廢水處理原理習題參考答案

1、廢水處理原理習題參考答案1論述反應工程原理在廢水處理過程分析和設計中的應用。反應工程原理是利用化學和生物反應，使污染物轉(zhuǎn)化為無毒無害或易于分離的物質(zhì)，從 而使污染物介質(zhì)得到進化的技術，即轉(zhuǎn)化技術。是去除污染物和轉(zhuǎn)化環(huán)境的重要手段。 利用反應工程原理，根據(jù)處理對象選擇反應方式。例如：沉淀反應用于廢水中重金屬的 沉淀分離，氧化反應用于還原性無機污染物和有機物的氧化分解，生物降解用于有機廢 水、揮發(fā)性有機氣體和有機固體廢物的去除，生物硝化反硝化用于廢水中硝酸氮的生物 去除。確定采用的反應原理，根據(jù)原理選擇反應設備，分析設計其基本類型、操作方法和設計 計算方法。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 水的反應是二級反應。從提高反應速度的角度出發(fā)，試分析是將該2股廢水單獨處理還 是混合后一起處理較好？混合后廢水濃度 =(400+600)十2=500 (mg/L)由反應是二級反應，可得反應速率方程rA=k Ca2 t=Nti=N/(160000k) t2=N/(360000k) t3=N/(250000k) tl+t22t3所以，從反應速率分析，混合后比混合前單獨處理更快，效果更好。3為了更加合理地設計廢水處理， 需要確定化學反應的級數(shù)。試說明通過實驗確定反應 級數(shù)的實驗方法與數(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級數(shù)，一般固

3、定進入反應器的各組分的 濃度，改變體積流量qi，即改變t測定反應器出口處的轉(zhuǎn)化率或關鍵組分的濃度嘗試法：將不同時間測出的反應物濃度的數(shù)據(jù)代入各反應級數(shù)的公式，求其反應 速率常數(shù)k，若按某一公式計算出的k為一常數(shù)，則該公式的級數(shù)為反應的級數(shù)； 作圖法：對一級反應，InC對t作圖為直線，二級反應1/C對t為一直線，等。將 實驗數(shù)據(jù)按不同形式作圖，則成直線的圖所代表的級數(shù)即反應級數(shù)； 半衰期法:t0.5=AC01-n，兩邊取對數(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,找出相應的t0.5，然后以In t0.5對InC。作圖，圖形為一直線，其斜率 可確定

4、反應級數(shù)n。 微分法：用速率公式的微分形式確定反應級數(shù)，v=-dC/dt=kCn。測出不同時刻反應物的濃度，作濃度對時間的曲線，曲線上任一點的切線斜率即為該濃 度下的瞬時速率v,在曲線上任取兩點，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InC作圖，所得直線斜率即為反應級數(shù) n。4對于同一個均相反應，在同樣的反應條件下達到同樣的處理效率，請分析采用完全混合式反應器還是推流式反應器所需的體積較大？答：同一均相反應，反應條件相同，同樣處理效率，即Cin、Cout、Y Q都相同。完全混合式反應器體積 Vr混-Q(

5、CouCin)，表示Q與(Cout5)相乘；c + 41推流式反應器體積 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器的模擬和設計的思路和方法。答：固定床固相催化反應器，可視為一維擬均相推流式反應器的模擬模型，故流體與催 化劑在同一界面處的溫度、反應物濃度均相同，只在流體流動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 計算出固定床反應器中各點的反應物濃度和溫度， 根據(jù)氣固催化反應動力學可以計算出 每個催

6、化劑顆粒的反應速率，將每顆催化劑上的反應速率相加，便可得到整個床層的反 應速率。在一維擬均相推流式反應器中，濃度、溫度及反應速率變化被認為是連續(xù)函數(shù), 對于整個反應器的行為，可以通過對反應器的體積積分得到。6說明西勒(Thiele)模數(shù)的物理意義及其對固相催化反應的影響。答：西勒模數(shù)(s)的物理意義是以催化劑顆粒體積為基準的最大反應速率與最大內(nèi)擴 散速率的比值，反映了反應過程受本征反應及內(nèi)擴散的影響程度。Os值越小，說明擴散速率越大，反應速率受擴散的影響就越小。s 59時，n小于0.1，且n i/s。此時宏觀反應速率主要受擴散的影響。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過程可以分成哪些步驟？在實驗研究固相催化反應的本 征動力學時，如何消除外擴散和內(nèi)擴散的影響？答：固相催化反應發(fā)生在催化劑的表面(主要是微孔表面，即內(nèi)表面)，固相催化反應可 概括為七個步驟：反應物的外擴散：反應物從流體主體穿過邊界層向固體催化劑外表面?zhèn)鬟f；反應物的內(nèi)擴散：反應物從外表面向固體催化劑微孔內(nèi)部傳遞；反應物的吸附：反應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：活化分子在微孔表面上發(fā)生反應，生成吸附態(tài)產(chǎn)物；產(chǎn)物的脫附：反應產(chǎn)物從固體表面脫附，進入固體催化劑微孔；（6）產(chǎn)物的內(nèi)擴散：反應產(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)物的外擴散：反應產(chǎn)物從固體催化劑外表面穿過流體邊界層傳遞到流體主體 以上七個過程，（1）（ 2）（ 6）（ 7）稱為擴散過程，（3）（ 4）（ 5）稱為反應動力學過程, 亦稱表面過程。2）（1）外擴散影響的消除根據(jù)傳質(zhì)理論，加大流體流動密度，提高流體湍動程度，可以減小邊界層厚度，使邊界 層的擴散阻力小到足以忽略的程度，這樣可以消除外擴散的影響。（2）內(nèi)擴散影響的消除對于已制備好的固體催化劑，內(nèi)擴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)擴散的影響。8給出3種廢水生物脫氮的工藝流程，說明其脫氮原理答：1）三級生物脫氮工藝原廢水剩余污泥剩余污泥剩余污泥三級活性污泥

9、法脫氮，是以氨化、硝化和反硝化三項反應過程為基礎建立的。第一級曝氣池為一般的二級處理曝氣池，其主要功能是去除BOD、COD，使有機氮轉(zhuǎn)化為NH3、NH/，即氨化過程。經(jīng)沉淀后，污水再進入硝化池。第二級硝化曝氣池，進行硝化反應，使 NH3及NH4+氧化為NO-N。如前述，硝化反應 要消耗堿度，因此需要投加堿，以防 pH值下降。第三級為反硝化反應器，在缺氧條件下， NO-N還原為N2,并逸出水面，在這一級應 采取厭氧-缺氧交替的運行方式。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）兩級生物脫氮工藝II原廢水剩余污泥剩余污泥除上述三級生物脫氮系統(tǒng)外，在實踐中還使用

10、兩級生物脫氮工藝，將BOD去除和硝化兩道反應放在同一個反應器內(nèi)進行。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稱，最大特點是反硝化反應器放置在系統(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去除分別在兩個不同的反應器內(nèi)進行。它將硝化反應器內(nèi)的已進行充分反應的硝化液的一部分回流到反硝 化反應器，而反硝化反應器內(nèi)的脫氮菌以原污水中的有機物作為碳源，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，硝化反應的適宜溫度范圍是 3035度，在535度的范圍內(nèi)，硝化反應速率隨 溫度的升高而加

11、快，但超過 30度時，增加幅度減小，當溫度低于 5度時，硝化細菌的 生命活動幾乎停止，反硝化反應的最佳溫度范圍為3545度，溫度對硝化細菌的影響比 反硝化細菌大；2）溶解氧，硝化反應必須在好氧條件下進行，一般應維持混合液的溶解氧濃度為23mg/L,溶解氧對反硝化反應有很大的影響，研究表明，溶解氧應保持在0.5mg/L以下才能使反硝化反應正常運行；3）pH值，硝化反應的最佳pH值范圍為7.58.5,反硝化過程的最佳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程的重要因素，一般認為只有BOD5低于20mg/L 時，硝化反應才能完成，反硝化過程需要充足的碳源，一般認為，當廢水

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

13、0 （1 - 0.95） = 0.05Ca0CA0 CakCAO.95Ca00.2 O.O5Cao-95(d)2)對于推流式反應器CA - CA0 (1 - Xa )二 CA0 (1 - 0.95) = O.5CaoJ竺二 0.05Ca0 _竺 Jin0叱 “4.98(d)CA0 kCACA0kCAkCA00.211膜分離技術在廢水處理中的應用前景和需進一步解決科學與工程問題。答：膜分離是以具有選擇透過功能的薄膜為分離介質(zhì)，通過在膜兩側(cè)施加一種或多種推 動力，使原料中的某組分選擇性的優(yōu)先透過膜，從而達到混合物分離和產(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性的薄膜，以外界能量或化學位差為推動力，對雙組分或多組分體系進行分離，分級提純或富集。膜分離過程有多種，不同的分離過程所采用的膜及施加的推動力不同。工業(yè)應用膜過程 常有微濾、超濾、反滲透、滲析、電滲析、膜電解、氣體分離等。膜分離技術特點有：（1）膜分離過程不發(fā)生相變，與其他方法相比能耗較低，能量的轉(zhuǎn)化率高；（2）膜分離過程可在常溫下進行，特別適于對熱敏物質(zhì)的分離；（3）通常不需要投加其他物質(zhì)，可節(jié)省化學藥劑，并有利于不改變分離物質(zhì)原有屬性；（4）在膜分離過程中，分離和濃縮同時進行，有利于回收有價值的物質(zhì)；（5）膜分離