水质工程学

水质工程学 11

名词解释

1、 截留沉速3 2、 污泥容积指数3 简答题

1、 请简述强酸——脱气——弱碱——强碱离子交换除盐系统中各部分的作用。4 2、 请简述胶体稳定的原因及混凝的几种机理。8 3、 请简述活性污泥处理系统有效运行的基本条件。5

4、 请绘出氧转移双膜理论模型的示意图，并简述其含义。7 论述题

1、 请结合应用实例说明混凝的四个机理。8

2、 请简述在饮用水处理中，深层滤床过滤的机理。6

3、 简述污水中氮的存在形式。在生物硝化-反硝化脱氮过程中，氮是如何转化的？6 4、 简述生物膜构造，以及生物膜进行生化反应是物质的传递过程，并绘出示意图。10 13简述题

1、 简述稳定塘在哪些方面对污染物产生净化作用。5 2、 简述厌氧生物处理法的优缺点与发展趋势。10

3、 对于非零级反应来说，为什么推流式反应器（PF）的效果优于完全混合连续式反应器

（CATR）？机械絮凝池接近于哪种反应器类型，当采用机械絮凝池时，为什么要采用 3——4格絮凝池串联工作？10 选择题

1、哪种类型的膜组件单位体积内的膜表面积最大？ 2、悬浮物的含义是

3、去除水中的腐殖质最适宜的处理工艺是 4、清洁滤床水头损失的最大的影响因素是 5、斜管沉淀池沉淀效率高的最主要原因是 14

1、 推导及论述10

请根据上图推导理想沉淀池的沉淀效率公式： 并根据上式论述理想沉淀池的浅层沉淀原理。

2、 污泥处理的一般原则是什么？污泥处理与处置的基本方法有哪些？请分别给出污泥以

消化、堆肥、焚烧为主的工艺流程。5

3、 某机械絮凝池第一个容积为25m3,经计算该格浆板所需功率为150W，求这一格絮凝池

的速度梯度为多少？5 15

1、 请结合絮凝的水力条件及反应器理论，解释当采用机械絮凝池是为何通常需要3~4格絮

凝池串联的方式？8

2、 请简述深层过滤的机理？7

请绘出传统活性污泥法处理城市污水的典型工艺流程图，并简述各构筑物的主要作用。8 3、 活性污泥微生物每日在曝气池内的净增值量为，试写出式中各符号的含义，并根据污泥

龄的定义，说明活性污泥净增殖量与污泥龄的关系。7

凝聚和絮凝

悬浮物的含义是指悬浮在水中的固体物质，包括不溶于水中的无机物、有机物及泥砂、黏土、微生物等。水中的悬浮物质是颗粒直径约在10-0.1um之间的微粒。

请简述胶体稳定的原因及混凝的几种机理。8

胶体稳定的原因：

1) 胶体的动力稳定性。由于胶体颗粒尺寸很小，强烈的布朗运动使其可以克服重

力的作用而不下沉，能够均匀的分散在水溶液中，这就是胶体的动力学稳定性。 2) 胶体的带电稳定性。如果胶体颗粒的静电斥力能够对抗其间的范德华引力，则

使胶体颗粒保持分散状态而稳定。

3) 胶体的溶剂化作用稳定性。胶体颗粒与分散介质水分子发生作用，使胶体颗粒

周围形成一层水分子有规律定向排列的水化层，当两个胶体颗粒靠近时，水化层中的水分子被挤压变形而产生反弹力，阻碍两胶体颗粒进一步接近，使胶体颗粒保持分散状态而稳定。

对于憎水胶体而言，通常带电稳定性和动力稳定性起主要作用，对于亲水胶体来说，其水化作用稳定性占主导地位，带电稳定性则处于次要地位。 混凝机理：

胶体的凝聚主要指胶体脱稳并生成微小聚集体的过程。

1) 压缩双电层作用：根据DLVO理论，比较薄的双电层能降低胶体颗粒的排斥能，

如果能使胶体颗粒的双电层变薄，排斥能降到相当小时，两胶体颗粒接近时，就可以由原来的排斥力为主变成吸引力为主，胶体颗粒间就会发生凝集。水中胶体颗粒通常带有负电荷，使胶体颗粒间相互排斥而稳定，当加入含有高价态正电荷离子的电解质时，高价态正离子通过静电引力进入到胶体颗粒表面，置换出原来的低价正离子，这样双电层依然保持电中性，但正离子的数量却减少了，也就是双电层的厚度变薄了。

2) 吸附-电中合作用：胶体颗粒表面吸附异号离子、异号胶体颗粒或带异号电荷的

高分子，从而中和了胶体颗粒本身所带部分电荷，减少了胶体颗粒间的静电斥力，使胶体颗粒更易于聚沉。 3) 吸附-架桥作用：分散体系中的胶体颗粒通过吸附有机或无机高分子物质架桥连

接，凝集为大的聚集体而脱稳聚沉，此时胶体颗粒之间并不直接接触，高分子物质在两个胶体颗粒之间像一座桥一样将它们连接起来。

4) 网捕-卷扫作用：投加到水中的铝盐、铁盐等混凝剂水解后形成较大量的具有三

维立体结构的水合金属氧化物沉淀，当这些水合金属氧化物体积收缩沉降时，会像多孔的网一样，将水中胶体颗粒和悬浮浊质颗粒捕获卷扫下来。

请结合应用实例说明混凝的四个机理。8

对于非零级反应来说，为什么推流式反应器（PF）的效果优于完全混合连续式反应器（CATR）？机械絮凝池接近于哪种反应器类型，当采用机械絮凝池时，为什么要采用 3——4格絮凝池串联工作？10

机械絮凝池相当于完全混合连续式反应器，为了适应絮凝过程G值变化的要求，絮凝池通常采用多格串联，第一个搅拌强度最大，而后逐格减小，从而速度梯度G值也相应由大到小。

某机械絮凝池第一个容积为25m3,经计算该格浆板所需功率为150W，求这一格絮凝池的速度梯度为多少？5

G?p?（机械搅拌时）

?——水的动力粘度，Pa.s;

P——单位体积流体所耗功率，W/m3;

G——速度梯度

G?gh（水力絮凝时） ?Th——絮凝过程中的水头损失，m；

?——水的运动粘度，m2/s;

T——水流在絮凝设施中的停留时间，s。

请结合絮凝的水力条件及反应器理论，解释当采用机械絮凝池是为何通常需要3~4格絮凝池串联的方式？8

在絮凝反应过程中，絮凝体尺寸逐渐增大，粒径变化可从微米级增大到毫米级，变化幅度达到几个数量级，但大尺寸絮凝提在强的剪切力作用下容易破碎，若为了不使生成的大絮凝体破碎而采用很小的G值，就需要很长的絮凝时间，这就会加大絮凝池的体积，增大建设费用。为了使絮凝池容积不致过大，工程中于絮凝开始颗粒很小时采用大的G值，并随着絮凝体尺寸增大逐渐减小G值，最后絮凝体增至最大时采用最小的G值，这样既保证了絮凝体不被打碎，又能使絮凝体容积较小，这是计算絮凝池时普遍采用的一种设计原理。

机械絮凝池相当于完全混合连续式反应器，为了适应絮凝过程G值变化的要求，絮凝池通常采用多格串联，第一个搅拌强度最大，而后逐格减小，从而速度梯度G值也相应由大到小。 补充： 絮凝机理：

絮凝：脱稳的胶体或微小悬浮物聚集成大的絮凝体的过程。

异向絮凝：由布朗运动所引起的胶体颗粒碰撞聚集称为异向絮凝机理。 同向絮凝：由外力推动所引起的胶体颗粒碰撞聚集成为同向絮凝。

沉淀

截留沉速3

设杂质颗粒的沉速为u，它一面以流速v随水流做水平运动，一面又进行等速沉降，故其运动轨迹为一倾斜的直线，当颗粒的直线轨迹能与池底相交时即被除去。显然，在沉淀区始端位于水表面的颗粒将处于最不利位置，如果这个颗粒的运动轨迹恰能与池底末端相交，那么这一粒径的杂质颗粒恰能全部沉淀下来。所以，这一恰能在池中沉淀下来的颗粒沉速u，称为截留沉速。 推导及论述10

请根据上图推导理想沉淀池的沉淀效率公式： 并根据上式论述理想沉淀池的浅层沉淀原理。

一般平流沉淀池前部为进水区，后部为出水区，下部为沉泥区，中部为沉淀区。中部沉淀区若符合以下假定，称为理想沉淀区：

1）进水均匀地分布于沉淀区的始端，并以相同的流速水平的流向末端；

2）进水中颗粒杂质均匀地分布于沉淀区始端，并在沉淀区内进行着等速自由沉降； 3）凡能沉降至沉淀区底的颗粒杂质便认为已被除去，不再重新悬浮进入水中。

设理想沉淀区的深度为H，长度为L，宽度为B，进入沉淀区的水流量为Q，则沉淀区

水流流速为：v?Q H?BQ表面负荷：q?

BL又因为

u0H? vL则q?uv?HBH?v??v?0?u0 BLLv 即对于理想沉淀区，表面负荷与截留沉速相等。 当均一粒径杂质颗粒的沉速u与截留沉速u0不同时：

u?u0：杂质颗粒在理想池中的沉降轨迹应该是一条比OA更陡的直线，所以无疑它们能全部沉淀下来。

u?uo：杂质颗粒的沉降轨迹应是一条比OA平缓的直线，显然，在沉淀区始端，只有