水质工程学作业及参考答案

思考题和作业1水循环定义1：水循环是指水由地球不同的地方透过吸收太阳带来的能量转变存在的模式到地球另一些地方。定义2：在太阳能和地球表面热能的作用下，地球上的水不断被蒸发成为水蒸气，进入大气。水蒸气遇冷又凝聚成水，在重力的作用下，以降水的形式落到地面，这个周而复始的过程，称为水循环。定义3：水循环是指大自然的水通过蒸发，植物蒸腾，水汽输送，降水，地表径流，下渗，地下径流等环节，在水圈，大气圈，岩石圈，生物圈中进行连续运动的过程。水循环分为海陆间循环（大循环）以及陆上内循环和海上内循环（小循环）。从海洋蒸发出来的水蒸气，被气流带到陆地上空，凝结为雨、雪、雹等落到地面，一部分被蒸发返回大气，其余部分成为地面径流或地下径流等，最终回归海洋。这种海洋和陆地之间水的往复运动过程，称为水的大循环。仅在局部地区(陆地或海洋)进行的水循环称为水的小循环。环境中水的循环是大、小循环交织在一起的，并在全球范围内和在地球上各个地区内不停地进行着。水的社会循环：由于人类生产与生活活动的作用与影响，自然水循环径流部分参与的水循环。水的社会循环对水量和水质有较为突出的影响，近年来，河流、湖泊来水量大幅度减少，甚至干涸，地下水位大面积下降，径流条件发生重大改变，不可复原水量所占比例愈大，对自然水文循环的扰动愈剧烈，天然径流量的降低将十分显着，引起一系列的环境与生态灾害。污染物的类别、危害及相应的污染指标类别危害污染指标物理性污染热污染(1)水温升高饱和溶解氧降低，水体复氧速率减慢，水生生物的耗氧速率加快，水中溶解氧迅速消耗，造成鱼类和水生生物的窒息死亡，水质迅速恶化；(2)水体中化学反应速率加快，可引发水体物理化学性质，如电导率、溶解氧、离子浓度和腐蚀性的变化，臭味加剧；(3)使水体中的细菌加速繁殖，增高该水体的处理成本；(4)加速藻类的繁殖，加快水体富营养化进程。水温颜色有色工业废水（如印染、造纸、农药、焦化及有机化工废水）排入水体形成色度（分表色和真色），引起人们感官不悦。当水体色度加深时，使透光性减弱，影响水生生物的光合作用，抑制其生长繁殖，妨碍水体的自净作用。色度臭味生活污水的臭味主要由有机物的腐败产生气体引起，工业废水主要由挥发性化合物造成。臭味给人以感官不悦，甚至危及人体生理，呼吸困难，倒胃闷胸，呕吐等。臭味固体物质包括悬浮固体、胶体、溶解性固体，水体受污染后，浊度增加、透光度减弱，主要危害为：(1)与色度形成的危害相似；(2)悬浮固体可能堵塞鱼鳃，导致鱼类窒息死亡，如纸浆废水；(3)微生物对有机悬浮固体的代谢作用，会消耗水中溶解氧；(4)可沉固体会沉积在河底，造成底泥沉积与腐化，使水体恶化；(5)悬浮固体可作为载体，吸附其他污染物质，随水流迁移污染。总固体量(TS)无机物污染酸、碱及无机盐酸碱污染可能使水体PH值发生变化，抑制微生物的生长，影响水体的自净能力；无机盐污染使水体硬度增加，造成的危害与前述溶解性固体相同PH值氮、磷加快富营养化进程，使水体溶解氧迅速降低，鱼类大量窒息死亡总氮(TN)凯氏氮(KN）硝态氮亚硝态氮总磷(TP)溶解性总磷溶解性正磷硫酸盐及硫化物人饮用一定量后，会引起腹泻，H2S具有臭鸡蛋气味，硫化物会使水体变黑，具有一定腐蚀性SO42-氯化物受氯化物污染后，无机盐含量往往也高，水味变咸，对金属管道与设备有腐蚀作用，且不宜作为灌溉用水氯化物重金属就有较大的毒性，不易被微生物降解，形成的有机化合物毒性更大，可以通过食物链传入人体，使人体体内蛋白质及酶失去活性，造成慢性中毒汞(Hg)、镉(Cd)、铬(Cr)、铅(Pb)等有机物污染油脂类水体受污染后，会呈现五颜六色，感官性状极差；浓度高时隔绝水面与大气接触，水体复氧停止，影响水生生物的生长与繁殖；油脂高时会堵塞鱼鳃，造成窒息死亡；有些油脂有毒性化学需氧量(COD)生化需氧量(BOD)总需氧量(TOD)总有机碳(TOC)酚类主要是挥发酚，对水生生物有较大毒性；被污染水作为饮用水，加氯消毒时，氯与氛结合成氯氛，产生臭气；若灌溉农田，会导致作物减产甚至枯死有机酸、碱对微生物有毒害或抑制作用表面活性剂含磷并易产生大量泡沫，导致水体富营养化有机农药难于分解，不断积累，毒性大，对微生物有毒害和抑制作用，有害人体健康，致癌、制畸、致突变取代苯类化合物难降解有机物，对微生物有毒害和抑制作用病原微生物数量多、分布广、存活时间长、繁殖速度快，随水流传播疾病大肠菌群指数、病毒、细菌总数简述水质污染指标在水体污染控制、污水处理工程设计中的作用。水质指标是水中某一种或某一类杂质的含量，直接用其浓度表示，如某种重金属和挥发酚；有些是利用某类杂质的共同特性来间接反映其含量的，如BOD、COD等；还有一些指标是与测定方法直接联系的，常有人为任意性，如浑浊度、色度等。水质指标是判断和综合评价水体质量并对水质进行界定分类的重要参数，是通过对污染物质做出定性、定量的检测以反映污水的水质，能综合表示水中杂质的种类和含量。通过水质污染指标能指导水体污染控制和污水处理工程设计的进行与发展。分析总固体、溶解性固体、悬浮固体及挥发性固体、固定性固体指标之间的相互关系，画出这些指标的关系图。总固体(TS)：水中所有残渣的总和。溶解固体(DS)：水样经过滤后，滤液蒸干所得的固，分为挥发性溶解固体和固定性溶解固体。悬浮固体(SS)：过滤滤渣脱水烘干后所得固体，分为挥发性悬浮固体和固定性悬浮固体。挥发性固体(VS）：将总固体在600℃的温度下灼烧而挥发掉的量。固定性固体(FS)：总固体灼烧后的残渣。关系图为：什么是植物营养元素？过多的氯、磷排入天然水体有什么危害？植物正常生长发育所需要的营养元素有必需元素和有益元素之分；必需元素中又有大量(亦称常量)元素和微量元素之分。必需元素指植物正常生长发育所必需而不能用其他元素代替的植物营养元素。根据植物需要量的多少，必需元素又分为必需大量元素和必需微量元素。必需大量元素有碳(C)、氢(H)、氧（O）、氮（N）、磷（P）、硫(S)、钾(K)、镁(Mg)、钙(Ca)、硅（Si）(最新的植物生理学中说Si是新增的大量元素)；必需微量元素有铁(Fe)、锰(Mn)、锌(Zn)、铜(Cu)、硼(B)、钼(Mo)、氯(Cl)、钠（Na）、镍(Ni)(最新的植物生理学中说Na、Ni是新增的微量元素)。大量元素与微量元素虽在需要量上有多少之别，但对植物的生命活动都具有重要功能，都是不可缺少的。过多的氮、磷排入天然水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡，这种现象称为水体富营养化。这种现象在河流湖泊中出现称为水华，在海洋中出现称为赤潮。过多的氯排入水体后，受氯化物污染的水体，无机盐含量往往也高，水味变咸，对金属管道与设备有腐蚀作用，且不宜作为灌溉用水。简述污水中含氮物质的分类及相互转换。污水中含氮物质的分类：蛋白质、多肽、氨基酸、尿素、亚硝酸盐、硝酸盐转换过程分为两个阶段：第一个阶段——氨化作用：含氮有机物(如蛋白质、多肽、氨基酸、尿素)转化为无机氮；第二个阶段——消化作用：氨氮转化为亚硝酸盐和硝酸盐。有机氮在水体中的转化一般可持续若干天。耗氧有机污染物对水体的危害表现在什么地方？耗氧有机污染物主要指动、植物残体和生活工业产生的碳水化合物、脂肪、蛋白质等易分解的有机物，它们在分解过程中要消耗水中的溶解氧。在有氧条件下，耗氧有机污染物由于好氧微生物的呼吸作用，氧化分解为二氧化碳、水、二氧化氮、NH3等；无氧条件下，分解产物为醇类、有机酸、氨气及少量H2S等有害气体，使水体恶化发臭。这些降解过程主要是通过化学氧化、光化学氧化和生物化学氧化来实现的。生化需氧量、化学需氧量、总有机碳和总需氧量指标的含义是什么？分析这些指标之间的联系与区别。生化耗氧量(BOD)：是“生物化学需氧量”的简称。是指在一定期间内，微生物分解一定体积水中的某些可被氧化物质，特别是有机物质所消耗的溶解氧的数量。以毫克/升或百分率、ppm表示。它是反映水中有机污染物含量的一个综合指标。如果进行生物氧化的时间为五天就称为五日生化需氧量（BOD5），相应地还有BOD10、BOD20。化学需氧量(COD)：废水、废水处理厂出水和受污染的水中，能被强氧化剂氧化的物质（一般为有机物）的氧当量。在河流污染和工业废水性质的研究以及废水处理厂的运行管理中，它是一个重要的而且能较快测定的有机物污染参数。总有机碳(TOC)：水体中溶解性和悬浮性有机物含碳的总量。总需氧量(TOD)：指水中能被氧化的物质，主要是有机物质在燃烧中变成稳定的氧化物时所需要的氧量，结果以O2的mg/L表示。化学需氧量(COD)优点是较精确地表示污水中有机物的含量，测定时间仅需要数小时，且不受水质的限制；缺点是不能像BOD那样反映出微生物氧化有机物、直接地从卫生学角度阐明被污染的程度；COD的数值一般大于BOD20，两者的差值等于难生物降解有机物量，差值越大，难降解的有机物含量越多，越不宜采用生物处理法，故把BOD5/COD的比值称为可生化性指标，比值越大，越容易被生物处理。TOD与TOC的测定原理相同，但有机物数量的表示方法不同，前者用消耗色氧量表示，后者用含碳量表示。水质比较稳定的污水，BOD5、COD、TOD、TOC、之间有一定的的相关关系，数值大小的排序为ThODTOCCODCrBODuBOD5TOC。生活污水的BOD5/COD的比值约为0.4~0.65，BOD5/TOC的比值约为1.0~1.6。工业废水的BOD5/COD比值，决定于工业性质，变化极大，如果该比值0.3，被认为可采用生化处理法；0.25不宜采用生化处理法；0.3难生化处理。难生物降解的有机物不能用BOD做指标，只能用COD、TOC和TOD等作指标。思考题与作业21.什么叫水体污染？污染类型有那几种？水体污染：是指排入水体的污染物在数量上超过了该物质在水体中的本底含量和自净能力即水体的环境容量，从而导致水的物理、化学及微生物性质发生变化，破坏了水中固有的生态系统和功能，破坏了水体的功能及其在人类生活和生产中的作用。降低了水体的使用价值和功能的现象。污染类型：2.什么是水体自净？简述水体自净过程中的物理净化、化学净化与生物化学净化作用。水体自净：污染物随污水排入水体后，经过物理、化学的与生物的作用，使污染物的浓度降低或重量减少，受污染的水体部分的或完全的恢复原状，这种现象称为水体自净或水体净化。物理净化过程：水体中的污染物通过稀释、混合、沉淀与挥发，使浓度降低，总量不变；化学净化过程：水体中的污染物通过氧化还原、酸碱反应、分解合成、吸附凝聚(属物理化学作用)等过程，使存在形态形式发生变化及浓度降低，但总量不变；生物化学净化过程：水体中的污染物通过水生生物特别是微生物的生命活动，使其存在形态发生变化，有机物无机化，有害物无害化，浓度降低，总量减少。3.氧垂曲线是如何形成的？什么是氧垂点？氧垂曲线在水污染控制中有什么实际意义？氧垂曲线：有机物排入河流后，经微生物降解而大量消耗水中的溶解氧，使河水亏氧；另一方面，空气中的氧经过河流水面不断的溶入水中，使溶解氧逐步得到恢复。耗氧与复氧同时进行，河水中的DO与BOD5浓度变化见右图，耗氧与复氧曲线如下图。污水排入后，DO曲线呈悬索状下垂，故称为氧垂曲线，直到恢复到污水排入前的基值浓度。氧垂点：如图所示，o点处，溶解氧最低，亏氧量最大，称o点为临界亏氧点或氧垂点。氧垂曲线的实际意义：用于处理程度的确定及环境容量的计算。4.某城市人口35万人，排水量标准l50L／(p.d)，每人每日排放于污水中的BOD5为27g，换算成BODu为40g。河水流量为3m3/s，河水夏季平均水温为20℃，在污水排放口前，河水溶解氧含量为6mg/L，BOD5为2mg/L（BODu=2.9mg/L），设定河水水质达到地表水环境质量Ⅲ类水体的要求，用试算法求该河流的自净容量和城市污水应处理的程度。解：排入河水的污水量：q=350000×0.15=52500m3/d∵20℃时的饱和溶解氧量为9.17mg/L，河水溶解氧含量为6mg/L∴