哈工大 水质物化 复习参考

2007年秋答卷：

1、高浊水的定义？试画图说明典型的高浊水浑液面沉降历时曲线分为几个沉淀区段？每个沉淀区段的沉淀特征？并分析原因？

答：高浊度水是指在沉降过程中出现明显的清混水交界面，即以浑液面沉降为特征的水体。浊度每年经常（20~30天）出现浊度在1000NTU以上的水体。（见手写稿）

2、试着分析松花江水中冬季和夏季水质有哪些特点？分别讨论对水质净化有哪些影响？ 答：

冬季：低温低浊水，由于冬季水量小，而工业生产并未减轻，从而排入水体的污染物浓度增加，因此水中氨氮及有机污染物含量较高，由于温度较低，水中藻类含量较低，而由于冬季水面有冰盖，从而水中溶解氧量较低，具有较厚的厌氧水层，在厌氧条件下，江中底泥沉积物释放有机物污染物，以及磷、铁锰含量将偏高。 由于松花江冬季水以低温低浊水为主要特色，氨氮及有机污染物含量较高。

影响：水温低，粘度大，布朗运动减弱；浊度低，颗粒密度低，碰撞效率降低；发生在冬季枯水季节，江河里的流量大大减少，而城市的生活污水量以及工业废水并没有减少，这就导致腐植酸、蛋白质等有机物在低温低浊水的总颗粒中所占的比例增加，使得颗粒表面电荷增加。又由于有机物污染物的含量较高，其大部分为DBPs的前驱物，如不加处理，将增加DBPs的浓度，在后续处理过程中将而氨氮含量较高时，如为经强化处理或者预处理降低氨氮，将影响消毒工艺中氯的消毒作用，消耗氯，增加消毒工艺的投氯量，从而将导致出厂水的DBPs浓度较高，影响水质安全性。

夏季：以常温常浊水质为主体，水量较大，同时由于降雨量加大，因此面源污染较为严重，水中有机污染物的浓度也将增大，同时，由于夏季光照增强，从而为水体的藻类繁殖提供有利条件，因此水中含藻量增加，同时藻毒素的浓度有所增大。由于降雨的影响，水浊度变化较大。由于夏季人类活动比较频繁，从而加大人为污染，也就加大了有机物污染物的浓度。

影响：浊度变化较为频繁将影响水处理工艺，藻类的大量繁殖将影响处理工艺中滤池的反冲洗周期，将对工艺的处理效率有所影响；有机物的污染加大将影响水处理工艺的混凝效果。

3、哈尔滨江段下游已开始修建大坝截流工程，试分析该工程对松花江哈尔滨江段水质有何影响？如何保护饮用水源？

答：截流后，松花江江面加宽，流速变缓，泥沙沉积量加大，水面漂浮物也极易大面积滞留。同时江面面积扩大，船只的活动活跃，船上人员的排泄物以及漏油事故将导致水中有机物污染加剧。同时，由于江面的面积加大，为藻类的繁殖提供有利条件，出现季节性水体富营养化威胁。由于流速较缓，江段水体循环交换较为缓慢，污染将加剧，沉积物的增加将导致江底沉积物中铁、锰、腐植酸等的释放。致病微生物浓度将增大，引发传染病。 保护水源：

控制点源污染、面源污染；清除水体底部沉积物；采用各种水体修复技术，如生物操控控制藻类、建立水源保护区等；加强水质监测预警系统。

4、高浊水的絮凝机理？高浊水的絮凝影响因素？

答：絮凝机理分有同向絮凝（指在如机械搅拌、水力等外力作用下产生的流体运动推动脱稳的胶体颗粒碰撞聚集）和异向絮凝（由布朗运动所引起的胶体颗粒碰撞聚集）。 同向絮凝：

指在如机械搅拌、水力等外力作用下产生的流体运动推动脱稳的胶体颗粒，使所有胶体颗粒向某一方向运动，但由于不同胶体颗粒存在速度快慢的差异，速度快的胶体颗粒将赶上速度慢的胶体颗粒，如果两个胶体颗粒在垂直方向的球心距离小于它们的半径之和，两个胶体颗粒将会碰撞聚集而产生絮凝现象。 由于布朗运动随颗粒粒径的加大而减弱，所以高浊水的絮凝机理以同向絮凝为主。

影响因素：

1）水温的作用：将影响水体粘度，絮凝体形成缓慢，同时絮凝体水合作用增强，松散不易沉淀。 2）水中浊质颗粒浓度影响：如原水中浊质颗粒浓度过高将需加大混凝剂投加量。

3）水中有机物污染物的影响：水中有机污染物吸附在胶体颗粒表面形成有机涂层，将浊质颗粒保护起来，阻碍颗粒的碰撞，从而影响混凝沉淀效果。

4）水中碱度以及pH的影响：不同的pH将影响混凝剂的选择以及投加量，影响胶体颗粒的表面电荷和点位，以及混凝剂的水解作用，将影响浊质颗粒的絮凝。同时混凝剂的水解消耗碱度，因此也将影响絮凝。 5）混凝剂种类，投加量，投加方式的影响。

6）水力条件的影响：合适的水力强度以及作用时间将影响絮凝的效果，先是快速混合阶段，其次为絮凝阶段，在絮凝阶段其水力搅拌强度和水流速度应随着絮凝体的增大而降低，以免絮体被破坏。

5、请分析2007年太湖藻类爆发问题入手，提出太湖流域水厂在2008年应如何保障饮用水水质的建议，并说明理论依据。

答：藻类爆发原因：1）由于气候变暖原因，在加之近期光照较强，为藻类繁殖提供有利条件，此外，由于以往藻类个体腐烂的堆积污染，湖底沉积物的释放磷元素，湖中水体流动性较差，从而加剧了藻类的繁殖；2）工业点源污染物的影响加剧；3）由于居民大量使用化肥、农药、洗涤剂等导致面源污染的持续，加剧富营养化；4）湖中船只作业时漏油或者船员生活废水垃圾的排放都将加剧藻类繁殖；5）由于围湖造田，造成太湖周边湿地的丧失，而严重太湖生态系统的自净能力，从而加剧富营养化。

障饮用水水质：

1）在取水口处设立适宜取水头部，利用格栅的筛分作用，控制较大形体的藻类进入处理工艺； 2）对高藻水进行预处理，如臭氧、氯、高锰酸盐预氧化，采用超声除藻技术等； 3）强化混凝：加入絮凝剂以及有机高分子混凝剂：如聚丙烯酰胺、黏土等； 4）采用溶气气浮法+过滤工艺；

5）利用生物预处理，如在好氧条件下利用填料上附着的生物膜对水中污染物起生物降解作用；

6）由于藻毒素含量较高，可能增加消毒副产物的产生，可以采用组合消毒工艺如臭氧/氯联用、UV/氯联用等取代单独氯消毒，减少DBPs的产生；

6、何为预氧化技术？适合于解决哪些水质问题？从理论上分析预氧化技术的优点、存在问题以及解决措施？

答：采用氧化还原电位高的氧化剂如臭氧、氯、二氧化氯、高锰酸盐等在常规处理工艺之前对原水进行预处理，从而改变原水中有机物、浊质颗粒、藻类或者微生物的存在形式，削弱污染物对常规工艺的不利影响，从而有利于后续处理，改善水质。

解决水质问题：常规工艺难以解决的问题，1）由氨氮、藻类、藻毒素等引起的异臭味；2）DBPs的前驱物，如天然有机物；3）溶解性微量有机污染物等。

预氧化工艺本身对有机物的去除效果有限，但它对有机物性质和结构的改变．极大地影响了后续的工艺效果；

优点：

1）可改善原水水质：如高藻水经臭氧预氧化后使大部分藻类失去活性，去除大部分藻类及其他微生物；可以去除原水中的氨氮等；

2）强化混凝：在预处理中投加适量的臭氧，可以改变天然有机物的化学结构，使其在混凝过程中更加易于凝聚。预氧化提高了原水中有机污染物的可絮凝性，降低了有机物对胶体颗粒稳定性的负面影响。 3）减轻后续处理的负荷。除去部分藻类从而延长滤池冲洗周期，加大产水量； 4）增加水质安全性：将部分DBPs前驱物去除，从而减少DBPs的生成。

缺点：

1）投加化学药剂将加大成本；增加处理管理难度

2）产生氧化副产物，如氯预氧化作用将增加氯化消毒副产物的产生；

3）抑制了后续处理构筑物中生物膜的生成，如滤池滤料表面的生物膜的生长。 4）如加入预氧化剂过量时将影响混凝效果。

解决措施：

加大投资，研究各大污染物与氧化剂的作用机理指导工程应用。

控制氧化剂的用量，对产生的副产物采用深度处理工艺，如活性炭吸附、膜滤技术等。 在常规工艺前不进行氯预氧化，用臭氧或者高锰酸盐等氧化剂。

7、分析透光率脉动检测仪的工作原理？

答：透光率脉动检测技术是利用光电检测水中絮凝颗粒尺寸大小和数量的在线控制混凝过程的技术。当一束光通过水样并照射到光电检测器，从而产生电流，其透光率与水中颗粒浓度有关，因此检测器输出的电流也与水中颗粒浓度有关。当光线照射的流动水样体积很小，其水中颗粒物数量也少，其变化也将更加明显。此时输出电流值由两部分组成，一部分为平均值，一部分为脉动值。絮凝前，脱稳胶体颗粒还未聚集成大颗粒絮体，因此絮体颗粒较小而多，因此其脉动值较小，而絮凝后，絮体颗粒大而少，因此其脉动值大。输出的脉动值与平均值的比值即为相对脉动值，絮凝愈充分，相对脉动值越大。因此通过此原理可以在线检测混凝过程。可建立相对脉动值与水的浊度之间的关系从而控制混凝过程，作为控制过程的设定值。

8、何谓高级氧化技术？你认为高级氧化技术适合于解决哪些水质问题？如何更合理的应用高级氧化技术？

答：高级氧化技术：利用氧化还原电位较高的氧化剂产生羟基自由基，利用羟基自由基链式反应，将水中有机物彻底矿化，对水中污染物进行处理的技术。羟基自由基具有极强的氧化性，它可以与绝大多数有机物和无机物在水中迅速反应，反应时间一般以微秒计。高级氧化技术有如臭氧氧化法、Fenton试剂、类Fenton试剂、湿式氧化法、超临界水氧化法、超声波高级氧化技术、UV/TiO2催化氧化等。

解决水质问题：水中含可生化性差难降解的持久性有机物微污染物的水源水质，或是在污水处理中处理也将得到较大应用。对水中色、臭、味都有较好的去除效果。 合理利用：

１）研究高级氧化技术中羟基自由基的产生机理，以及研究羟基自由基与污染物的作用机理及影响因素，从而控制反应条件，最大限度的利用高级氧化技术产生的羟基自由基。 2）研究组合高级氧化体系，如UV/O3、类Fenton体系等产机理，从而优化反应过程。 3）利用均相或非均相催化高级氧化技术，提高高级氧化技术的产的效率，同时提高氧化剂如臭氧、过氧化氢的使用率。

4）设计良好的反应器，提高自由基的反应效率。 2009年秋题 一、知识题

3、超临界水氧化的主要特点？

答：超临界水氧化：利用超临界（374.3℃，22.05MPa）水为介质来氧化有机物。由于超临界水具有气态和液态水的性质，可以与非极性有机物、O2、N2、空气等以任意比例混合，超临界水水气液面界面消失，成为均一相体系，所以有机物反应速度极快，可以将99%的有机物迅速矿化为CO2和水。

特点：均相反应、处理范围广、处理效率高、无二次污染、节约能源、易于盐的分离、选择性好。 4、RO膜微生物污染的原因、后果及对策？

答：微生物污染是膜材料、流动参数(如溶解物，流动速度，压力等)和微生物间复杂的相互作用的结果。微生物污染基本上是一个生物膜生长的问题。微生物污染的主要来源是R0进料水。具有大量微生物的地表水必然产生微生物污染问题，令一方面预处理也可能是生物污染源，如辅助除去悬浮物体的絮凝剂过量，给微生物提供了适宜的生长环境。

后果：脱盐率上升、压降升高、产水量下降，并且在很短的时间内产水量下降迅速。

对策：加强预处理，有研究表明，超滤可以去除胶体和悬浮物质，有效预防微生物污染；又如添加杀菌剂，增加预

过滤。防止反渗透系统膜污染关键在反渗透进料水的预处理控制，包括加酸、加杀生剂，添加阻垢剂等，悬浮物的去除。

5、膜法预处理工艺的确定决定于哪些因素？

答：进料液的预处理是膜工艺的重要环节，而预处理的方法和深度主要决定于膜材料、膜组件的结构、进料的组成、产物的质

量要求及产水率，不同的膜预处理差别很大。

1）pH值调节处理：膜处理过程中，若进料液的pH值超出膜材料可耐受的范围，会对膜造成损伤，并导致膜污染。 2）混凝处理：进料液通过膜时，截留的悬浮颗粒胶体沉积在膜表面形成滤饼层。滤饼层增大了膜阻力使通量下降。影响滤饼

层阻力的主要因素是悬浮颗粒的尺寸和空隙率，Hwang等人认为，混凝可提高滤饼层的空隙率。此外，水中悬浮颗粒与膜表面的相互作用也会对过滤阻力有很大的影响。混凝通过电性中和、卷扫、吸附架桥等作用改变了进料液中悬浮颗粒胶体的尺寸

分布，增强了对MF和uF不能去除的小颗粒和溶解性污染物的去除作用；混凝还可改变颗粒物表面的电性，降低悬浮颗粒在膜表面的电性吸附，因此滤饼层不会紧密附着在膜表面，从而减少膜滤饼层阻力和浓差极化阻力，提高膜通量。 3）活性炭处理

活性炭具有优良的物理和化学吸附性能，作为膜进料液的预处理，能有效吸附各类污染物，改善滤饼层结构，维持膜通量． 4）臭氧处理

臭氧作为一种优良的氧化剂和杀菌消毒剂，在水处理中能够氧化去除大多数有机、无机杂质和细菌．对

膜进料液进行投加臭氧的预处理，能改变腐殖酸、蛋白质等长链分子有机物颗粒尺寸，降低水中Fe、Mn等金属离子浓度，达到减轻膜污染的作用． 5）加氯脱氯

氯是最常用的杀灭微生物和藻类的方法之一，经过预处理后可保持0.1～0.2mg／L的余氯，以保证系统的预防再污染能力． 6）预处理工艺的组合

2+

2+

6、以紫外线作为水消毒工艺，设计时应注重考虑哪些因素？

答：水质（水中颗粒物、有机物等对紫外线有吸收作用，减弱其消毒效果）、灯管排布形式（顺流式和横流式）、设计流量、水层厚度、光照时间等

7、天然有机物对胶体混凝过程的影响？

答：相对于腐殖酸和胡敏素而言，富里酸的分子量较小并含有更多的亲水官司能团。腐殖质本身对人体无害，但由于其表面含有多种官能团，能够与水中金属离子络合，影响水处理效果。有机物可吸附在胶体颗粒表面，形成有机保护膜，不但使胶体表面电荷密度增加，而且阻碍了胶体颗粒间的结合。这是由于有机物一般带有较高的表面电荷，使胶体在水中的稳定性提高。水中有机物浓度高使混凝剂药耗增大、制水成本升高由于天然有机物在水中含量较高（mg/L 数量级），会与加入的水处理药剂（如消毒剂CI2、O3 等）作用，转化为有害的有机物或中间产物。

8、国家生活饮用水标准由35项增加到106项指标，简述主要增加了哪些类型指标？或指标要求更加严格了？ 答：水质标准的指标数的增加，水质标准的指标值在下降，要求更严格。

增加了对有机污染物和农药的检测项目，有机化合物由过去5项增加到53项；增加了对消毒副产物检测项目，并有严格限制，消毒剂由1项增至4项，增加了一氯胺、臭氧和二氧化氯；增加了对原虫类病毒体的检测项目，新增4项，即大肠埃希菌、耐热大肠菌群、贾第鞭毛虫和隐孢子虫；部分指标提出更严格的要求，如总大肠菌群、浑浊度、硝酸盐（以N计）等；非常规检验项目列入微囊藻毒素、微生物的原生物贾第鞭毛虫和隐孢子虫（“两虫”），确保饮用水安全性。

9、阐述去除饮用水中内分泌干扰物、药物和持久性有机物分别可用哪些方法？

答：内分泌干扰物（EDCs）去除：分有农药类、及工业用品类如多氯联苯等，常规工艺很难去除，大部分为易于生物降解的。需设深度处理工艺。如活性炭吸附技术、臭氧-生物活性炭、膜处理工艺、生物处理工艺如生物膜处理工艺等。

药物去除：药物和个人护理用品(Pharmaceuticals and personal care products，PPCPs)，应用活性炭吸附、反渗透法、

氯氧化、高级氧化技术（如臭氧为主的高级氧化技术，O3/UV、O3/H2O2；Fenton及类Fenton法；光催化氧化法等技术）。

持久性有机物的去除：强化混凝、臭氧+生物活性炭工艺组合、高级氧化技术、膜处理技术等。