廢水處理原理習(xí)題參考答案

1、廢水處理原理習(xí)題參考答案1論述反應(yīng)工程原理在廢水處理過(guò)程分析和設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。反應(yīng)工程原理是利用化學(xué)和生物反應(yīng)，使污染物轉(zhuǎn)化為無(wú)毒無(wú)害或易于分離的物質(zhì)，從 而使污染物介質(zhì)得到進(jìn)化的技術(shù)，即轉(zhuǎn)化技術(shù)。是去除污染物和轉(zhuǎn)化環(huán)境的重要手段。 利用反應(yīng)工程原理，根據(jù)處理對(duì)象選擇反應(yīng)方式。例如：沉淀反應(yīng)用于廢水中重金屬的 沉淀分離，氧化反應(yīng)用于還原性無(wú)機(jī)污染物和有機(jī)物的氧化分解，生物降解用于有機(jī)廢 水、揮發(fā)性有機(jī)氣體和有機(jī)固體廢物的去除，生物硝化反硝化用于廢水中硝酸氮的生物 去除。確定采用的反應(yīng)原理，根據(jù)原理選擇反應(yīng)設(shè)備，分析設(shè)計(jì)其基本類型、操作方法和設(shè)計(jì) 計(jì)算方法。2某工廠產(chǎn)生2股廢水相同性質(zhì)的廢水，CO

2、D濃度分別是400和600 mg /L,處理該廢 水的反應(yīng)是二級(jí)反應(yīng)。從提高反應(yīng)速度的角度出發(fā)，試分析是將該2股廢水單獨(dú)處理還 是混合后一起處理較好？混合后廢水濃度 =(400+600)十2=500 (mg/L)由反應(yīng)是二級(jí)反應(yīng)，可得反應(yīng)速率方程rA=k Ca2 t=Nti=N/(160000k) t2=N/(360000k) t3=N/(250000k) tl+t22t3所以，從反應(yīng)速率分析，混合后比混合前單獨(dú)處理更快，效果更好。3為了更加合理地設(shè)計(jì)廢水處理， 需要確定化學(xué)反應(yīng)的級(jí)數(shù)。試說(shuō)明通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定反應(yīng) 級(jí)數(shù)的實(shí)驗(yàn)方法與數(shù)據(jù)處理方法。答：積分法：利用速率公式的積分形式確定反應(yīng)級(jí)數(shù)，一般固

3、定進(jìn)入反應(yīng)器的各組分的 濃度，改變體積流量qi，即改變t測(cè)定反應(yīng)器出口處的轉(zhuǎn)化率或關(guān)鍵組分的濃度嘗試法：將不同時(shí)間測(cè)出的反應(yīng)物濃度的數(shù)據(jù)代入各反應(yīng)級(jí)數(shù)的公式，求其反應(yīng) 速率常數(shù)k，若按某一公式計(jì)算出的k為一常數(shù)，則該公式的級(jí)數(shù)為反應(yīng)的級(jí)數(shù)； 作圖法：對(duì)一級(jí)反應(yīng)，InC對(duì)t作圖為直線，二級(jí)反應(yīng)1/C對(duì)t為一直線，等。將 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)按不同形式作圖，則成直線的圖所代表的級(jí)數(shù)即反應(yīng)級(jí)數(shù)； 半衰期法:t0.5=AC01-n，兩邊取對(duì)數(shù)In t0.5=InA+(1-n)InC 0 (A為比例常數(shù))，則取不 同的初始濃度C0,找出相應(yīng)的t0.5，然后以In t0.5對(duì)InC。作圖，圖形為一直線，其斜率 可確定

4、反應(yīng)級(jí)數(shù)n。 微分法：用速率公式的微分形式確定反應(yīng)級(jí)數(shù)，v=-dC/dt=kCn。測(cè)出不同時(shí)刻反應(yīng)物的濃度，作濃度對(duì)時(shí)間的曲線，曲線上任一點(diǎn)的切線斜率即為該濃 度下的瞬時(shí)速率v,在曲線上任取兩點(diǎn)，則vkC：In -1 nV25n n =v2=kC；InC1 - InC2此外，由速率公式通式得Inv Ink nInC以Inv對(duì)InC作圖，所得直線斜率即為反應(yīng)級(jí)數(shù) n。4對(duì)于同一個(gè)均相反應(yīng)，在同樣的反應(yīng)條件下達(dá)到同樣的處理效率，請(qǐng)分析采用完全混合式反應(yīng)器還是推流式反應(yīng)器所需的體積較大？答：同一均相反應(yīng)，反應(yīng)條件相同，同樣處理效率，即Cin、Cout、Y Q都相同。完全混合式反應(yīng)器體積 Vr混-Q(

5、CouCin)，表示Q與(Cout5)相乘；c + 41推流式反應(yīng)器體積 VR推=Q ou -dC，表示Q與在Cin與Cout之間積分的乘積LCin /則 Vr混二Q(A+B) , Vr推=QB，則 Vr混 V推5論述廢水處理中的固定床固相催化反應(yīng)器的模擬和設(shè)計(jì)的思路和方法。答：固定床固相催化反應(yīng)器，可視為一維擬均相推流式反應(yīng)器的模擬模型，故流體與催 化劑在同一界面處的溫度、反應(yīng)物濃度均相同，只在流體流動(dòng)方向上有溫度和濃度的變 化。理論上講，催化劑顆粒上的反應(yīng)速率與該催化劑顆粒外表面的濃度和溫度相聯(lián)系，如果 計(jì)算出固定床反應(yīng)器中各點(diǎn)的反應(yīng)物濃度和溫度， 根據(jù)氣固催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)可以計(jì)算出 每個(gè)催

6、化劑顆粒的反應(yīng)速率，將每顆催化劑上的反應(yīng)速率相加，便可得到整個(gè)床層的反 應(yīng)速率。在一維擬均相推流式反應(yīng)器中，濃度、溫度及反應(yīng)速率變化被認(rèn)為是連續(xù)函數(shù), 對(duì)于整個(gè)反應(yīng)器的行為，可以通過(guò)對(duì)反應(yīng)器的體積積分得到。6說(shuō)明西勒(Thiele)模數(shù)的物理意義及其對(duì)固相催化反應(yīng)的影響。答：西勒模數(shù)(s)的物理意義是以催化劑顆粒體積為基準(zhǔn)的最大反應(yīng)速率與最大內(nèi)擴(kuò) 散速率的比值，反映了反應(yīng)過(guò)程受本征反應(yīng)及內(nèi)擴(kuò)散的影響程度。Os值越小，說(shuō)明擴(kuò)散速率越大，反應(yīng)速率受擴(kuò)散的影響就越小。s 59時(shí)，n小于0.1，且n i/s。此時(shí)宏觀反應(yīng)速率主要受擴(kuò)散的影響。11 1另外，由式 二丄anh(3 ) 寸可知，西勒模數(shù)直接

7、決定催化劑效率因子的大小。7污染控制中的固相催化反應(yīng)過(guò)程可以分成哪些步驟？在實(shí)驗(yàn)研究固相催化反應(yīng)的本 征動(dòng)力學(xué)時(shí)，如何消除外擴(kuò)散和內(nèi)擴(kuò)散的影響？答：固相催化反應(yīng)發(fā)生在催化劑的表面(主要是微孔表面，即內(nèi)表面)，固相催化反應(yīng)可 概括為七個(gè)步驟：反應(yīng)物的外擴(kuò)散：反應(yīng)物從流體主體穿過(guò)邊界層向固體催化劑外表面?zhèn)鬟f；反應(yīng)物的內(nèi)擴(kuò)散：反應(yīng)物從外表面向固體催化劑微孔內(nèi)部傳遞；反應(yīng)物的吸附：反應(yīng)物在催化劑微孔表面活性中心上吸附，成為活化分子；表面反應(yīng)：活化分子在微孔表面上發(fā)生反應(yīng)，生成吸附態(tài)產(chǎn)物；產(chǎn)物的脫附：反應(yīng)產(chǎn)物從固體表面脫附，進(jìn)入固體催化劑微孔；（6）產(chǎn)物的內(nèi)擴(kuò)散：反應(yīng)產(chǎn)物沿固體催化劑內(nèi)部微孔從內(nèi)部傳到外

8、表面；（7）產(chǎn)物的外擴(kuò)散：反應(yīng)產(chǎn)物從固體催化劑外表面穿過(guò)流體邊界層傳遞到流體主體 以上七個(gè)過(guò)程，（1）（ 2）（ 6）（ 7）稱為擴(kuò)散過(guò)程，（3）（ 4）（ 5）稱為反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程, 亦稱表面過(guò)程。2）（1）外擴(kuò)散影響的消除根據(jù)傳質(zhì)理論，加大流體流動(dòng)密度，提高流體湍動(dòng)程度，可以減小邊界層厚度，使邊界 層的擴(kuò)散阻力小到足以忽略的程度，這樣可以消除外擴(kuò)散的影響。（2）內(nèi)擴(kuò)散影響的消除對(duì)于已制備好的固體催化劑，內(nèi)擴(kuò)散阻力的大小主要取決于粒徑，盡量減小催化劑顆粒 粒徑可以消除內(nèi)擴(kuò)散的影響。8給出3種廢水生物脫氮的工藝流程，說(shuō)明其脫氮原理答：1）三級(jí)生物脫氮工藝原廢水剩余污泥剩余污泥剩余污泥三級(jí)活性污泥

9、法脫氮，是以氨化、硝化和反硝化三項(xiàng)反應(yīng)過(guò)程為基礎(chǔ)建立的。第一級(jí)曝氣池為一般的二級(jí)處理曝氣池，其主要功能是去除BOD、COD，使有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為NH3、NH/，即氨化過(guò)程。經(jīng)沉淀后，污水再進(jìn)入硝化池。第二級(jí)硝化曝氣池，進(jìn)行硝化反應(yīng)，使 NH3及NH4+氧化為NO-N。如前述，硝化反應(yīng) 要消耗堿度，因此需要投加堿，以防 pH值下降。第三級(jí)為反硝化反應(yīng)器，在缺氧條件下， NO-N還原為N2,并逸出水面，在這一級(jí)應(yīng) 采取厭氧-缺氧交替的運(yùn)行方式。碳源，既可投加 CH3OH （甲醇）作為外投碳源，亦可 引人原污水作為碳源。2）兩級(jí)生物脫氮工藝II原廢水剩余污泥剩余污泥除上述三級(jí)生物脫氮系統(tǒng)外，在實(shí)踐中還使用

10、兩級(jí)生物脫氮工藝，將BOD去除和硝化兩道反應(yīng)放在同一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行。3）An/O脫氮工藝剩余污泥An/O是缺氧-好氧法脫氮工藝的簡(jiǎn)稱，最大特點(diǎn)是反硝化反應(yīng)器放置在系統(tǒng)之首，故又 稱為前置反硝化生物脫氮系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，反硝化、硝化與bod去除分別在兩個(gè)不同的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行。它將硝化反應(yīng)器內(nèi)的已進(jìn)行充分反應(yīng)的硝化液的一部分回流到反硝 化反應(yīng)器，而反硝化反應(yīng)器內(nèi)的脫氮菌以原污水中的有機(jī)物作為碳源，以回流液中硝酸 鹽的氧作為電子受體，將硝態(tài)氮還原為氣態(tài)氮，不需外加碳源。9生物脫氮的主要影響因素有哪些？答：1）溫度，硝化反應(yīng)的適宜溫度范圍是 3035度，在535度的范圍內(nèi)，硝化反應(yīng)速率隨 溫度的升高而加

11、快，但超過(guò) 30度時(shí)，增加幅度減小，當(dāng)溫度低于 5度時(shí)，硝化細(xì)菌的 生命活動(dòng)幾乎停止，反硝化反應(yīng)的最佳溫度范圍為3545度，溫度對(duì)硝化細(xì)菌的影響比 反硝化細(xì)菌大；2）溶解氧，硝化反應(yīng)必須在好氧條件下進(jìn)行，一般應(yīng)維持混合液的溶解氧濃度為23mg/L,溶解氧對(duì)反硝化反應(yīng)有很大的影響，研究表明，溶解氧應(yīng)保持在0.5mg/L以下才能使反硝化反應(yīng)正常運(yùn)行；3）pH值，硝化反應(yīng)的最佳pH值范圍為7.58.5,反硝化過(guò)程的最佳pH值范圍為6.57.5;4）C/N比，C/N比值是影響硝化速率和過(guò)程的重要因素，一般認(rèn)為只有BOD5低于20mg/L 時(shí)，硝化反應(yīng)才能完成，反硝化過(guò)程需要充足的碳源，一般認(rèn)為，當(dāng)廢水

12、的 BOD5/TKN 值大于46時(shí)，可認(rèn)為碳源充足；5）污泥齡，污泥齡應(yīng)大于硝化菌的最小世代期；6） 抑制物質(zhì)，對(duì)硝化反應(yīng)有抑制作用的物質(zhì)有：過(guò)高濃度的NH3-N，重金屬，有毒物 質(zhì)，以及有機(jī)物。反硝化菌對(duì)有毒物質(zhì)的敏感性比硝化菌低很多，與一般好氧異養(yǎng)菌相同。10某一廢水處理反應(yīng)器中發(fā)生等體積的一級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)速率常數(shù)k為0.2 day-1，要使污染物A的去除率達(dá)到95%，則廢水需要在下列反應(yīng)器中各需要停留多長(zhǎng)時(shí)間？ （1）完全混合式反應(yīng)器；（2）推流式反應(yīng)器。解：一級(jí)反應(yīng) m=kCA，k=0.2day-1，xa=95%1）對(duì)于完全混合式反應(yīng)器反應(yīng)后 Ca = Ca0 （1 - Xa ）二 Ca

13、0 （1 - 0.95） = 0.05Ca0CA0 CakCAO.95Ca00.2 O.O5Cao-95(d)2)對(duì)于推流式反應(yīng)器CA - CA0 (1 - Xa )二 CA0 (1 - 0.95) = O.5CaoJ竺二 0.05Ca0 _竺 Jin0叱 “4.98(d)CA0 kCACA0kCAkCA00.211膜分離技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用前景和需進(jìn)一步解決科學(xué)與工程問(wèn)題。答：膜分離是以具有選擇透過(guò)功能的薄膜為分離介質(zhì)，通過(guò)在膜兩側(cè)施加一種或多種推 動(dòng)力，使原料中的某組分選擇性的優(yōu)先透過(guò)膜，從而達(dá)到混合物分離和產(chǎn)物的提取、濃 縮、純化等目的。其原理是利用天然或人工合成的具有選擇透過(guò)性的薄膜，以外界能量或化學(xué)位差為推動(dòng)力，對(duì)雙組分或多組分體系進(jìn)行分離，分級(jí)提純或富集。膜分離過(guò)程有多種，不同的分離過(guò)程所采用的膜及施加的推動(dòng)力不同。工業(yè)應(yīng)用膜過(guò)程 常有微濾、超濾、反滲透、滲析、電滲析、膜電解、氣體分離等。膜分離技術(shù)特點(diǎn)有：（1）膜分離過(guò)程不發(fā)生相變，與其他方法相比能耗較低，能量的轉(zhuǎn)化率高；（2）膜分離過(guò)程可在常溫下進(jìn)行，特別適于對(duì)熱敏物質(zhì)的分離；（3）通常不需要投加其他物質(zhì)，可節(jié)省化學(xué)藥劑，并有利于不改變分離物質(zhì)原有屬性；（4）在膜分離過(guò)程中，分離和濃縮同時(shí)進(jìn)行，有利于回收有價(jià)值的物質(zhì)；（5）膜分離