2010年华中科技大学环境学院水质工程学保研试卷和答案 - 图文

2010年水质工程学研究生考试试题答案

班级________ 姓名___________ 分数______________

一、名词解释（每题2分，共20分） 1、异向絮凝和同向絮凝

异向絮凝指脱稳胶体由于布朗运动相碰撞而凝聚的现象。同向絮凝指借助于水力或机械搅拌使胶体颗粒相碰撞而凝聚的现象。 2、反粒度过滤

反粒度过滤指过滤时，滤料层中滤料粒径顺水流方向由大变小，以提高滤层含污能力的过滤方式。

3、反渗透

反渗透指施加压力p＞△π（渗透压），即

?i,1??i,2，浓溶液中溶剂分子的化学

势高于稀溶液中溶剂分子的化学势，溶剂分子通过半透膜向稀溶液迁移，与自发的渗透趋势相反的过程。

4、自由沉淀和拥挤沉淀

自由沉淀指颗粒在沉降过程中不相互干扰，只受颗粒本身重力和水流阻力作用的沉淀过程；拥挤沉淀指颗粒在沉降过程中相互干扰或受到容器壁干扰的沉淀过程。

5、极限固体通量

6、污泥龄

7. 水体富营养化

当污水排入湖泊、海湾、水库时，使自然水体中所含营养素的盐类大大增加，使异样性和自养性生物异常增殖导致水体恶化。（氮、磷等植物营养物质的污染物排入到湖

泊、近海、水库甚至水流速度较缓慢的江河。使一些种类的藻类疯长，限制了水生动物的活动空间，隔绝水面与大气之间的复氧，加上藻类自身死亡与腐化，消耗溶解氧，使水体溶解氧迅速降低，使水质恶化的现象即为水体的富营养化。一般当总磷与无机氮浓度分别达到0.02mg/L与0.3 mg/L的水体，标志着已处于富营养化状态。）

8、浓差极化

指在膜分离过程中，水连同小分子透过膜，而大分子溶质则被膜所阻拦并不断累积在膜表面上，使溶质在膜面处的浓度高于溶质在主体溶液中的浓度，从而在膜附

近边界层内形成浓度差，并促使溶质从膜表面向着主体溶液进行反向扩散的现象。 9. 污泥沉降比SV%

取曝气池混合液沉淀30min，沉淀污泥容积占原混合液容积的百分率。 10污水土地处理系统：

在人工控制的条件下，将污水投配在土地上，通过土壤－植物系统，进行一系列物理、化学、物理化学和生物化学的净化过程，使污水得到净化的一种污水处理工艺。

二、论述题（共80分）

1、何谓纵向分散模型？纵向分散模型对水处理设备的分析研究有何作用？（7分） 答：纵向分散模型（PDF）指在推流型基础上加上一个纵向混合，该纵向混合由分子扩散、紊流扩散、短流、环流、流速不均匀等引起。纵向分散模型介于CSTR型和PF型之间，比较接近于实际的水处理反应器，通过研究纵向分散模型，求解其反应动力学方程，可得到纵向分散模型的设计参数，从而作为实际水处理反应器的设计依据。在水处理中，沉淀池、氯消毒池、生物滤池、冷却塔等，均可作为PDF型反应器来进行研究。

2、G和GT值的涵义是什么？试推导机械搅拌和水力搅拌条件下的G值表达式。（8分）

答：G值为速度梯度，反映了搅拌强度的大小，G值间接反映单位时间颗粒碰撞次数，GT值反映了颗粒总的碰撞次数。

G值通过一个瞬间受剪而扭转的单位体积水流所耗功率计算，如图为一个瞬间受剪的隔离体?x??y??z。

由牛顿内摩擦力公式，剪力τ为：

?u??G ????z则扭转功率为：

?P?T??u?(???x??y)??u???(?x??y??z)??u??G??V?G??G2??V ?z于是单位体积水流所耗功率为：

?P P???G2

?V所以，速度梯度G值表达式为：G?P?

上式中，当用机械搅拌时，式中P由机械搅拌的功率提供；当用水力搅拌时，功率P为水流本身的能量消耗。

设被搅拌的水流体积为V，水头损失为h，则总功率为： Pz??Qh?PV

而V=QT，代入上式得到：?h?PT??G2T 所以水力搅拌时的速度梯度G值表达式为：G??h ?T式中：μ为动力粘滞系数，h为水头损失，?为水的重度，T为絮凝时间。 3. 在普通沉淀池内加置斜板为何可提高沉淀效率？（用沉淀理论和流体力学知识来说明） （8分）

答：其一：由沉淀理论可知:

Q 1. ? ? q ， 加斜板后，Q不变，A↑↑，u0(q)↓↓,η↑↑; u 0A

2. ? H ,u不变,H↓↓,t↓↓. u 0t

其二：由流体力学可知:

Rv?Re?R?1. ? , X , v??X

Re?要提高沉淀去除率，需要创造理想的层流条件； v不能太小,

希望R↓,X↑；

加斜板后，X↑↑, R↓↓, Re↓↓，Re < 200，创造理想的层流条件。

2. Fr?v?2v

gRR2g

佛罗德数：表示水流的稳定性，抗冲击、温度的系数，越大越好 v不能太大，加斜板后R↓↓,Fr↑↑,Re可达10-3～10-4。 所以说，在普通沉淀池内加斜板，能提高沉淀效率。

4.何谓氧垂曲线？氧垂曲线上的临界点表示什么意义？氧垂曲线有何作用？（8分）

答：氧垂曲线——A. 水体中氧的消耗和氧的溶解相结合的曲线，表示水中溶解氧的变化规律的曲线； 或 B. 水体受污染后，水体中的溶解氧逐渐被消耗，到临界点后又逐步回升的变化过程。

氧垂曲线上的临界点表示复氧速率等于耗氧速率，为最缺氧点。

氧垂曲线的作用：其反应河流中溶解氧的变化规律，通过氧垂曲线，可判断河流最缺氧段的位置，反应河流的污染状况。

5. 用图示并说明生物膜法处理污水的原理。（8分）

答：

22

原理：利用生长在滤料上的生物膜用来净化水中有机物、有毒物质。污水与生物膜接触，污水中的有机物作为营养物质，为生物膜上的微生物所摄取，污水得到净化，微生物也得到繁衍增殖。

物质传递过程如下：氧气及溶解的有机物扩散进入膜内，代谢产物 从膜内传到膜外。

1）空气中的氧→水膜→生物膜→微生物代谢

2）污水中的有机物→水膜→生物膜→微生物代谢→污水净化 3）代谢产物（H2O等）→水膜→排走

4）气态产物（CO2、H2S、NH3、CH4等）→水膜→空气。

6、请根据莫若方程式?dSXS?vmax，推导两种极限条件下的结论。（7分） dtKS?S答：（1）Ks>>S时，－ds/dt＝vmaxXS/Ks＝（vmax/Ks）XS 有机底物浓度低时，有机物浓度成为降解速度的控制因素； （3分） （2）Ks<

7. 用活性污泥法处理污水，最好控制分）

答：最好控制

F在污泥增长曲线上减速增长期，因为：这个阶段活性污泥含能MF在污泥增长曲线上哪一增长期？为什么？（8M较低，表面有粘液，能很好地形成絮凝体，泥水能较好分离，并且有一定的降解有机物的速率。

而对数增长期营养过剩，虽然有较高的有机物降解能力，但由于其含能高，微生物活跃，水对其剪切力大，不易形成絮凝体，泥水不能很好的分离；内源呼吸期虽然能量很低，可很好地形成絮凝体，但降解有机物慢，效率低，所以用活性污泥法处理污水，最好控制

F在污泥增长曲线上减速增长期。 M

8、气浮方法中的表面活性剂的性质、作用、优缺点？（8分）

9. 生物除磷的原理是什么？并写出一种生物除磷的工艺流程。（9分）

答：生物除磷的原理是： (1) 在厌氧区(DO=0, NOT=0)

a. 厌氧菌通过发酵将BOD转化为有机酸 b. 聚磷菌打开体内高能键，释放磷及能量

c. 聚磷菌将有机物摄入体内以PHB、糖元形式储存

(2) 在好氧区

聚磷菌通过PHB的代谢产生能量，然后大量吸收水中的磷

A/O

工

艺

：

厌氧池

10、什么叫胶体稳定性？试用胶体间相互作用势能曲线说明胶体稳定性的原因。（9分）

答：胶体稳定性指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。胶体稳定性分为：1）动力学稳定性，指胶粒由于布朗运动而无法下沉的特性；2）聚集稳定性，指由于静电斥力或水化作用所引起的使胶粒之间保持分散稳定状态的特性。

在研究静电斥力的影响时，通常从两胶粒之间相互作用力及其与两胶粒之间的距离关系来进行讨论。苏联的德加根（Derjaguin）、兰道（Landon）和荷兰的伏维（Verwey）、奥伏贝克（Overbeek）各自从胶粒之间相互作用能的角度阐明胶粒相互作用理论，简称DLVO理论。

DLVO理论的理论要点如下：

1）当两个胶粒相互接近以至双电层发生重叠时，便产生了静电斥力。静电斥力

与两胶粒表面间距x有关，用排斥势能ER表示，随着x增大，ER按指数函数急剧减小（见下图）。另外，当反离子浓度和离子价增大时，k值增大，从而排斥势能ER减小，说明在水中投加高价电解质可有效减小ER。

2）相互接近的两胶粒之间还存在范德华引力，范德华引力也与颗粒表面间距x

Ar有关，用吸引势能EA表示，当x很小时，EA可近似计算为：EA?? 。由公式

12x可知，吸引势能与间距x成反比关系且EA～x曲线前段为一直线（见下图）。

3）将排斥势能ER与吸引势能EA相加可得到总势能E（见图中E～x曲线）。在E～x曲线上，当x＝ob时存在最大值Emax，即为排斥能峰；当x＜oa或x＞oc时，吸引势能占优势，两胶粒可相互吸引；当oa＜x＜ob时，排斥势能占优势，且存在排斥能峰，两胶粒相互排斥。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/cklf.html