环境工程学.doc

思考题库绪论 环境工程学的发展和内容 第一章 水质与水体自净第二章 水的物理化学处理方法第三章 水的生物化学处理方法 第五章 大气质量与大气污染 第六章 颗粒污染物控制 第七章 气态污染物控制 第八章 污染物的稀释法控制绪论 环境工程学的发展和内容0-1名词解释：环境：影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草地、野生生物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等。环境问题：全球环境或区域环境中出现的不利于人类生存和发展的现象，均概括为环境问题。 环境污染：由于自然或人为（生产、生活）原因，往原先处于正常状况的环境中附加了物质、能量或生物体，其数量或强度超过了环境的自净能力，使环境质量变差，并对人或其它生物的健康或环境中某些有价值物质产生了有害影响的现象。污染物质：引起环境污染的物质即为污染物质。 公害：由人为原因引起化学污染物滋事而产生的突发事件通常称为公害。环境科学：研究人类环境质量及其保护的和改善的科学，其主要任务是研究在人类活动的影响下环境质量的变化规律和环境变化对人类生存的影响，以及改善环境质量的理论、技术和方法。0-2 试分析人类与环境的关系。“环境”一词是相对于人类而言的，即指的是人类的环境。人类与其环境之间是一个有着相互作用、相互影响、相互依存关系的对立统一体。人类从周围环境中获得赖以生存、发展的空间和条件，同时其生产和生活活动作用于环境，又会对环境产生影响，引起环境质量的变化；反过来，污染了的或受损害的环境也对人类的身心健康和经济发展等造成不利影响。0-3试讨论我国的环境和污染问题0-4什么是环境工程学？他与其他学科之间的关系怎样？环境工程学应用环境科学、工程学和其它有关学科的理论和方法，研究保护和合理利用自然资源，控制和防治环境污染和生态破坏，以改善环境质量，使人们得以健康、舒适地生存与发展的学科。环境工程学是环境科学的一个分支，又是工程学的一个重要组成部分。它脱胎于土木工程、卫生工程、化学工程。机械工程等母系学科，又融入了其他自然科学和社会科学的有关原理和方法。0-5环境工程学的主要任务是什么？环境工程学应用环境科学、工程学和其它有关学科的理论和方法来研究控制环境污染、保护和改善环境质量，合理利用自然资源的技术途径和技术措施。因此，它有着两方面的任务：既要保护环境，使其免受和消除人类活动对它的有害影响；又要保护人类的健康和安全免受不利的环境因素损害。具体讲就是重点治理和控制废水、废气、噪声和固体废弃物，研究环境污染综合防治的方法和措施。0-6环境工程学的主要内容有哪些？（1）水质净化与水污染控制工程； （2）大气污染控制工程； （3）固体废弃物控制及噪声、振动与其他公害防治工程； （4）清洁生产、污染预防与全过程污染控制工程； （5）环境规划、管理和环境系统工程； （6）环境监测与环境质量评价。第一章 水质与水体自净1-1名词解释水污染：水体因接受过多的污染物而导致水体的物理特征、化学特征和生物特征发生不良变化，破坏了水中固有的生态系统，破坏了水体的功能及其在经济发展和人民生活中的作用，该状态为“水体污染”。水质：水与其中所含的杂质共同表现出来的物理学、化学和生物学的综合特性。水质指标：水中杂质的种类、成分和数量，是判断水质的具体衡量标准。水质标准： 由国家或政府部门正式颁布的有关水质的统一规定。水环境容量：一定水体在规定的环境目标下所能容纳污染物质的最大负荷量。水体自净：进入水体的污染物通过物理、化学和生物等方面的作用，使污染物的浓度逐渐降低，经过一段时间后，水体将恢复到受污染前的状态。这一现象为“水体自净作用”。水体污染物：凡使水体的水质、生物质、底泥质量恶化的各种物质均称为“水体污染物”。COD：在一定严格的条件下，水中各种有机物与外加的强氧化作用时所消耗的氧化剂量。BOD：在水体中有氧的条件下，微生物氧化分解单位体积水中有机物所消耗的溶解氧量。总固体：水中所有残渣的总和。（在一定温度下，将水样蒸发至干时所残余的固体物质总量。） 1-2试区别悬浮固体和可沉固体，区别悬浮固体和浑浊度。它们的测定结果一般如何表示？ 如果对水样进行过滤操作，将滤渣在103105下烘干后的重量就是悬浮固体，结果以mg/L计。而可沉固体是指将1L水样在一锥形玻璃筒内静置1h后所沉下的悬浮物质数量，结果用mL/L来表示。浑浊度是指水中不溶解物质对光线透过时所产生的阻碍程度。一般来说，水中的不溶解物质越多，浑浊度也越高，但两者之间并没有固定的定量关系。因为浑浊度是一种光学效应，它的大小不仅与不溶解物质的数量、浓度有关，而且还与这些不溶解物质的颗粒尺寸、形状和折射指数等性质有关。将蒸馏水中含有1mg/L的SiO2称为1个浑浊度单位或1度。由此测得的浑浊度称为杰克逊浊度单位（JTU）。1-3取某水样250mL置于空重为54.342 6 g的古氏坩埚中，经过滤、105烘干、冷却后称其质量为54.3998 g，再移至600炉内灼烧，冷却后称其质量为54.362 2 g。试求此水样的悬浮固体和挥发性悬浮固体量。解：悬浮固体 228.8mg/L；挥发性悬浮固体量 150.4mg/L。1-6取某水样100ml，加酚酞指示剂，用0.100 0 mol/L HCl溶液滴定至终点消耗盐酸溶液1.40 ml。另取此水样100 ml，以甲基橙作指示剂，用此盐酸溶液滴定至终点用去6.60 ml。试计算此水样的总碱度及各致碱阴离子的含量（结果以 mmol/L计）。解：总碱度6.60mmol/L（酚酞碱度1.40mmol/L）；OH-0mmol/L；HCO3-1.4mmol/L；CO32-3.8mmol/L。1-7取水样100 ml 用0.100 0 mol/L HCl溶液测其碱度。现以酚酞作指示剂，消耗了HCl溶液0.20 ml，接着再加甲基橙作指示剂，又消耗了3.40 ml。试求该水样的总碱度和各种致碱阴离子的含量（结果以 mmol/L 计）解：总碱度3.60mmol/L（酚酞碱度0.20mmol/L）；OH-0mmol/L；HCO3-3.2mmol/L；CO32-0.2mmol/L。1-8 某水样初始PH为9.5，取100 ml 用 0.200 0 mol/L 溶液滴定至PH8.3时需6.20 ml，若滴定至PH=4.4则还需加此液9.80 ml。试求此水样中存在的各种致碱阴离子的浓度（结果以 mmol/L和的 mg/L计）。解：总碱度64.00mmol/L（酚酞碱度24.80mmol/L）；OH-0mmol/L；HCO3-14.40mmol/L（720mg/L）；CO32-24.80mmol/L（2480mg/L）。1-9有一水样取100 ml 用0.100 0 mol/L HCl溶液测定其碱度，加入酚酞指示剂后，水样无色。再加甲基橙作指示剂，消耗盐酸溶液量5.20 ml，另取此水样100 ml 用0.025 0 mol/L的EDTA溶液测其硬度，用去 14.60 ml。试求此水样的总硬度、碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度（结果以 mmol/L、度和的 mg/L计）。解：总硬度3.65mmol/L（365mg/L；20.4度）；碳酸盐硬度2.60mmol/L（260mg/L；14.6度）；非碳酸盐硬度1.05mmol/L（105mg/L；5.9度）。1-10高锰酸钾耗氧量、化学需氧量和生化需氧量三者有何区别？它们之间的关系如何？除了它们以外，还有哪些水质指标可以用来判别水中有机物质含量的多寡？ 重铬酸钾耗氧量，习惯上称为化学需氧量，是水样在强酸性条件下，加热回流2h（有时还加入催化剂），使有机物质与重铬酸钾充分作用被氧化的情况下测定的。它能将水中绝大多数的有机物氧化，但对于苯、甲苯等芳烃类化合物则较难氧化。严格说来，化学需氧量也包括了水中存在的无机性还原物质。通常因废水中有机物的数量大大多于无机还原物质的量，一般用化学需氧量代表废水中有机物质的总量。高锰酸钾耗氧量，习惯上称为耗氧量，测定快速，但不代表水中有机物质的全部总量。一般来说，在测定条件下水中不含氮的有机物质易被高锰酸钾氧化，而含氮的有机物就较难分解。因此，耗氧量适用于测定天然水或含容易被氧化的有机物的一般废水，而成分复杂的有机工业废水则常测定化学需氧量。生化需氧量指在有氧的条件下，水中可分解的有机物由于好氧微生物（主要是好氧细菌）的作用被氧化分解无机化所需要的氧量。除它们外，还有总需氧量、总有机碳等水质指标可用来判别水中有机物质含量的多寡。1-11 试讨论有机物好氧生物氧化的两个阶段。什么是第一阶段生化需氧量（La）？什么是完全生化需氧量（BODu）？为什么通常所说的生化需氧量不包括硝化阶段对氧的消耗量？ 在有氧的情况下，废水中有机物质的分解是分两个阶段进行的。第一阶段称为碳氧化阶段，主要是不含氮有机物的氧化，也包括含氮有机物的氨化，以及氨化后生成的不含氮有机物的继续氧化。碳氧化阶段所消耗的氧量称为碳化生化需氧量（BOD）。总的碳化生化需氧量常称为第一阶段生化需氧量或完全生化需氧量，常以La或BODu表示。 水中的硝化细菌可氧化水中原有的氨和含氮有机物氨化分解出来的氨，最终转化成硝酸盐。由于硝化作用所消耗的氧量成为硝化生化需氧量，即第二阶段生化需氧量，常以LN或NOD表示。 通常所说的生化需氧量只是指碳化生化需氧量，即第一阶段生化需氧量La，不包括硝化过程所消耗的氧量LN。这是因为生化需氧量的定义只规定：有机物被氧化分解为无机物质。在第一阶段生物氧化中，有机物中的C变为CO2，N变为NH3，均已无机化。因此并不关心继续氧化成NO2、NO3。同时，对于一般的有机废水，硝化过程大约在57天甚至10天后才能显著展开，所以5天的BOD测定通常是可以避免硝化细菌耗氧的干扰的。1-12 某工业区生产废水和生活污水的混合废水的为300（20），它的第一阶段生化需氧量是多少？（假定k10.23d1）解：第一阶段生化需氧量323mg/L。 1-13 某废水的=210，试求此废水的以及第一阶段生化需氧量，假定=0.17。假设上述废水改放在30条件下培养测定，试问5天的BOD应该是多少（）？ 解：30下BOD5=281mg/L。1-14 三种不同污水水样在20下的均为350，而它们的值分别为0.25、0.36和0.47，试求每种水样的完全生化需氧量。解：372mg/L；357mg/L；351mg/L。1-15 一学生测某废水的生化需氧量，星期二将水样放入25的培养箱内，到下星期一才作培养后测定。得BOD值为206。已知此废水20的=0.17，试求它的。解：167mg/L。1-17 通常所说的水质标准和水质要求有什么区别？由国家正式颁布的统一规定，对各项水质指标都有明确的要求尺度和界限，均为法定要求，具有指令性和法律性，有关部门、企业和单位都必须遵守，称为水质标准。各用水部门或设计、研究单位为进行各项工程建设或工艺生产操作，根据必要的试验研究或一定的经验所确定的各种水质要求。这类水质要求只是一种必要的和有益的参考，并不都具有法律性。1-18 为什么制定了地表水环境质量标准，还要制定废水的排放标准？ 地表水环境质量标准只对地表水体中有害物质规定容许的标准限值，还不能完全控制各种工农业废弃物对水体的污染。为了进一步保护水环境质量，必须从控制污染源着手，制定相应的污染物排放标准。1-19 什么叫水体自净？什么叫氧垂曲线？根据氧垂曲线可以说明什么问题？ 进入水体的污染物通过物理、化学和生物等方面的作用被分散、分离或分解，最后，水体基本上或完全地恢复到受污染前的状态，这个自然净化的过程称为水体自净。当河流接纳废水以后排入口（受污点）下游各点处溶解氧的变化十分复杂。以各点离排入口的距离为横坐标，溶解氧量为纵坐标作图，即得氧垂曲线。氧垂曲线的形状会因各种条件（如废水中有机物浓度、废水和河水的流量、河道弯曲状况、水流湍急情况等）的不同而有一定的差异，但总的趋势是相似的。由氧垂曲线可以得到废水排入河流后溶解氧最低点的亏氧量，及从排入点到临界点所需的时间。1-20 解决废水问题的基本原则有哪些？ 在解决废水问题时，应当考虑下面一些主要原则： （1）改革生产工艺，大力推进清洁生产，减少废水排放量； （2）重复利用废水； （3）回收有用物质； （4）对废水进行妥善处理； （5）选择处理工艺和方法时，必须经济合理，并尽量采用先进技术。 1-21 什么是“末端治理”？为什么要积极推进“清洁生产”工艺？你怎样认识“清洁生产”与“末端治理”的关系？ 水处理中的“末端治理”是指排什么废水就处理什么废水。在解决工业废水问题时应当首先深入工业生产工艺中，与工艺人员相结合，力求革新生产工艺，尽量不用水或少用水，使用清洁的原料，采用先进的设备及生产方法，以减少废水的排放量和废水的浓度，减轻处理构筑物的负担和节省处理费用。1-22 举例说明废水处理与利用的物理法、化学法和生物法三者之间的主要区别。 废水处理方法中的物理法是利用物理作用来分离废水中呈悬浮状态的污染物质，在处理过程中不改变其化学性质。如：沉淀法不仅可除去废水中相对密度大于1的悬浮颗粒，同时也是回收这些物质的有效方法。 化学法利用化学反应的作用来处理水中的溶解性污染物质或胶体物质。如：离子交换法可用于水的软化（去除Ca2、Mg2）和除盐（去除水中全部或部分的阴阳离子）。 生物法主要利用微生物的作用，使废水中呈溶解和胶体状态的有机污染物转化为无害的物质。如：好氧生物处理主要是利用好氧微生物降解水中溶解和胶体状态的有机污染物。1-23 一废水流量q=0.15m3/s，钠离子浓度1=2 500mg/L，今排入某河流。排入口上游处河水流量Q=20m3/s，流速v=0.3m/s，钠离子浓度0=12mg/L。求河流下游B点处的钠离子浓度。解：35mg/L。1-24 一污水厂出水排入某一河流。排入口以前河流的流量Q=1.20,=4.1 ，=5.0 ，=3.0 ；污水厂出水的流量q=8 640，=20 mg/L ，=80 ，=10 。假定排入口下游不远某点处出水与河水得到完全混合，求该点处的河水水质。解：BOD55.3mg/L；10.8mg/L；3.5mg/L。1-25 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1-17所示。试求：（1）2天后河流中的溶解氧量。（2）临界亏氧量及其发生的时间。习题1-25附表参数污水厂出水河水混合流量/m3s-10.25.05.2水温/152019.8DO/mgL-11.06.05.8BOD5(20)/mgL-11003.06.7k1(20)/d-10.2k2(20)/d-10.3解：D23.1mg/L；Dc3.7mg/L；tc0.6d。1-26 一城市污水处理厂出水流量为q=20 000，=30，DO=2，水温20，=0.17。将此处水排入某河流，排放口上游处河水流量为Q=0.65，=5.0 mg/L，DO=7.5 mg/L，水温23，混合后水流速度v=0.5 m/s，可取0.25。试求混合后溶解氧最低值及其发生在距排放口多远处？解：Dc5.5mg/L；64800m。1-27 一奶制品工厂废水欲排入某河流，各项参数如表1-18所示。问：1. 如果废水不做任何处理，排入河流后，最低溶解氧量是多少？ 2. 如果该河流规定类水体，要求溶解最低值不得低于5.0 mg/L，工厂应该将废水的BOD5(20)处理到不超过多少浓度时才能排放？ 习题1-27附表参数废水河水流量/m3d-11 00019 000水温/5010DO/mgL-107.0BOD5(20)/mgL-11 2503.0k1(20)/d-10.35k2(20)/d-10.5解：18.7mg/L；20 mg/L。1-28 有一含氰有机废水，最大流量为100，=10 mg/L，=300 mg/L，DO=0mg/L，欲排入附近某河流。该河流属于类水体，河水最小流量（95%保证率）为3，最小流量时流速为0.2，夏季 DO=7mg/L，河水中原先没有氰化物。假定夏季废水和河水水温均为20。估计此废水需要的处理程度。 解：95%。第二章 水的物理化学处理方法 2-1 自由沉淀、絮凝沉淀、拥挤沉淀与压缩沉淀各有什么特点？说明它们的内在区别和特点。悬浮颗粒在水中的沉降，根据其浓度及特性，可分为四种基本类型：自由沉淀：颗粒在沉降过程中呈离散状态，其形状、尺寸、质量均不改变，下沉速度不受干扰。 絮凝沉淀：沉降过程中各颗粒之间相互粘结，其尺寸、质量会随深度增加而逐渐增大，沉速亦随深度而增加。 拥挤沉淀：颗粒在水中的浓度较大，颗粒间相互靠得很近，在下沉过程中彼此受到周围颗粒作用力的干扰，但颗粒间相对位置不变，作为一个整体而成层下降。清水与浑水间形成明显的界面，沉降过程实际上就是该界面下沉过程。 压缩沉淀：颗粒在水中的浓度很高时会相互接触。上层颗粒的重力作用可将下层颗粒间的水挤压出界面，使颗粒群被压缩。 2-2 水中颗粒的密度=2.6 ，粒径d=0.1 mm，求它在水温10 情况下的单颗粒沉降速度。 解：6.710-3m/s。2-3 非絮凝性悬浮颗粒在静止条件下的沉降数据列于表2-22中。试确定理想式沉淀池过流率为1.8m3/m2h时的悬浮颗粒去除率。试验用的沉淀柱取样口离水面120cm和240cm。表示在时间t时由各个取样口取出的水样中悬浮物的浓度，0代表初始的悬浮物浓度。习题2-3附表时间01530456090180120cm处的/010.960.810.620.460.230.06240cm处的/010.990.970.930.860.700.32解： （1）H=1.2m，69.6%；（2）H=2.4m，61.9%。2-4 生活污水悬浮物浓度300mg/L，静置沉淀试验所得资料如表2-23所示。求沉淀效率为65%时的颗粒截留速度。习题2-4附表取样口离水面高度/m在下列时间（min）测定的悬浮物去除率/%510204060901200.6415560677273761.2193345586270741.815313854596371解： 不同水深下的EU510204060901200.6m0.120.060.030.0150.010.00670.005415560677273761.2m0.240.120.060.030.020.0130.0135.549.556.364.869.572.375.51.8m0.360.180.090.0450.030.020.01529.343.751.361.866.570.374.5根据上表数据绘制不同水深条件下的EU曲线，结合曲线求解。2-5 污水性质及沉淀试验资料同习题2-4，污水流量1 000m3/h，试求：（1）采用平流式、竖流式、辐流式沉淀池所需的池数及澄清区的有效尺寸；（2）污泥的含水率为96%时的每日污泥容积。解：以平流式沉淀池为例：6座池子，长24m，宽5m，有效水深1.8m。 污泥的含水率为96%时的每日污泥容积19.5m3。2-6 已知平流式沉淀池的长度L=20m，池宽B=4m，池深 H=2m。今欲改装成斜板沉淀池，斜板水平间距10cm，斜板长度=1 m，倾角60。如不考虑斜板厚度，当废水中悬浮颗粒的截留速度=1 时，改装后沉淀池的处理能力与原池相比提高多少倍？解：提高了5倍。2-7 试叙述脱稳和凝聚的原理。胶体脱稳的机理可归结为以下四种：A 压缩双电层：带同号电荷的胶粒之间存在着范德华引力和由电位引起的静电斥力。这两种力抗衡的结果决定胶体的稳定性。一般当两胶体颗粒表面距离大于3nm时，两个颗粒总处于相斥状态（对憎水胶体颗粒而言，两胶核之间存在两个滑动面内的离子层，使颗粒保持稳定的相斥状态；对于亲水胶体颗粒而言，其表面吸附了大量的水分子构成水壳，使彼此不能靠近而保持稳定。）在水处理中使两胶体颗粒间距减少，发生凝聚的主要方法是在水中投加电解质。电解质在水中电离产生的离子可与胶粒的反离子交换或挤入吸附层，使胶粒带电荷数减少，降低电位，并使扩散层厚度减小。B 吸附电中和：胶粒表面对异号离子、异号胶粒或链状高分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用，使得胶粒表面的部位或全部电荷得以中和，减少静电斥力，致使颗粒间易于接近而相互吸附。C 吸附架桥：如果投加的化学药剂是能吸附胶粒的链状高分子聚合物，或者两个同号胶粒吸附在同一异号胶粒上，胶粒就能连结、团聚成絮凝体而被除去。D 网捕作用：含金属离子的化学药剂投入水中后，金属离子会发生水解和聚合，并以水中的胶粒为晶核形成胶体状沉淀物，或者沉淀物析出时吸附和网捕胶粒与之共同沉降下来。2-8 铝盐的混凝作用表现在哪些方面？铝盐/铁盐在水处理中发挥的三大作用：A pH值偏低，胶体及悬浮物浓度高，投药量尚不足的反应初期，以Al3+或Fe3+和低聚合度高电荷的多核羟基配合物的脱稳凝聚作用为主；B pH值和投药量适中时，以高聚合度羟基配合物的桥连絮凝作用为主；C pH值较高，胶体及悬浮物浓度较低，投药充分时，以氢氧化物沉淀形式存在的网捕絮凝作用为主。 2-9 混合和絮凝反应主要作用是什么？对搅拌各有什么要求？混合的目的是迅速均匀地将药剂扩散于水中，溶解并形成胶体，使之与水中的悬浮微粒等接触，生成微小的矾花。这一过程的要求：搅拌强度大，产生激烈湍流，混合时的流速应在1.5m/s以上，混合时间短（不超过2分钟），一般为1030s。反应设备的任务是使细小的矾花逐渐絮凝成较大颗粒，以便于沉淀除去。反应设备要求水流有适宜的搅拌强度，既要为细小絮体的逐渐长大创造良好的碰撞机会和吸附条件，又要防止已形成的较大矾花被碰撞打碎。因此，搅拌强度比在混合设备中要小，但时间比较长，常为1030min。2-11 澄清池的工作原理与沉淀池有何异同？澄清池是完成水和废水的混凝处理工艺（水和药剂的混合、反应以及絮凝体与水分离）的设备。澄清池中起到截留分离杂质颗粒作用的介质是呈悬浮状态的泥渣。即在反应阶段加入一定浓度的悬浮泥渣，或在反应池中保持一定浓度的悬浮泥渣。水中的悬浮颗粒与混凝剂作用而形成微小絮凝体后，一旦在运动中与相对巨大的泥渣接触碰撞，就被吸附在泥渣颗粒表面而被迅速除去。因此，保持悬浮状态的，浓度稳定且均匀分布的泥渣区是决定澄清池处理效果的关键。 沉淀池是利用水中悬浮物质自身重力完成水固分离的设备。2-12 常见澄清池有哪几种？各有什么优缺点？适用于什么情况？根据泥渣与水接触方式的不同，分为两大类型：（1）泥渣循环分离型：让泥渣在垂直方向不断循环，在运动中捕捉原水中形成的絮凝体，并在分离区加以分离。常用的澄清池中属于泥渣循环分离型的有机械加速澄清池、水力循环澄清池。（2）悬浮泥渣过滤型：靠上升水流的能量在池内形成一层悬浮状态的泥渣，当原水自下而上通过泥渣层时，絮凝体被截留。常用的澄清池中属于悬浮泥渣分离型的有普通悬浮澄清池、脉冲澄清池。 2-15 水中悬浮物能否黏附于气泡上取决于哪些因素？实现气浮分离过程的必要条件是污染物粘附在气泡上。这与气、液、固三相介质间的相互作用有关。根据热力学的概念，气泡和颗粒的附着过程是向使体系界面能减少的方向自发地进行的。0，该物质不能气浮；90，该物质附着不牢，易分离；180，该物质易被气浮。其中：为气、颗粒与水的接触角。2-17 水的软化与除盐在意义上有何差异？水的软化是降低水中Ca2、Mg2含量，防止管道、设备结垢的处理。 水的除盐则是降低部分和全部含盐量的处理。2-18 水的软化方法有几种？各有什么特点？ 加热软化法借助加热把碳酸盐硬度转化成溶解度很小的CaCO3 和Mg(OH)2沉淀出来，达到软化的目的。此法只能降低碳酸盐硬度，不能降低非碳酸盐硬度。目前在工业上已经很少采用了。 药剂软化法 在不加热的条件下，用化学药剂将Ca2、Mg2以CaCO3、Mg(OH)2的形式沉淀，以去除绝大部分Ca2、Mg2，达到软化的目的。常用药剂法为石灰法、石灰-纯碱法、石灰-石膏法。由于CaCO3和Mg(OH)2在水中仍有很小的溶解度，所以经此法处理后的水仍有残余硬度，仍然会产生结垢问题。 离子交换法用离子交换剂上的可交换离子Na+与Ca2、Mg2交换，其他阴离子成分不改变。该法可较彻底的脱除水中的Ca2、Mg2，较前两个方法优越。 2-19 离子交换树脂的结构有什么特点？试述其主要性能。废水处理中常用的离子交换剂为离子交换树脂。它是人工合成的高分子化合物，由树脂本体（母体）和活性基团两个部分组成。树脂本体通常是苯乙烯的聚合物，是线性结构的高分子有机化合物。因树脂本体不是离子化合物不具有离子交换能力，需经适当处理加上活性基团后，才成为离子化合物，才具有离子交换能力。活性基团由固定离子和活动离子组成，前者固定在树脂网状骨架上，后者则依靠静电力与前者结合在一起，两者电性相反，电荷相等。 2-21 试述离子交换工艺的操作程序。离子交换的运行操作包括交换、反洗、再生、清洗四个步骤。 （1）交换：离子交换剂上的可交换离子与溶液中其他同性离子间的交换反应。主要与树脂性能、树脂层高度、水流速度、原水浓度以及再生程度有关。 （2）反洗：目的在于松动树脂层，以便再生时再生液分布均匀，同时还及时清除积存的杂质、碎粒和气泡。 （3）再生：交换反应的逆过程，用较高浓度的再生液恢复树脂的交换能力。 （4）清洗：将树脂层中残余的再生废液清洗掉，直至符合出水水质要求。2-22 试述离子交换工艺在废水处理中的应用范围。（1）软化 一般采用钠型阳离子交换柱（固定型单床），再生液用饱和NaCl溶液。图2-55 钠型离子交换柱。 （2）除盐 需用H+型阳离子交换柱（金属离子与H+交换）与OH-型阳离子交换柱（各酸根离子与OH-交换）串联工艺。图2-56 H柱和OH柱串联除盐。 （3）重金属废水的处理和金属的回收 2-23 活性炭吸附的基本原理是什么？吸附作用主要发生在活性炭内部细孔的表面。每克吸附剂所具有的表面积称为比表面积。活性炭的比表面积可达5001700m2/g。 活性炭的吸附量不仅与比表面积有关，而且还取决于细孔的构造和分布情况。这些细孔的构造主要和活化方法及活化条件有关。细孔的大小不同，在吸附中所引起的主要作用也就不同。其中大孔主要为扩散提供通道，影响扩散速度；过渡孔在吸附质孔径小时影响扩散速度，小孔决定吸附量；在吸附质分子大时，影响吸附速度，小孔此时不起作用。图2-57 活性炭的微孔结构。 活性炭的吸附特性不仅与细孔构造和分布情况有关，而且还与活性炭的表面化学性质有关。 2-24 吸附等温线有几种？各种等温线的意义何在？吸附等温线按形状可分为几种类型，其中有代表性的有Langmuir（朗格谬尔）型、BET型和Freundlich（弗伦德利希）型。2-25 活性炭吸附操作有几种类型？各有什么特点？ 活性炭吸附操作类型：间歇吸附、连续吸附、流化床吸附。2-26 试分析几种膜分离技术的原理和特点与应用1、电渗析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），使溶质与水分离的物化过程。 2、渗析法在半透膜高浓度溶液的一侧施加足够的压力（超过溶液的渗透压），使溶剂从高浓度一侧向低浓度一侧流动的过程。随着反渗透膜制造技术及装置的迅速发展与完善，反渗透工艺已在海水及苦咸水淡化、饮用水处理、高纯水制备等领域得到了较多的应用。在电镀、食品工业等废水处理方面也有应用。 3、微滤、超滤和纳滤等依靠压力和膜进行工作，制膜的原料也是醋酸纤维素或聚酰胺、聚砜等，但删去热处理工序，使制成的膜孔径较大，能够在较小的压力下工作，而且有较大的水通量。微滤技术适合于去除胶体、悬浮固体和细菌，现多用于取代深床过滤，降低出水浊度，强化水的消毒，有时也作反渗透的预处理。超滤能去除相对分子量大于1000100000的物质，如胶体、蛋白质、颜料、油类、微生物等。纳滤又称低级反渗透，可分离相对分子量大于200400的物质，如硬度离子、色素等，有些较大分子的有机物也可被除去。 2-29 微滤、超滤、纳滤和反渗析有何区别？微滤、超滤和纳滤等依靠压力和膜进行工作，制膜的原料也是醋酸纤维素或聚酰胺、聚砜等，但删去热处理工序，使制成的膜孔径较大，能够在较小的压力下工作，而且有较大的水通量。微滤技术适合于去除胶体、悬浮固体和细菌，现多用于取代深床过滤，降低出水浊度，强化水的消毒，有时也作反渗透的预处理。超滤能去除相对分子量大于1000100000的物质，如胶体、蛋白质、颜料、油类、微生物等。纳滤又称低级反渗透，可分离相对分子量大于200400的物质，如硬度离子、色素等，有些较大分子的有机物也可被除去。2-30 试述加氯消毒的原理。1、氯气溶于水后发生水解反应，生成的次氯酸HOCl是弱酸，又发生离解反应。平衡受水中氢离子浓度的影响。当pH4时，溶于水的Cl2几乎以HOCl和OCl的形式存在，极少以Cl2的形式存在。当pH7时，HOCl约占80，OCl约占20。一般认为，Cl2、HOCl、OCl均具有氧化能力，而不少研究表明Cl2、HOCl、OCl三者中，HOCl的杀菌能力最强。 2、当水中有氨存在时，氯和次氯酸极易与氨化合成各种氯胺。各种氯胺水解后，又会生成HOCl，因此它们也具有消毒杀菌能力，但不及HOCl强，而且杀菌作用进行得比较缓慢。 3、氯还可以与水中其他杂质特别是还原性物质起化学作用，如Fe2+、Mn2+、NO2、S等无机性还原物质以及一些有机性还原物质。2-31 水消毒与杀菌的区别？水消毒是用物理、化学方法去除水中的病原菌、病毒和寄生虫，以保证人类用水的安全和卫生。其目的是水中的病原细菌和其他对人体健康有害的微生物。消毒和杀菌不同。杀菌是杀灭水中一切微生物。生活污水和某些工业废水中含有大量细菌，有时还含有较多的病原细菌、病毒和寄生虫卵等。通过一般的废水处理，它们也还不能全部被去除，为了防止疾病的传播，在排入水体之前，也需要进行消毒。 2-32 除氯以外，还有哪些消毒方法？发展前途如何？（一）物理消毒法 1、加热消毒 消耗大量燃料，只适合于少量饮用水。 2、紫外线消毒 紫外线消毒与氯消毒相比，具有以下优点：消毒速度快，效率高。据试验，经紫外线照射几十秒钟即能杀菌。一般大肠杆菌的平均去除率可达98，细菌总数的平均去除率可达96.6。此外还能去除加氯法难以杀死的某些芽孢和病毒。不影响水的物理性质和化学成分，不增加水的嗅和味。操作简单，便于管理，易于实现自动化。 紫外线消毒的缺点是不能解决消毒后在管网中再污染的问题，电耗较大，水中悬浮杂质妨碍光线投射等。 （二）臭氧消毒 臭氧在常温常压下为无色气体，有特臭，强氧化剂，且极不稳定，分解放出O。O具有强氧化能力，是除氟以外最活泼的氧化剂，能杀灭病毒、芽孢等具有顽强抵抗力的微生物。臭氧消毒接触时间短，不受水中氨氮和pH的影响，能氧化水中的有机物，去除水中的铁、锰，并能去除嗅、味和色度，还能完全去除水中的酚。 但是，臭氧法的主要缺点是基础建设投资大、耗电量大；臭氧在水中不稳定，容易分解，因而不能在配水管网中保持持续的杀菌能力；臭氧需边生产边使用，不能储存；当水量和水质发生变化时，调节臭氧投加量比较困难。 （三）重金属消毒 银离子能凝固微生物蛋白质，破坏细胞结构，达到杀菌目的。消毒方法有：利用表面积很大的银片与水接触，或用电解银的方法，或使水流过镀银的砂粒等。此法的缺点是价格高，杀菌慢，只能用于少量饮用水的应急消毒。至于长期饮用重金属离子消毒的水对人体有何影响，尚无定论。 在杀灭湖泊或水库中的藻类时，硫酸铜是最常用的化学药剂。 （四）综合消毒法 各种消毒法结合使用已为国外水厂提倡。如：臭氧氯消毒。其步骤为：先用臭氧氧化水中酚和消灭病毒，改善水的物理性质，然后在水中加氯，保证管网中的灭菌能力。有的水厂也用臭氧紫外线氯消毒。第三章 水的生物化学处理方法3-1 水中微生物主要分哪几类？分别简单讨论它们在废水处理过程中所起的作用。细菌等各类微生物的种类与数量常与污水水质及其处理工艺有密切关系，在特定的污水中，会形成与之相适应的微生物群落。 细菌是单细胞微生物，废水处理设备中出现的细菌种类很多。对净化污水有重要作用的细菌有无色杆菌属（Achromobacter）、产碱杆菌属、芽孢杆菌属、黄杆菌属、微球菌属及假单胞菌属。其中假单胞菌属是最具有代表性的污水处理的活性细菌之一，地球上存在的天然有机物都可以为假单胞菌属的细菌所分解。 真菌种类繁多，污水处理中分离出的真菌主要是霉菌。大多数真菌都是好氧菌，他们具有在温度较低的环境条件下生长繁殖的能力，适宜生存的pH范围是29。 藻类都是具有光合作用的自养型微生物，能通过光合作用放出氧气，对污水的净化具有重要的作用。 原生动物是极微小的能运动的微生物，通常为单细胞生物，生物处理中常见的原生动物有肉足纲、鞭毛纲、纤毛纲和吸管纲的动物。原生动物不仅能吞噬部分有机物、游离细菌，降低污水浑浊度，一些原生动物还能分泌黏液，促进生物污泥絮凝。当运行条件和处理水质发生变化时，原生动物的种类也随之变化，因此，原生动物能起指示生物的作用。 后生生物在水处理设备中不常出现。轮虫是后生动物的典型代表，可非常有效的吞食分散和絮凝的细菌及颗粒较小的有机物。轮虫是好氧生物净化程度的有效指示生物。