东华理工大学环境工程水处理工程1作业及答案.docx

1、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

2、 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)01530456090180120cmc处C/

3、C010.960.810.620.460.230.06240cmc处C/C010.990.970.930.860.700.323、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0.8 m3/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

4、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

5、/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1.56107L/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30 mg/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）2PO46H2O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、

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100 mg/L

7、，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、时间t(min)15304560901001.2m时残余颗粒%0.960.810.620.460.230.061.2m时沉降速度0.080.040.02670.020.0130.00672.4m时残余颗粒%0.990.970.930.860.700.322.4m时沉降速度0.160.080.0530.040.02670.013 x1.2(%)1010101010107u1.20.0270.0230.0190.0160.0130.0100.004 x1.2 u1.2(%)0.270.230.190.160.130.10.028

8、 x1.2 u1.2=1.11% x2.4(%)1010101010104U2.40.0260.0220.01850.0160.0120.0080.001 x2.4 u2.4(%)0.260.220.1850.160.120.080.004 x2.4 u2.4=1.07%/、】、 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;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

9、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

10、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

11、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

12、多少氯气？Cl2 + H2O = HClO + HCl HClO=H+ + OCl-CN- + OCl- + H2O = CNCl + 2OH-CNCl + 2 OH- = CNO- + Cl- + H2O2 CNO- + 3OCl-+ 2H+=CO2 + N2 +3Cl- + H2O总反应：2 CN- + 5OCl- + 2H+=2CO2 + N2 +5Cl- + H2O需用的氯气=（5/2）*（10*500/26）*35.5*2=34.13kg/d5、一个城市小型水处理厂以MgO为药剂处理水量为1.56107L/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3

13、0 mg/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）PO46H2OH2PO43- + NH4+ + MgO + 5H2O = Mg（NH4）PO46H2O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

14、、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

15、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；A CN- + 2OH-

16、- 2e = CNO- + H2O B 2CNO- + 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- + 6 Fe2+ + 14H+ = 2Cr3+ + 6 Fe3+ + 7H2O CrO42- + 3 Fe2+ + 8H+ = Cr3+ + 3 Fe3+ + 4H2O （c）阴极还原： Cr2O72- + 14H+ + 6e = 2Cr3+ + 7H2O CrO42- + 8H+ + 3e = Cr3+ +

17、 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

18、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/n2 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

19、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

20、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=10.94 mmol/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100 mg/L，需萃取几次？