《当代给水与废水处理原理》复习题及参考答案

《当代给水与废水处理原理》复习题及参考答案第1页《当代给水与废水处理原理》复习题及参考答案复习题题目部分1、简述在水处理中引入反应器理论的好处？[李永生1-3].....................................22、举例说明什么是基元反应？..................................................................................23、熟悉准稳态反应的定义，一级反应和二级反应的复体浓度的解？..................24、了解反应速率常数k与温度的关系？[边朝辉4-6].............................................25、列出废水处理反应器的物料衡算方程，并指出各符号的物理意义。..............36、了解通量、质量浓度、质量分数、摩尔浓度和摩尔分数的概念。..................37、用文字和公式叙述Fick第一扩散定律？[刘智忠7-9].......................................38、用多相反应和均相反应的最终公式，讨论在水膜厚度δ给定的条件下，反应控制或扩散控制的情况？......................................................................................39、多孔丸模型是如何假定的？..................................................................................510、通过CSTR的示意，指出其特点，求出平行反应的稳态解？[易彪10-12]...511、了解CSTR的一级反应稳态解和r=0的非稳态解。........................................612、了解液龄分布函数、累计液龄分布函数和内龄分布函数的概念，指出实际偏离理想流型的原因？..............................................................................................713、对反应器实施阶梯信号的作用？有哪两种阶梯信号？[章静13-15]...............714、简述气-液传质模型中的浅渗理论，双膜理论？..............................................815、相似理论是如何应用的？....................................................................................916、单个细菌模型三个区及功能？[陈晗16-18].....................................................1017、为什么说BOD试验有一定的问题？...............................................................1018、根据细菌增殖和底物消耗的关系，导出工程上应用关系式Rg=-YGR0-bX?1119、指出微生物集团的模型形态及构造？（P415图7-12）[朱春花19-21].......1220、为什么X能够代表活细菌，怎样用X代表活细菌？（P431-432）............1221、一些动力学常数如：R0、K、YG、b是如何求得的？...................................1222、写出CSTR活性污泥法中，底物浓度C与细菌X的物料衡算方程，写出它与污泥龄的关系式，简述污泥龄极小值的生物学意义？[汪晶晶22-25].......1323、污泥龄与NS的优缺点？...................................................................................1324、求解有机物去除率的简便公式？......................................................................1325、产率因素Y与污泥龄θc之间的关系及YG与b的求法？[粟杰文25-27]....1426、Atkinson滴滤池数学模型的假定？..................................................................1427、描述厌氧处理连续反应过程。..........................................................................1428、什么是双底物模型？常的是什么模型？[毛敏28-30].....................................1529、简述生物除磷的基本原理和影响因素？..........................................................1530、简述生物脱氮的基本原理和代谢途径？..........................................................1631、化学动力学的研究对象？[潘俊杰31-33].........................................................1732、反应速率与反应级数的关系？..........................................................................1733、动力学模型如何建模？动力学模型的两个假定？..........................................17《当代给水与废水处理原理》复习题及参考答案第2页复习题参考答案部分1、简述在水处理中引入反应器理论的好处？[李永生1-3]答：1、使水处理理论进一步深化，如停留时间理论。2、发展了一个体系，工程上把反应器串联起来成为水处理工艺，理论上优化工艺设计。用数学描述水处理过程。3、解决了目前水处理中一些矛盾，如曝气池池型问题，不同反应过程问题，传质问题。2、举例说明什么是基元反应？答：构成化学计量方程的反应序列中的反应称为基元反应。例如下列反应：H2+Br22HBr可以解释为下列基元反应构成的：BrBrkk2112HHBrHBrkk22232KHBrHBrBr反应中的k1、k2、k3为正向反应的速率常数，k-1和k-2则代表逆向反应的速率常数。因此，上面的反应实际包括了5个基元反应，这些基元反应的级数和化学计量系数完全相等。3、熟悉准稳态反应的定义，一级反应和二级反应的复体浓度的解？答：在催化反应的过程中，先产生由反应物A与催化剂C结合成的中间复体AC，复体再经分解形成产物B，表示为：)(312xBCACCAkkk其中()x代表反应所产生的其他不需要成分，一般不写出来。当复体AC非常容易分解时，可把浓度ACc视作恒定不变，即dACc/dt=0，这种把复体浓度ACc视作恒定的反应称为准稳态反应。一级反应：复体浓度123ACAkcckk二级反应：0231()/CAACAccckkkc，其中0Cc表示t=0时C的浓度。4、了解反应速率常数k与温度的关系？[边朝辉4-6]答：反应速率常数k与温度的关系可用Arrhenius方程表示：2lnRTEadTkd。式中，Ea为反应所需的活化能，单位为J/mol，R为摩尔气体常数8.31J/)(molk；T为热力学温度，（摄氏温度+273.15）。Ea为活化能。《当代给水与废水处理原理》复习题及参考答案第3页5、列出废水处理反应器的物料衡算方程，并指出各符号的物理意义。答：物料衡算方程：dtdCVQCVrQAAAAioC。符号物理意义：在充满水或废水的体积V中，组分A的浓度为CA，其反应速率为rA，CA随时间的变化速率为dCA/dt。流量Q不断的进入和流出V，A的进口浓度为CAi，出口浓度为CAO。6、了解通量、质量浓度、质量分数、摩尔浓度和摩尔分数的概念。答：通量定义为（扩散速率）（浓度）；A、B分别表示A和B所组成的溶液中的A及B的质量浓度（单位为g/L），则得的溶液的质量浓度为BA。又以MA、MB分别代表A及B的摩尔质量，则A及B的物质质量浓度cA及cB分别为cA=AAM、BBBMc。A及B在溶液中的质量分数wA、wB分别为AAw、BBw。A及B的溶液的总物质的量浓度c为c=cA+cB。A及B在溶液中的摩尔分数xA、xB分别为ccxAA、ccxBB。7、用文字和公式叙述Fick第一扩散定律？[刘智忠7-9]答：Fick第一扩散定律为关于常扩散的定律，其基本公式一般表示为（二元系）：zxcDJAABA或zcDJAABA。其中AJ表示A在A及B组成的二元系中z方向通量，单位为mol/(cm2·s)，称为摩尔通量；c表示二元系的总物质的量浓度；ABD为A在B中的扩散系数，单位为cm2·s；zxA/及zcA/分别为A在z方向的摩尔分数梯度及物质的量浓度梯度；c及Ac的单位都用mol/cm3。8、用多相反应和均相反应的最终公式，讨论在水膜厚度δ给定的条件下，反应控制或扩散控制的情况？《当代给水与废水处理原理》复习题及参考答案第4页答：多相反应模型的最终公式为：ABDkCC/11''0（式一）；均相反应模型的最终公式为：ABDkCC/cosh120（式二），两式都包含了反映扩散过程的ABD以及反映反应速率的''k或k两个参数，整个过程都受这两个参数的影响。从上两式可以看出，0/CC的值分别为ABDk/''及ABDk/2的函数。在水膜厚度给定的条件下，0/CC只与反应的速率常数及扩散系数有关。当0/CC值主要取决于反应的速率常数值时叫做反应控制；当0/CC值主要取决于扩散系数ABD的值时称为扩散控制。在多相反应（式一）中，当ABDk/''值比1很小，以致分母中ABDk/''可以忽略时，则得1/0CC。这说明，在生物膜表面的浓度C，基本上和空气与水膜交界处的浓度0C接近，水膜内只需要很小的浓度梯度即足以推动扩散输送到生物膜表面供给反应所需的氧气量。从另一个角度说，即因反应缓慢（由''k及ABD值相对大小反映出来），消耗氧的能力有限，以致扩散输送能力未能充分发挥出来，这样，即使加大水膜表面的氧气浓度0C也不能加速整个体系的反应过程，这种情况叫做反应控制。反之，当ABDk/''值很大，1可以忽略，得到0/0CC时，水膜内浓度梯度达到了极大值／0C，说明扩散输送太慢，输送到生物膜表面，立即被反应消耗掉，这样，加大0C值对整个体系的反应过程能够起加快的作用，这种情况叫扩散控制。在均相反应（式二）中，当ABDk/值很小（接近于0）时，1/cosh2ABDk，则得1/0CC。这说明，在生物膜表面的浓度C，基本上和空气与水膜交界处的浓度0C接近，水膜内只需要很小的浓度梯度即足以推动扩散输送到生物膜表面供给反应所需的氧气量。从另一个角度说，即因反应缓慢（由k及ABD值相对大小反映出来），消耗氧的能力有限，以致扩散输送能力未能充分发挥出来，《当代给水与废水处理原理》复习题及参考答案第5页这样，即使加大水膜表面的氧气浓度0C也不能加速整个体系的反应过程，这种情况叫做反应控制。反之，当ABDk/值很大时，ABDk/cosh2，得到0/0CC时，水膜内浓度梯度达到了极大值／0C，说明扩散输送太慢，输送到生物膜表面，立即被反应消耗掉，这样，加大0C值对整个体系的