2017北师2284环境工程原理考博真题及答案

1、 废水处理有生物法、物化法，其中混凝法是常用的化学处理方法，请简述混凝的原理，混凝的工艺要点及工艺流程设计图。在工程应用中，反应器的设计，实际操作及三废控制方面需要考虑的因素

混凝原理：化学混凝所处理的对象，主要是水中的微小悬浮物和胶体杂质。大颗的悬浮物由于受重力的作用而下沉，可以用沉淀等方法除去。但是，微小粒径的悬浮物和胶体，能在水中长期保持分散悬浮状态，即使静置数十小时以上，也不会自然沉降。这是由于胶体微粒及细微悬浮颗粒具有“稳定性”。水体中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程称为混凝，是凝聚和絮凝的总称。混凝的过程涉及：①水中胶体的性质；②混凝剂在水中的水解；③胶体与混凝剂的相互作用

化学混凝的机理至今尚未清楚。因为它涉及的因素很多，如水中杂志的成分和浓度、水温、水的pH、碱度，以及混凝剂的性质和混凝条件等。但归结起来，可以认为是三方面的作用：

（1）压缩电子层作用：水中胶粒能维持稳定的分散悬游状态，主要是由于胶粒具有的电位。如能消除或降低胶粒的电位，就有可能使微粒碰撞聚结，失去稳定性。

（2）吸附架桥作用：三价铝盐或铁盐以及其他高分子混凝剂溶于水后，经水解和缩聚反应形成高分子聚合物，具有线性结构。

（3）网捕作用：三价铝盐或铁盐等水解而生成沉淀物。这些沉淀物在自身沉淀过程中，能卷集、网捕水中的胶体等微粒，使胶体黏结。

混凝工艺的流程由药剂投加、混合、反应及沉淀分离等单元组成。

影响混凝效果的主要因素较为复杂，主要有水温、水质和水力条件等。

1 水温 水温对混凝效果有明显的影响。无机盐类混凝剂的水解是吸热反应，水温低时，水解困难，特别是硫酸铝，当水温低于5℃时，水解速率非常缓慢。且水温低、粘度大，不利于脱温胶粒相互絮凝，影响后续沉淀处理的效果。改善的办法是投加高分子助凝剂或是用气浮法代替沉淀法作为后续处理。

2 水的pH对混凝的影响程度，视混凝剂的品种而异。不同的混凝剂，其pH范围也不一样。这就使设备和操作较为复杂。为此，常选择高分子混凝剂尤其是有机高分子混凝剂，混凝的效果受pH的影响较小。

3 水中杂质的成分、性质和浓度

水中杂质的成分、性质和浓度对混凝效果有明显的影响。例如，天然水中主要含黏土类杂质，需要投加的混凝剂的量较少，而污水中含有大量有机物时，需投加较多的混凝剂才有混凝效果，有时投量可达10-103 mg/L，这说明影响的因素较为复杂，理论上只限于做定性推断和估计。在生产和实用上，主要靠混凝试验，以选择合适的混凝剂品种和最佳投量。

4 水力条件

混凝过程中的水力条件对絮凝体的形成影响极大。整个混凝过程可分为两个阶段，混合和反应。

混合阶段的要求是使药剂迅速均匀地扩散到全部水中以创造良好的水解和聚合条件，使胶体脱稳并借颗粒的布朗运动和紊动水流进行凝聚。

化学混凝的设备包括：混凝剂的溶解配置和投加设备、混合设备和反应设备。

（1）混凝剂的溶解配制和投加设备

混凝药剂投加到待处理水中，可以用干投法和湿投法，目前，湿投法应用较为广泛，它包括溶解配置设备和投加设备

（2）混合设备

常用的混合方式是水泵混合、隔板混合和机械混合

（3）反应设备

反应设备有水里搅拌和机械搅拌两大类，常用的有隔板反应池和机械搅拌反应池。

2、厌氧-好氧生物反应器，电化学、气浮，超滤，反渗透是如何达到处理焦化废水的要求的，其原理和设备的设置的特点。(可查找相关文献)

焦化废水所含污染物包括酚类、多环芳香族化合物及含氮、氧、硫的杂环化合物等,是一种典型的含有难降解的有机化合物的工业废水。焦化废水中的易降解有机物主要是酚类化合物。吡咯、萘、呋喃、咪唑类属于可降解类有机物。难降解的有机物主要有吡啶、咔唑、联苯、三联苯等。

气浮是将空气以微小气泡的形式通入水中,使微小气泡与在水中悬浮的颗粒或油滴粘附,形成水-气-颗粒(油滴)三相混合体系,颗粒粘附于气泡上浮至水面,从水中分离出去,形成浮渣，因过多的油类会影响后续生化处理的效果,气浮法焦化废水预处理的作用是除去其中的油类并回收再利用。此外还起到预曝气的作用。影响气浮除油效果的因素主要有气浮时间、分离时间、气浮药剂以及水中油类或悬浮物的疏水性等等。

电化学氧化处理有机废水,尤其是难生化降解有机废水,是当今世界水处理相当活跃的研宄领域。电化学氧化可以直接把氨氮氧化成氮气去除,在有氯离子协同作用下,电化学氧化去除氨氮的效率非常高,几乎可以100%去除氨氮。电化学氧化对氨氮、酚类、氰化物和杂环化合物都有良好的处理效果,因此电化学氧化应用在焦化废水的预处理上,一定能够取得非常良好的效果。当前应用电化学氧化法去除有机物主要难点在于通过制备高活性和高稳定性的电极来降低电化学氧化的处理成本。电化学方法由于其极强的氧化性,能够比较彻底地催化氧化降解酌类物质,其效率主要受到给电方式、电解质、反应器类型、电解质材料等多个因素的影响。

超滤膜是一种加压膜分离技术，即在一定的压力下，使小分子溶质和溶剂穿过一定孔径的特制的薄膜，而使大分子溶质不能透过，留在膜的一边，从而使大分子物质得到了部分的纯化。超滤技术的优点是操作简便，成本低廉，不需增加任何化学试剂，尤其是超滤技术的实验条件温和，与蒸发、冷冻干燥相比没有相的变化，而且不引起温度、pH的变化，因而可以防止生物大分子的变性、失活和自溶，可有效地去除焦化废水中的污染物质。

反渗透又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。因为它和自然渗透的方向相反，故称反渗透。根据各种物料的不同渗透压，就可以使用大于渗透压的反渗透压力，即反渗透法，达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。焦化废水的反渗透处理方法及装置,其特征是该方法包括如下工艺步骤,(一)直接针对焦化废水,先将焦化废水进行常规除油预处理, 然后进入本系统；(二)利用多介质过滤器与保安过滤器对反渗透进行保 护,进而利用平板污水处理型反渗透膜分离废水；(三)针对反渗透浓水 的进一步减量与处理出水回用的需要,利用多段、多级、多种反渗透进行 组合强化。

优点：(1)设备化程度高,系统可靠,占地面积小；(2)利用平板污水处理型反渗透进行处理,避免了生物处理的不稳定性；(3)处理出水稳定,保证达标,COD＜100mg/L；(4)二段二级反渗透强化处理的出 水COD＜15mg/L,可回用,浓水减量焚烧；(5)解决了焦化废水难处理的问题。

3、 市政府给水处理厂的污泥的最终处置是什么？如何处理污泥资源化的主要障碍，论述资源化的可行性方案。

生活污水和工业废水的处理过程中分离或截流的固体物质统称为污泥。污泥作为污水处理的副产物通常含有大量的有毒、有害或对环境产生负面影响的物质，必须妥善处置，否则将形成二次污染。污泥的处理目的是减少污泥量的稳定，便于污泥的运输和最终处置。污泥处理工艺主要由污泥的性质以及污泥最终处置的要求所决定的。

污泥的处置方式有污泥浓缩、污泥稳定、污泥脱水。

浓缩的主要目的是减少污泥体积，以便后续的单元操作。例如剩余活性污泥的含水量高达99%，若含水率减少为98%，则相应的污泥体积降为原体积的一半，如果后续处理为厌氧消化，则消化池容积可大大缩小；如果进行湿式氧化，不仅加热所需的热量可大大减小，而且提高了污泥自身的比热。污泥浓缩的操作方式有间歇式和连续式两种。通常间歇式主要用于污泥量较小的场合，而连续式则用于污泥量较大的场合。浓缩方式有重力浓缩、气浮浓缩和离心浓缩，其中，重力浓缩应用最广。

污泥稳定：污泥之所以不稳定是因为其中不仅含有大量的有机物和微生物，而且其环境适宜微生物生存。因此，污泥稳定就是去除或减少其中的有机物，抑制或杀灭其中的微生物，或改变污泥的环境条件使之不适宜微生物的生存。污泥稳定的方法有生物法和化学法。生物稳定就是在人工条件下加速微生物对污泥中有机物的分解，使之变成稳定的无机物或不易被生物降解的有机物的过程；化学稳定是向污泥中投加化学药剂杀死微生物，或改变污泥的环境使微生物难以生存，从而使污泥中的有机物在短期内不至腐败的过程。

污泥脱水：将污泥含水率降低到80%以下的操作称为脱水。脱水后的污泥具有固体特性，成泥块状，能装车运输，便于最终的处置与利用。脱水的方法有自然脱水和机械脱水。

污泥经浓缩、稳定及脱水处理后，不仅体积大大减小，而且在一定程度上得到了稳定，但污泥作为污水处理过程中的副产物，还需考虑其最终去向，即最终处置。污泥的最终处置有卫生填埋、用作绿化用肥或农家肥料及建筑材料等。

（1）污泥的综合利用

污泥中含有各种营养物质及其他有价值的物质，因此，综合利用是污泥最终处置的最佳选择。污泥综合利用的方法及途径随污泥的性质及利用价值而异。

1 用作肥料和改良土壤

有机污泥中含有丰富的植物营养物质如N、P、K，还含有S、Fe、Ca、Na、Mg等微量元素和丰富的有机物与腐殖质。用有机污泥施肥，既有良好的肥效，又能使土壤形成团粒结构，起到改良土壤的作用。

2 其他用途

从工业废水处理排除的泥渣中可以回收工业原料，例如：高炉煤气洗涤水和转炉烟气洗涤水的沉渣，均可作烧结矿的原料；电镀废水的沉渣为各种贵金属，稀有金属或重金属的氢氧化物或硫化物，可通过电解还原或其他方法将其回收利用。

（2）湿式氧化

湿式氧化是将湿污泥中的有机物在高温高压下利用空气中的氧进行氧化分解的一种处理方法。湿式氧化法的特点是能对污泥中几乎所有的有机物进行氧化，不但分解程度高，而且可以根据需要进行调节，经湿式氧化后的污泥，主要为矿化物质，污泥比阻小，一般可直接过滤脱水，而且效率高，滤饼含水率低。缺点是要求设备耐高温高压，投资费用大、运营费用高、设备易腐蚀。

（3）污泥的焚烧

焚烧是污泥最终处置的最有效和彻底的办法。焚烧时借助辅助燃料，使焚烧炉内温度升至污泥中有机物的燃点以上，令其自燃，如果污泥中的有机物的热值不足，则需不断添加辅助燃料，以维持炉内的温度。燃烧过程中所产生的废气（CO2、SO2等）和炉灰，需分别进行处理。

4、 焚烧法是最常用的处理城市生活垃圾的方法，请论述焚烧法的特点及在国内外发展。应采取哪些措施使垃圾处理方法更容易接受。

固体废物焚烧处理就是将固体废物进行高温分解和深度氧化的处理过程。在燃烧过程中，具有强烈的放热效应，有基态和激发态自由基生成，并伴随着光辐射。由于焚烧法处理固体废物，具有减量化效果显著、无害化程度彻底等优点，焚烧处理早已成为城市生活垃圾和危险废物处理的基本方法，同时在对其他固体废物的处理中，也得到越来越广泛的应用。

对生活垃圾和危险废物进行焚烧处理，始于19世纪中后期。当时主要是为了公共卫生和安全，焚毁传染病疫区可能带来诸如霍乱、伤寒、疟疾等传染性病毒和病菌垃圾，以控制这些对人体健康的有巨大危险的传染性疾病的扩散和传播

进入20世纪以来，随着科学技术的不断进步，焚烧技术有了新的发展，相继出现了机械化操作的连续垃圾焚烧炉。焚烧炉设置了必要的旋风收尘等烟气净化处理装置。在垃圾处理能力、焚烧效果和污染治理水平等方面，都有了长足的进步。

随着科学技术的不断进步、环境保护和安全要求的进一步提高，固体废物焚烧处理技术正向资源化、智能化、多功能、综合性方向发展。高温焚烧已成为一种应用广泛、最有前途的生活垃圾和危险废物的处理方法之一。焚烧处理已从过去的单纯处理废物，发展为集焚烧、发电、供热、环境美化等功能为一体的自动化控制、全天候运行的综合性系统工程。