环境工程化学--答案

1. 化学除磷的方法有哪些？请举例简要说明。

化学除磷法是将可溶性钙盐、铁盐或铝盐投加到污水中与磷酸盐反应生产不溶性的磷酸钙、磷酸铁或是磷酸铝沉淀物。常用的金属盐主要包括氯化钙、硫酸铝、铝酸钠、三氯化铁、二氯化铁、硫酸亚铁等。金属盐的投加量取决于进水中各种磷化合物的浓度及出水排放要求。化学除磷系统的总除磷率可达到80%~90％。出水的TP排放要求为1.0mg/L时，采用按常规设计的澄清池进行化学除磷即可，投加金属盐并保证澄清出水SS小于15mg/L，能满足TP1.0mg/L的出水要求(GB 8978—1996规定的二级排放标准)。如要连续满足TP为0.5mg/L的出水要求(GB 8978—1996规定的一级排放标准)，则有必要增加二级出水的过滤。 (1)钙盐

化学法中投加钙盐主要是指投加石灰。磷酸盐与钙盐发生沉淀作用产生的沉淀物为羟磷石灰[Ca5OH(PO4)3]应过程：

? 5Ca2??7OH??3H2PO4???Ca5OH(PO4)3?6H2O

沉淀作用主要取决于pH值。当pH值＝9.0~10.5时，同时有碳酸钙和磷酸钙沉淀。与铝盐和铁盐不同，生成的磷酸钙沉淀会聚积在一起，反应速度很慢，特别是当pH值在7附近时尤其如此。在pH值较高的情况下，废水中残留的可溶性磷含量很少。加入絮状Mg(OH)2有利于磷酸钙沉淀的去除和分离。投加石灰除磷实际上是水的软化过程。石灰Ca(OH)2的投加量是由废水的硬度和碱度决定的，而不是取

决于含磷量。药剂投加点一般为初沉池或二沉出水(三级处理)。石灰的投加包括pH控制以及必要的贮存输送和混合设备，这些设备需要经常性的维护。通过石灰污泥的钙化可以重新回收利用，由于投资和运行费用高，石灰回收工艺仅适用于较大的处理厂。由于投加石灰产泥量相当大，比投加其它金属盐的产泥量要大，其应用受到一定限制。金属盐投加法化学除磷的优缺点见下表。 （2）铝盐和铁盐

在适于微生物处理的pH值下，铁盐和铝盐可以直接与废水中的磷酸盐作用，产生磷酸盐沉淀；或者在活性污泥法的曝气阶段，通过加入化学絮凝剂，使它们同时与正磷酸盐阴离子结合，产生沉淀。因此，Al3+或是Fe3+盐直接从生物反应器进口或是出口处加入。

用铝盐同磷酸盐反应，其沉淀物为Al(OH)3和AlPO4的混合物，且一般为无定型态而非晶体状。理论上，用铝盐沉淀除磷，废水中残留的磷含量是pH和Al/P的函数。

当pH变化范围为6.0~6.5时，去除每摩尔磷需要投加1.5 ~3.0mol的铝盐。如果水溶液呈碱性，加入明矾以前应降低pH值，以减少Al(OH)3沉淀产生。但加入明矾有时会增加水的浊度。

往活性污泥处理系统中加入明矾，一般应在澄清池前投加，例如在完全混合活性污泥法或是在推流式曝气池末端的澄清池前加入。其目的是为了避免较早产生磷酸盐沉淀，从而影响到微生物利用磷元素。另外还可以减少曝气池中的化学絮凝物被打散。

某些情况下，可以通过多点添加法减少化学药剂的使用量。例如，

在推流式曝气池进口端投加一定化学药剂，产生沉淀；经过生物同化作用后，在曝气池出口端再次加入化学药剂，又产生沉淀。这种方法使总的化学药剂需要量减少。

2.什么是重金属的生物有效性？简述重金属对生物的影响？ 重金属的生物有效性是指重金属能被生物吸收利用或对生物产生毒性效应的性状，可由间接的毒性数据或生物体浓度数据来评价。河流底泥中的重金属与不同载体相结合，以多种形态存在，不同形态的重金属具有不同的生物有效性。

若利用逐级连续化学浸提技术，将底泥重金属分为水溶态、离子交换态、碳酸盐结合态、铁锰水合氧化物态、有机-部分硫化物态和残渣态等6种形态。

底泥中Pb的生物有效性是很小的。这是因为沉积物中的有机螯合配位体、铁和锰的氢氧化物吸附Pb的性能最强，并且Pb能与水中存在的CO32-、SO42-、PO43-、I-、CrO42-、S2-等多种阴离子发生沉淀作用，使Pb难以移动。水相中Pb的浓度主要由CO32-、SO42-控制。由于大量的CO32-、SO42-、S2-存在，底泥Pb进入水相后，很快被沉淀下来。 可以说，底泥中的Pb，只有水溶态对生物有效。底泥Zn的水溶态、离子交换态、碳酸盐态和有机-部分硫化物态具有生物有效性。某些生物对Zn的代谢有自身的特点，能够调节体内Zn的含量使之保持在某一水平。

底泥Cu、Mn、Pb、Zn等不同种类金属生物有效性不相一致，反映

出它们在理化稳定性、地球化学形态分布和生物代谢上的差异。 比如，Mn的化学性质比Cu活泼得多，底泥中的Mn主要以二、三、四价的离子或化合物存在，二价Mn是可溶的和对生物有效的；三价Mn是易还原态Mn，还原成二价Mn后才能被生物吸收利用；四价Mn是惰性的，不溶于水，难移动。这几种形态Mn之间的平衡主要受底泥酸碱度和氧化还原电位变化的影响。

而铜在底泥中几乎都是二价态，其稳定性基本不受氧还电位的影响。动物主要通过粪便将锰排出体外，而排泄铜，则需要通过肝脏。另外，大量锰、锌的存在也抑制生物对铜的吸收，同时锰与锌也会相互竞争生物细胞上的结合位。

崔毅等测定了胶州湾海洋动物体中重金属含量，结果表明绝大部分海洋动物体中重金属平均含量顺序依次为Zn＞Pb＞Cu＞Cd，不同动物类群体中重金属(Cu、Zn、Pb、Cd)的含量大小顺序，对Cu依次为头足类＞甲壳类＞贝类＞鱼类；对Zn、Pb和Cd则为头足类＞贝类＞甲壳类＞鱼类。

可见不同动物类群重金属含量存在一定差异，以沉积物为主要饵料的杂食性底栖动物体内重金属含量大于鱼类，这可能是由于陆地径流排入海洋的重金属在河口浅海区大量沉积于淤泥中，由于动物本身的特性以及重金属的理化状态，使底栖动物具有选择摄取重金属的能力，重金属通过复杂的食物链再被鱼类富集。

底栖动物体内重金属含量较高可能是由于它们具有较大的比表面积和黏液(一种复杂的碳氢化合物的碳酸盐)的化学本质促成的。海洋

动物对于Cu有较强的浓缩能力，这可能是由于Cu是水生生物生命的必需元素，它与某些蛋白质结合，参与生命活动的过程中，起着某些特殊作用所致。

除个别生物中的个别重金属外，海洋生物体内的重金属含量一般都是秋季高于春季，这可能是由于秋季的水温比春季高，海洋生物的新陈代谢较旺盛，再者由于秋季生物饵料较丰富，从而使海洋生物有可能积累较多的重金属。

姜彬慧等研究了重金属对藻类的毒性作用，指出：一般来讲，几种重要金属对水生生物的毒性强弱顺序为Hg＞Cd≈Cu＞Zn＞Pb＞Co＞Cr，但不同的藻类对金属离子的毒性反应顺序可能有变化。Cu和Zn是很特殊的，它们起着双重作用，既为生物代谢必须的微量营养元素，又是一种高毒的重金属，一旦超过了有益的浓度，它们对藻类的生长就产生较大的毒性作用。

3.酸雨的主要成分是什么？其产生的主要机制？酸雨的主要危害有哪些？如何控制？

酸雨中含有多种无机酸和有机酸，主要是硫酸和硝酸。酸雨多形成于化石燃料的燃烧：

⑴S→H2SO4 S + O2（点燃）＝ SO2 SO2 + H2O＝ H2SO3（亚硫酸） 2H2SO3 + O2＝ 2H2SO4（硫酸） 总的化学反应方程式：

形成时作为晶核或吸附质所网捕。 3．

请简述废水中的有机污染物的来源及分类。

有机污染源包括工业污染源、交通污染源、农业污染源与生活污染源。 ①工业污染源

工业生产是最大的有机污染源。现代工业生产，会产生废水、废气、废渣，尤其有机农药和塑料工业会给环境带来较大的有机污染。另外，工业生产过程所需的燃料在不完全燃烧时就会产生各种碳氢化合物，造成大气中有机污染。 ②交通运输污染源

交通运输污染源有两方面：一是汽油、柴油燃烧不完全所引起的有机污染，尤其是汽车尾气污染，二是在运送有毒有害物质的泄漏扣清洗船体及污水所引起的有机污染。 ③农业污染源

农业有机污染源包括农药污染、农业用水和农业废弃物污染。 农田使用农药，只有10%黏附在作物上，面其余90％则通过各种方式扩散出来。扩散的方式有溶解，悬浮于水体，飞散在大气中，流入江河湖海，以及随水蒸气蒸发进入大气，再被雨水淋溶，降落至地面等。 ④生活污染源

生活污染源包括燃煤废气污染、废水污染和生活垃圾 所造成的污染。在人们的生活中，燃煤占很大的比例。地表水体中的有机污染物，除来自工业废水、废渣的点污染源和施用农药的农田排水外，城市污水处理厂的出水及污泥、大气降水、垃圾场渗滤液也是普遍而重要的来源。

废水中有机污染物可按以下几种方式分类： ①按物理、化学性质的分类

有机化合物的分子量、蒸气压、水溶解性和它们的辛醇—水体系中分配系数是其重要的性质，决定着这类物质在环境中的残留行为和毒性。根据上述特征可以将其分为17类，每一类在物理

化学等主要性质上和化学结构上都比较近似，例如卤代烷烃、卤代烃、单环芳香烃、酚类、单环芳香烃和酚、邻苯二酸脂、多环芳香烃、氮代化合物、多氯联苯、有机氯农药、有机磷农药等。 ②按来源分类

石油和煤源中主要含有碳氢化合物，其中.原油中主要包括烷烃，环烷烃和芳香烃化合物；精炼石油产品中主要含有汽油、煤油、柴油、燃料油和沥青；燃烧和转化产物主要含PAHs、CO、共生燃料和副产品。合成有机污也是主要来源之一，其中卤代烃中主要存在于PCBs[多氯联苯]、DDTs、工业溶剂和其他农药中；邻苯二甲酸酯存在于增塑剂和聚氯乙烯中；城市废弃物中主要含污水污泥、二次排水和三氯甲烷、磷酸盐等。 ③按化学结构和用途分类

主要分为卤代脂肪烃（氯代的/溴代的烷烃和氯代的/溴代的烯烃）、卤代脂（氯代脂和氯苯基脂）、单环芳香化合物（氯代苯、烷基苯、硝基甲基苯和苯胺）等。

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