环工81301 李晓娜 130009115.docx
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环工81301李晓娜130009115
《环境工程实验》综合考核题
（环工81301班适用）
一、实验设计及数据处理（共50分）
1.某水厂突发事件应急预案中需要对粉末活性炭用量进行优选。
根据经验，活性炭投加量为10-24mg/L，只允许进行四次优选且投加量为整数，实验结果：
②比①好，③比②好，③比④好，③作为粉末活性炭用量最佳点。
写出优选步骤及确定粉末活性炭用量。
（本题5分）
（题中X为答题人所在组号）
解：
由题意知：
可能实验的次数m=15,F6-1＜15＜F7-1，所以在左右两端加入5个虚点，使其达到F7-1=20。
可能的试验次序
1234567891011121314151617181920
Fn数列
F0F1F2F3F4F5F6F7
1123581321
相应的投加量（mg/L）
00010111213141516171819202122232400
试验次序
X4X3X2X1
∴实验总次数为m=20,20=F7-1,再安排两个端点，分别为0点和21点，第一个实验点为Fn-1=F6，投药量为19mg/L,第二个实验点为Fn-2=F5，投药量为14mg/L，经比较，②比①好，∴去掉投药量为19mg/L的右边部分。
此时，可能实验次数m变为12次，12=F6-1符合m=Fn-1∴第1个实验点为F5=14mg/L，第2个实验点为F4=11mg/L，经比较，③比②好，再去掉14mg/L右边部分。
剩下的实验次数为7，第四个试验点应安排1-7内5的对称点4处，即投药量为10mg/L,比较得出③为最佳点，即为粉末活性炭用量为10mg/L。
2.在生化实验中，生化处理系统运行稳定后测定各项指标。
连续15天对污泥浓度的测定值如下表所示，判断测试数据中是否有离群数据。
（本题5分）
n
X
n
X
n
X
备注
1
2979
6
2639
11
2626
表中XX为学号的最后两位数
2
3315
7
3108
12
3576
3
2765
8
2672
13
3469
4
3506
9
2960
14
2706
5
2748
10
3215
15
2815
解：
用3σ法则检验：
x的平均值为3006.6
标准差σ≈336.31
极限误差Kσ=3σ=1008.93
x平均值±3σ=3006.6±1008.93即范围（1997.67，4015.53）
由于本组数据都在此范围内，所以无离群数据。
3.为了解制革废水物理化学处理的控制条件，对其加药混凝沉淀影响进行实验。
选因素、水平如下表：
因素
水平
A
加药体积（mL）
B
加药浓度（mg/L）
C
反应时间（min）
1
2
3
1
5
9
5
10
15
20
40
60
问：
（1）试排出实验方案。
（2）假设进行了9次实验，测得出水浊度（NTU）分别为1.122、1.119、1.1X4、1.0Y1、0.979、1.2Y6、0.938、0.990、0.7Y2，悬浮物（SS）去除效率（%）分别为7X、73、80、71、6Y、79、6X、69、6Y。
试分析实验结果，并找出制革废水进行混凝沉淀处理时其控制条件的较佳值组合。
（本题15分）
（题中X为学号的最后两位数的前一位，Y为学号的最后两位数的后一位）
解：
（1）排出实验方案
列号试验号
A加药体积（mL）
B加药浓度（mg/L）
C反应时间（min）
1
1
1
1
2
1
2
2
3
1
3
3
4
2
1
2
5
2
2
3
6
2
3
1
7
3
1
3
8
3
2
1
9
3
3
2
这九个实验代表了全部27个实验。
（2）该实验为三因素、三条件，所以选用L9（34）正交表
实验号
因素
评价指标
A
加药体积（mL）
B
加药浓度（mg/L）
C
反应时间（min）
空列
X
出水浊度（NTU）
Y
悬浮物（SS）去除效率（%）
1
1
5
20
0
1.122
71
2
1
10
40
0
1.119
73
3
1
15
60
0
1.114
80
4
5
5
40
0
1.051
71
5
5
10
60
0
0.979
65
6
5
15
20
0
1.256
79
7
9
5
60
0
0.938
61
8
9
10
20
0
0.990
69
9
9
15
40
0
0.752
65
指标
因素
X
A
X
B
X
C
Y
A
Y
B
Y
C
K1
3.345
3.111
3.368
224
203
219
K2
3.286
3.088
2.922
215
207
209
K3
2.680
3.122
3.031
195
224
206
K1平均
1.115
1.037
1.123
74.667
67.667
73.000
K2平均
1.095
1.029
0.974
71.667
69.000
69.667
K3平均
0.893
1.041
1.010
65.000
74.667
68.667
R
0.222
0.012
0.149
9.667
7.000
4.333
分析：
（1）按表中极差大小可见，影响因素主次顺序分别为：
指标
主次顺序
出水浊度
A-C-B
SS去除效率
A-B-C
经分析SS去除效率比水浊度更有价值指标，故影响因素主次可以定为A-B-C。
（2）去除效率越高越好，所以数值越大越好，所以A选择A1（K1Y平均=74.667max）；B选择B3（K3Y平均=74.667max）；C选择C1（C1Y平均=73max）由此得出较佳的条件为：
A=1，B=15，C=20.即最佳条件为A加药体积为1mL，B加药浓度为15mg/L，C反应时间为20min。
4.SBR生化实验结果如下表所示，利用方差分析法，判断污泥负荷对出水水质有无显著影响。
进行回归分析，求污泥负荷（0.25kg/kg.d）与出水有机物浓度BOD（mg/L）的关系式。
（本题25分）
序号
污泥负荷
1
2
3
4
5
6
7
8
0.15
11.9
12.X
12.3
12.X
11.8
11.9
12.Y
12.2
0.25
16.3
16.X
15.7
15.Y
16.4
16.3
16.Y
15.9
0.35
21.5
21.X
21.7
22.0
21.Y
21.9
22.Y
21.7
（表中X为学号的最后两位数的前一位，Y为学号的最后两位数的后一位）
解：
污泥负荷
序号
0.15
0.25
0.35
1
11.9
16.3
21.5
∑
2
12.1
16.1
21.1
3
12.3
15.7
21.7
4
12.1
15.5
22.0
5
11.8
16.4
21.5
6
11.9
16.3
21.9
7
12.5
16.5
22.5
8
12.2
15.9
21.7
∑
96.8
128.7
173.9
399.4
（∑）²
9370.24
16563.69
30241.21
56175.14
∑²
1171.66
2071.35
3781.35
7024.36
（1）统计量：
P=1/n（∑）²=1/（8*3）*399.4²=6646.68
Q=1/8*56175.14=7021.89
R=∑²=7024.36
（2）离差平方和：
SA=Q-P=375.21
SE=R-Q=2.47
ST=SA+SE=377.68
（3）自由度计算：
ft=ab-1=24-1=23
fa=b-1=3-1=2
fe=b（a-1）=3*（8-1）=21
方差来源
离差平方和
自由度
均方
F
污泥SA
375.21
2
187.605
1589.873
误差SE
2.47
21
0.118
总和ST
377.68
23
由附表5a的F分布表，根据显著性水平a=0.005，n1=fA=2，n2=fE=21,查得表的
=6.89，F=1589.873>
所以95%的置信度说明污泥负荷对实验成果有显著影响。
污泥负荷
0.15
0.25
0.35
BOD浓度
12.1
16.0875
21.7375
二、综合实验（共50分）
2.根据城市污水处理流程演示实验，画出城市污水处理流程框图，并简述各处理构筑物的主要功能。
（本题15分，奇数学号者答题）
集水井
粗格栅
→
下水道污水
提升泵
答：
→→→
↑
缺氧池
厌氧池
旋流沉淀池
细格栅
→→→→
污泥回流
曝气池
过滤池
混凝沉淀池
二沉池
好氧池
↓↓
→→→→
排放
消毒池
→→
1） .格栅间：
格栅作为废水处理的第一道工序，是用一组平行的刚性栅条制成的框架可以用它拦截水中的大块漂浮物。
格栅通常倾斜架设在其它处理构筑物之前或泵站集水池进口处的渠道中，以防漂浮物阻塞构筑物的孔道、闸门和管道或损坏水泵等机械设备。
因此，格栅起着净化水质和保护设备的双重作用。
所以在进入初沉池之前设置格栅间。
2）.调节池：
无论何种废水在进入主体处理构筑物之前，通常需要先进行水质、水量的调解，为后续构筑物的运行创造必要条件。
工业废水的水质和水量都是随时间的转移不断变化的，流量和浓度的不均匀往往给处理设备带来不少困难，或者使其无法保持在最优的工艺条件下运行。
因此要调节污水水质和水量，以便使进入污水处理系统的污水尽量均匀。
调解池具有以下作用：
（1）减少或防止冲击负荷对处理设备的不利影响。
（2）使酸碱废水中和，处理过程中pH保持稳定。
（3） 调节水温
（4）当处理设备发生故障时，起临时事故储水池作用。
3）.污水提升泵房：
污水提升泵房的作用是将经初沉池处理后的污水提升到冷却塔进行冷却处
理。
4）.二沉池：
二沉池的主要作用是泥水分离过程，即去除悬浮于污水中的可以沉淀的固体悬浮物。
5 ）.混凝反应池：
胶体离子和细微悬浮物的粒径分别为1～100nm和100～10000nm。
由于布朗运动、水合作用，尤其是微粒间的静电斥力等原因，胶体离子和细微悬浮物能在水中长期保持悬浮状态，静置而不沉。
因此，胶体离子和细微悬浮物不能直接用重力沉降法分离，而必须首先投加混凝剂来破坏它们的稳定性，使其相互凝聚为数百微米以至数毫米的絮凝体，才能用沉降、过滤和气浮等常规固液分离法予以去除。
混凝就是在混凝剂的离解和水解产物作用下，使水中的胶体污染物和细微悬
浮物脱稳并聚集为具有可分离性的絮凝体的过程。
它是废水处理中应用得非常广
泛的方法。
它既可以降低废水的浊度、色度等感官指标，又可以去除多种有毒有
害污染物。
混凝法的主要优点是工艺流程简单、操作管理方便、设备投资省、占
地面积少、脱色效率很高。
为了进一步去除污水中的COD和BOD5，去除污水的色度、氮、磷等营养
盐及某些非生物降解的有机物浓度，需要向污水中投加混凝剂。
目前最常用的混凝剂有无机金属盐类和有机高分子聚合物两大类。
前者主要有铁系和铝系等高价金属盐，可分为普通铁、铝盐和碱化聚合盐；后者则分为人
工合成的和天然的有机高分子聚合物两类。
本工艺中混凝剂选用聚合氯化铝（
PAC），它对水温、pH值和碱度的适应性强，絮体生成快且密实，使用时无需
添加碱性助剂。
腐蚀性小。
最佳pH值为6.0～8.5，性能优于其它铝盐。
混凝过程是混凝剂与水及胶体和细微悬浮物之间相互作用的复杂物理化学过程。
为了获得易于分离的絮凝体和尽可能低的出水浊度，就必须根据原水中胶体和细微悬浮物的性质、浓度和介质性状，正确控制过程的工艺条件。
这些条件主要有水温、pH值、混凝剂的种类和用量，以及搅拌时间和搅拌强度。
在废水的实际处理中，通常需要通过混凝试验确定处理过程的最佳工艺条件。
6）缺氧池:
在缺氧池中，生长有以兼氧菌为主的微生物，且在末端装上供厌氧菌生长的生物填料，来提高厌氧污泥浓度。
本池正是利用这种生物把水中的可溶性
固体有机物水解酸化为挥发性脂肪酸，把溶解于水的大分子有机物分解成小分子有机物以降低污水的CODcr值和提高污水的可生化性。
同时该池的生物膜可液化回流的污泥而使整个系统的剩余污泥产量大大减少，并消化部分剩余污泥。
7）.好氧池:
主要利用吸附在生物填料上的好氧微生物膜的新陈代谢活动，
降解水中的有机物；所以选用接触氧化法进行处理，是因为该法符合我们的设计原则，具有以下优点：
①体积负荷高，处理时间短，占地面积小；②生物活性高，经测定，同样湿重的带有丝状菌的生物膜，其好氧速率比活性污泥法高1.8倍③有较高的微生物浓度，有利于提高容积负荷；④由于生物膜的脱落和增长可以自动保持平衡，所以不需要污泥回流，给管理带来方便；⑤出水水质好而稳定，在进水短期内突然变化时，出水水质受的影响很小；在毒物和PH值的冲击下，生
物膜受影响小，而且恢复快；⑥动力消耗低，一般可节约动力30%；⑦挂膜方便，可间歇运行，经实验测定：
间歇一个月后重新开始工作，生物膜在几天内就可恢复正常；⑧管理方便，不用担心发生污泥膨胀和污泥流失。
好氧池的出水自流至沉淀池进行泥水分离.气水比不小于=15:
1。
3.某类废水进行了沉淀试验，得到残余颗粒比例与沉降速度间的关系曲线如图所示，作去除率-沉速（η-u）关系曲线。
（本题15分，全部）
解：
4.高等院校拥有多种类型的实验室，特别是理、工、农、医、药学院的实验室在教学和科研中产生废气、废水、废渣、噪声、射线、等环境污染，不仅给社会环境造成危害，而且还会影响实验室的学习和工作环境，影响实验和科研的质量与效果，损害实验室科研人员的身体健康。
某大学综合实验楼共八层，占地面积15000m2，拥有化学、微生物、环境科学与工程等五大类34个实验室，学校拟对实验室排放废水进行处理。
根据现场调查，各实验室排放的综合污（废）水水质的情况大致如下。
主要污染物种类
污（废）水排放量
酸碱废水及重金属废水（pH2-13、Hg、Cl-、SO42-、PO4+、Cu2+、Pb2+、Ag+、Zn2+、NH4+等离子）
有机废水（CODCr=500-2000mg/L、NH3-N=5-40mg/L）
30T/d
20T/d
根据上述资料试拟定一个实验方案以帮助确定废水处理工艺。
给出实验装置简图，列出主要的仪器设备，简述实验操作过程。
（本题20分，全部）
解：
有机废水处理工艺流程图：
细格栅
进水
提升泵
粗格栅
反应池
二沉池
初尘池
沉砂池
出水
接触消毒池
实验仪器：
粗格栅、提升泵、细格栅、旋流沉砂池、幅流式初沉池、接触式消毒池、污泥浓缩池；
厌氧区容积113L，配厌氧搅拌器（调速）；缺氧区容积169L，配缺氧搅拌器（调速）；好氧区容积960L，配增氧泵、布气管网一套、空气流量计、液体流量计、污泥回流泵、混合液回流泵。
在生物处理中，废水中的有机物作为微生物的营养源被微生物利用，最终分解为稳定的无机物或合成细胞物质而以污泥物态由水中分离，从而使废水得到净化。
整个厌氧过程分为水解、发酵、产乙酸产氢阶段、产甲烷阶段。
1.水解阶段
高分子有机物因相对分子量巨大，不能透过细胞膜，因此不可能为细菌直接利用。
因此它们在第一阶段被细菌胞外酶分解为小分子。
例如纤维素被纤维素酶水解为纤维二糖与葡萄糖，淀粉被淀粉酶分解麦芽糖和葡萄糖，蛋白质被蛋白酶分解为短肽与氨基酸等。
这些小分子的水解产物能够溶解于水并透过细胞膜为细菌所利用。
2.发酵（或酸化）阶段
在这一阶段，上述小分子的化合物在发酵细菌（即酸化菌）的细胞内转化为更为简单的化合物并分泌到细胞外。
这一阶段的主要产物有挥发性脂肪酸（简写为VFA）、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等。
与此同时，酸化细菌也利用部分物质合成新的细胞物质，因此未经酸化废水厌氧处理时会产生更多的剩余污泥。
酸化菌对pH有很大的容忍性，产酸可在pH到4的条件下进行，产甲烷菌则有它自己的最佳pH：
6.5～7.5，超出这个范围则转化速度将减慢。
3.产乙酸产氢阶段
在此阶段，上一阶段的产物被进一步降解为乙酸（又称醋酸）、氢和二氧化碳，这是最终产甲烷反应的反应底物。
4.产甲烷阶段（最高的阶段）
产甲烷菌是一种严格的厌氧微生物，与其它厌氧菌比较，其氧化还原电位非常低（<-330mV）
重金属废水处理：
酸碱废水处理工艺流程图：
友情提醒：
1.时间为1个工作日（迟交者按10分/小时扣分）；2.按题中要求独立完成，同一小组成员可以讨论但答案不能相同或相似，相似度30％以上者一律判定不及格（以专用软件判定为准），未按学号位数改变题中数据进行计算者一律判定不及格；3.需打印且同时提交电子文稿（电子稿word03格式，用于存档及相似度检查）。
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