华东理工大学2005(春)(水,化)试题与答题

2005春水污染控制试卷与答案1.A/O活性污泥法脱氮系统中应控制哪些重要参数，这些重要参数如何影响硝化反硝化的作用？答：水力停留时间：硝化一般不低于6小时，反硝化停留时间2小时，硝化反硝化水力停留时间以3：1为宜。涉及的重要影响因素如下所述。回流比（R）：内循环回流的作用是向反硝化反应器提供硝态氮，作为反硝化反应的电子受体从而达到脱氮的目的。在回流比50％以下时，脱氮率很低，回流比在200％以下，脱氮率随着回流比的提高而显著上升。回流比大于200％以后，脱氮率随着回流比的提高比较缓慢。一般回流比不宜低于200％。MLSS值：反应器内MLSS植一般控制在3g/L以上，低于此值，脱氮效果显著降低。污泥龄（生物固体平均停留时间）应保证在硝化反应器内保持足够数量的硝化菌，因采取较长的污泥龄，一般取值在30天以上。N/MLSS负荷率：N/MLSS负荷率应低于0.3gN(gMLSS.d)，高于此值脱氮效果急剧下降。2.在水体中的悬浮颗粒依靠重力分离出来的的过程叫沉淀，根据悬浮颗粒的性质，凝聚性能的强弱以及浓度的高低说出沉淀的基本类型？在具体废水处理工程中如何运用？答：沉淀可分为四种基本类型：第一类自由沉淀，水中悬浮固体浓度不高，而且不具有凝聚的性能，在沉淀过程中固体颗粒不改变形状，尺寸，也不互相聚合，各自独立地完成沉淀过程。如废水处理厂的沉砂池。第二类絮凝沉淀，水中悬浮固体浓度也不高，但具有凝聚性能，在沉淀过程中互相聚合，其尺寸和质量均随深度而增加，其沉淀速度也随深度而增大。如生物处理系统中的初沉池的后期，二沉池的初期。第三类拥挤沉淀（也称集团、分层沉淀），水中悬浮固体的浓度提高到一定程度后，每个颗粒的沉淀都将受其周围颗粒的干挠，速度有所降低，在清水与浑水之间形成明显的交界面。如活性污泥二沉池后期沉淀就属此类。第四类压缩沉淀，悬浮物浓度很高，固体颗粒互相接触，互相支撑，上层颗粒在重力作用下，将下层颗粒间隙中的液体挤出界面，使固体颗粒群被压缩。如活性污泥在二沉池污泥斗和在浓缩池的浓缩属于此类。3.在构建活性污泥过程数学模型时，会涉及有机碳、溶解氧、无机氮、微生物等组分。为对方程组求解，需统一各组分的单位。目前常用的方法是用COD（单位：mg/L）表示各组分的浓度：（1）有机碳以COD表示；（2）溶解氧以COD表示，数值为负的溶解氧浓度；（3）氨氮以COD表示，数值为氨氮浓度的4.57倍；（4）硝态氮以COD表示，数值为硝态氮浓度的负2.86倍；（5）微生物以COD表示，数值为微生物浓度的1.42倍。试分别对上述各种组分的浓度表示方法进行解释。答：（1）有机碳在水中会消耗溶解氧，有机碳含量越高，消耗溶解氧越多，故可用COD表示其浓度；（2）溶解氧存在的效果与耗氧作用恰好相反，因此可用负的COD表示；（3）氨氮在水中会耗氧，根据氨与氧的反应可知，17gNH3可与64gO2作用完全，相当与64gCOD，故1gN（相当于1.214gNH3）可与4.57gO2反应，相当于4.57gCOD；（4）硝态氮为氧化剂，可获得电子。在获得1mol电子时，需0.2molNO3－，或0.25molO2。因此0.2molNO3相当于0.25molO2，或1gN（相当于4.43gNO3－）相当于2.86gO2，或负的2.86gCOD；（5）微生物（MLVSS）的化学式一般为C5H7O2N，故1molMLVSS可与5molO2反应生成5molCO2，即113gMLVSS可与160gO2反应。因此，1gMLVSS相当于1.42gCOD。4.某厂生产多种活性染料，每天排放500吨废水（其中150吨为工艺废水，其余为冲洗水与生活污水），该厂现行处理方法为：所有废水先经一容积为150m3调节池，再经混凝沉降后，用活性污泥法进行生物处理。问该厂废水经处理后能否达标排放，为什么？请拟定一处理方案，其目标为该厂废水的达标排放，并画出工艺流程图。附：综合废水的COD为2000mg/L，BOD为400mg/L，NH3-N为80mg/L，TKN为120mg/L。答：不能达标排放，原因：（1）该厂生产品种多，工艺废水变化大，造成综合废水水质变动大，调节池容积太小，不能很好地起到均质作用；（2）该综合废水B/C为0.2，可生化性差；（3）废水含氮量较高，未经硝化-反硝化，总氮、氨氮难以达标。遵循清浊分流、预处理等原则：（1）针对工艺废水建立较大容积的单独调节池，将工艺废水与冲洗水及生活污水分开；（2）从生产废水尽可能回收有用物质，然后进行化学或物理预处理（如氧化-还原，水解，萃取等），提高B/C，增加可生化性；（3）经混凝沉降后，上清液与冲洗水和生活污水混合，进A/O系统，经生物处理后去除COD，硝化反硝化使总氮、氨氮大大削减，最终可达标排放。5某有机废水含苯440g/L，可用活性碳吸附进行处理。静态吸附试验结果显示可按Freundlich经验式表示，lgq=1.09+0.641gC（q为mg/g-C，C为mg/L）。在进水量3cm3/min、吸附柱截面积为0.785cm2、活性碳装填密度为0.7g/cm3的条件下，进行动态吸附试验，得到柱中吸附带饱和分数f=0.475，动态吸附量为370mg/g-C，动态吸附曲线显示：ts（饱和点）=28.3h，tb（穿透点）=9.3h，试求：吸附柱柱效率，吸附柱径高比，及水流线速度。附：吸附带推进速度公式：S=(C0Q)/(q动γA)，柱效率公式：η=q动/q静=1-(1-f)(hMTZ/H)答：（1）lgq=1.09+0.64lgC，q=12.3C0.64，q静=(12.3)(4400.64)=604.9mg/g-C，η=q动/q静=370/604.9=0.612（2）η=1-(1-f)(hMTZ/H)hMTZ=S(ts-tb)=(C0Q)(ts-tb)/(q动γA)=(440)(3)(10-3)(28.3-9.3)(60)/(370)(0.785)(0.7)=7.4cm0.612=1-(1-0.475)(7.4H)，H=10cmA=πd2/4=0.785cm2，d=1cm，吸附柱径高比d/H=1/10（3）水流线速度V=Q/A=3/0.785=3.82cm/min=2.29m/h2005春博士生入学考试“环境化学”试题与答案1.概述有机污染物在天然水体迁移转化的主要途径。答：（1）水力迁移；（2）沉积；（3）吸附；（4）水解；（5）光解；（6）络合；（7）氧化还原；（8）挥发。2.降水的pH值用来表示降水的酸度，通过对降水的多年的观察，人们对pH＝5.6作为酸性降水的界限以判别人为污染的界限，请你列出计算pH＝5.6的平衡方程式及其计算步骤，说明式中符号的意义。并且论述酸性降水对环境的危害。答：在天然大气中，存在的主要酸性气体是CO2。天然降水是弱酸性的，因为溶解有CO2形成H2CO3的缘故。一般把与大气中CO2达到平衡的洁净降水称为未被污染的天然降水。如果大气中[CO2]＝32010-6，CO2（g）＋H2OHCO2H2OCO2H2O1KH＋＋HCO3HCO32KH＋＋CO23[H+]=[OH-]＋[HCO3]＋2[CO23]＝[]wkH＋21[]COkHPH＋21222[]COkKHPH式中，WK为水的离子积；2COP为CO2在大气中的分压。由上式计算出pH约为5.6。酸性降水主要危害大自然的水生生态系统、陆生生态系统、建筑物和材料以及对人体的健康。对水生生态系统：酸雨使湖泊和土壤的pH降低，导致水生生态系统的显著变化和极大地提高淋溶率，使土壤变得贫瘠，降低生态系统的初级生产力。湖泊、河流过度酸化，则影响鱼类繁殖、生存。酸雨腐蚀岩石矿物，使水体中的重金属含量增加，影响水生生态系统的正常运转。对陆生生态系统：影响植物生长、繁殖，造成植物营养器官功能衰退，破坏植物细胞组织。土壤钙质淋溶和酸度增强使得土壤中动物和微生物生存环境恶化，阻碍土壤中营养成分的转化，影响植物对土壤中有效成分的吸收。酸雨降低植物的抗病能力，诱发病虫害，减弱植物繁殖能力，遇干旱或其它诱发因素就会造成大量树木死亡，森林被毁。建筑物和材料：酸雨腐蚀建筑材料、金属制品，对文物古迹、大理石建筑等到侵蚀和破坏，变成可溶性钙盐造成表面逐渐脱落。酸雨对金属的侵蚀作用由电化学反应引起，生成难溶的氧化物，或生成离子被雨水带走。人体健康：地下水中重金属是正常值的10～100倍，食用污染的植物和水引起疾病，SO2浓度的增加引起呼吸道疾病，肺功能下降，免疫功能下降等。3..请阐述环境化学的研究领域？答：环境化学主要的研究领域如下。(1)环境污染化学，研究化学污染物在环境中的变化，包括迁移、转化过程中的化学行为、反应机理、积累和归宿等方面的规律。化学污染物质在大气、水体、土壤中迁移，并伴随着发生一系列化学的、物理的变化，形成了大气污染化学、水污染化学、土壤污染化学和污染生态化学。(2)环境分析化学和环境监测，是取得环境污染各种数据的主要手段，必须运用化学分析技术，测量化学物质在环境中的本底水平和污染现状。不仅对环境中的污染物做定性和定量的检测，还对它们的毒性，尤其是长期低浓度效应进行鉴定；应用各种专门设计的精密仪器，结合各种物理和生物的手段进行快速、可靠的分析。(3)污染物的生物效应，综合运用化学、生物、医学三方面的理论和方法，研究化学污染物造成的生物效应，如致畸、致突变、致癌的生物化学机理，化学物质的结构与毒性的相关性，多种污染物毒性的协同和拮抗作用的化学机理，污染物食物链作用的生物化学过程等。环境化学所研究的特点与方法：环境中的化学污染物一般情况下是人工合成物和天然污染物共存。而且，各种污染物在环境中可以发生化学反应或物理变化，即使是一种化学污染物，所含的元素也有不同的化合价和化合态的变化。这就决定了环境化学研究的对象是一个多组分、多介质的复杂体系。4.正丁醇-水分配系数（以下简称Kow）定义为在平衡条件下某一化学物质在正丁醇相与在水相中的浓度比。试问Kow在环境研究中有哪些意义？答：（1）估算该化学物质在水中的溶解度，具有较高溶解度的物质迅速为谁循环所分解；（2）预测水生生物对该化学物质的生物富集因子，Kow愈大生物愈容易富集，毒害性大；（3）判断土壤和沉积物对该化学物质的吸附性，Kow愈大愈容易被土壤和沉积物吸附，而不易生物降解。5.某酸性含镉废水拟用NaOH中和沉淀处理，Cd2+在pH=8.1~8.4时即产生Cd(OH)2沉淀，问：（1）pH＝9时水中残留Cd2+浓度为多少mg/L？（2）含镉废水的排放标准为0.1mg/L，为达标排放pH应调节到多少？已知Cd(OH)2的KSP=4.0*10-14，Mcd＝112.4。答：由KSP=[Cd2+][OH-]2可得：lg[Cd2+]=lgKSP-2lgKw-2pH(1)将pH＝9，Kw＝10-14和KSP代入上式得lg[Cd2+]＝lg（4.010-14）－2（－14）－29＝－3.4[Cd2+]=10-3.4（mol/L）或44.7mg/L（2）排放标准0.1mg/L相当于8.910-7（mol/L）则2pH＝lgKSP-2lgKw-lg[Cd2+]=lg（4.010-14）－2（－14）－lg(8.910-7)=20.6pH=10.3