【习题答案】水污染控制工程（下册）.高廷耀，顾国维，周琪.高等教 第九章、污水水质和污水出路（总论）

1． 简述水质指标在水体污染控制、污水处理工程设计中的作用。

答：水质污染指标是评价水质污染程度、进行污水处理工程设计、反映污水处理厂处理效果、开展水污染控制的基本依据。 污水的水质污染指标一般可分为物理指标、化学指标、生物指标。 物理指标包括：（1）水温 （2）色度 （3） 臭味 （4）固体含量， 化学指标包括： 有机指标包括：

(1)BOD：在水温为20度的条件下,水中有机物被好养微生物分解时所需的氧量。 (2) COD：用化学氧化剂氧化水中有机污染物时所消耗的氧化剂量。

(3) TOD：由于有机物的主要元素是C、H、O、N、S等。被氧化后，分别产生CO2、H2O、NO2和SO2，所消耗的氧量称为总需氧量。 (4) TOC：表示有机物浓度的综合指标。水样中所有有机物的含碳量。

（5）油类污染物（6）酚类污染物（7）表面活性剂（8）有机酸碱（9）有机农药（10）苯类化合物 无机物及其指标包括（1）酸碱度（2）氮、磷 （3）重金属（4）无机性非金属有害毒物 生物指标包括：（1）细菌总数（2）大肠菌群（3）病毒

2． 分析总固体、溶解性固体、悬浮性固体及挥发性固体指标之间的相互联系，画出这些指标的关系图。 答：水中所有残渣的总和称为总固体（TS），总固体包括溶解性固体（DS）和悬浮性固体（SS）。水样经过滤后，滤液蒸干所得的固体即为溶解性固体（DS），滤渣脱水烘干后即是悬浮固体（SS）。固体残渣根据挥发性能可分为挥发性固体（VS）和固定性固体（FS）。将固体在600℃的温度下灼烧，挥发掉的即市是挥发性固体（VS），灼烧残渣则是固定性固体（FS）。溶解性固体一般表示盐类的含量，悬浮固体表示水中不溶解的固态物质含量，挥发性固体反映固体的有机成分含量。 关系图：总固体=溶解性固体+悬浮固体=挥发性固体+固定性固体

3．生化需氧量、化学需氧量、总有机碳和总需氧量指标的含义是什么？分析这些指标之间的联系与区别。 答：生化需氧量（BOD）：水中有机污染物被好氧微生物分解时所需的氧量称为生化需氧量。 化学需氧量（COD）：在酸性条件下，用强氧化剂将有机物氧化为CO2、H2O所消耗的氧量。 总有机碳（TOC）：水样中所有有机污染物的含碳量。 总需氧量（TOD）：有机物除碳外，还含有氢、氮、硫等元素，当有机物全都被氧化时，碳被氧化为二氧化碳，氢、氮及硫则被氧化为水、一氧化氮、二氧化硫等，此时需氧量称为总需氧量。

这些指标都是用来评价水样中有机污染物的参数。生化需氧量间接反映了水中可生物降解的有机物量。化学需氧量不能表示可被微生物氧化的有机物量，此外废水中的还原性无机物也能消耗部分氧。总有机碳和总需氧量的测定都是燃烧化学法，前者测定以碳表示，后者以氧表示。TOC、TOD的耗氧过程与BOD 的耗氧过程有本质不同，而且由于各种水样中有机物质的成分不同，生化过程差别也大。各种水质之间TOC或TOD与BOD不存在固定关系。在水质条件基本相同的条件下，BOD与TOD或TOC之间存在一定的相关关系。 它们之间的相互关系为：TOD > COD >BOD20>BOD5>OC

生物化学需氧量或生化需氧量（BOD）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。化学需氧量COD的优点是比较精确地表示污水中有机物的含量，测定时间仅仅需要数小时，并且不受水质的影响。而化学需氧量COD则不能象BOD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无机物（如硫化物）被氧化也需要消耗氧，以COD表示也存在一定的误差。

两者的差值大致等于难生物降解的有机物量。差值越大，难生物降解的有机物含量越多，越不宜采用生物处理法。两者的比值可作为该污水是否适宜于采用生物处理的判别标准，比值越大，越容易被生物处理。 4．水体自净有哪几种类型？氧垂曲线的特点和使用范围是什么？

答：污染物随污水排入水体后，经过物理的、化学的与生物化学的作用，使污染的浓度降低或总量减少，受污染的水体部分地或完全地恢复原状，这种现象称为水体自净或水体净化。包括物理净化、化学净化和生物净化。物理净化指污染物质由于稀释、扩散、沉淀或挥发等作用使河水污染物质浓度降低的过程。化学净化指污染物质由于氧化、还原、分解等作用使河水污染物质浓度降低的过程。生物净化指由于水中生物活动，尤其是水中微生物对有机物的氧化分解作用而引起的污染物质浓度降低的过程。

有机物排入河流后，经微生物降解而大量消耗水中的溶解氧，使河水亏氧；另一方面，空气中的氧通过河流水面不断地溶入水中，使溶解氧逐步得到恢复。耗氧与亏氧是同时存在的， DO曲线呈悬索状下垂，称为氧垂直曲线。适用于一维河流和不考虑扩散的情况下。 5．试论排放标准、水环境质量指标、环境容量之间的联系。

答：环境容量是水环境质量标准指定的基本依据，而水环境质量标准则是排放标准指定的依据。

排放标准是指最高允许的排放浓度,污水的排放标准分为一,二,三级标准,而水环境质量标准是用来评估水体的质量和污染情况的,有地表水环境质量标准,海洋水质标准,生活饮用水卫生标准等,环境容量则是指环境在其自净范围类所能容纳的污染物的最大量. 排放标准是根据自然界对于污染物自净能力而定的，和环境容量有很大关系，环境质量标准是根据纯生态环境为参照，根据各地情况不同而制定的。排水标准是排到环境中的污染物浓度、速率的控制标准；环境质量标准是水环境本身要求达到的指标。水环境容量越大，环境质量标准越低，排放标准越松，反之越严格。各类标准一般都是以浓度来衡量的，即某一时间取样时符合标准则认为合格达标， 而环境容量是就某一区域内一定时间内可以容纳的污染物总量而言的，他们是两个相对独立的评价方法，某些时候，虽然达到了环境质量标准或是排水等标准，但可能事实上已经超过了该区域的环境容量。

6．我国现行的排放标准有哪几种？各标准的使用范围及相互关系是什么？ 答：污水排放标准根据控制形式可分为浓度标准和总量控制标准。

根据地域管理权限可分为国家排放标准，行业排放标准、地方排放标准。

浓度标准规定了排出口向水体排放污染物的浓度限值，我国现有的国家标准和地方标准都是浓度标准。总量控制标准是以水环境质量标准相适应的水环境容量为依据而设定的，水体的环境质量要求高，则环境容量小。国家排放标准按照污水去向，规定了水污染物最高允许排放浓度，适用于排污单位水污染物的排放管理，以及建设项目的环境影响评价、建设项目环境保护设施设计、竣工验收以及投产后的排放管理。行业排放标准是根据各行业排放废水的特点和治理技术水平制定的国家行业排放标准。地方标准是各省直辖市根据经济发展水平和管辖地水体污染控制需要制定的标准，地方标准可以增加污染物控制指标数，但不能减少，可以提高对污染物排放标准的要求，但不能降低标准。

第十章、污水的物理处理

1．试说明沉淀有哪几种类型？各有何特点？并讨论各种类型的内在联系与区别，各适用在哪些场合？

自由沉淀：悬浮颗粒浓度不高；沉淀过程中悬浮固体之间互不干扰，颗粒各自单独进行沉淀, 颗粒沉淀轨迹呈直线。沉淀过程中,颗粒的物理性质不变。发生在沉砂池中。

絮凝沉淀：悬浮颗粒浓度不高；沉淀过程中悬浮颗粒之间有互相絮凝作用，颗粒因相互聚集增大而加快沉降，沉淀轨迹呈曲线。沉淀过程中，颗粒的质量、形状、沉速是变化的。化学絮凝沉淀属于这种类型。 区域沉淀或成层沉淀：悬浮颗粒浓度较高（5000mg/L以上）；颗粒的沉降受到周围其他颗粒的影响，颗粒间相对位置保持不变，形成一个整体共同下沉，与澄清水之间有清晰的泥水界面。二次沉淀池与污泥浓缩池中发生。

压缩沉淀：悬浮颗粒浓度很高；颗粒相互之间已挤压成团状结构，互相接触，互相支撑，下层颗粒间的水在上层颗粒的重力作用下被挤出，使污泥得到浓缩。二沉池污泥斗中及浓缩池中污泥的浓缩过程存在压缩沉淀。

联系和区别：自由沉淀，絮凝沉淀，区域沉淀或成层沉淀，压缩沉淀悬浮颗粒的浓度依次增大，颗粒间的相互影响也依次加强。 2．设置沉砂池的目的是什么？曝气沉砂池的工作原理与平流式沉砂池有何区别？

答：设置沉砂池的目的和作用：以重力或离心力分离为基础，即将进入沉砂池的污水流速控制在只能使相对密度大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走，从而能从污水中去除砂子、煤渣等密度较大的无机颗粒，以免这些杂质影响后续处理构筑物的正常运行。 平流式沉砂池是一种最传统的沉砂池，它构造简单，工作稳定，将进入沉砂池的污水流速控制在只能使相对密度大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走，从而能从污水中去除砂子、煤渣等密度较大的无机颗粒。 曝气沉砂池的工作原理：由曝气以及水流的螺旋旋转作用，污水中悬浮颗粒相互碰撞、摩擦，并受到气泡上升时的冲刷作用，使粘附在砂粒上的有机污染物得以去除。曝气沉砂池沉砂中含有机物的量低于5%；由于池中设有曝气设备，它还具有预曝气、脱臭、防止污水厌氧分解、除泡以及加速污水中油类的分离等作用。 3．水的沉淀法处理的基本原理是什么？试分析球形颗粒的静水自由沉降（或上浮）的基本规律，影响沉淀或上浮的因素有哪些？

答：水的沉淀处理的基本原理是利用水中悬浮颗粒的可沉降性能，水中悬浮颗粒的密度比水大，在重力作用下，悬浮物下沉而实现悬浮物与废水分离。基本规律：静水中悬浮颗粒开始沉降（或上浮）时,会受到重力、浮力、摩擦力的作用。刚开始沉降（或上浮）时，因受重力作用产生加速运动,经过很短的时间后,颗粒的重力与水对其产生的阻力平衡时, 颗粒即等速下沉。影响因素：颗粒密度，水流速度，池的表面积。

斯托克斯公式表明：（1）颗粒与水的密度差（ρs-ρ）愈大，沉速愈快，成正比关系。当ρs＞ρ时，颗粒下沉；当ρs＜ρ时，颗粒上浮；当ρs=ρ时，颗粒既不上浮也不下沉；（2）颗粒直径愈大，沉速愈快，成正比的平方关系；（3）水的黏度愈小，沉速愈快，成反比关系。因水的黏度与水温成反比，故提高水温有利于加速沉淀。

5．已知某城镇污水处理厂设计平均流量为Q=20000m3/d，服务人口100000人，初沉污泥量按25g/（人?日），污泥含水率按97%计算，试为该处理站设计曝气沉砂池和平流式沉淀池。 解：Qmax=20000/(24*3600)=0.23M3/S=833.3M3/H 沉淀池长度：L=3.6*v*t=3.6*0.0005*3600=6.48m 曝气式沉砂池：总有效容积：V=60*Qmax*t=60*0.23*2=27.6m3 沉淀区总宽度：B=A/L=333.3/6.48=51.44m 池断面面积：A=Qmax/Vmin=0.23/0.08=2.88m2 沉淀池数量：n=B/b=51.44/40>1,取2 池总宽度：B=A/Hmin=池长L=V/A=27.6/2.88=9.58m 污泥区容积V=(S*N*T)/1000=(20000*1000*4*3%)/24*1000=100m2 所需曝气量：q=60D*Qmax=60*0.23*0.2=2.76m3/min 沉淀池总高度：H=h1+h2+h3+h4=0.3+2.5+0.3+2.1=5.2m 平流式沉淀池：沉淀区表面积：A=Q(max)/q=833.3/2.5=333.3m2 (S1=25m2 S2=1m2 h4’=0.35m h4’’=1.75m L1=1.5m L2=0.3m) 沉淀区有效水深:h2=q*t=2.5*1=2.5m 贮泥池容积：V=1/3*h4’(S1+S2+ )=3.61m3 沉淀区有效容积：V=A*h2=333.3/3=111.1m3 贮泥池以上梯形部分污泥容积：V=(L1/2+L2/2)*h4’’*b=63m3 6．加压溶气气浮的基本原理是什么？有哪几种基本流程与溶气方式？各有何特点？

加压溶气气浮法的基本原理是空气在加压条件下溶于水中，再使压力降至常压，把溶解的过饱和空气以微气泡的形式释放出来。

其工艺流程有全溶气流程、部分溶气流程和回流加压溶气流程3种；溶气方式可分为水泵吸水管吸气溶气方式、水泵压水管射流溶气方式和水泵－空压机溶气方式。

全溶气流程是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，与其它两流程相比，其电耗高，但因不另加溶气水，所以气浮池容积小；部分溶气流程是将部分废水进行加压溶气，其余废水直接送入气浮池，该流程比全溶气流程省电，另外因部分废水经溶气罐，所以溶气罐的容积比较小，但因部分废水加压溶气所能提供的空气量较少，因此，若想提供同样的空气量，必须加大溶气罐的压力；回流加压溶气流程将部分出水进行回流加压，废水直接送入气浮池，该法适用于含悬浮物浓度高的废水的固液分离，但气浮池的容积较前两者大。

水泵吸水管吸气溶气方式设备简单，不需空压机，没有空压机带来的噪声；水泵压水管射流溶气方式是利用在水泵压水管上安装的射流器抽吸空气，其缺点是射流器本身能量损失大一般约30％，若采用空气内循环和水内循环，可以大大降低能耗，达到水泵－空压机溶气方式的能耗水平；水泵－空压机溶气方式溶解的空气由空压机提供，压力水可以分别进入溶气罐，也有将压缩空气管接在水泵压入泵上一起进入溶气罐的。

目前常用的溶气方式是水泵－空压机溶气方式。

7．微气泡与悬浮颗粒相黏附的基本条件是什么？有哪些影响因素？如何改善微气泡与颗粒的黏附性能？

答：微气泡与悬浮颗粒相粘附的基本条件是水中颗粒的润湿接触角大于90度，即为疏水表面，易于为气泡粘附或者水的表面张力较大，接触即角较大，也有利于气粒结合。

影响微气泡与悬浮颗粒相粘附的因素有：界面张力、接触角和体系界面自由能，气－粒气浮体的亲水吸附和疏水吸附，泡沫的稳定性等。 在含表面活性物质很少的废水中加入起泡剂，可以保证气浮操作中泡沫的稳定性，从而增强微气泡和颗粒的粘附性能。 8．气固比的定义是什么？如何确定适当的气固比？

答：气固比（а）的定义是溶解空气量（A）与原水中悬浮固体含量（S）的比值，可用下式表示： 气固比即溶解空气量与原水中悬浮固体含量的比值。

气固比的选用涉及到出水水质、设备、动力等因素。从节能考虑并达到理想的气浮分离效果，应对所处理的废水进行气浮试验来确定气固比，如无资料或无实验数据时，一般取用0.005～0.006，废水悬浮固体含量高时，可选用上限，低时选用下限。剩余污泥气浮浓缩使气固比一般采用0.03～0.04。

9．在废水处理中，气浮法与沉淀法相比较，各有何缺点？

气浮法：能够分离那些颗粒密度接近或者小于水的细小颗粒，适用于活性污泥絮体不易沉淀或易于产生膨胀的情况，但是产生微细气泡需要能量，经济成本较高。

沉淀法：能够分离那些颗粒密度大于水能沉降的颗粒，而且固液的分离一般不需要能量，但是一般沉淀池的占地面积较大。

沉淀法它是利用水中悬浮颗粒的可沉淀性能在重力场的作用下，以达到固液分离的一种过程。主要去除污水中的无机物，以及某些比重较大的颗粒物质。浮上法是一种有效的固—液和液—液分离方法，特别对那些颗粒密度或接近或小于水的以及非常细小颗粒，更具有特殊优

点。与气浮法相比较，沉淀法的优点是这一物理过程简便易行，设备简单，固液分离效果良好。与沉淀法相比较气浮法的优点：1）气浮时间短，一般只需要15分钟左右，去除率高；2）对去除废水中的纤维物质特别有效，有利于提高资源利用率，效益好；3）应用范围广。它们缺点是都有局限性，单一化。

11．如何改进及提高沉淀或气浮分离效果？

答：由式 可知，通过采取相应的措施，增大悬浮颗粒的直径，减小流体的黏度等都能提高沉淀或气浮分离效果。如：通过混凝处理增大颗粒粒径，提高水温以减小水的黏度。另外，也可以减小气泡直径来提高气浮分离效果。

为了提高气浮的分离效果，要保持水中表面活性物质的含量适度，对含有细分散亲水性颗粒杂质的工业废水，采用气浮法处理时，除应用投加电解质混凝剂进行电中和方法外，还可用向水中投加浮选剂，使颗粒的亲水性表面改变为疏水性，使其能与气泡粘附。

影响沉淀分离效果的因素有沿沉淀池宽度方向水流速度分布的不均匀性和紊流对去除率的影响，其中宽度方向水流速度分布的不均匀性起主要作用。所以为了提高沉淀的分离效果，在沉淀池的设计过程中，为了使水流均匀分布，应严格控制沉淀区长度，长宽比，长深比。 第十一章、污水的生物处理基本概念

1．简述好氧和厌氧生物处理有机污水的原理和使用条件。

答：好氧生物处理：在有游离氧（分子氧）存在的条件下，好氧微生物降解有机物，使其稳定、无害化的处理方法。微生物利用废水中存在的有机污染物（以溶解状与胶体状的为主），作为营养源进行好氧代谢。这些高能位的有机物质经过一系列的生化反应，逐级释放能量，最终以低能位的无机物质稳定下来，达到无害化的要求，以便返回自然环境或进一步处置。适用于中、低浓度的有机废水，或者说BOD5浓度小于500mg/L的有机废水。

厌氧生物处理：在没有游离氧存在的条件下，兼性细菌与厌氧细菌降解和稳定有机物的生物处理方法。在厌氧生物处理过程中，复杂的有机化合物被降解、转化为简单的化合物，同时释放能量。适用于有机污泥和高浓度有机废水（一般BOD5≥2000mg/L）。 2．某种污水在一连续进水和完全均匀混合的反应器进行处理，假设反应是不可逆的，且符合一级反应（v=kSA），反应速率常数k为0.5d-1,求解当反应池容积为20 m3、反应效率为98%时，该反应器能够处理的污水流量为多大？ 解：设Q为污水流量，S为底物浓度：则Q*S=20*v=k*S*20 则:Q=20k=0.15*20=3m3/d Q(实)=Q/98%=3.06m3/d 3．简述城镇污水生物脱氮过程的基本步骤。

答：微生物经氨化反应分解有机氮化合物生成NH3,再在亚硝化菌和硝化菌的作用下，经硝化反应生成（亚）硝酸盐，最后经反硝化反应将（亚）硝酸盐还原为氮气。当进水氨氮浓度较低时，同化作用也可能成为脱氮的主要途径。 污水生物脱氮过程氮的转化主要包括氨化、硝化和反硝化作用。

（1）氨化：微生物分解有机氮化合物产生氨的过程称为氨化反应。在氨化微生物作用下，有机氮化合物在好氧或厌氧条件下分解、转化为氨态氮。

（2）硝化反应：在亚硝化菌和硝化菌的作用下，将氨态氮转化为亚硝酸盐（NO2-—）和硝酸盐（NO3-）。 （3）反硝化反应：在缺氧条件下，NO2-和NO3-在反硝化菌的作用下被还原为氮气。 4．简述生物除磷的原理。

答：在厌氧－好氧交替运行的系统中，得用聚磷微生物具有的厌氧释磷及好氧超量吸磷的特性，使好氧段中混合液磷的浓度大量降低，最终通过排放含有大量富磷污泥而达到从污水中除磷的目的。 第十二章、活性污泥法

1．活性污泥法的基本概念和基本流程是什么？

答：活性污泥是指由细菌、菌胶团、原生动物、后生动物等微生物群体及吸附的污水中有机和无机物质组成的、有一定活力的、具有良好的净化污水功能的絮绒状污泥。

活性污泥法是利用悬浮生长的微生物絮体处理有机废水一类好氧生物的处理方法。

活性污泥法处理流程包括曝气池、沉淀池、污泥回流及剩余污泥排除系统等基本组成部分。 活性污泥法处理流程具体流程见下图：

废水经过预处理后，进入曝气池与池内的活性污泥混合成混合液，并在池内充分曝气，一方面使活性污泥处于悬浮状态，废水与活性污泥充分接触；另一方面，通过曝气，向活性污泥供氧，保持好氧条件，保证微生物的正常生长。废水中有机物在曝气池内被活性污泥吸附、吸收和氧化分解后，混合液进入二次沉淀池，进行固液分离，净化的废水排出。大部分二沉池的沉淀污泥回流到曝气池进口，与进入曝气池的废水混合。

2．常用的活性污泥法曝气池的基本形式有哪些？

答：曝气池实质上是一个反应器，它的池型与所需的水力特征及反应要求密切相关，主要分为推流式、完全混合式、封闭环流式及续批式四大类。

推流式曝气池：污水及回流污泥一般从池体的一端进入，水流呈推流型，底物浓度在进口端最高，沿池长逐渐降低，至池出口端最低。 完全混合式曝气池：污水一进入曝气反应池，在曝气搅拌作用下立即和全池混合，曝气池内各点的底物浓度、微生物浓度、需氧速率完全一致。

封闭环流式反应池：结合了推流和完全混合两种流态的特点，污水进入反应池后，在曝气设备的作用下被快速、均匀地与反应器中混合液进行混合，混合后的水在封闭的沟渠中循环流动。封闭环流式反应池在短时间内呈现推流式，而在长时间内则呈现完全混合特征。 序批式反应池（SBR）：属于“注水--反应—排水”类型 的反应器，在流态上属于完全混合，但有机污染物却是随着反应时间的推移而被降解的。其操作流程由进水、反应、沉淀、出水和闲置五个基本过程组成，从污水流入到闲置结束构成一个周期，所有处理过程都是在同一个设有曝气或搅拌装置的反应器内依次进行，混合液始终留在池中，从而不需另外设置沉淀池。 3．活性污泥法有哪些主要运行方式？各运行方式有何特点？

答：传统推流式：污水和回流污泥在曝气池的前端进入，在池内呈推流式流动至池的末端，充氧设备沿池长均匀布置，会出现前半段供氧不足，后半段供氧超过需要的现象。