东华理工大学环境工程水处理工程1作业及答案.docx
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东华理工大学环境工程水处理工程1作业及答案
第一次习题
1、一污水厂出水排入某河流，排入口以前河流的流量Q=1.2m3/s，BOD5=2.1mg/L，Cl-=5.0mg/L，NO-3=3.0mg/L；污水厂出水的流量q=8640m3/d，BOD5=25mg/L，Cl-=80mg/L，NO-3=10mg/L。
假定排入口下游不远某点处出水与河水即得到完全混合，求该点处的河水水质。
2、某生活污水经沉淀处理后的出水排入附近河流，各项参数如表所示，试求：
（1）1天后河流中的溶解氧量;
（2）最低溶解氧、临界亏氧量及其发生的时间。
计算所需有关参数如下表：
参数
污水厂出水
河水
流量（m3/s）
0.2
5.0
DO（mg/L）
1.0
8.0
水温℃
15
20
BOD5（mg/L）
100
2.0
k1（20）=0.2（d-1）k2（20）=0.3（d-1）
19.8℃下饱和溶解氧为9.14mg/L
第二次习题
1、简要说明自由沉淀、絮凝沉淀、拥挤沉淀与压缩沉淀各有何特点。
2、非凝聚性悬浮颗粒（自由沉降）在静置条件下的沉降数据列于下表。
试确定理想平流式沉淀颗粒沉淀速度为0.03m/min的悬浮颗粒去除百分率。
试验用的沉淀柱取样口离水面120cm和240cm。
C表示在时间t时由各个取样口取出的水样中所含的悬浮物浓度，C0表示初始的悬浮物浓度。
时间t（min）
0
15
30
45
60
90
180
120cmc处
C/C0
1
0.96
0.81
0.62
0.46
0.23
0.06
240cmc处
C/C0
1
0.99
0.97
0.93
0.86
0.70
0.32
3、某城市污水处理厂最大设计流量0.2m3/s，最小设计污水量0.1m3/s，总变化系数Kz=1.50，试设计一平流式沉砂池。
4、已知某城市污水处理厂的最大设计流量为0.8m3/s，求曝气沉砂池的各部分尺寸。
5、某城市污水处理厂最大设计流量Qmax=43200m3/d，设计人口N=250000人，沉淀时间T取为1.5h。
拟建以链带式刮泥的平流式沉淀池，试设计此平流式沉淀池。
6、某城市污水厂的最大设计流量Qmax=2450m3/h，设计人口N=34万，采用机械刮泥，设计辐流式沉淀池。
7、气浮法分离的主要对象是什么？
气浮工艺必须具备的基本条件有哪些？
8、加压溶气气浮法的基本原理是是什么？
有哪几种基本流程？
各有何特点？
9、压力溶气罐的主要作用是什么？
常用的溶气方式有哪几种？
第三次习题
1、气浮法分离的主要对象是什么？
气浮工艺必须具备的基本条件有哪些？
2、加压溶气气浮法的基本原理是是什么？
有哪几种基本流程？
各有何特点？
3、何谓胶体稳定性，简述胶体脱稳和凝聚的作用机理。
4、何谓同向絮凝和异向絮凝？
两者的碰撞速率与哪些因素有关。
5、影响混凝效果的主要因素有哪几种？
这些因素是如何影响混凝效果的。
6、用氯气处理某工业含氰废水，已知水量为10m3/d，含[CN]浓度为500mg/L，为将水中全部氰转为氮气，需用多少氯气？
7、一个城市小型水处理厂以MgO为药剂处理水量为1.56×107L/d的生活污水，使污水中所含磷、氮化合物通过化学沉淀反应一并去除，若按污水中含30mg/LH2PO43-作化学计量计算，则每天产渣量多少？
沉淀反应方程为：
H2PO43-+NH4++MgO+5H2O=Mg（NH4）2PO4•6H2O
第四次作业
1、简述光催化氧化的主要作用机理及影响因素。
2、简述电解上浮法和电解凝聚法的作用原理。
3、电解上浮法在废水处理中的主要作用有哪些？
4、试分别举例说明电化学氧化和电化学还原的作用原理。
5、简述加氯消毒的原理，pH对消毒效果有何影响？
6、什么叫游离（自由）性氯、化合性氯？
消毒效果有何区别？
7、吸附等温线的主要类型及意义。
8、比较物理吸附和化学吸附的主要区别。
9、什么是膜分离法，有哪几种膜分离法，各自有何特点？
10、电渗析的原理是什么？
特点有哪些？
11、将3.0g活性炭放入含苯酚的500ml水溶液中，使用吸附等温线q=5.2C0.21（mmol/g）,达平衡时苯酚的平衡浓度为0.0346mol/L,试计算废水中苯酚的初始浓度为多少?
12、酚在异丙醚中溶解度约是在水中溶解度的12倍，某含酚废水用异丙醚萃取法予以处理，已知废水含酚2000mg/L，萃取相比（有机相体积与水相体积比）Vo/Va=0.2，则为使水中酚降至100mg/L，需萃取几次？
第一次习题答案
1、
2、
第二次习题参考答案
1、见P61
２、
时间t（min）
15
30
45
60
90
100
1.2m时残余颗粒%
0.96
0.81
0.62
0.46
0.23
0.06
1.2m时沉降速度
0.08
0.04
0.0267
0.02
0.013
0.0067
2.4m时残余颗粒%
0.99
0.97
0.93
0.86
0.70
0.32
2.4m时沉降速度
0.16
0.08
0.053
0.04
0.0267
0.013
x1.2（%）
10
10
10
10
10
10
7
u1.2
0.027
0.023
0.019
0.016
0.013
0.010
0.004
x1.2u1.2（%）
0.27
0.23
0.19
0.16
0.13
0.1
0.028
x1.2u1.2=1.11%
x2.4（%）
10
10
10
10
10
10
4
U2.4
0.026
0.022
0.0185
0.016
0.012
0.008
0.001
x2.4u2.4（%）
0.26
0.22
0.185
0.16
0.12
0.08
0.004
x2.4u2.4=1.07%
/
/
３、
】
４、
５、
６、
、
第三次习题解答
1、气浮法主要用于对那些颗粒密度接近或小于水的细小颗粒的分离。
气浮工艺必须满足的基本条件：
1必须向水中提供足够量的细微气泡;
2必须使污水中的污染物质能形成悬浮状态;
③必须使气泡与悬浮的物质产生粘附作用;
2、基本原理：
空气在加压条件下溶入水中，而在常压条件下析出。
A、全溶气流程：
将全部废水进行加压溶气，再经减压释放装置进入气浮池进行固液分离；
特点：
电耗高、但气浮池容积小
B、部分溶气流程：
将部分废水进行加压溶气，其余废水直接送入气浮池，
特点：
省电，溶气罐小
C、回流溶气流程：
将部分出水进行回流加压，入流废水直接进入气浮池，
特点：
适用于SS高的原水，但气浮池容积大；
3何谓胶体稳定性，简述胶体脱稳和凝聚的作用机理。
A、胶体稳定性：
胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性;
动力学稳定性：
颗粒布朗运动对抗重力影响的能力；
聚集稳定性：
胶体粒子之间不能相互聚集的特性；
B、胶体脱稳和凝聚的作用机理
◆压缩双电层（加入电解质进行脱稳）
电解质加入与反离子同电荷离子与胶粒吸附的反离子发生交换或挤入吸附层胶粒带电荷数减少降低电动电位使扩散层厚度降低
◆吸附电中和
胶核表面直接吸附带异号电荷的聚合离子、高分子物质，胶粒等来降低电动电位，使胶体脱稳；
◆吸附架桥作用
高分子物质和胶粒，以及胶粒与胶粒之间的架桥；
◆网捕作用
金属氢氧化物形成过程中对胶粒的网捕；
2、何谓同向絮凝和异向絮凝？
两者的碰撞速率与哪些因素有关。
同向絮凝：
由水力或机械搅拌产生；
异向絮凝：
由布朗运动造成的碰撞，主要发生在凝聚阶段；
异同向絮凝的碰撞速率相关因素：
颗粒物数量浓度、水温，
同同向絮凝的碰撞速率相关因素：
颗粒物数量浓度、颗粒尺寸、速度梯度；
4、影响混凝效果的主要因素有哪几种？
这些因素是如何影响混凝效果的。
1）水温；
◆无机盐混凝剂水解是吸热反应，低温水混凝剂水解困难；
◆低温水的粘度大，水中杂质颗粒的布朗运动减弱，碰撞机
会减少，不利胶体脱稳凝聚；
◆水温低时，胶体颗粒水化作用增强，妨碍胶体凝聚；
2）水的pH；
◆无机盐水解造成pH的下降，影响水解产物形态；
◆最佳pH处的混凝效果最好、反应速度最快；
3）水中杂质；
◆水中杂质浓度低，颗粒间碰撞机会减少，混凝效果差；
对策：
1）加高分子助凝剂；2）加粘土；
4）水力条件
◆搅拌强度：
混凝前期强度大（有利药剂的扩散混合），
后期逐渐减弱（有利于絮体成长）
◆搅拌时间：
混凝前期时间短，后期时间长；
4、用氯气处理某工业含氰废水，已知水量为10m3/d，含[CN]浓度为500mg/L，为将水中全部氰转为氮气，需用多少氯气？
Cl2+H2O=HClO+HClHClO=H++OCl-
CN-+OCl-+H2O=CNCl+2OH-
CNCl+2OH-=CNO-+Cl-+H2O
2CNO-+3OCl-+2H+=CO2+N2+3Cl-+H2O
总反应：
2CN-+5OCl-+2H+=2CO2+N2+5Cl-+H2O
需用的氯气=（5/2）*（10*500/26）*35.5*2=34.13kg/d
5、一个城市小型水处理厂以MgO为药剂处理水量为1.56×107L/d的生活污水，使污水中所含磷、氮化合物通过化学沉淀反应一并去除，若按污水中含30mg/LH2PO43-作化学计量计算，则每天产渣量多少？
沉淀反应方程为：
H2PO43-+NH4++MgO+5H2O=Mg（NH4）PO4•6H2O
H2PO43-+NH4++MgO+5H2O=Mg（NH4）PO4•6H2O
每天产渣量=（1.56*107*30*10-3/97）*245=1.18*103kg/d
第四次参考答案作业
1、简述光催化氧化的主要作用机理及影响因素。
光催化氧化是在水中加入一定量的半半导体催化剂（TiO2或CdS），催化剂在紫外光辐射下产生自由基，氧化有机物，见图
A、催化剂：
N型半导体（TiO2、ZnO、CdS、WO3等）
TiO2：
金红石型、锐钛型（催化活性高）；
颗粒尺寸：
粒径比表面积活性
B、光源和光强：
光源：
只有波长小于387nm的光子才能激发它；
光强：
低光强：
有机物降解速率与光强呈线性关系；
高光强：
降解速率与光强平方根呈线性关系；
C、pH值：
影响有机物的降解；
D、外加氧化剂：
H2O2、K2S2O8（电子浮获剂）
E、盐
Mn2+、Fe2+抑制四氯乙烯的光催化降解；
HCO3-对三氯甲烷降解有明显的干扰作用；
2、简述电解上浮法和电解凝聚法的作用原理。
废水电解时，由于水的电解氧化，在电极上会有气体（如H2、O2及CO2（电解有机物）、Cl2（电解氯化物）等）析出。
借助于电极上析出的微小气泡而浮上分离疏水杂质微粒的技术称为电解浮上法。
采用铁、铝阳极电解时，在外电流和溶液作用下，阳极溶解出Fe3+、Fe2+或Al3+它们分别与溶液中的OH-结合成不溶于水的Fe（OH）3、Fe（OH）2、Al（OH）3这些微粒对水中胶体粒子的凝聚和吸附活性很强。
利用这种凝聚作用处理废水中的有机或无机胶体的过程叫电解凝聚。
3、电解上浮法在废水处理中的主要作用有哪些？
进行电解浮上法时，除了具分离细小悬浮物外,阳极还具有降低BOD和COD、脱色、脱臭、消毒的能力，阴极还具有沉积重金属离子的能力。
4、试分别举例说明电化学氧化和电化学还原的作用原理。
电化学氧化：
阳极接受电子、相当于氧化剂，氧化水中污染物；
ACN-+2OH--2e=CNO-+H2O
B2CNO-+4OH--6e=N2+2CO2+2H2O
电化学还原：
阴极可以给出电子，相当于还原剂，可使废水中的重金属离子还原出来，沉积于阴极，加以回收利用
（a）阳极氧化：
Fe=Fe2++2e
（b）间接还原：
Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O
CrO42-+3Fe2++8H+=Cr3++3Fe3++4H2O
（c）阴极还原：
Cr2O72-+14H++6e=2Cr3++7H2O
CrO42-+8H++3e=Cr3++4H2O
（d）沉淀去除：
Cr3++3OH-=Cr（OH）3
Fe3++3OH-=Fe（OH）3
5、简述加氯消毒的原理，pH对消毒效果有何影响？
水中加氯后，发生的主要反应如下：
产生的OCl-和HOCl均具有氧化能力，但HOCl的杀菌能力比强得多，主要因为系中性分子，可以扩散到带负电的细菌表面，并穿过细胞膜渗入细菌体内。
由于氯原子的氧化作用破坏了细菌体内的酶而使细菌死亡。
OCl-则带负电，难于靠近带负电的细菌，所以虽有氧化作用，也难起到消毒作用。
另外，各种氯胺水解后，又变成HOCl，因此它们也具有消毒杀菌的能力，但不及HOCl强，而且杀菌作用进行得比较缓慢。
pH越低HOCl占优势,消毒效果越好,pH越高占优势OCl-消毒越差
6、什么叫游离（自由）性氯、化合性氯？
消毒效果有何区别？
游离（自由）性氯：
Cl2、HOCl、OCl-
化合性氯：
NH2Cl、NHCl2
游离（自由）性氯HOCl消毒效果好，而化合性氯通过水解反应可以仍得到HOCl，消毒效果低。
7、吸附等温线的主要类型及意义。
主要类型：
Freundlich型，Langmuir型和BET型。
1）Freundlich型：
吸附量和吸附平衡浓度都不存在极限值。
1/n=0.1-0.5易吸附
1/n>2难吸附
2）Langmuir型：
适用于单分子层吸附，在低浓度时，吸附量与平衡浓度存在线性关系，当吸附平衡浓度达一定值后，吸附量不在发生变化，存在一极限值。
3）BET型：
适用于多分子层吸附，吸附量不存在极限值，平衡浓度存在一极限值。
通过吸附等温线所得的吸附量的方法简便易行,为选择吸附剂提供比较可靠的数据,对吸附设备的设计有一定的参考价值。
8、比较物理吸附和化学吸附的主要区别。
9、什么是膜分离法，有哪几种膜分离法，各自有何特点？
膜分离法:
利用隔膜使溶剂同溶质或微粒分离的方法
主要分离法:
电渗析、渗析、反渗透、超滤、液膜法等;
10、电渗析的原理是什么？
特点有哪些？
电渗析是在直流电场的作用下，利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择透过性（即阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过），而使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程。
1）电渗析只对电解质的离子起选择性迁移的作用，而对非电解质不起作用；
2）电解质除盐过程没有物相的变化，能耗低；
3）不需添加任何化学药剂；
4）电渗析在常温常压下进行；
11、将3.0g活性炭放入含苯酚的500ml水溶液中，使用吸附等温线q=5.2C0.21（mmol/g）,达平衡时苯酚的平衡浓度为0.0346mol/L,试计算废水中苯酚的初始浓度为多少?
解:
q=5.2C0.21=10.94mmol/g
得：
C0=0.1mol/L
12、酚在异丙醚中溶解度约是在水中溶解度的12倍，某含酚废水用异丙醚萃取法予以处理，已知废水含酚2000mg/L，萃取相比（有机相体积与水相体积比）Vo/Va=0.2，则为使水中酚降至100mg/L，需萃取几次？
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