甘肃建筑技术学院环境与市政工程系水处理工程技术
-水同时反冲，再进入水冲洗；（3）先进入压缩空气擦洗，再进入气、水同时反冲，最后进入水反冲。
第七章 吸附
1.名词解释：
吸附：是一种物质附着在另一种物质表面上的过程，它可发生在气液、气固、液固两相之间。在相界面上，物质的浓度自动发生积累或浓集。在水处理中，主要利用固体物质表面对水中物质的吸附作用。 吸附法：利用多孔性的固体物质，使水中一种物质被吸附在固体表面而去除的方法。 吸附剂：具有吸附能力的多孔性固体物质。 吸附质：废水中被吸附的物质。
分散相：包容吸附剂和吸附质并以分散形式存在的介质。 吸附过程：吸附质被吸附剂吸附的过程。
解吸过程：已被吸附的吸附质脱离吸附剂的表面又回到液相中去的过程。
吸附平衡：当吸附速度和解吸速度相等时，即单位时间内吸附的数量等于解吸的数量时，则吸附质在溶液中的浓度和吸附剂表面上的浓度都不再改变而达到的动态平衡状态。 平衡浓度：在吸附平衡时吸附质在溶液中的浓度。
吸附容量：指单位重量的吸附剂所吸附的吸附质的重量。 吸附速度：单位重量的吸附剂在单位时间内所吸附的物质量。 2.吸附类型有哪些？分别描述各自的特征。 答：吸附类型有化学吸附和离子交换吸附。（1）物理吸附：①是放热反应；②没有特定的选择性；③物理吸附的动力来自分子间引力，吸附力较小，因而在较低温度下就可以进行；④被吸附的物质由于分子的热运功会脱离吸附剂表面而自由转移，吸附质在吸附剂表面可以较易解吸。⑤影响物理吸附的主要因素是吸附剂的比表面积。（2）化学吸附：①吸附热大，相当于化学反应热；②有选择性；③化学吸附比较稳定，当吸附的化学键力较大时，吸附反应为不可逆；④吸附剂表面的化学性能、吸附质的化学性质以及温度条件等，对化学吸附有较大的影响。（3）离子交换吸附是指吸附质的离子由于静电引力聚集到吸附剂表面的带电点上，同时吸附剂表面原先固定在这些带电点上的其他离子被置换出来，等于吸附剂表面放出一个等当量离子。离子所带电荷越多，吸附越强。电荷相同的离子，其水化半径越小，越易被吸附。
3.影响吸附的因素主要有哪些？ 答：（1）吸附剂的性质；（2）吸附质的性质；（3）吸附过程的操作条件：主要包括水的pH值，共存物质、温度、接触时间等。 4.试述吸附剂的表面特性。 答：（1）比表面积：单位重量的吸附剂所具有的表面积，随物质空隙的多少而变化。（2）表面能：液体或固体物质内部的分子受周围分子的引力在各个方向上都是均衡的，一般内层分子之间引力大于外层分子之间引力，故一种物质的表面分子比内部分子具有多余的能量，称为表面能。（3）表面化学性质：在固体表面上的吸附除与其比表面积有关外，还与固体所具有的晶体结构中的化学键有关。 5.活性炭的一般性质有哪些？
答：外观为暗黑色，具有良好的吸附性能，化学稳定性好，可耐强酸及强碱，能经受水浸、高温。比重比水轻，是多孔性的疏水性吸附剂。
6.吸附操作分为哪几种形式，并分别加以阐述。
答：吸附操作方式分为静态吸附与动态吸附两种。静态吸附：又称静态间歇式吸附，是指在水不流动的条件下进行的吸附操作，其操作的工艺是把一定数量的吸附剂加入待处理的水中，不断进行搅拌，经过一定时间达到吸附平衡时，以静置沉淀或过滤方法实现固液分离，若一次吸附的出水不符合要求时，可增加吸附剂用量，延长吸附时间或进行二次吸附，直到符合要求。动态吸附：又称动态连续式吸附。是在水流条件下进行的吸附操作。其操作工艺过程是，污水不断地流过装填有吸附剂的吸附床，污水中的污染物质和吸附剂接触并被吸附，在流出吸附床之前，污染物浓度降至处理要求值以下，直接获得净化出水。实际中的吸附处理系统一般都采用动态连续式吸附工艺。 7.水处理常用的动态吸附设备有哪些？
答：常用的动态吸附设备有固定床、移动床、流化床等。
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8.什么是吸附剂的再生？活性炭的再生方法有哪几种？
答：吸附剂的再生就是在吸附剂本身结构不发生或极少发生变化的情况下，用某种方法将被吸附的物质，从吸附剂的细孔中除去，以达到能够重复使用的目的。活性炭的再生方法有加热法、蒸汽法、溶剂法、臭氧氧化法、生化法等。加热再生法又分为低温法与高温法；药剂再生法分为无机药剂再生法和有机溶剂再生法；氧化再生法包括湿式氧化法、电解氧化法、臭氧氧化法和生物氧化法。
第八章 氧化还原与水的消毒
1.目前水的消毒方法主要有哪几种？简要评述各种消毒方法的优缺点。 答：目前水的消毒方法有氯消毒、臭氧消毒、二氧化氯消毒。
（1）氯消毒是应用最广泛的消毒方法，杀灭有机物效率较高，经济有效，使用方便。但消毒后会产生有害健康的副产物，如三卤甲烷。
（2）臭氧消毒作为消毒剂不会产生三卤甲烷等副产物，其杀菌能力均比氯强，同时也可改善水的口感和感官性能，对一些病毒，臭氧的灭活作用也远远高于氯。
（3）二氧化氯消毒对一般的细菌和很多病毒的杀灭作用强于氯，且其消毒效果受pH的影响不大。它几乎不与水中的有机物作用而生成有害的卤代有机物，有机副产物主要包括低分子量的乙醛和羧酸，含量大大低于臭氧氧化过程。
2.简述氯消毒和氯胺消毒的原理。两者消毒效果有何不同？
答：一般认为，氯消毒过程中主要通过次氯酸起消毒作用，当HOCl分子到达细菌内部时，与有机体发生氧化作用而使细菌死亡。OCl—虽然也具有氧化性，但由于静电斥力难于接近带负电的细菌，因而在消毒过程中作用有限。氯胺消毒也是HOCl的作用。用氯消毒5min内可杀灭细菌达99%以上；而用氯胺时，相同条件下，5min内仅达60%，需要将水与氯胺的接触时间延长到几十小时，才能达到99%的灭菌效果。
3.水的氧化、还原处理法有哪些？各有何特点？适用于何种场合？
答：氧化法主要用于水中铁、锰、氰化物、硫化物、酚、醇、醛、油类等有毒有害物质的去除及脱色、脱臭、杀菌处理等。常用方法有氯氧化法和臭氧氧化法。氯氧化法主要用于处理含氰废水等；臭氧氧化法主要用于处理印染废水、含氰废水、含酚废水等有机微污染物。还原法目前主要用于冶炼工业生产的含铜、铅、锌、铬、汞等重金属离子废水的处理。用的方法有铁削过滤法、亚硫酸盐还原法、硫酸亚铁还原法、水合肼还原法。铁削过滤法是让废水流经装有铁削的滤柱，从而达到处理废水中的铜、铬、汞等离子。亚硫酸盐还原法和硫酸亚铁还原法则是向水中投加亚硫酸盐和硫酸亚铁还原剂，在反应设备中进行还原反应，其反应产物与铁削过滤法一样，通过沉淀法去除。常用氧化还原法还有空气氧化法、光氧化法和高级氧化工艺。
第九章 水的循环冷却
1.何谓污垢热阻？何谓腐蚀率？
答：热交换器传热面由于沉积物沉积使传热系数下降，从而使热阻增加的量称为污垢热阻。数学表示式为： Rt?11 ??t?0式中K 0 —开始时，传热表面清洁所测得的总传热系数，kJ/(m2?h?℃)；
K t — 循环水在传热表面经t时间后所测得的总传热系数kJ/(m2?h?℃)。 腐蚀率指单位时间内，单位面积上金属材料损失的重量。
2.什么叫缓蚀剂？常见的有哪几类缓蚀剂？简要叙述各类缓蚀剂的防蚀原理和特点。
答：投加某些药剂，使其在金属表面形成一层薄膜将金属表面覆盖起来，从而与腐蚀介质隔绝，防止金属腐蚀。
（1） 氧化膜型缓蚀剂
这类缓蚀剂直接或间接产生金属的氧化物或氢氧化物，在金属表面形成保护膜。 （2） 水中离子沉淀模型缓蚀剂
这种缓冲剂与溶解于水中的离子生成难溶盐或络合物，在金属表面上析出沉淀，形成防蚀薄
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膜。
（3） 金属离子沉淀膜型缓蚀剂
这种缓蚀剂是使金属活化溶解，并在金属离子浓度高的部位与缓蚀剂形成沉积，并产生致密的薄膜，缓蚀效果良好。
（4） 吸附膜型缓蚀剂
这种有机缓蚀剂的分子具有亲水性基和疏水性基。亲水基即极性基，能有效地吸附在洁净的金属表面上，而将疏水基团朝向水侧，阻碍溶解氧向金属扩散，以抑制腐蚀。 3.在循环冷却水系统中，控制微生物有何作用？常用的有哪几种微生物控制方法并简要叙述其优缺点。
答：微生物可引起粘垢，粘垢又会引起循环水系统中微生物的大量繁殖。粘垢会使换热器传热效率降低增加水头损失，而且，微生物又与腐蚀有关，故控制微生物的意义深远。
（1） 氧化性杀菌剂
主要为液氯、二氧化氯及次氯酸钙、次氯酸钠。但是氯在冷却塔中易于损失，不能起持续的杀菌作用。
（2） 非氧化型杀菌剂
硫酸铜是广泛用作控制藻类的药剂；氯酚杀菌剂的使用量一般都比较高。 （3） 表面活性剂杀菌剂
表面活性剂杀菌剂主要以季铵盐类化合物为代表。使用季铵盐类的缺点是剂量比较高，常引起发泡现象。但发泡能使被吸着在构件表面的生物性粘泥剥离下来，随水流经旁滤池除去。
第十章 几种特殊处理方法
1.化学沉淀法处理含金属离子有何优缺点？
答：优点：可直接生成沉淀物，然后进行固液分离。
缺点：用氢氧化物沉淀法和硫化物沉淀法 ，都要调节pH值。硫化物法需要投加凝聚剂以加强
去除效果，处理费用较高。
2．什么是电渗析的极化现象？它对电渗析器的正常运行有何影响？如何防止？
答：电渗析工作中电流的传导是靠水中的阴、阳离子的迁移来完成的，当电流提高到相当程度，由于离子扩散不及，在膜界面处就会发生水分子的电离(H2O→H+十OH-)，由H+和OH-的迁移来补充传递电流，这种现象称为极化现象。
极化现象出现的结果，极化发生后阳膜淡室的一侧富集着过量的氢氧根离子，阳膜浓室的一侧富集着过量的氢离子；而在阴膜淡室的一侧富集着过量的氢离子，阴膜浓室的一侧富集着过量的的氢氧根离子。由于浓室中离子浓度高，则在浓室阴膜的一侧发生碳酸钙、氢氧化镁沉淀。从而增加膜电阻，加大电能消耗，减小膜的有效面积，缩短寿命，降低出水水质，影响正常运行。
防止极化最有效的方法是控制电渗析器在极限电流密度以下运行。另外，定期进行倒换电极运行，将膜上积聚的沉淀溶解下来。
3.反渗透、超滤和微孔过滤在原理、设备构造和运行上有何区别？有何联系？
答：反渗透是用一种只能让水分子透过而不允许溶质透过的半透膜将纯水与咸水分开，则水分子将从纯水一侧通过膜向咸水一侧透过，结果使咸水一侧的液面上升，直到达到某一高度，即渗透过程。当渗透达到动态平衡时，半透膜两侧存在一定的水位差或压力差，即指定温度下溶液的渗透压。在咸水一侧施加的压力大于该溶液的渗透压，可迫使渗透反向，即水分子从咸水一侧反向地通过膜透过到纯水的一侧，实现反渗透过程。超滤又称超过滤，用于截留水中胶体大小的颗粒，而水和低分子量溶质则允许透过膜。其机理是筛孔过滤，可根据去除对象选择超滤膜的孔径。微孔是将全部进水挤压滤过，小于膜孔的粒子通过膜，大于膜孔的粒子被截流在膜表面。在水处理中用于去除水中细小悬浮物、微生物、微粒、细菌、胶体等杂质。其优点是设备简单、操作方便、效率高、工作压力低等，缺点是由于截留杂质不能及时被冲走，因而膜孔容易堵塞，需更换。
4.用氢氧化物沉淀法处理含镉废水，若欲将Cd2+浓度降到0.1mol/L，问需将溶液的pH值提高到多少？
解：lg[Mn?]?lgLM(OH)n?{nlgKH2O?nlg[H?]} =?pLM(OH)n?npKH2O?npH ?x?npH
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?pLM(OH)n?npKH2O??14.2?2pKH2O??14.2?2?14?13.8 lg[Cd2?]?13.8?2pH?pH?7.4
第三篇 生物处理理论与应用
第十一章 污水的生物处理法（一）——活性污泥法
1.什么是活性污泥？简述活性污泥的组成和作用
答：活性污泥是微生物群体及它们所依附的有机物质和无机物质的总称。 组成：①具有代谢功能活性的微生物群体（Ma）；②微生物自身氧化的残留物（Me）；③由污水挟入的并被微生物所吸附的有机物（难于被微生物所降解的惰性有机物）（Mi）；④有污水挟入的无机物质（Mii）。
2.常用评价活性污泥的性能指标有哪些？为什么污泥沉降比和污泥体积指数在活性运行中有着重要意义？ 答：活性污泥的性能指标包括：混合液悬浮固体 （MLSS），混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS），污泥沉降比（SV），污泥容积指数（SVI），污泥龄。 3.试简述影响污水好氧生物处理的因素。 答：① 溶解氧（DO）：不低于2mg/L；② 水温：是重要因素之一，在一定范围内，随着温度的升高，生化反应的速率加快，增殖速率也加快；细胞的组成物如蛋白质、核酸等对温度很敏感，温度突升或降并超过一定限度时，会有不可逆的破坏；最适宜温度15?25?C； ③ 营养物质平衡：一般对于好氧生物处理工艺，应按BOD ? N ? P = 100 ? 5 ? 1 投加N和P；其它无机营养元素：K、Mg、Ca、S、Na等；微量元素： Fe、Cu、Mn、Mo、Si、硼等按所缺添加，以便调整微生物的营养平衡；④ pH值：一般好氧微生物的最适宜pH在6.5?8.5之间；pH ? 4.5时，真菌将占优势，引起污泥膨胀；另一方面，微生物的活动也会影响混合液的pH值。⑤ 有毒物质（抑制物质）：重金属；氰化物；硫化物；卤族元素及其化合物；酚、醇、醛等；⑥ 有机物负荷：污水中的有机物本来是微生物的食物，但太多时，也会不利于微生物；
4.污泥负荷Ns的公式，物理意义及在活性污泥法处理污水系统中的作用。
FQSa?解：Ns? 【kgBOD/(kg?MLSS?d)】 MVX物理意义：曝气池内单位重量（kg）的活性污泥，在单位时间（d）内接受的有机物量（kgBOD）。 作用：污泥负荷是影响有机物降解和活性污泥增长的重要因素。采用较高的BOD污泥负荷，将加快有机物的降解速率与活性污泥增长因素，降低曝气池的容积，在经济上比较便宜，但处理水质未必能够达到预定的要求。采用较低的BOD污泥负荷，有机物的降解速率和活性污泥的增长速率，都将降低，曝气池的容积加大，基建费用有所增高，但处理水的水质可提高。在活性污泥法污水处理系统中选定适宜的BOD污泥负荷具有一定的技术经济意义。
5.曝气方法和曝气设备的改进对于活性污泥法有什么意义？有哪几种曝气设备?各有什么特点？
答：曝气方法和曝气设备的改进是对活性污泥法的很大改进，通过曝气方法和曝气设备的改进可以减少投资，降低处理成本，同时也是对活性污泥法的很大发展。
主要有鼓风曝气系统和机械曝气系统。鼓风曝气系统是鼓风机将空气通过管道输送到安装在曝气池底部的空气扩散装置，在扩散装置出口形成不同尺寸的气泡，气泡经过上升和随水循环流动，最后在液面破裂。机械曝气是将机械曝气装置安装在曝气池的水面上下，在动力的驱动下进行转动，通过曝气装置转动，水面上的污水不断地以水幕状由曝气器抛向四周，形成水跃，液面呈剧烈的搅动状，使空气卷入。
6.简述氧转移的基本原理和影响氧转移的主要因素。 答：氧转移的基本原理：菲克定律和双膜理论
菲克定律：通过曝气，空气中的氧从气相传递到混合液的液相，这既是一个传递过程，也是一个物质扩散过程。扩散过程的推动力是物质在界面两侧的浓度差，物质的分子从浓度较高的一侧向着较低的
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一侧扩散、转移。
双膜理论：（1）在气液两流体相接触处,有一稳定的分界面,叫相界面。在相界面两侧附近各有一层稳定的气膜和液膜。这两层薄膜可以认为是由气液两流体的滞流层组成,即虚拟的层流膜层,吸收质以分子扩散方式通过这两个膜层； （2） 全部浓度变化集中在这两个膜层内；（3） 在相界面处,气液浓度达成平衡,即界面上没有阻力。
影响氧转移的主要因素： （1）污水水质；（2）水温；（3）氧的分压；（4）曝气装置的安装深度。
7.普通活性污泥法、吸附再生法和完全混合曝气法各有什么特点？对于有机污水BOD5的去除率如何？ 答：普通活性污泥法处理效果好，BOD5去除效率可达90%以上，适用于处理净化程度和稳定程度要求较高的污水；对污水的处理程度较灵活。进水有机物负荷不宜过高；池前段可能出现供氧不足的现象，池后段又可能出现溶氧过剩的现象；对进水水质、水量变化的适应性较低。
吸附再生法的吸附池的容积一般较小，基建费用较低；对水质、水量的冲击负荷具有一定的承受能力，不宜处理溶解性有机物含量较高的污水。
完全混合曝气法对冲击负荷有较强的适应能力，适用于处理工业废水，特别是浓度较高的有机废水。微生物对有机物降解的推动力低，活性污泥易于产生污泥膨胀。
8.活性污泥法为什么需要污泥回流？如何确定回流比？回流比的大小对处理系统有何影响？
答：污泥回流主要是保持污泥活性，不使污泥膨胀。使曝气池内的悬浮固体浓度保持相对稳定。 污泥回流比为曝气池中回流污泥的流量与进水流量的比值。
回流比过大污泥活性较低，处理性能较差，回流比过小则可能会发生污泥膨胀。 9.活性污泥法系统中二次沉淀池起什么作用？在设计上有什么要求？ 答：作用：泥水分离，使混合液澄清、浓缩和回流活性污泥。
设计沉淀池面积时，设计流量应为污水的最大时流量，而不包括回流污泥量。但中心管的设计则应包括回流污泥量在内。
10.活性污泥法在运行过程中，常发生什么问题？什么叫污泥膨胀？ 答：活性污泥法在运行过程中，常发生污泥膨胀，污泥解体，，污泥上浮（污泥腐化或污泥脱氮上浮），泡沫问题和异常生物相等问题。
污泥膨胀是污泥的沉降性能发生恶化，不能在二沉池内进行正常的泥水分离，澄清液稀少，（但较清澈），污泥容易随出水流失。
11.活性污泥法近年来有哪些发展？
答：在净化功能方面，改变过去以去除有机污染物为主要功能的传统模式。在工艺系统方面，开创了很多旨在提高充氧能力、增加混合液污泥浓度、强化活性污泥微生物的代谢功能的高效活性污泥法处理系统。
第十二章 污水的生物处理法（二）——生物膜法
1.试简述生物膜法净化污水的基本原理。
答：降解有机物的实质就是生物膜与水层之间多种物质的迁移与微生物生化反应的过程。由于生物膜的吸附作用，其表面附着着一层很薄的水层，称之为附着水层。它相对于外侧运动的水流——流动水层，是静止的。这层水膜中的有机物首先被吸附在生物膜上，被生物膜氧化。由于附着水层中有机物浓度比流动层中的低，根据传质理论，流动水层的有机物可通过水流的紊动和浓度差扩散作用进入附着水层，并进一步扩散到生物膜中，被生物膜吸附、分解、氧化。同时，空气中的氧气不断溶入水中，穿过流动水层、附着水层进入好氧层中，为好氧微生物降解有机物创造条件。微生物在分解有机物的过程中，本身的量不断增加，死的生物膜不断变厚，传递进来的氧很快被表层微生物消耗，内层的生物膜得不到氧的供应，厌氧微生物在生物膜内大量滋长，厌氧层便形成。好氧层的厚度一般在2mm左右，有机物降解主要在好氧层内进行，好氧微生物的代谢产物（如水、二氧化碳）通过附着水层进入流动水层，并随气排走。当厌氧层的厚度逐渐增加，并达到一定程度后，厌氧微生物的代谢产物也逐渐增加，这些产物必须要通过好氧层向外侧传递，由于气态产物的不断增加，大大减弱了生物膜在固体介质上的固着力，此时，生物膜已老化，容易从固体介质表面脱落下来，并随水流流向固液分离设施。生物膜脱落后再重新形成新的生物膜，此过程交替进行。
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