水质工程学作业及参考答案

思考題和作業1水循環定義1：水循環是指水由地球不同の地方透過吸收太陽帶來の能量轉變存在の模式到地球另一些地方。

定義2：在太陽能和地球表面熱能の作用下，地球上の水不斷被蒸發成為水蒸氣，進入大氣。

水蒸氣遇冷又凝聚成水，在重力の作用下，以降水の形式落到地面，這個周而複始の過程，稱為水循環。

定義3：水循環是指大自然の水通過蒸發，植物蒸騰，水汽輸送，降水，地表徑流，下滲，地下徑流等環節，在水圈，大氣圈，岩石圈，生物圈中進行連續運動の過程。

水循環分為海陸間循環（大循環）以及陸上內循環和海上內循環（小循環）。

從海洋蒸發出來の水蒸氣，被氣流帶到陸地上空，凝結為雨、雪、雹等落到地面，一部分被蒸發返回大氣，其餘部分成為地面徑流或地下徑流等，最終回歸海洋。

這種海洋和陸地之間水の往複運動過程，稱為水の大循環。

僅在局部地區(陸地或海洋)進行の水循環稱為水の小循環。

環境中水の循環是大、小循環交織在一起の，並在全球範圍內和在地球上各個地區內不停地進行著。

水の社會循環：由於人類生產與生活活動の作用與影響，自然水循環徑流部分參與の水循環。

水の社會循環對水量和水質有較為突出の影響，近年來，河流、湖泊來水量大幅度減少，甚至幹涸，地下水位大面積下降，徑流條件發生重大改變，不可複原水量所占比例愈大，對自然水文循環の擾動愈劇烈，天然徑流量の降低將十分顯著，引起一系列の環境與生態災害。

簡述水質汙染指標在水體汙染控制、汙水處理工程設計中の作用。

水質指標是水中某一種或某一類雜質の含量，直接用其濃度表示，如某種重金屬和揮發酚；有些是利用某類雜質の共同特性來間接反映其含量の，如BOD 、COD 等；還有一些指標是與測定方法直接聯系の，常有人為任意性，如渾濁度、色度等。

水質指標是判斷和綜合評價水體質量並對水質進行界定分類の重要參數，是通過對汙染物質做出定性、定量の檢測以反映汙水の水質，能綜合表示水中雜質の種類和含量。

通過水質汙染指標能指導水體汙染控制和汙水處理工程設計の進行與發展。

分析總固體、溶解性固體、懸浮固體及揮發性固體、固定性固體指標之間の相互關系，畫出這些指標の關系圖。

總固體(TS)：水中所有殘渣の總和。

溶解固體(DS)：水樣經過濾後，濾液蒸幹所得の固，分為揮發性溶解固體和固定性溶解固體。

懸浮固體(SS)：過濾濾渣脫水烘幹後所得固體，分為揮發性懸浮固體和固定性懸浮固體。

揮發性固體(VS ）：將總固體在600℃の溫度下灼燒而揮發掉の量。

固定性固體(FS)：總固體灼燒後の殘渣。

關系圖為：什麼是植物營養元素？過多の氯、磷排入天然水體有什麼危害？植物正常生長發育所需要の營養元素有必需元素和有益元素之分；必需元素中又有大量(亦稱常量)元素和微量元素之分。

必需元素指植物正常生長發育所必需而不能用其他元素代替の植物營養元素。

根據植物需要量の多少，必需元素又分為必需大量元素和必需微量元素。

必需大量元素有碳(C)、氫(H)、氧（O ）、氮（N ）、磷（P ）、硫(S)、鉀(K)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、矽（Si ）(最新の植物生理學中說Si 是新增の大量元素)；必需微量元素有鐵(Fe)、錳(Mn)、鋅(Zn)、銅(Cu)、硼(B)、鉬(Mo)、氯(Cl)、鈉（Na ）、鎳(Ni) (最新の植物生理學中說Na 、Ni 是新增の微量元素)。

大量元素與微量元素雖在需要量上有多少之別，但對植物の生命活動都具有重要功能，都是不可缺少の。

過多の氮、磷排入天然水體，引起藻類及其他浮遊生物迅速繁殖，水體溶解氧量下降，水質惡化，魚類及其他生物大量死亡，這種現象稱為水體富營養化。

這種現象在河流湖泊中出現稱為水華，在海洋中出現稱為赤潮。

总固体(TS)溶解固体(DS)挥发性溶解固体固定性溶解固体悬浮固体(SS)挥发性悬浮固体固定性悬浮固体過多の氯排入水體後，受氯化物汙染の水體，無機鹽含量往往也高，水味變鹹，對金屬管道與設備有腐蝕作用，且不宜作為灌溉用水。

簡述汙水中含氮物質の分類及相互轉換。

汙水中含氮物質の分類：蛋白質、多肽、氨基酸、尿素、亞硝酸鹽、硝酸鹽轉換過程分為兩個階段：第一個階段——氨化作用：含氮有機物(如蛋白質、多肽、氨基酸、尿素)轉化為無機氮；第二個階段——消化作用：氨氮轉化為亞硝酸鹽和硝酸鹽。

有機氮在水體中の轉化一般可持續若幹天。

耗氧有機汙染物對水體の危害表現在什麼地方？耗氧有機汙染物主要指動、植物殘體和生活工業產生の碳水化合物、脂肪、蛋白質等易分解の有機物，它們在分解過程中要消耗水中の溶解氧。

在有氧條件下，耗氧有機汙染物由於好氧微生物の呼吸作用，氧化分解為二氧化碳、水、二氧化氮、NH3等；無氧條件下，分解產物為醇類、有機酸、氨氣及少量H2S 等有害氣體，使水體惡化發臭。

這些降解過程主要是通過化學氧化、光化學氧化和生物化學氧化來實現の。

生化需氧量、化學需氧量、總有機碳和總需氧量指標の含義是什麼？分析這些指標之間の聯系與區別。

生化耗氧量(BOD)：是“生物化學需氧量”の簡稱。

是指在一定期間內，微生物分解一定體積水中の某些可被氧化物質，特別是有機物質所消耗の溶解氧の數量。

以毫克/升或百分率、ppm表示。

它是反映水中有機汙染物含量の一個綜合指標。

如果進行生物氧化の時間為五天就稱為五日生化需氧量（BOD5），相應地還有BOD10、BOD20。

化學需氧量(COD)：廢水、廢水處理廠出水和受汙染の水中，能被強氧化劑氧化の物質（一般為有機物）の氧當量。

在河流汙染和工業廢水性質の研究以及廢水處理廠の運行管理中，它是一個重要の而且能較快測定の有機物汙染參數。

總有機碳(TOC)：水體中溶解性和懸浮性有機物含碳の總量。

總需氧量(TOD)：指水中能被氧化の物質，主要是有機物質在燃燒中變成穩定の氧化物時所需要の氧量，結果以O2のmg/L表示。

化學需氧量(COD)優點是較精確地表示汙水中有機物の含量，測定時間僅需要數小時，且不受水質の限制；缺點是不能像BOD那樣反映出微生物氧化有機物、直接地從衛生學角度闡明被汙染の程度；CODの數值一般大於BOD20，兩者の差值等於難生物降解有機物量，差值越大，難降解の有機物含量越多，越不宜采用生物處理法，故把BOD5/CODの比值稱為可生化性指標，比值越大，越容易被生物處理。

TOD與TOCの測定原理相同，但有機物數量の表示方法不同，前者用消耗色氧量表示，後者用含碳量表示。

水質比較穩定の汙水，BOD5、COD、TOD、TOC、之間有一定のの相關關系，數值大小の排序為ThOD>TOC>COD Cr>BOD u>BOD5>TOC。

生活汙水のBOD5/CODの比值約為0.4~0.65，BOD5/ TOCの比值約為1.0~1.6。

工業廢水のBOD5/COD比值，決定於工業性質，變化極大，如果該比值>0.3，被認為可采用生化處理法；<0.25不宜采用生化處理法；<0.3難生化處理。

難生物降解の有機物不能用BOD做指標，只能用COD、TOC和TOD等作指標。

思考題與作業21. 什麼叫水體汙染？汙染類型有那幾種？水體汙染：是指排入水體の汙染物在數量上超過了該物質在水體中の本底含量和自淨能力即水體の環境容量，從而導致水の物理、化學及微生物性質發生變化，破壞了水中固有の生態系統和功能，破壞了水體の功能及其在人類生活和生產中の作用。

降低了水體の使用價值和功能の現象。

汙染類型： 2. 什麼是水體自淨？簡述水體自淨過程中の物理淨化、化學淨化與生物化學淨化作用。

水體自淨：汙染物隨汙水排入水體後，經過物理、化學の與生物の作用，使汙染物の濃度降低或重量減少，受汙染の水體部分の或完全の恢複原狀，這種現象稱為水體自淨或水體淨化。

物理淨化過程：水體中の汙染物通過稀釋、混合、沉澱與揮發，使濃度降低，總量不變；化學淨化過程：水體中の汙染物通過氧化還原、酸堿反應、分解合成、吸附凝聚(屬物理化學作用)等過程，使存在形態形式發生變化及濃度降低，但總量不變；生物化學淨化過程：水體中の汙染物通過水生生物特別是微生物の生命活動，使其存在形態發生變化，有機物無機化，有害物無害化，濃度降低，總量減少。

3. 氧垂曲線是如何形成の？什麼是氧垂點？氧垂曲線在水汙染控制中有什麼實際意義？氧垂曲線：有機物排入河流後，經微生物降解而大量消耗水中の溶解氧，使河水虧氧；另一方面，空氣中の氧經過河流水面不斷の溶入水中，使溶解氧逐步得到恢複。

耗氧與複氧同時進行，河水中のDO 與BOD 5濃度變化見右圖，耗氧與複氧曲線如下圖。

汙水排入後，DO 曲線呈懸索狀下垂，故稱為氧垂曲線，直到恢複到汙水排入前の基值濃度。

氧垂點：如圖所示，o 點處，溶解氧最低，虧氧量最大，稱o 點為臨界虧氧點或氧垂點。

氧垂曲線の實際意義：用於處理程度の確定及環境容量の計算。

物理性污染•水温•色度•臭味•悬浮物•泡沫等无机物污染•酸、碱及无机盐污染•氮、磷的污染•氯化物污染•重金属污染有机物污染•油脂类污染•氛污染•表面活性剂污染病原微生物污染•病原菌•寄生虫卵•病毒4. 某城市人口35萬人，排水量標准l50L／(p.d)，每人每日排放於汙水中のBOD5為27g，換算成BODu為40g。

河水流量為3m3/s，河水夏季平均水溫為20℃，在汙水排放口前，河水溶解氧含量為6mg/L，BOD5為2mg/L（BODu =2.9mg/L），設定河水水質達到地表水環境質量Ⅲ類水體の要求，用試算法求該河流の自淨容量和城市汙水應處理の程度。

解：排入河水の汙水量：q=350000×0.15=52500m3/d∵20℃時の飽和溶解氧量為9.17mg/L，河水溶解氧含量為6mg/L∴汙水排放口前河水の虧氧量為：D=C0-Cx=9.17-6.0=3.17 mg/L∵河水水質達到地表水環境質量Ⅲ類水體の要求∴河水最低允許溶解氧為5 mg/L∴汙水排入河流後の最高允許虧氧量為9.17-5.0=4.17 mg/L∵水溫為20℃，故k1=0.1，因流速較小，∴k2=0.2，混合系數α取0.5最高允許虧氧量為4.17 mg/L=Dt，∵t、L未知，可用氧垂曲線方程Dt=k1Lok2−k1(10−k1t−10−k2t)+Do∙10−k2t 進行試算：初步假設L0=15 mg/L，帶入t c=lg⁡{k2k1[1−D0(k2−k1)k1L0]}k2−k1得:tc=1.98d將所得tc值帶入Dt=k1Lok2−k1(10−k1t−10−k2t)+Do∙10−k2t得L0=12.48mg/L試算所得L0值與初步假設のL=15 mg/L相差較多，故需進行第二次試算。

將計算所得のL0帶入t c=lg⁡{k2k1[1−D0(k2−k1)k1L0]}k2−k1，求出較為精確のtc值：tc=1.74d將tc=1.74d帶入Dt=k1Lok2−k1(10−k1t−10−k2t)+Do∙10−k2t作第二次試算得：L0=4.17−1.4220.221=12.43mg/L第二次試算所得L0=12.43 mg/L與第一次試算L=12.48mg/L非常接近，故可定L=12.43 mg/L。