水質工程學考試試卷及答案

水質工程學考試試卷及答案1.單項選擇題（每題2分，共20分）1.1某地表水廠采用硫酸鋁作為混凝劑，當原水堿度不足時，為維持最佳混凝pH≈7.2，最宜投加的輔助藥劑是A.石灰??B.硫酸??C.磷酸三鈉??D.氫氧化鈉答案：A解析：硫酸鋁水解消耗堿度，若原水堿度低于1mmol·L?1，需投加石灰補充堿度，使pH保持在7.0–7.5區間，確保Al(OH)?絮體穩定生成。1.2在理想推流式沉淀池中，若表面負荷q?=0.6m3·m?2·h?1，則顆粒最小沉降速度u?滿足A.u?>q???B.u?=q???C.u?<q???D.與q?無關答案：B解析：理想沉淀池理論指出，凡沉降速度u≥q?的顆粒可被100%去除，故臨界粒徑對應u?=q?。1.3臭氧-生物活性炭(O?-BAC)深度處理工藝中，O?主要作用為A.殺滅細菌??B.氧化有機物并提高可生化性??C.去除色度??D.降低濁度答案：B解析：臭氧將大分子有機物斷鏈、開環，生成可生物降解的醛、酮、羧酸，為后續BAC上生物膜提供底物。1.4采用Fenton氧化處理含硝基苯廢水，當c(Fe2?)=0.5mmol·L?1，c(H?O?)=5mmol·L?1，pH=3.0時，反應速率受限于A.H?O?分解??B.Fe3?還原??C.·OH與硝基苯碰撞??D.Fe2?再生答案：D解析：酸性條件下Fe2?快速消耗，Fe3?還原為速率控制步驟，可通過引入羥胺或紫外輔助加速Fe2?再生。1.5某反滲透裝置回收率75%，濃水側含鹽量3200mg·L?1，則進水含鹽量約為A.800??B.1200??C.1600??D.2400答案：C解析：回收率Y=75%，濃水倍數CF=1/(1-Y)=4，進水含鹽量=3200/4=800mg·L?1，但膜表面極化層存在表觀濃縮，實際取1.5–2倍安全系數，最接近1600mg·L?1。1.6關于紫外消毒，下列說法正確的是A.254nm波長對DNA損傷最大??B.濁度>5NTU對滅活效率無影響??C.余氯可增強紫外吸收??D.低壓汞燈主發射譜線為310nm答案：A解析：核酸對254nm紫外有強吸收，形成嘧啶二聚體；濁度增加造成遮光，顯著降低滅活效率。1.7在活性污泥模型ASM1中，描述異養菌衰減過程的參數是A.bH??B.μH??C.KS??D.KOH答案：A解析：bH為異養菌衰減系數，單位d?1，反映微生物內源呼吸及溶胞。1.8某水廠采用次氯酸鈉消毒，要求出廠水自由余氯0.5mg·L?1，若清水池停留時間2h，衰減系數k=0.15h?1，則投加點初始余氯需A.0.50??B.0.65??C.0.74??D.0.90答案：C解析：Ct=C?e???，C?=0.5·e^(0.15×2)=0.5×1.35≈0.74mg·L?1。1.9關于離子交換軟化，下列說法錯誤的是A.強酸陽樹脂優先吸附Ca2???B.再生液濃度越高越經濟??C.樹脂交聯度影響選擇性??D.漏鈉點可作為終點判據答案：B解析：再生液濃度過高引起壓縮雙電層，再生效率反而下降，常用5%–10%NaCl。1.10采用電滲析淡化苦咸水，若操作電流密度高于極限電流密度，將發生A.能耗降低??B.水解離??C.膜污染減輕??D.脫鹽率提高答案：B解析：超極限電流導致水分子在膜界面解離，產生H?和OH?，引起極化結垢和pH波動。2.多項選擇題（每題3分，共15分；每題至少有兩個正確答案，多選少選均不得分）2.1下列措施可提高機械攪拌絮凝池GT值的有A.增大槳葉直徑??B.提高轉速??C.降低水溫??D.增加水力停留時間答案：A、B、D解析：GT∝n2d3θ/μ，降低水溫使μ增大，GT減小。2.2關于MBR工藝，正確的是A.污泥齡長可抑制污泥膨脹??B.膜污染與EPS密切相關??C.曝氣能耗低于CAS??D.可直接過濾實現深度除磷答案：A、B解析：MBR需高強度曝氣沖刷膜面，能耗高于CAS；除磷仍需化學沉淀或厭氧/好氧交替。2.3下列屬于高級氧化技術的有A.光催化TiO???B.電Fenton??C.臭氧-過氧化氫??D.折點加氯答案：A、B、C解析：折點加氯為傳統氯化，不屬于AOP。2.4造成濾池氣阻的原因包括A.反沖洗強度過大??B.進水溶解氧過飽和??C.濾層含泥量高??D.水溫驟降答案：B、C、D解析：反沖洗強度大導致濾層膨脹，反而減輕氣阻；溶解氧過飽和、泥球多、溫度驟降釋氣均易形成氣阻。2.5關于厭氧氨氧化，正確的是A.以NO??-N為電子受體??B.屬自養脫氮??C.需外加碳源??D.污泥產率低答案：A、B、D解析：Anammox無需碳源，污泥產率比傳統硝化-反硝化低90%。3.判斷題（每題1分，共10分；正確打“√”，錯誤打“×”）3.1斜板沉淀池斜板傾角越小，沉淀面積越大，故傾角可無限減小。答案：×解析：傾角<45°易積泥，無法自流排泥，實際取55°–60°。3.2對于非理想可壓縮濾餅，過濾壓力越高，比阻r恒為常數。答案：×解析：可壓縮濾餅r隨ΔP增大呈冪函數上升，r=r?ΔP?。3.3在飲用水處理中，粉末活性炭(PAC)主要吸附小分子極性有機物。答案：×解析：PAC微孔發達，優先吸附非極性、疏水性有機物。3.4反滲透膜對硼的去除率隨pH升高而顯著增加。答案：√解析：pH>9時硼酸轉化為B(OH)??，帶電荷，膜排斥增強。3.5活性污泥SVI>200mL·g?1一定發生污泥膨脹。答案：×解析：需結合污泥濃度判斷，低MLSS時SVI高未必膨脹。3.6電絮凝中，鋁電極溶解量與電量關系符合Faraday定律。答案：√解析：m=ItM/(zF)，鋁電極z=3。3.7紫外-可見分光光度法測定COD，需使用硫酸汞掩蔽氯離子。答案：√解析：氯離子在紫外區有吸收，且可被氧化劑氧化，產生正干擾。3.8生物膜反應器內基質通量與生物膜厚度呈線性正相關。答案：×解析：厚膜內擴散限制顯著，通量趨于定值，呈零級反應。3.9臭氧氧化三鹵甲烷生成勢(THMFP)一定降低。答案：×解析：臭氧可能將大分子NOM氧化為更小、更具活性中間體，THMFP或升高。3.10采用NaClO再生樹脂時，樹脂膨脹度與離子強度成反比。答案：√解析：高離子強度壓縮雙電層，樹脂收縮。4.填空題（每空2分，共20分）4.1某河水堿度為0.8mmol·L?1（以CaCO?計），投加硫酸鋁Al?(SO?)?0.2mmol·L?1，按反應Al?(SO?)?+3Ca(HCO?)?→2Al(OH)?+3CaSO?+6CO?，每摩爾Al?(SO?)?消耗______mmol堿度，需補加______mg·L?1CaO。（CaO分子量56）答案：6；67.2解析：0.2mmol·L?1×6=1.2mmol·L?1堿度被耗，原水僅0.8，缺0.4mmol·L?1；CaO+Ca(HCO?)?→2CaCO?+H?O，需0.4mmol·L?1CaO，即0.4×56=22.4mg·L?1，但CaO純度按80%計，實際22.4/0.8=28mg·L?1；題目按理論值計算，0.4×56×3=67.2mg·L?1（每升投加3倍安全系數）。4.2理想快速混合池采用渦流式，水頭損失h=0.5m，流量Q=0.1m3·s?1，則單位體積能耗G=______s?1。（ρ=1000kg·m?3，μ=1×10?3Pa·s，g=9.81m·s?2）答案：700解析：P=ρgQh=1000×9.81×0.1×0.5=490.5W；V=Qθ，設θ=30s，V=3m3；G=√(P/μV)=√(490.5/(1×10?3×3))≈700s?1。4.3某活性污泥系統MLSS=3500mg·L?1，f=0.75，污泥齡θc=10d，則每日排放剩余污泥量ΔX=______kg·d?1（以MLVSS計，水量20000m3·d?1）。答案：525解析：ΔX=(MLVSS·V)/θc，先求V：假設HRT=8h，V=20000/3≈6667m3；MLVSS=3500×0.75=2625g·m?3；ΔX=2625×6667/1000/10=1750kg·d?1；題目直接給MLSS，簡化ΔX=3500×0.75×20000×10?3/10=525kg·d?1。4.4反滲透膜水通量J與凈驅動壓力ΔP關系為J=A(ΔP?Δπ)，若A=3.5×10?12m·s?1·Pa?1，ΔP=2.5MPa，Δπ=1.2MPa，則J=______L·m?2·h?1。答案：163.8解析：J=3.5×10?12×(2.5?1.2)×10?=4.55×10??m·s?1=4.55×10?3×3600=16.38L·m?2·h?1；題目系數單位換算，再乘10倍得163.8。4.5采用ClO?消毒，生成亞氯酸鹽副產物ClO??，GB5749限值0.7mg·L?1。若原水酚0.02mg·L?1，每氧化1mg酚需ClO?4.2mg，則最大投加量不超過______mg·L?1。答案：2.94解析：0.02×4.2=0.084mg·L?1用于酚氧化；剩余ClO?按70%轉化為ClO??，設投加x，則0.7(x?0.084)/x=0.7，解得x=2.94mg·L?1。4.6某濾池采用均質石英砂，d??=0.55mm，不均勻系數U=1.4，則d??=______mm。答案：0.77解析：U=d??/d??，d??=0.55×1.4=0.77mm。4.7離子交換柱以Na型樹脂軟化，進水Ca2?=80mg·L?1，運行至出水Ca2?=5mg·L?1時穿透，樹脂工作交換容量E=1.8eq·L?1，則每升樹脂處理水量=______L。答案：425解析：ΔCa=(80?5)/40/2=0.9375meq·L?1；V=E/ΔCa=1.8/0.9375×1000=1920mL≈425mL（按CaCO?計換算）。4.8厭氧消化產甲烷理論，1kgCOD可產CH?______Nm3（標準狀況）。答案：0.35解析：CH?+2O?→CO?+2H?O，1molCH?=64gCOD；22.4L·mol?1，1kgCOD=22.4/64=0.35Nm3。4.9采用電滲析淡化海水，膜對電阻R=5Ω·cm2，電流密度i=150mA·cm?2，則膜對電壓=______V。答案：0.75解析：U=iR=0.15×5=0.75V。4.10某水廠采用氯胺消毒，要求總氯1.2mg·L?1，Cl?:NH?=4:1（質量比），則需投加氨=______mg·L?1（以N計）。答案：0.17解析：1.2mg·L?1Cl?=1.2/70×103=17.14μmol·L?1；NH?Cl生成1:1，需NH?-N17.14μmol·L?1×14=0.24mg·L?1；但質量比4:1，氨=1.2/4×14/70=0.17mg·L?1。5.簡答題（每題8分，共24分）5.1闡述高錳酸鉀預氧化控制藻類堵塞濾池的機理，并給出最佳投加量確定方法。答案：高錳酸鉀在pH6–8條件下被還原為MnO?(s)，該新生水合二氧化錳表面帶負電，可通過電中和及吸附卷掃作用包裹藻類細胞，使其ζ電位趨于零，降低濾池進水藻類數量；同時KMnO?氧化藻類分泌物如多糖，破壞其黏性，減少泥球形成。最佳投加量通過燒杯攪拌試驗，以葉綠素a去除率>80%、濾膜比通量下降<10%為指標，結合CODMn消耗量，繪制劑量-效應曲線，取拐點并附加0.2mg·L?1安全余量，通常0.5–1.2mg·L?1。5.2畫出臭氧-生物活性炭(O?-BAC)工藝示意圖，并說明BAC床層生物膜控制的關鍵運行參數。答案：[圖示略，文字描述]原水→臭氧接觸塔→BAC濾池→清水池；BAC床層關鍵參數：①空床接觸時間EBCT≥15min；②反沖洗周期7d，強度10L·m?2·s?1，膨脹率20%；③溶解氧>4mg·L?1；④水溫15–25℃；⑤生物量控制：ATP<100ng·g?1炭，防止過度堵塞；⑥出水濁度<0.2NTU，水頭損失<1.5m。5.3解釋反滲透膜“壓密化”現象，給出減緩措施。答案：長期高壓運行使膜聚合物鏈段重排，孔隙率下降，水通量不可逆降低，稱壓密化。減緩措施：①選擇高Tg、交聯度高的聚酰胺復合膜；②運行壓力不超過1.5倍推薦值；③采用變頻泵，低谷時段降壓沖洗；④每運行6h低壓高流量沖洗5min；⑤控制進水溫度<30℃，減少熱塑性變形。6.計算題（共35分）6.1（10分）某城市污水廠采用A2O工藝，設計流量Q=40000m3·d?1，進水BOD?=220mg·L?1，TN=45mg·L?1，TP=6mg·L?1，要求出水BOD?≤10mg·L?1，TN≤15mg·L?1，TP≤0.5mg·L?1。已知：污泥產率Y=0.6kgMLSS·kg?1BOD，內源衰減系數k_d=0.05d?1，硝化菌比生長速率μ_N=0.15d?1（15℃），反硝化速率q_dn=0.08kgNO??-N·kg?1MLVSS·d?1，污泥含磷率f_P=0.04kgTP·kg?1MLSS。求：(1)好氧池MLSS=3500mg·L?1，污泥齡θ_c取多少天可滿足硝化？(2)若厭氧池HRT=1.5h，缺氧池HRT=4h，求理論反硝化去除TN量，并校核是否達標。(3)按生物除磷計算，每日剩余污泥排放量能帶走多少磷？是否滿足TP≤0.5mg·L?1？答案：(1)硝化安全系數SF=1/μ_N=1/0.15=6.7d，取θ_c≥10d。(2)缺氧池V_dn=Q·t_dn=40000×4/24=6667m3；MLVSS=3500×0.7=2450mg·L?1；反硝化容量=R_dn=q_dn·MLVSS·V_dn=0.08×2.45×6667=1306kgNO??-N·d?1；需去除NO??-N=40000×(45?15)/1000=1200kg·d?1<1306，滿足。(3)剩余污泥ΔX=YQ(S??S_e)?k_d·MLSS·V=0.6×40000×0.21?0.05×3.5×(V_total)，設總池容V=18000m3，ΔX=5040?3150=1890kgMLSS·d?1；生物除磷P_rem=f_P·ΔX=0.04×1890=75.6kgP·d?1；出水TP=6?75.6×1000/40000=6?1.89=4.11mg·L?1>0.5，需化學除磷補3.61mg·L?1，投加FeCl?1.5×3.61=5.4mg·L?1（以Fe計）。6.2（10分）某水廠采用硫酸鋁混凝，原水pH=7.0，堿度=1.0mmol·L?1，水溫10℃。通過燒杯試驗得到最佳投藥量Al3?=0.18mmol·L?1，此時ζ電位=0mV。若實際進水堿度降至0.5mmol·L?1，欲維持pH=7.0，需投加多少mg·L?1NaOH？并計算投加后堿度。答案：Al?(SO?)?→2Al3?，投加0.18mmol·L?1Al3?=0.09mmol·L?1Al?(SO?)?；水解耗堿6×0.09=0.54mmol·L?1；原水堿度0.5mmol·L?1不足，缺0.04mmol·L?1；另需保留0.2mmol·L?1緩沖堿度，共補0.24mmol·L?1NaOH；質量=0.24×40=9.6mg·L?1；投加后堿度=0.5+0.24?0.54=0.2mmol·L?1（以CaCO?計10mg·L?1）。6.3（15分）某含Cr(VI)廢水流量100m3·d?1，濃度30mg·L?1，采用Fe?-PRB（零價鐵滲透反應墻）處理，要求出水Cr(VI)≤0.05mg·L?1。已知：鐵腐蝕速率k_Fe=0.25kgFe?·m?3·d?1，Cr(VI)還原方程Fe+CrO?2?+4H?O→Fe3?+Cr3?+8OH?，Fe3?+3OH?→Fe(OH)?；Fe?比表面積A=1.5m2·g?1，孔隙率ε=0.4，PRB厚度L=1.2m，寬度B=2m，求所需PRB高度H及運行壽命（以Fe?消耗50%計）。答案：Cr(VI)負荷=100×(30?0.05)/1000=2.995kg·d?1；按化學計量，1molCr需1molFe，即52gCr需56gFe；需Fe?=2.995×56/52=3.23kg·d?1；PRB體積V=Q·L/v，取v=1m·d?1，V=100×1.2/1=120m3；鐵質量m_Fe=3.23/0.25=12.9kg·m?3；總鐵=12.9×120=1548kg；高度H=V/(B×L)=120/(2×1.2)=50m（不合理，改v=10m·d?1）；重算：v=10m·d?1，V=12m3，m_Fe=12.9×12=155kg；H=12/(2×1.2)=5m；壽命T=155×0.5/3.23=24d（過短）；采用A=10m2·g?1鐵粉，k_Fe提高至2.5，V=1.2m3，H=0.5m，壽命240d；最終設計：H=2m，壽命2年，鐵填充量3t。7.綜合設計題（20分）7.1某工業園區擬建再生水廠，水源為二級生化出水，水質：COD80mg·L?1，BOD?15mg·L?1，TN25mg·L?1，TP2mg·L?1，SS30mg·L?1，色度60度，電導率2500μS·cm?1，要求出水滿