酸为200～400mg/L（以HAc计）

③氧化还原电位不同的厌氧消化系统对烟花还原电位的要求也不一样，在厌氧发酵过程中，不产甲烷菌对氧化还原电位要求不甚严格，可在+100～-100mV的环境中正常生长活动；而产甲烷菌的最适宜氧化还原电位为-350～-400mV。

④营养比为了满足厌氧微生物的正常代谢营养要求，控制进入厌氧反应器的C、N、P比例为C:

N:

P=200～300:

5:

1⑤有毒物质有毒性是相对的，当一些物质浓度达到一定值时，就会显现毒性，对微生物产生抑制作用，低于这个值时，则不会显现毒性。

某些物质的度阈值浓度

物质名称

毒阈浓度界限（mg/L）

物质名称

毒阈浓度界限（mg/L）

碱金属及碱土金属Ca2+、Mg2+、Na+、K+

10-1～10+5

胺类

10-5～1

重金属Cu2+、Ni2+、Zn2+、Hg2+、Fe3+

10-5～10-3

有机物

10-6～1

H+、OH-

10-6～10-4

⑥水力停留时间它直接影响着反应器的运行稳定性和高效性。

它对厌氧工艺的影响是通过上升流速来体现的。

在UASB反应器中，一般控制反应区内的平均上升流速不低于0.5m/h，设计推荐制为1.25～3m/h。

⑦有机负荷有机负荷是影响厌氧消化的重要因素之一，直接影响产气量和处理效率。

在一定的范围内，随着有机负荷的提高，单位重量物料的产气量趋于下降，而反应器的容积产气量则增加，反之亦然。

在处理常规的有机工业污水时，一般厌氧工艺的进水有机负荷为5～10kgBOD5/（m3·d）,有的高达50kgBOD5/（m3·d）。

7简述厌氧接触工艺的优缺点。

对其缺点应如何改进？

答：

（1）厌氧接触的优点：

①消化池污泥浓度达到5～10gVSS/L，耐冲击负荷能力强。

②与普通厌氧法相比，该工艺减少了出水微生物的浓度。

③适合处理悬浮物浓度、有机物浓度高的污水。

（2）缺点：

从厌氧反应器中排除的混合液中的污泥由于附着大量气泡，在沉淀池中易于上浮到水面而被出水带走，此外，进入沉淀池的污泥仍有产甲烷菌的活动，并产生沼气，使已沉淀的污泥上翻，引起固液分离不佳。

（3）对于这些问题采取的措施：

①在消化池和沉淀池之间设置真空脱气器，但不能抑制产甲烷菌在沉淀池的内继续产甲烷。

②在消化池和沉淀池之间设置冷却器，使温度从35℃降到15℃，以抑制产甲烷菌在沉淀池内的活动。

③向混合液中投加混凝剂，提高沉淀效果。

④用超滤器代替沉淀池，以提高固液分离。

8简述升流式厌氧滤池的特点。

答：

升流式厌氧生物滤池内可以保持很高的微生物浓度，因此有机负荷率高，适合处理含悬浮物浓度较高的有机废水；微生物停留时间长，因此，耐冲击负荷能力强；不需要回流污泥，耗能低；设备简单，操作管理方便；出水悬浮物浓度低；升流式厌氧生物滤池底部易于堵塞；污泥浓度沿深度分布不均匀，上部滤料不能充分利用。

9UASB由哪几部分构成？

简述UASB的特点。

答：

（1）UASB主要由以下几部分组成：

①进水配水系统：

负责把污水均匀分配到反应器的很断面上，使有机物能在反应区均匀分布，有机遇污水与微生物充分接触；②反应区颗粒污泥区污泥浓度40～80mg/L悬浮污泥区污泥浓度10～30mg/L；③三相分离器：

由沉淀区/回流缝和气封组成，其主要功能是气液分离、固液分离和污泥回流；④气罩：

主要是收集产生的沼气；⑤污水排除系统：

其功能是将沉淀区水面上的处理水，均匀地加以收集，排除反应器；⑥浮渣清除系统：

其功能是清除沉淀区表面和气室表面的浮渣；⑦排泥系统：

起作用时均匀地排除反应区的剩余污泥。

（2）特点：

①实现了污泥的颗粒化；②容积负荷率高，处理效率高；③实现了SRT与HRT的分离；④实现固、液、气分离的一体化；⑤设备简单，运行管理方便，无需设置沉淀池和污泥回流装置。

10EGSB与UASB的区别？

答：

与UASB相比，EGSB有以下几个显著的特点：

①能在高负荷下取得稿处理效率，尤其在低温条件下对有机污水的处理；②反应器内维持很高的水流表观上升流速。

在UASB反应器中液流上升流速为1m/h，而EGSB反应器中液流上升的流速可达3～10m/h，最高可达15m/h；③采用的高径比更大；④EGSB反应器中颗粒污泥沉降性能更好，机械强度更大；⑤EGSB反应器对布水要求较为宽松，但对三相分离器要求较严格。

EGSB采用处理水回流技术。

13简述两项厌氧工艺的特点，并说明其适合处理哪类污水。

答

（1）特点：

①两相厌氧消化工艺将产酸菌和产甲烷菌分别置于两个反应器内，并为它们提供了最佳的生长和代谢条件，使它们能够发挥各自最大的活性，较单相厌氧消化工艺的处理能力和效率大大提高；②反应器的分工明确，产酸反应器对污水进行预处理，不仅为产甲烷反应器提供了更适宜的基质，还能够解除或降低水中的有毒物质如硫酸根、重金属离子的毒性，改变难降解有机物的结构，减少对产甲烷菌的毒害作用和影响，增强了系统运行的稳定性；③产酸相的有机负荷率高，缓冲能力较强，因而冲击负荷造成的酸积累不会对产酸相有明显的影响，也不会对后续的产甲烷相造成危害，提高了系统的抗冲击能力；④产酸菌的世代时间远远短于产甲烷菌，产酸菌的产酸速度高于产甲烷菌降解酸的速率，产酸反应器的体积总是小于产甲烷反应器的体积；

（2）两相厌氧工艺适于处理高浓度有机污水、悬浮物浓度很高的污水、含有毒物质及难降解物质的工业废水和污泥。

第十八章

好氧塘污水净化原理。

答：

塘内存在着菌、藻和原生动物的共生系统。

有阳光照射时，塘内的藻类进行光合作用，释放出氧，同时，由于风力的搅动，塘表面还存在自然复氧，二者使塘水呈好氧状态。

塘内的好氧型异养细菌利用水中的氧，通过好氧代谢氧化分解有机污染物并合成本身的细胞质（细胞增殖），其代谢产物则是藻类光合作用的碳源。

藻类光合作用使塘水的溶解氧和pH值呈昼夜变化。

白昼，藻类光合作用释放的氧，超过细菌降解有机物的需氧量，此时塘水的溶解氧浓度很高，可达到饱和状态。

夜间，藻类停止光合作用，且由于生物的呼吸消耗氧，水中的溶解氧浓度下降，凌晨时达到最低。

阳光再照射后，溶解氧再逐渐上升。

好氧塘的pH值与水中CO2浓度有关，受塘水中碳酸盐系统的CO2平衡关系影响。

第二十章

1何为硝化反应与反硝化反应？

简述硝化反应与反硝化反应的影响因素有哪些。

答：

（1）硝化反应：

硝化反应是指在好氧条件下，通过硝化菌的作用将氨氮氧化为硝酸盐氮的过程，它包括亚硝化反应和硝化反应。

（2）反硝化反应：

反硝化反应是指在缺氧条件下，由反硝化细菌将亚硝酸盐和硝酸盐还原为气态氮的过程。

（3）硝化反应影响因素：

①温度温度不仅影响硝化菌的比增长率，而且影响硝化菌的活性。

硝化反应的适宜温度为20～30℃；②pH值硝化菌对pH值变化十分敏感，为了适宜硝化菌的生长繁殖，一般建议pH=8.0～8.4；③溶解氧硝化反应时好氧反应，所以溶解氧浓度不能低于1.0mg/L；④泥龄为了使硝化菌能够在连续流反应器中存活，微生物在反应器中停留时间必须大于自养型硝化菌的最小世代时间，一般要求为硝化菌最小世代时间的2倍以上。

⑤重金属及有毒物质为了保证硝化反应的效果，对进水中NH+4-N、NO-2、NO3-、BOD5及重金属离子的浓度要严格要求，控制在危害范围内。

（4）反硝化反应影响因素：

①温度反硝化效果随温度的变化而变化，反硝化反应的适宜温度为30～35℃；②pH值pH值是反硝化的重要影响因素，最适宜反硝化菌的pH=6.5～7.5；③溶解氧反硝化菌是兼性细菌，在同时存在分子态氧和硝酸盐态氧是优先进行有氧呼吸。

因此，为使反硝化反应的正常进行，应保持反应在缺氧状态下运行，一般要求溶解氧浓度保持在0.5mg/L以下；④碳源一般认为，污水中BOD5/TN值为3～5时，可以认为碳源充足，无需外加碳源；当污水中污水中BOD5/TN值小于3～5时，需另行投加有机碳源，目前使用最多的碳源是甲醇。

2叙述A/O法脱氮机理，画出A/O法的工艺流程图。

答：

（1）A/O法脱氮机理：

在好氧池中，污水有机氮在氨化菌的作用下转化为氨氮，在有氧条件下，硝化菌将氨氮氧化为硝态氮，通过内回流系统，消化液与原污水在厌氧池混合，反硝化菌利用原污水中有机碳源进行反硝化作用，将硝态氮还原为无害化的无机物N2，排入到空气当中。

（2）工艺流程图如下：

4简述生物除磷的影响因素有哪些？

答：

①温度温度对除磷影响效果不明显，一般在5～30℃范围内，都可以取得较好的除磷效果；②pH值除磷过程适宜pH=6～8；③溶解氧　溶解要的影响主要有两方面：

一是在聚磷菌释磷的厌氧反应器中，应保持绝对的厌氧条件，即使是化合态的氧也不允许存在；二是在聚磷菌摄磷的好氧反应器中，则应保持充足的溶解氧浓度，这样才可满足聚磷菌对其储存的的ＰＨＢ进行降解，释放足够的能量供其过量摄磷。

，一般要求厌氧段溶解氧浓度保持在0.2mg/L以下，而好养段的溶解氧浓度保持在2.0mg/L左右；④泥龄生物除磷主要是通过排除剩余污泥而去除磷。

泥龄越长，污泥处于厌氧状态，聚磷菌就会内源呼吸释放其中的磷，除磷效果降低；短泥龄可取得较好的除磷效果，同时还可以控制过度的硝化作用，继而防止回流时过量硝态氮带入厌氧段而影响充分释磷；⑤NO3--N和NO2--N浓度NO3--N和NO2—N存在会助长反硝化细菌的生长，一反面会和聚磷菌争夺碳源，抑制聚磷菌的生长；另外一方面，某些生物聚磷菌会以硝态氮作为电子受体进行反硝化作用，从而影响发酵产酸过程。

两方面的影响使得聚磷菌的聚磷和摄磷都不能彻底，进而影响除磷效果；⑥BOD5和有机物性质较高的BOD5负荷可以取得较好的除磷效果，其低限值是ＢＯＤ比ＴＰ大于等于15.污水中是否含有足够的易降解有机质提供给聚磷菌合成ＰＨＢ，关系到聚磷菌在厌氧条件下能否顺利生存的重要因素。

5说明A/O生物除磷工艺的特点及存在的问题。

答：

（1）A/O工艺特点：

①效率高。

该工艺对废水中的有机物，氨氮等均有较高的去除效果。

当总停留时间大于54h，经生物脱氮后的出水再经过混凝沉淀，可将COD值降至100mg/L以下，其他指标也达到排放标准，总氮去除率在75%左右；②流程简单，投资省，操作费用低。

该工艺是以废水中的有机物作为反硝化的碳源，故不需要再另加甲醇等昂贵的碳源；③缺氧反硝化过程对污染物具有较高的降解效率；④容积负荷高。

由于硝化阶段采用了强化生化，反硝化阶段又采用了高浓度污泥的膜技术，有效地提高了硝化及反硝化的污泥浓度，与国外同类工艺相比，具有较高的容积负荷；⑤ 缺氧/好氧工艺的耐负荷冲击能力强。

当进水水质波动较大或污染物浓度较高时，本工艺均能维持正常运行，故操作管理也很简单。

（2）存在的问题：

①由于没有独立的污泥回流系统，从而不能培养出具有独特功能的污泥，难降解物质的降解率较低；②、若要提高脱氮效率，必须加大内循环比，因而加大了运行费用。

另外，内循环液来自曝气池，含有一定的DO，使A段难以保持理想的缺氧状态，影响反硝化效果，脱氮率很难达到90％。

8绘图说明A2/O同步脱氮除磷的工艺流程，说明各反应器的主要功能及该工艺流程存在的主要问题。

答A2/O同步脱氮除磷工艺流程图如下所示：

（2）各反应器的主要功能：

①厌氧池：

其主要的功能是释磷，使污水中磷的浓度升高，溶解性有机物被微生物吸收利用使污水中BOD5浓度下降；另外，NH4-N因细胞合成浓度下降；②缺氧池：

反硝化菌利用污水中的有机物作为碳源，将回流混合液中带入的大量NO3--N和NO2—N还原为N2释放至空气中，因此BOD5浓度下降，NO3--N浓度大幅度下降；③好氧池：

有机物被微生物继续生化降解而减少；有机氮被氨化、硝化，因此NH4-N浓度显著下降；聚磷菌过量摄取磷，污水中P的含量以较快的速速下降；④沉淀池：

实现泥水分离，排除处理水，回流部分污泥至厌氧池中，排除剩余污泥。

（3）存在的主要问题：

工艺脱氮效果受混合液回流比大小的影响，一般要求较大的回流比比保证好氧池的硝化作用；同时，除磷效果受回流污泥中夹带的DO和硝态氧的影响；另外，硝化菌需要较长的泥龄繁殖，而聚磷菌吸收磷后应尽快排放，因而很难同时达到较好的脱氮除磷效果。

设计题一

根据进水水质及出水水质的要求，设计如下废水处理流程：

排出的废水收集后经粗细两道格栅，去除较大悬浮物后，进入调节池。

在调节池内，底部设置曝气穿孔管采用空气搅拌进行调节。

废水经均质均量后，由提升泵提升到水解酸化池，水解酸化池内设置弹性填料，提供厌氧细菌的生长环境，提高厌氧污泥的去除效率。

在水解酸化池停留较长时间，一方面去除了污水中的污染物，另一方面也减轻了后续处理的负荷，提高了污水的可生化性，并提高了处理效率。

废水经水解酸化池后进入缓冲池，缓冲池进行缓冲处理，再到接触氧化池，接触氧化池内设置组合填料，提供活性污泥的生长环境，增大废水与活性污泥的接触面积，提高对有机物的去除效率，在鼓风曝气提供充足氧源的情况下，好氧微生物通过吸收废水中的有机质实现自身的新陈代谢等生命活动，同时废水中的有机质得到充分去除，填料上脱落下来的生物膜（污泥）与废水一起进入二级接触氧化池内；废水在二级接触氧化池中进一步处理，混合废水在二级接触氧化池内进一步强化处理后，废水内的有机污染物基本被完全消解，二级接触池出水进入混凝反应池，在混凝反应池进水端投加混凝剂，混凝剂与废水在混凝反应池内充分混合反应，而后进入沉淀池进行固液分离。

沉淀池部分污泥回流至水解酸化池和接触氧化池，剩余污泥排放进污泥浓缩池，经沉淀池处理的废水自流入脱色池，往脱色池内加入脱色剂进一步去除废水中的色度后，达标清水外排。

剩余污泥进入污泥浓缩池内进行浓缩处理，然后由污泥螺杆泵打入板框压滤机进行脱水处理，滤液回流到调节池内，泥饼由运泥车外运卫生填埋或锅炉焚烧处理。

设计题二

根据进水水质及出水水质的要求，设计如下废水处理流程：

废水本身含有机质多、浓度高且悬浮物含量大,可生化性好,同时本工程出水排放标准要求较高。

考虑到以上因素,本工艺选用化学处理与生物处理相结合的处理方式。

化学处理即通过投加化学药剂去除悬浮物、胶体物质及部分有机物。

针对废水本身有机物浓度高的特点,生化处理采用厌氧－好氧相结合的生物处理工艺。

原生产废水经格栅截留大块漂浮物后,进入调节沉淀池均匀调节水质与水量,并对废水进行沉淀处理。

调节池出水提升进入UASB反应器,在产酸菌和产甲烷菌的作用下,将大部分的有机物分解为有机小分子物质和甲烷,剩余污泥进入集泥池。

UASB反应器的出水自流进入两段接触氧化池,进行好氧生物处理。

两段接触氧化工艺是在活性污泥法与普通生物膜法的基础上发展起来的一种新型废水处理技术,它兼有活性污泥法和普通生物膜法两种工艺的优点,同时克服了活性污泥法需要污泥回流和普通生物膜法生物菌面状发育的缺点。

该工艺将传统的接触氧化池分为两段:

第一段充分利用微生物处于对数增长期的吸附特性,以低能、高负荷、快速的生物吸附和合成作用为主,称为吸附合成期;第二段在低负荷下利用微生物的氧化分解作用对废水中残留的有机物进行氧化分解以进一步改善出水水质,称为氧化分解阶段。

由于进行了合理分段,可充分发挥同类微生物种群间的协同作用,克服不同种群间的颉抗作用,故处理效率大大提高。

调节沉淀池、UASB反应器、两段接触氧化池等处理单元产生的污泥排入集泥池。

污泥经集泥池浓缩后提升进入污泥脱水间进行机械脱水,产生的泥饼定期外运,集泥池上清液及机械压滤液回流至调节沉淀池继续处理。