环境工程学课后题答案-蒋展鹏.docx
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绪论 环境工程学的发展和内容
0-1名词解释：
环境：
影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草地、野生生物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等。
环境问题：
全球环境或区域环境中出现的不利于人类生存和发展的现象，均概括为环境问题。
环境污染：
由于自然或人为（生产、生活）原因，往原先处于正常状况的环境中附加了物质、能量或生物体，其数量或强度超过了环境的自净能力，使环境质量变差，并对人或其它生物的健康或环境中某些有价值物质产生了有害影响的现象。
污染物质：
引起环境污染的物质即为污染物质。
公害：
由人为原因引起化学污染物滋事而产生的突发事件通常称为公害。
环境科学：
研究人类环境质量及其保护的和改善的科学，其主要任务是研究在人类活动的影响下环境质量的变化规律和环境变化对人类生存的影响，以及改善环境质量的理论、技术和方法。
0-2试分析人类与环境的关系。
“环境”一词是相对于人类而言的，即指的是人类的环境。
人类与其环境之间是一个有着相互作用、相互影响、相互依存关系的对立统一体。
人类从周围环境中获得赖以生存、发展的空间和条件，同时其生产和生活活动作用于环境，又会对环境产生影响，引起环境质量的变化；反过来，污染了的或受损害的环境也对人类的身心健康和经济发展等造成不利影响。
0-3试讨论我国的环境和污染问题
0-4什么是环境工程学？
他与其他学科之间的关系怎样？
环境工程学应用环境科学、工程学和其它有关学科的理论和方法，研究保护和合理利用自然资源，控制和防治环境污染和生态破坏，以改善环境质量，使人们得以健康、舒适地生存与发展的学科。
环境工程学是环境科学的一个分支，又是工程学的一个重要组成部分。
它脱胎于土木工程、卫生工程、化学工程。
机械工程等母系学科，又融入了其他自然科学和社会科学的有关原理和方法。
0-5环境工程学的主要任务是什么？
环境工程学应用环境科学、工程学和其它有关学科的理论和方法来研究控制环境污染、保护和改善环境质量，合理利用自然资源的技术途径和技术措施。
因此，它有着两方面的任务：
既要保护环境，使其免受和消除人类活动对它的有害影响；又要保护人类的健康和安全免受不利的环境因素损害。
具体讲就是重点治理和控制废水、废气、噪声和固体废弃物，研究环境污染综合防治的方法和措施。
0-6环境工程学的主要内容有哪些？
（1）水质净化与水污染控制工程；
（2）大气污染控制工程；
（3）固体废弃物控制及噪声、振动与其他公害防治工程；
（4）清洁生产、污染预防与全过程污染控制工程；
（5）环境规划、管理和环境系统工程；
（6）环境监测与环境质量评价。
第一章水质与水体自净
1-1名词解释
水污染：
水体因接受过多的污染物而导致水体的物理特征、化学特征和生物特征发生不良变化，破坏了水中固有的生态系统，破坏了水体的功能及其在经济发展和人民生活中的作用，该状态为“水体污染”。
水质：
水与其中所含的杂质共同表现出来的物理学、化学和生物学的综合特性。
水质指标：
水中杂质的种类、成分和数量，是判断水质的具体衡量标准。
水质标准：
由国家或政府部门正式颁布的有关水质的统一规定。
水环境容量：
一定水体在规定的环境目标下所能容纳污染物质的最大负荷量。
水体自净：
进入水体的污染物通过物理、化学和生物等方面的作用，使污染物的浓度逐渐降低，经过一段时间后，水体将恢复到受污染前的状态。
这一现象为“水体自净作用”。
水体污染物：
凡使水体的水质、生物质、底泥质量恶化的各种物质均称为“水体污染物”。
COD：
在一定严格的条件下，水中各种有机物与外加的强氧化作用时所消耗的氧化剂量。
BOD：
在水体中有氧的条件下，微生物氧化分解单位体积水中有机物所消耗的溶解氧量。
总固体：
水中所有残渣的总和。
（在一定温度下，将水样蒸发至干时所残余的固体物质总量。
）
1-2试区别悬浮固体和可沉固体，区别悬浮固体和浑浊度。
它们的测定结果一般如何表示？
如果对水样进行过滤操作，将滤渣在103～105℃下烘干后的重量就是悬浮固体，结果以mg/L计。
而可沉固体是指将1L水样在一锥形玻璃筒内静置1h后所沉下的悬浮物质数量，结果用mL/L来表示。
浑浊度是指水中不溶解物质对光线透过时所产生的阻碍程度。
一般来说，水中的不溶解物质越多，浑浊度也越高，但两者之间并没有固定的定量关系。
因为浑浊度是一种光学效应，它的大小不仅与不溶解物质的数量、浓度有关，而且还与这些不溶解物质的颗粒尺寸、形状和折射指数等性质有关。
将蒸馏水中含有1mg/L的SiO2称为1个浑浊度单位或1度。
由此测得的浑浊度称为杰克逊浊度单位（JTU）。
1-3取某水样250mL置于空重为54.3426g的古氏坩埚中，经过滤、105℃烘干、冷却后称其质量为54.3998g，再移至600℃炉内灼烧，冷却后称其质量为54.3622g。
试求此水样的悬浮固体和挥发性悬浮固体量。
解：
悬浮固体228.8mg/L；挥发性悬浮固体量150.4mg/L。
1-6取某水样100ml，加酚酞指示剂，用0.1000mol/LHCl溶液滴定至终点消耗盐酸溶液1.40ml。
另取此水样100ml，以甲基橙作指示剂，用此盐酸溶液滴定至终点用去6.60ml。
试计算此水样的总碱度及各致碱阴离子的含量（结果以mmol/L计）。
解：
总碱度6.60mmol/L（酚酞碱度1.40mmol/L）；
[OH-]0mmol/L；[HCO3-]1.4mmol/L；[CO32-]3.8mmol/L。
1-7取水样100ml用0.1000mol/LHCl溶液测其碱度。
现以酚酞作指示剂，消耗了HCl溶液0.20ml，接着再加甲基橙作指示剂，又消耗了3.40ml。
试求该水样的总碱度和各种致碱阴离子的含量（结果以mmol/L计）
解：
总碱度3.60mmol/L（酚酞碱度0.20mmol/L）；
[OH-]0mmol/L；[HCO3-]3.2mmol/L；[CO32-]0.2mmol/L。
1-8某水样初始PH为9.5，取100ml用0.2000mol/L溶液滴定至PH8.3时需6.20ml，若滴定至PH=4.4则还需加此液9.80ml。
试求此水样中存在的各种致碱阴离子的浓度（结果以mmol/L和的mg/L计）。
解：
总碱度64.00mmol/L（酚酞碱度24.80mmol/L）；
[OH-]0mmol/L；[HCO3-]14.40mmol/L（720mg/L）；[CO32-]24.80mmol/L（2480mg/L）。
1-9有一水样取100ml用0.1000mol/LHCl溶液测定其碱度，加入酚酞指示剂后，水样无色。
再加甲基橙作指示剂，消耗
盐酸溶液量5.20ml，另取此水样100ml用0.0250mol/L的EDTA溶液测其硬度，用去14.60ml。
试求此水样的总硬度、碳酸
盐硬度和非碳酸盐硬度（结果以mmol/L、度和的mg/L计）。
解：
总硬度3.65mmol/L（365mg/L；20.4度）；碳酸盐硬度2.60mmol/L（260mg/L；14.6度）；非碳酸盐硬度1.05mmol/L（105mg/L；5.9度）。
1-10高锰酸钾耗氧量、化学需氧量和生化需氧量三者有何区别？
它们之间的关系如何？
除了它们以外，还有哪些水质指标可以用来判别水中有机物质含量的多寡？
重铬酸钾耗氧量，习惯上称为化学需氧量，是水样在强酸性条件下，加热回流2h（有时还加入催化剂），使有机物质与重铬酸钾充分作用被氧化的情况下测定的。
它能将水中绝大多数的有机物氧化，但对于苯、甲苯等芳烃类化合物则较难氧化。
严格说来，化学需氧量也包括了水中存在的无机性还原物质。
通常因废水中有机物的数量大大多于无机还原物质的量，一般用化学需氧量代表废水中有机物质的总量。
高锰酸钾耗氧量，习惯上称为耗氧量，测定快速，但不代表水中有机物质的全部总量。
一般来说，在测定条件下水中不含氮的有机物质易被高锰酸钾氧化，而含氮的有机物就较难分解。
因此，耗氧量适用于测定天然水或含容易被氧化的有机物的一般废水，而成分复杂的有机工业废水则常测定化学需氧量。
生化需氧量指在有氧的条件下，水中可分解的有机物由于好氧微生物（主要是好氧细菌）的作用被氧化分解无机化所需要的氧量。
除它们外，还有总需氧量、总有机碳等水质指标可用来判别水中有机物质含量的多寡。
1-11试讨论有机物好氧生物氧化的两个阶段。
什么是第一阶段生化需氧量（La）？
什么是完全生化需氧量（BODu）？
为什么通常所说的生化需氧量不包括硝化阶段对氧的消耗量？
在有氧的情况下，废水中有机物质的分解是分两个阶段进行的。
第一阶段称为碳氧化阶段，主要是不含氮有机物的氧化，也包括含氮有机物的氨化，以及氨化后生成的不含氮有机物的继续氧化。
碳氧化阶段所消耗的氧量称为碳化生化需氧量（BOD）。
总的碳化生化需氧量常称为第一阶段生化需氧量或完全生化需氧量，常以La或BODu表示。
水中的硝化细菌可氧化水中原有的氨和含氮有机物氨化分解出来的氨，最终转化成硝酸盐。
由于硝化作用所消耗的氧量成为硝化生化需氧量，即第二阶段生化需氧量，常以LN或NOD表示。
通常所说的生化需氧量只是指碳化生化需氧量，即第一阶段生化需氧量La，不包括硝化过程所消耗的氧量LN。
这是因为生化需氧量的定义只规定：
有机物被氧化分解为无机物质。
在第一阶段生物氧化中，有机物中的C变为CO2，N变为NH3，均已无机化。
因此并不关心继续氧化成NO2－、NO3－。
同时，对于一般的有机废水，硝化过程大约在5～7天甚至10天后才能显著展开，所以
5天的BOD测定通常是可以避免硝化细菌耗氧的干扰的。
1-12某工业区生产废水和生活污水的混合废水的为300（20℃），它的第一阶段生化需氧量是多少？
（假定k1＝0.23d－1）
解：
第一阶段生化需氧量323mg/L。
1-13某废水的=210，试求此废水的以及第一阶段生化需氧量，假定=0.17。
假设上述废水改放在30℃条件下培养测定，试问5天的BOD应该是多少（）？
解：
30℃下BOD5=281mg/L。
1-14三种不同污水水样在20℃下的均为350，而它们的值分别为0.25、0.36和0.47，试求每种水样的完全生化需氧量。
解：
372mg/L；357mg/L；351mg/L。
1-15一学生测某废水的生化需氧量，星期二将水样放入25℃的培养箱内，到下星期一才作培养后测定。
得BOD值为
206。
已知此废水20℃的=0.17，试求它的。
解：
167mg/L。
1-17通常所说的水质标准和水质要求有什么区别？
由国家正式颁布的统一规定，对各项水质指标都有明确的要求尺度和界限，均为法定要求，具有指令性和法律性，有关部门、企业和单位都必须遵守，称为水质标准。
各用水部门或设计、研究单位为进行各项工程建设或工艺生产操作，根据必要的试验研究或一定的经验所确定的各种水质要求。
这类水质要求只是一种必要的和有益的参考，并不都具有法律性。
1-18为什么制定了地表水环境质量标准，还要制定废水的排放标准？
地表水环境质量标准只对地表水体中有害物质规定容许的标准限值，还不能完全控制各种工农业废弃物对水体的污染。
为了进一步保护水环境质量，必须从控制污染源着手，制定相应的污染物排放标准。
1-19什么叫水体自净？
什么叫氧垂曲线？
根据氧垂曲线可以说明什么问题？
进入水体的污染物通过物理、化学和生物等方面的作用被分散、分离或分解，最后，水体基本上或完全地恢复到受污染前的状态，这个自然净化的过程称为水体自净。
当河流接纳废水以后排入口（受污点）下游各点处溶解氧的变化十分复杂。
以各点离排入口的距离为横坐标，溶解氧量为纵坐标作图，即得氧垂曲线。
氧垂曲线的形状会因各种条件（如废水中有机物浓度、废水和河水的流量、河道弯曲状况、水流湍急情况等）的不同而有一定的差异，但总的趋势是相似的。
由氧垂曲线可以得到废水排入河流后溶解氧最低点的亏氧量，及从排入点到临界点所需的时间。
1-20解决废水问题的基本原则有哪些？
在解决废水问题时，应当考虑下面一些主要原则：
（1）改革生产工艺，大力推进清洁生产，减少废水排放量；
（2）重复利用废水；
（3）回收有用物质；
（4）对废水进行妥善处理；
（5）选择处理工艺和方法时，必须经济合理，并尽量采用先进技术。
1-21什么是“末端治理”？
为什么要积极推进“清洁生产”工艺？
你怎样认识“清洁生产”与“末端治理”的关系？
水处理中的“末端治理”是指排什么废水就处理什么废水。
在解决工业废水问题时应当首先深入工业生产工艺中，与工艺人员相结合，力求革新生产工艺，尽量不用水或少用水，使用清洁的原料，采用先进的设备及生产方法，以减少废水的排放量和废水的浓度，减轻处理构筑物的负担和节省处理费用。
1-22举例说明废水处理与利用的物理法、化学法和生物法三者之间的主要区别。
废水处理方法中的物理法是利用物理作用来分离废水中呈悬浮状态的污染物质，在处理过程中不改变其化学性质。
如：
沉淀法不仅可除去废水中相对密度大于1的悬浮颗粒，同时也是回收这些物质的有效方法。
化学法利用化学反应的作用来处理水中的溶解性污染物质或胶体物质。
如：
离子交换法可用于水的软化（去除Ca2＋、Mg2＋）和除盐（去除水中全部或部分的阴阳离子）。
生物法主要利用微生物的作用，使废水中呈溶解和胶体状态的有机污染物转化为无害的物质。
如：
好氧生物处理主要是利用好氧微生物降解水中溶解和胶体状态的有机污染物。
1-23一废水流量q=0.15m3/s，钠离子浓度ρ1=2500mg/L，今排入某河流。
排入口上游处河水流量Q=20m3/s，流速v=0.3m/s，钠离子浓度ρ0=12mg/L。
求河流下游B点处的钠离子浓度。
解：
35mg/L。
1-24一污水厂出水排入某一河流。
排入口以前河流的流量Q=1.20,=4.1，=5.0，
=3.0；污水厂出水的流量q=8640，=20mg/L，=80，=10。
假定排入口下游不远某点处出水与河水得到完全混合，求该点处的河水水质。
解：
BOD55.3mg/L；10.8mg/L；3.5mg/L。
1-25某生活污水经沉淀处理后的出水排入附近河流。
各项参数如表1-17所示。
试求：
（1）2天后河流中的溶解氧量。
（2）临界亏氧量及其发生的时间。
习题1-25附表
参数
污水厂出水
河水
混合
流量/m3s-1
0.2
5.0
5.2
水温/℃
15
20
19.8
DO/mgL-1
1.0
6.0
5.8
BOD5（20）/mgL-1
100
3.0
6.7
k1（20）/d-1
0.2
——
k2（20）/d-1
——
0.3
解：
D23.1mg/L；Dc3.7mg/L；tc0.6d。
1-26一城市污水处理厂出水流量为q=20000，=30，DO=2，水温20℃，=0.17。
将此处水排入某河流，排放口上游处河水流量为Q=0.65， =5.0mg/L，DO=7.5mg/L，水温23℃，混合后水流速度v=0.5
m/s，可取0.25。
试求混合后溶解氧最低值及其发生在距排放口多远处？
解：
Dc5.5mg/L；64800m。
1-27一奶制品工厂废水欲排入某河流，各项参数如表1-18所示。
问：
1.如果废水不做任何处理，排入河流后，最低溶解氧量是多少？
2.如果该河流规定Ⅲ类水体，要求溶解最低值不得低于5.0mg/L，工厂应该将废水的BOD5（20）处理到不超过多少浓度时才能排放？
习题1-27附表
参数
废水
河水
流量/m3d-1
1000
19000
水温/℃
50
10
DO/mgL-1
0
7.0
BOD5（20）/mgL-1
1250
3.0
k1（20）/d-1
0.35
——
k2（20）/d-1
——
0.5
解：
18.7mg/L；20mg/L。
1-28有一含氰有机废水，最大流量为100，=10mg/L，=300mg/L，DO=0mg/L，欲排入附近某河流。
该河流属于Ⅲ类水体，河水最小流量（95%保证率）为3，最小流量时流速为0.2，夏季DO=7mg/L，河水中原先没有氰化物。
假定夏季废水和河水水温均为20℃。
估计此废水需要的处理程度。
解：
95%。
第二章水的物理化学处理方法
2-1自由沉淀、絮凝沉淀、拥挤沉淀与压缩沉淀各有什么特点？
说明它们的内在区别和特点。
悬浮颗粒在水中的沉降，根据其浓度及特性，可分为四种基本类型：
自由沉淀：
颗粒在沉降过程中呈离散状态，其形状、尺寸、质量均不改变，下沉速度不受干扰。
絮凝沉淀：
沉降过程中各颗粒之间相互粘结，其尺寸、质量会随深度增加而逐渐增大，沉速亦随深度而增加。
拥挤沉淀：
颗粒在水中的浓度较大，颗粒间相互靠得很近，在下沉过程中彼此受到周围颗粒作用力的干扰，但颗粒间相对位置不变，作为一个整体而成层下降。
清水与浑水间形成明显的界面，沉降过程实际上就是该界面下沉过程。
压缩沉淀：
颗粒在水中的浓度很高时会相互接触。
上层颗粒的重力作用可将下层颗粒间的水挤压出界面，使颗粒群被压缩。
2-2水中颗粒的密度=2.6，粒径d=0.1mm，求它在水温10℃情况下的单颗粒沉降速度。
解：
6.7×10-3m/s。
2-3非絮凝性悬浮颗粒在静止条件下的沉降数据列于表2-22中。
试确定理想式沉淀池过流率为1.8m3/m2h时的悬浮颗粒去除率。
试验用的沉淀柱取样口离水面120cm和240cm。
ρ表示在时间t时由各个取样口取出的水样中悬浮物的浓度，ρ0代表初始的悬浮物浓度。
习题2-3附表
时间
0
15
30
45
60
90
180
120cm处的ρ/ρ0
1
0.96
0.81
0.62
0.46
0.23
0.06
240cm处的ρ/ρ0
1
0.99
0.97
0.93
0.86
0.70
0.32
解：
（1）H=1.2m，69.6%；
（2）H=2.4m，61.9%。
2-4生活污水悬浮物浓度300mg/L，静置沉淀试验所得资料如表2-23所示。
求沉淀效率为65%时的颗粒截留速度。
习题2-4附表
取样口离水面高度/m
在下列时间（min）测定的悬浮物去除率/%
5
10
20
40
60
90
120
0.6
41
55
60
67
72
73
76
1.2
19
33
45
58
62
70
74
1.8
15
31
38
54
59
63
71
解：
不同水深下的E～U
5
10
20
40
60
90
120
0.6m
0.12
0.06
0.03
0.015
0.01
0.0067
0.005
41
55
60
67
72
73
76
1.2m
0.24
0.12
0.06
0.03
0.02
0.013
0.01
35.5
49.5
56.3
64.8
69.5
72.3
75.5
1.8m
0.36
0.18
0.09
0.045
0.03
0.02
0.015
29.3
43.7
51.3
61.8
66.5
70.3
74.5
根据上表数据绘制不同水深条件下的E～U曲线，结合曲线求解。
2-5污水性质及沉淀试验资料同习题2-4，污水流量1000m3/h，试求：
（1）采用平流式、竖流式、辐流式沉淀池所需的池数及澄清区的有效尺寸；
（2）污泥的含水率为96%时的每日污泥容积。
解：
以平流式沉淀池为例：
6座池子，长24m，宽5m，有效水深1.8m。
污泥的含水率为96%时的每日污泥容积19.5m3。
2-6已知平流式沉淀池的长度L=20m，池宽B=4m，池深H=2m。
今欲改装成斜板沉淀池，斜板水平间距10cm，斜板长度=1m，
倾角60°。
如不考虑斜板厚度，当废水中悬浮颗粒的截留速度=1时，改装后沉淀池的处理能力与原池相比提高多少倍？
解：
提高了5倍。
2-7试叙述脱稳和凝聚的原理。
胶体脱稳的机理可归结为以下四种：
A压缩双电层：
带同号电荷的胶粒之间存在着范德华引力和由ζ电位引起的静电斥力。
这两种力抗衡的结果决定胶体的稳定性。
一般当两胶体颗粒表面距离大于3nm时，两个颗粒总处于相斥状态（对憎水胶体颗粒而言，两胶核之间存在两个滑动面内的离子层，使颗粒保持稳定的相斥状态；对于亲水胶体颗粒而言，其表面吸附了大量的水分子构成水壳，使彼此不能靠近而保持稳定。
）
在水处理中使两胶体颗粒间距减少，发生凝聚的主要方法是在水中投加电解质。
电解质在水中电离产生的离子可与胶粒的反离子交换或挤入吸附层，使胶粒带电荷数减少，降低ζ电位，并使扩散层厚度减小。
B吸附电中和：
胶粒表面对异号离子、异号胶粒或链状高分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用，使得胶粒表面的部位或全部电荷得以中和，减少静电斥力，致使颗粒间易于接近而相互吸附。
C吸附架桥：
如果投加的化学药剂是能吸附胶粒的链状高分子聚合物，或者两个同号胶粒吸附在同一异号胶粒上，胶粒就能连结、团聚成絮凝体而被除去。
D网捕作用：
含金属离子的化学药剂投入水中后，金属离子会发生水解和聚合，并以水中的胶粒为晶核形成胶体状沉淀物，或者沉淀物析出时吸附和网捕胶粒与之共同沉降下来。
2-8铝盐的混凝作用表现在哪些方面？
铝盐/铁盐在水处理中发挥的三大作用：
ApH值偏低，胶体及悬浮物浓度高，投药量尚不足的反应初期，以Al3+或Fe3+和低聚合度高电荷的多核羟基配合物的脱稳凝聚作用为主；
BpH值和投药量适中时，以高聚合度羟基配合物的桥连絮凝作用为主；
CpH值较高，胶体及悬浮物浓度较低，投药充分时，以氢氧化物沉淀形式存在的网捕絮凝作用为主。
2-9混合和絮凝反应主要作用是什么？
对搅拌各有什么要求？
混合的目的是迅速均匀地将药剂扩散于水中，溶解并形成胶体，使之与水中的悬浮微粒等接触，生成微小的矾花。
这一过程
的要求：
搅拌强度大，产生激烈湍流，混合时的流速应在1.5m/s以上，混合时间短（不超过2分钟），一般为10～30s。
反应设备的任务是使细小的矾花逐渐絮凝成较大颗粒，以便于沉淀除去。
反应设备要求水流有适宜的搅拌强度，既要为细小絮体的逐渐长大创造良好的碰撞机会和吸附条件，又要防止已形成的较大矾花被碰撞打碎。
因此，搅拌强度比在混合设备中要小，但时间比较长，常为10～30min。
2-11澄清池的工作原理与沉淀池有何异同？
澄清池是完成水和废水的混凝处理工艺（水和药剂的混合、反应以及絮凝体与水分离）的设备。
澄清池中起到截留分离杂质颗粒作用的介质是呈悬浮状态的泥渣。
即在反应阶段加入一定浓度的悬浮泥渣，或在反应池中保持一
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