【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）嗅和味（4）固体物质化学指标包括：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）无机性非金属有害有毒物生物指标包括：（1）细菌总数（2）大肠菌群（3）病毒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。
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。
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。
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。
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。
7.污水处理按作用原理分哪几个类型？按处理程度分哪几个等级？答：污水处理按作用原理分，归纳起来有物理法、生物化学法和化学法等三种类型。
按处理程度可分为一级处理、二级处理和三级处理三个等级。
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。
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曝气式沉砂池：总有效容积：V=60*Qmax*t=60*0.23*2=27.6m3池断面面积：A=Qmax/Vmin=0.23/0.08=2.88m2池总宽度：B=A/Hmin=池长L=V/A=27.6/2.88=9.58m所需曝气量：q=60D*Qmax=60*0.23*0.2=2.76m3/min平流式沉淀池：沉淀区表面积：A=Q(max)/q=833.3/2.5=333.3m2沉淀区有效水深:h2=q*t=2.5*1=2.5m沉淀区有效容积：V=A*h2=333.3/3=111.1m3沉淀池长度：L=3.6*v*t=3.6*0.0005*3600=6.48m沉淀区总宽度：B=A/L=333.3/6.48=51.44m沉淀池数量：n=B/b=51.44/40>1,取2污泥区容积V=(S*N*T)/1000=(20000*1000*4*3%)/24*1000=100m2沉淀池总高度：H=h1+h2+h3+h4=0.3+2.5+0.3+2.1=5.2m(S1=25m2S2=1m2h4’=0.35mh4’’=1.75mL1=1.5mL2=0.3m)贮泥池容积：V=1/3*h4’(S1+S2+)=3.61m3贮泥池以上梯形部分污泥容积：V=(L1/2+L2/2)*h4’’*b=63m36．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：气浮法处理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）必须使废水中的污染物质能形成悬浮状态；（3）必须使废水中的污染物质能形成悬浮状态。
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。
它们缺点是都有局限性，单一化。
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20m3、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/dQ(实)=Q/98%=3.06m3/d3．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？SV30表示什么？什么是剩余污泥？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。
SV30：是指曝气池混合液静止沉降30分钟后污泥所占的体积。
剩余污泥：曝气池中的生化反应引起了微生物的增殖，增殖的微生物量通常从沉淀池中排除，以维持活性污泥系统的稳定运行。
这部分污泥叫做剩余污泥。
2.废水好氧生化处理基本原理是什么？活性污泥法是一种应用最广泛的废水好氧生化处理技术。
废水一次沉淀池后与二次沉淀池底部回流的活性污泥同时进入曝气池，通过曝气，活性污泥呈悬浮状态，并与废水充分接触。
废水中的悬浮固体和胶状物质被活性污泥吸附，而废水中的可溶性有机物被充当活性污泥中的微生物用作自身繁殖的营养，代谢转化为生物细胞，并氧化成为最终产物（主要是CO2）。
非溶解性有机物需先转化成溶解性的有机物，而后才被代谢和利用。
废水由此得到净化。
净化后废水与活性污泥在二次沉淀池内进行分离，上层出水排放；分离浓缩后的污泥一部分返回曝气池内保持一定浓度的活性污泥，其余为剩余污泥，由系统排出。
3．从气体传递的双膜理论，分析氧传递的主要影响因素。
答：气体传递的双膜理论的基点是认为在气液界面存在着二层膜（即气膜和液膜）这一物理现象。
这两层薄膜使气体分子从一相进入另一相时受到了阻力。
当气体分子从气相向液相传递时，若气体的溶解度低，则阻力主要来自液膜。
影响氧传递的因素主要有如下：污水水质：水中各种杂质如某些表面活性物质会在气液界面处集中，形成一层分子膜，增加了氧传递的阴力，影响了氧分子的扩散。
水温：水温对氧的转移影响较大，水温上升，水的黏度降低，液膜厚度减小，扩散系数提高，反之，扩散系数降低。
氧分压：气相中的氧分压直接影响到氧传递的速率。
气相中氧分压增大，则传递速率加快，反之，则速率降低。
4．生物脱氮、除磷的环境条件要求和主要影响因素是什么？什么是氨化作用。
碳源不足时需另外投加碳源。
硝化过程的影响因素：（a）好氧环境条件，并保持一定的碱度：硝化菌为了获得足够的能量用于生长，必须氧化大量的NH3和NO2-，氧是硝化反应的电子受体，反应器内溶解氧含量的高低，必将影响硝化反应的进程，在硝化反应的曝气池内，溶解氧含量不得低于1mg/L，多数学者建议溶解氧应保持在1.2~2.0mg/L。
在硝化反应过程中，释放H+，使pH下降，硝化菌对pH的变化十分敏感，为保持适宜的pH，应当在污水中保持足够的碱度，以调节pH的变化，lg氨态氮（以N计）完全硝化，需碱度（以CaCO3计）7.14g。
对硝化菌的适宜的pH为8.0~8.4。
（b）混合液中有机物含量不应过高：硝化菌是自养菌，有机基质浓度并不是它的增殖限制因素，若BOD值过高，将使增殖速度较快的异养型细菌迅速增殖，从而使硝化菌不能成为优势种属。
（c）硝化反应的适宜温度是20~30℃，15℃以下时，硝化反应速度下降，5℃时完全停止。
（e）除有毒有害物质及重金属外，对硝化反应产生抑制作用的物质还有高浓度的NH4-N、高浓度的NOx-N、高浓度的有机基质、部分有机物以及络合阳离子等。
反硝化反应：反硝化过程的影响因素：（a）碳源：能为反硝化菌所利用的碳源较多，从污水生物脱氮考虑，可有下列三类：一是原污水中所含碳源，对于城市污水，当原污水BOD5/TKN>3~5时,即可认为碳源充足；二是外加碳源，多采用甲醇（CH3OH），因为甲醇被分解后的产物为CO2和H2O，不留任何难降解的中间产物；三是利用微生物组织进行内源反硝化。
（b）pH：对反硝化反应，最适宜的pH是6.5~7.5。
pH高于8或低于6，反硝化速率将大为下降。
（c）溶解氧浓度：反硝化菌属异养兼性厌氧菌，在无分子氧同时存在硝酸根离子和亚硝酸根离子的条件下，它们能够利用这些离子中的氧进行呼吸，使硝酸盐还原。
另一方面，反硝化菌体内的某些酶系统组分，只有在有氧条件下，才能够合成。
这样，反硝化反应宜于在缺氧、好氧条件交替的条件下进行，溶解氧应控制在0.5mg/L以下。
（d）温度：反硝化反应的最适宜温度是20~40℃，低于15℃反硝化反应速率最低。
(2)生物脱氮工艺（a）三段生物脱氮工艺：将有机物氧化、硝化以及反硝化段独立开来，每一部分都有其自己的沉淀池和各自独立的污泥回流系统。
（b）Bardenpho生物脱氮工艺：设立两个缺氧段，第一段利用原水中的有机物为碳源和第一好氧池中回流的含有硝态氮的混合液进行反硝化反应。
为进一步提高脱氮效率，废水进入第二段反硝化反应器，利用内源呼吸碳源进行反硝化。
曝气池用于吹脱废水中的氮气，提高污泥的沉降性能，防止在二沉池发生污泥上浮现象。
（c）缺氧——好氧生物脱氮工艺：该工艺将反硝化段设置在系统的前面，又称前置式反硝化生物脱氮系统。
反硝化反应以水中的有机物为碳源，曝气池中含有大量的硝酸盐的回流混合液，在缺氧池中进行反硝化脱氮。
生物除磷过程需设置厌氧区和好氧区，同时活性污泥需要不断经过厌氧区磷释放和好氧区磷吸收，通过排除进过以后富含磷的污泥使污水中磷得以去除。
生物除磷的厌氧过程对污水中碳源的品质和数量有更高的要求，最理想的碳源为挥发性脂肪酸，其次为易发酵的有机物。
生物除磷影响因素：（1）厌氧环境条件：（a）氧化还原电位：Barnard、Shapiro等人研究发现，在批式试验中，反硝化完成后，ORP突然下降，随后开始放磷，放磷时ORP一般小于100mV；（b）溶解氧浓度：厌氧区如存在溶解氧，兼性厌氧菌就不会启动其发酵代谢，不会产生脂肪酸，也不。