2026 年中国矿业大学 (北京) 环境工程学考研真题样题

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一、名词解释（共计 39 分。1~9 题每题 3 分，10、11 题每题 6 分）

1. 水体自净

答案解析

水体自净是指受污染的水体在物理、化学和生物等自然作用下，污染物浓度逐渐降低、水质逐步恢复至污染前状态的过程（1 分）。其核心机制包括三大类：①物理净化，通过水体的稀释、扩散、沉淀、挥发等作用降低污染物浓度，如河流中污染物随水流扩散，悬浮颗粒物因重力沉降；②化学净化，借助氧化还原、酸碱中和、吸附、络合等化学反应转化污染物形态或降低毒性，如水中溶解氧氧化有机物，重金属离子与水中阴离子形成沉淀；③生物净化，依靠水体中微生物（细菌、真菌、藻类等）的代谢活动分解污染物，尤其是有机物，如好氧微生物将有机物分解为 CO₂和 H₂O，是水体自净的核心环节（1.5 分）。水体自净能力受水量、流速、水温、溶解氧含量及污染物类型影响，超过自净能力的污染会导致水体功能破坏（0.5 分）。

2. COD

答案解析

COD 即化学需氧量（Chemical Oxygen Demand），是指在一定条件下，用强氧化剂（如重铬酸钾、高锰酸钾）氧化水中还原性物质（主要是有机物）所需的氧量，单位为 mg/L（1 分）。常用的测定方法有两种：①重铬酸钾法（CODcr），使用重铬酸钾作为氧化剂，在强酸条件下加热回流，适用于工业废水、生活污水等各类水体，结果更准确，是国内外普遍采用的标准方法；②高锰酸钾法（CODMn），以高锰酸钾为氧化剂，操作简便，多用于清洁水体或轻度污染水体的快速测定（1.5 分）。COD 反映水体中还原性物质的总量，是衡量水体有机物污染程度的重要指标 ——COD 值越高，说明水体中有机物含量越高，污染越严重，也是污水处理工艺设计、运行效果评价的核心参数（0.5 分）。

3. BOD

答案解析

BOD 即生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand），是指在有氧条件下，水体中微生物分解有机物时消耗的溶解氧量，单位为 mg/L，反映水体中可生物降解有机物的含量（1 分）。实际应用中多采用 “五日生化需氧量（BOD₅）”，即培养温度控制在 20℃±1℃、培养时间为 5 天的测定值 —— 该条件下微生物能分解大部分可降解有机物（1.5 分）。BOD 与 COD 的区别在于：COD 测定的是所有还原性物质的氧化需氧量（包括不可生物降解有机物），BOD 仅反映可生物降解有机物的含量，因此常用 “BOD₅/COD” 比值判断有机物的可生化性（比值＞0.3 说明可生化性较好，适合生物处理；比值＜0.2 则可生化性差，需预处理），是污水生物处理工艺选择的关键依据（0.5 分）。

4. MLSS

答案解析

MLSS 即混合液悬浮固体（Mixed Liquor Suspended Solids），是指活性污泥法处理系统中，曝气池内单位体积混合液所含有的悬浮固体总量，单位为 mg/L 或 g/L（1 分）。其组成包括活性污泥中的微生物菌体、未降解的有机物、微生物代谢产物及无机悬浮物（如泥沙）（1 分）。MLSS 是反映曝气池内活性污泥数量的核心指标，直接影响污水处理效果：MLSS 过低，微生物数量不足，有机物降解能力弱；MLSS 过高，会导致混合液黏度增加、溶解氧传递效率下降，甚至引发污泥膨胀（0.5 分）。普通城市污水处理中，MLSS 通常控制在 2000~4000mg/L，需结合进水有机物浓度、水力停留时间等参数调整（0.5 分）。

5. MLVSS

答案解析

MLVSS 即混合液挥发性悬浮固体（Mixed Liquor Volatile Suspended Solids），是指将 MLSS（混合液悬浮固体）在 600℃±50℃温度下灼烧至恒重后，失去的质量（即挥发性成分），单位为 mg/L 或 g/L（1 分）。其主要成分是活性污泥中的微生物菌体（细菌、真菌等）及未降解的有机悬浮物，无机悬浮物（如泥沙）在灼烧中不会挥发，因此 MLVSS 能更准确反映曝气池内 “活性微生物数量”（1.5 分）。实际应用中，常用 “MLVSS/MLSS” 比值判断活性污泥的活性 —— 正常情况下该比值为 0.7~0.8，比值过低说明无机杂质过多（如进水含大量泥沙），活性污泥有效成分不足；比值过高可能因有机物过度积累，需调整运行参数（如增加排泥量）（0.5 分）。

6. SVI

答案解析

SVI 即污泥体积指数（Sludge Volume Index），是指曝气池内混合液经 30 分钟静置沉淀后，1g 干污泥所占的沉淀体积，单位为 mL/g（1 分）。计算方法为：SVI =（沉淀 30 分钟后污泥层体积 /mL）÷（混合液悬浮固体浓度 MLSS/g）（1 分）。SVI 是评价活性污泥沉降性能的核心指标：①SVI 值为 50~150mL/g 时，活性污泥沉降性能良好，不易发生污泥膨胀；②SVI＞200mL/g 时，活性污泥松散、沉降性能差，易发生污泥膨胀（如丝状菌大量繁殖），导致二沉池出水带泥；③SVI＜50mL/g 时，活性污泥密实、活性较低，可能因污泥老化或无机杂质过多（0.5 分）。城市污水处理中，通常通过调整曝气强度、排泥量等控制 SVI 在合理范围（0.5 分）。

7. 固体废物

答案解析

固体废物是指在生产、生活和其他活动中产生的，丧失原有利用价值或虽未丧失利用价值但被抛弃或放弃的固态、半固态和置于容器中的气态物品、物质，以及法律、行政法规规定纳入固体废物管理的物品、物质（1.5 分）。按来源可分为：工业固体废物（如矿山尾矿、冶炼废渣）、生活垃圾（如居民生活产生的厨余垃圾、包装垃圾）、农业固体废物（如秸秆、畜禽粪便）及危险废物（如含重金属的废渣、医疗垃圾，具有毒性、腐蚀性、易燃性等危害特性）（1 分）。固体废物若随意处置（如露天堆放、随意填埋），会占用土地、污染土壤、水体和大气，危害生态环境与人体健康；通过减量化、资源化、无害化处理（如回收利用、焚烧发电、卫生填埋），可实现固体废物的环境友好型管理（0.5 分）。

8. 旋风除尘

答案解析

旋风除尘是利用气流旋转产生的离心力，将含尘气体中的粉尘颗粒分离捕集的一种干式除尘技术（1 分）。其核心设备为旋风除尘器，工作原理为：含尘气体从除尘器圆筒部切线方向进入，在筒内形成高速旋转气流，粉尘颗粒因离心力作用被甩向筒壁，沿壁面下落至灰斗排出；净化后的气体则在筒中心形成上升气流，从顶部排气管排出（1.5 分）。旋风除尘的特点为：①结构简单、造价低、维护方便，无运动部件；②适用于捕集粒径＞5μm 的粗颗粒粉尘，对细颗粒（＜2μm）捕集效率较低；③压力损失较大（通常为 500~2000Pa），处理风量有限，多用于预处理（如与袋式除尘器、电除尘器串联，去除粗颗粒）或处理非黏性、非纤维性粉尘（0.5 分）。

9. 生物膜法

答案解析

生物膜法是污水生物处理的重要工艺之一，指污水与附着在载体表面的生物膜（由微生物、微生物代谢产物及有机、无机杂质组成）接触，通过生物膜中微生物的代谢活动降解水中有机物的处理方法（1 分）。其核心机制为：载体（如碎石、蜂窝填料、生物陶粒）表面形成的生物膜，外层为好氧层（溶解氧充足，好氧微生物分解有机物），内层为厌氧层（溶解氧渗透不足，厌氧微生物分解有机物）；污水流经载体时，有机物被生物膜吸附、降解，微生物通过代谢繁殖使生物膜增厚，老化的生物膜会随水流脱落，新生物膜重新形成，实现持续净化（1.5 分）。常见的生物膜法工艺有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池等，适用于中小规模污水处理，具有抗冲击负荷能力强、污泥产量少、运行稳定等优点（0.5 分）。

10. 硝化、反硝化

答案解析

硝化和反硝化是污水生物脱氮的两个核心过程，共同实现将水中氨氮转化为氮气（N₂）的目标，减少水体富营养化风险（1 分）。

硝化作用：是在好氧条件下，由自养型硝化细菌（分为亚硝化菌和硝化菌）将氨氮（NH₄⁺-N）逐步氧化为亚硝酸盐氮（NO₂⁻-N）和硝酸盐氮（NO₃⁻-N）的过程（2 分）。①第一步（亚硝化）：亚硝化菌将 NH₄⁺-N 氧化为 NO₂⁻-N，反应式为 NH₄⁺ + 1.5O₂ → NO₂⁻ + 2H⁺ + H₂O；②第二步（硝化）：硝化菌将 NO₂⁻-N 进一步氧化为 NO₃⁻-N，反应式为 NO₂⁻ + 0.5O₂ → NO₃⁻。硝化过程需满足：好氧环境（溶解氧 DO＞2mg/L）、适宜 pH（7.5~8.5）、适宜温度（20~30℃）及充足的碱度（中和反应产生的 H⁺，维持 pH 稳定）（1 分）。

反硝化作用：是在缺氧条件下（溶解氧 DO＜0.5mg/L），由异养型反硝化细菌将 NO₃⁻-N 和 NO₂⁻-N 还原为 N₂（或 N₂O）的过程（2 分）。反硝化细菌需以有机物为电子供体（如污水中的 BOD 成分），反应式为 NO₃⁻ + 5H（电子供体）→ 0.5N₂ + 2H₂O + OH⁻。反硝化过程需满足：缺氧环境、充足的碳源（BOD₅/NO₃⁻-N＞4~5）、适宜 pH（7.0~8.0）及适宜温度（20~35℃）。通过硝化与反硝化的组合（如 A/O 工艺、SBR 工艺），可实现污水中氮的高效去除（1 分）。

11. 软化、除盐

答案解析

软化和除盐是水处理中降低水中离子含量的两种工艺，核心目标不同，适用于不同水质需求场景（1 分）。

软化：指去除水中钙（Ca²⁺）、镁（Mg²⁺）离子的过程，主要目的是防止水垢形成（如锅炉、换热器结垢）和改善水质口感（2 分）。常用方法包括：①化学沉淀法，向水中投加石灰（CaO）、纯碱（Na₂CO₃），使 Ca²⁺、Mg²⁺形成 CaCO₃、Mg (OH)₂沉淀去除，适用于高硬度水；②离子交换法，利用阳离子交换树脂（如 Na⁺型树脂）交换水中 Ca²⁺、Mg²⁺，树脂失效后用 NaCl 溶液再生，适用于中低硬度水；③膜分离法（如纳滤），通过膜的选择性截留去除 Ca²⁺、Mg²⁺。软化后水的硬度（以 CaCO₃计）通常控制在＜100mg/L，仍含有其他离子（如 Na⁺、Cl⁻）（1 分）。

除盐：指去除水中几乎所有离子（包括 Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、Cl⁻、SO₄²⁻、HCO₃⁻等）的过程，目标是获得纯水或高纯水（2 分）。常用方法包括：①离子交换法（复床 + 混床），先通过阳离子交换树脂去除所有阳离子（生成 H⁺），再通过阴离子交换树脂去除所有阴离子（生成 OH⁻），H⁺与 OH⁻结合为 H₂O，混床可进一步提高除盐精度；②反渗透法，利用反渗透膜（孔径＜1nm）在高压下截留所有离子，仅允许水分子通过，是当前应用最广泛的除盐技术之一；③电渗析法，利用离子交换膜的选择透过性，在电场作用下使水中离子定向迁移，实现离子与水的分离。除盐后水的电导率通常＜10μS/cm，甚至＜0.1μS/cm，适用于电子、医药、电力等对水质要求极高的领域（1 分）。

二、简答题（共计 45 分。每题 9 分）

1. 请绘出一般细菌生长曲线图，并说出各生长阶段的特点。

答案解析

（1）细菌生长曲线图

细菌生长曲线图以 “培养时间” 为横坐标，“细菌数量（或浓度，如 OD 值、菌落数）的对数” 为纵坐标，可分为迟缓期、对数生长期、稳定期、衰亡期四个阶段，曲线整体呈 “S” 型（绘图提示：横坐标标注 “培养时间”，纵坐标标注 “细菌数量对数”，四个阶段用折线或平滑曲线连接，分别标注各阶段名称）。

（2）各生长阶段特点

迟缓期（适应期）（2 分）
- 细菌刚接种到新环境，需适应营养、温度、pH 等条件，不立即繁殖，数量基本不变（或略有下降）；
- 细菌代谢活跃，合成大量酶、辅酶及细胞结构物质（如细胞壁、细胞膜），为后续繁殖做准备；
- 迟缓期持续时间受接种菌龄、接种量、环境差异影响，从几分钟到几小时不等（如对数期菌种接种到相似环境，迟缓期短）。
对数生长期（指数生长期）（2 分）
- 细菌适应环境后，以最快速度繁殖，数量呈指数级增长（N = N₀×2ⁿ，N 为 t 时刻数量，N₀为初始数量，n 为繁殖代数）；
- 细菌生长繁殖速度稳定，代时（繁殖一代的时间）最短且恒定，细胞形态、生理特性一致，代谢旺盛；
- 该阶段细菌对环境因素（如抗生素、温度）敏感，是研究细菌生理特性、进行菌种筛选的最佳时期。
稳定期（2 分）
- 细菌繁殖速度逐渐减慢，死亡速度逐渐增加，最终繁殖速度与死亡速度基本平衡，细菌总数达到最大值并保持稳定；
- 环境中营养物质消耗殆尽，代谢产物（如有机酸、毒素）积累，pH、溶解氧等环境条件恶化，限制细菌繁殖；
- 部分细菌开始形成芽孢（如芽孢杆菌），或合成次生代谢产物（如抗生素），污水处理中活性污泥的微生物多处于此阶段，有机物降解能力稳定。
衰亡期（2 分）
- 细菌死亡速度远大于繁殖速度，细菌总数急剧下降；
- 环境条件进一步恶化（如营养耗尽、毒性物质浓度过高），细菌代谢活动减弱，细胞形态发生异常（如畸形、破裂），失去正常生理功能；
- 该阶段细菌主要进行自身分解（自溶），污水处理中若持续处于衰亡期，会导致污泥活性下降，出水水质恶化。

（3）应用意义（1 分）

细菌生长曲线为微生物发酵、污水处理等工程应用提供指导，如污水处理中，通过控制水力停留时间，使活性污泥微生物处于稳定期，保证有机物降解效率；发酵工业中，在对数生长期收获大量菌体，在稳定期提取次生代谢产物。

2. 简单描述袋式除尘的特点。

答案解析

袋式除尘是利用滤袋（如织物滤袋、纤维滤毡）截留含尘气体中粉尘颗粒的干式除尘技术，具有以下特点，可从优势、劣势及适用场景三方面总结：

（1）核心优势（5 分）

除尘效率高：对细颗粒粉尘（粒径＞0.1μm）的捕集效率可达 99% 以上，甚至 99.99%，能有效去除 PM2.5 等微细粉尘，是当前高效除尘技术之一；
适应性强：①适用于多种粉尘类型（如非黏性、非纤维性粉尘，包括金属粉尘、矿物粉尘、有机粉尘）；②处理风量范围广，从几百 m³/h 到数十万 m³/h，可满足小型设备与大型工业装置的除尘需求；③对粉尘浓度适应性强，入口粉尘浓度可从几十 mg/m³ 到数 kg/m³，无需预处理；
运行稳定：除尘效率受粉尘粒径、浓度影响小，只要滤袋不破损，效率始终保持较高水平；且滤袋可通过清灰（如机械振打、脉冲喷吹）再生，使用寿命较长（通常 1~3 年）；
无二次污染：收集的粉尘为干态，易于运输、回收利用（如工业粉尘回收作为原料），无废水产生，避免湿式除尘的废水处理问题。

（2）主要劣势（3 分）

抗温、抗湿能力有限：滤袋材质（如涤纶、锦纶）耐温性较差，通常适用温度＜120℃（高温滤袋如 PTFE 可耐 200℃以上，但成本高）；若气体含湿量高，易导致粉尘黏附滤袋，引发堵塞，降低除尘效率；
压力损失较大：滤袋过滤过程中，粉尘层会增加气流阻力，压力损失通常为 1000~3000Pa，需消耗更多风机动力，运行成本较高；
维护成本较高：滤袋需定期更换，尤其是处理腐蚀性粉尘（如含酸、含碱粉尘）时，滤袋易损坏，更换成本与人工成本增加。

（3）适用场景（1 分）

适用于电力、冶金、化工、建材等行业的工业除尘（如锅炉烟气除尘、水泥生产除尘），尤其适合对除尘效率要求高、需回收干粉尘的场景；不适用于高温、高湿、黏性强或腐蚀性极强的含尘气体。

3. 请说明垃圾的好氧堆肥、厌氧堆肥的基本原理。

答案解析

好氧堆肥和厌氧堆肥是固体废物（尤其是有机垃圾）生物处理的两种核心技术，均通过微生物代谢分解有机物，但反应条件、过程及产物不同，具体原理如下：

（1）好氧堆肥基本原理（4.5 分）

好氧堆肥是在有氧条件下，由好氧微生物（细菌、真菌、放线菌等）分解垃圾中有机成分，最终转化为稳定的腐殖质（堆肥产品）的过程，可分为四个阶段：

升温阶段（发热阶段）：堆肥初期，垃圾中的易降解有机物（如糖类、蛋白质）被中温好氧微生物（最适温度 20~45℃）分解，释放大量热量，堆体温度逐渐升高至 45℃以上；
高温阶段：堆体温度升至 45~70℃，中温微生物逐渐被高温好氧微生物（如芽孢杆菌、放线菌）取代，该阶段微生物活性强，快速分解纤维素、半纤维素等较难降解有机物，同时高温可杀灭垃圾中的病原菌、虫卵及杂草种子（无害化关键阶段）；
降温阶段：高温阶段持续一段时间（通常 3~7 天）后，易降解有机物基本分解，热量产生减少，堆体温度逐渐下降至 45℃以下，中温微生物再次占据优势，继续分解剩余有机物；
腐熟阶段：堆体温度降至环境温度，微生物活动减弱，有机物分解基本完成，转化为稳定的腐殖质（黑色或褐色，无异味），堆肥产品富含有机质和养分，可作为土壤改良剂或有机肥料使用。
好氧堆肥需满足：充足的氧气（通过翻堆、曝气实现，氧含量＞10%）、适宜的含水率（50%~60%）、适宜的 C/N 比（25~35:1）及 pH（7.0~8.5）。

（2）厌氧堆肥基本原理（4.5 分）

厌氧堆肥（厌氧消化）是在无氧（或缺氧）条件下，由厌氧微生物（分为产酸菌和产甲烷菌）分阶段分解垃圾中有机成分，最终产生甲烷（CH₄，可作为能源）和二氧化碳（CO₂）的过程，核心分为三个阶段：

水解发酵阶段：厌氧微生物中的水解菌（如细菌）将垃圾中的复杂有机物（如纤维素、蛋白质、脂肪）分解为简单小分子有机物，如纤维素水解为葡萄糖，蛋白质水解为氨基酸，脂肪水解为脂肪酸和甘油；随后发酵菌将小分子有机物转化为挥发性脂肪酸（VFA，如乙酸、丙酸）、醇类、CO₂和 H₂。
产氢产乙酸阶段：产氢产乙酸菌将水解发酵阶段产生的醇类、长链脂肪酸等转化为乙酸、CO₂和 H₂，为后续产甲烷菌提供底物（乙酸是产甲烷的主要底物，占甲烷来源的 70% 以上）。
产甲烷阶段：产甲烷菌（严格厌氧，对环境敏感）将乙酸、CO₂和 H₂转化为 CH₄和 CO₂，核心反应包括：①乙酸分解：CH₃COOH → CH₄↑ + CO₂↑；②CO₂还原：CO₂ + 4H₂ → CH₄↑ + 2H₂O。
厌氧堆肥需满足：严格无氧环境（溶解氧＜0.1mg/L）、适宜温度（中温 35~40℃或高温 50~55℃）、适宜 pH（7.0~7.5，需中和产酸阶段产生的有机酸）及适宜 C/N 比（20~30:1），最终产物除沼气（CH₄含量约 50%~70%）外，还产生消化残渣（可作为肥料或填埋）。

4. 简述噪声控制的基本技术。

答案解析

噪声控制的核心思路是 “从噪声产生、传播到接收的全过程阻断或减弱”，基本技术可分为四大类，分别针对噪声源、传播途径、接收点及综合管理，具体如下：

（1）噪声源控制（2 分）

噪声源控制是最根本、最有效的噪声控制措施，通过改进设备设计、优化运行方式，减少噪声产生：

设备改进：采用低噪声设备（如低噪声风机、水泵），改进机械结构（如用焊接代替铆接，减少振动噪声；增加设备阻尼，降低共振噪声），优化传动方式（如用皮带传动代替齿轮传动，减少摩擦噪声）；
运行优化：合理安排设备运行时间（如避免高噪声设备在居民休息时段运行），控制设备运行参数（如降低风机转速、减少水流速度，避免湍流噪声），对老化、故障设备及时维修（如更换磨损部件，减少异常噪声）。

（2）传播途径控制（3 分）

若噪声源无法直接控制，通过阻断、吸收噪声传播路径，减弱噪声强度，常用技术包括：

隔声：利用隔声材料（如砖墙、钢板、隔声罩）阻挡噪声传播，如将高噪声设备置于隔声间内，或在噪声源与敏感点之间设置隔声屏障（如道路两侧的隔声墙）；隔声效果取决于材料的面密度（面密度越大，隔声效果越好）和隔声结构（如双层隔声结构比单层效果好）。
吸声：利用吸声材料（如玻璃棉、泡沫塑料、多孔砖）吸收噪声能量，减少反射噪声，如在隔声间内壁、厂房天花板铺设吸声材料，或在噪声传播路径上设置吸声体（如悬挂吸声板）；吸声材料多为多孔、透气结构，通过声波在孔隙中的摩擦转化为热能。
消声：针对空气动力性噪声（如风机、空调出风口噪声），安装消声器（如阻性消声器、抗性消声器），利用吸声材料或声学结构（如扩张室、共振腔）减弱噪声，消声器需根据噪声频率特性选择（阻性消声器适用于中高频噪声，抗性消声器适用于低频噪声）。
减振与隔振：针对振动噪声（如设备振动通过地面传播），在设备底部安装减振装置（如减振弹簧、橡胶减振垫），或在设备与地面之间设置隔振沟，减少振动传递，从而降低结构噪声（如墙体、地面振动产生的噪声）。

（3）接收点保护（2 分）

针对噪声敏感点（如居民住宅、办公室）或人员，采取防护措施，减少噪声影响：

个人防护：为长期暴露于噪声环境的人员（如工厂工人）配备个人防护用品，如耳塞、耳罩、防噪声头盔，可降低噪声暴露强度 20~30dB (A)；
环境防护：在敏感点周围种植绿化带（如乔木、灌木结合），利用植被的吸声、隔声作用减弱噪声（尤其对中高频噪声有效）；或对敏感建筑进行隔声改造（如安装双层玻璃窗、密封门窗缝隙）。

（4）管理与规划控制（2 分）

通过法律法规、规划布局辅助噪声控制：

法规管理：依据《环境噪声污染防治法》，对工业、建筑、交通等领域的噪声排放设定限值，对超标排放企业进行处罚；
规划布局：在城市规划中，合理划分功能区（如将工业区与居民区分离），避免高噪声源（如工厂、高速公路）靠近敏感点；在项目建设前开展噪声环境影响评价，提前制定噪声控制方案。

5. 简述湿式除尘的优缺点。

答案解析

湿式除尘是利用水或其他液体作为捕集剂，通过与含尘气体接触，将粉尘颗粒捕集下来的除尘技术（如喷淋塔、文丘里除尘器），其优缺点如下：

（1）优点（5 分）

除尘效率高：对细颗粒粉尘（粒径＜1μm）、黏性粉尘及高温粉尘的捕集效率高，如文丘里除尘器对 PM2.5 的捕集效率可达 95% 以上，且粉尘黏性越大，越易被液体黏附捕集；
降温、脱除有害气体兼顾：含尘气体与液体接触时，不仅能去除粉尘，还能降低气体温度（如高温烟气降温），同时可脱除气体中的部分有害成分（如 SO₂、HCl，通过添加碱性液体实现），实现 “除尘 + 脱硫 / 脱酸” 一体化处理；
设备结构简单：无复杂运动部件，造价较低，维护方便（如喷淋塔仅需定期清理喷嘴堵塞，无需频繁更换滤料或部件）；
无二次扬尘：粉尘被液体捕集后形成泥浆或废水，储存、运输过程中不会产生二次扬尘，尤其适合处理易飞扬的粉尘（如石墨粉尘、面粉粉尘）；
适用于高温、高湿气体：液体可吸收大量热量，能处理高温气体（如 1000℃以上的烟气），且不受气体含湿量影响（无滤袋堵塞问题），而干式除尘（如袋式除尘）对高温、高湿气体适应性差。

（2）缺点（4 分）

产生二次污染（废水）：除尘过程中产生含尘废水（或泥浆），需进一步处理（如沉淀、过滤、脱水），否则会污染土壤、水体；若废水处理不彻底，会造成二次环境问题，增加处理成本；
设备腐蚀与防冻问题：若气体含酸性成分（如 SO₂、NOₓ），会导致设备（如金属喷淋塔）腐蚀，需采用耐腐蚀材料（如玻璃钢、不锈钢），增加造价；寒冷地区冬季需对设备及管道保温防冻，避免液体结冰堵塞；
粉尘回收难度大：捕集的粉尘呈湿态，若需回收利用（如工业粉尘作为原料），需进行脱水、干燥处理，能耗与成本较高；若粉尘无回收价值，需对污泥进行填埋或焚烧处置；
压力损失与能耗较高：部分高效湿式除尘器（如文丘里除尘器）为保证除尘效率，需较高的气流速度，导致压力损失大（通常 2000~5000Pa），风机动力消耗高；同时需消耗大量水，水资源短缺地区应用受限。

三、论述题（共计 66 分。1、2、3 题每题 12 分，4、5 题每题 15 分）

1. 活性污泥法的概念？绘制基本流程图，并简单描述流程。

答案解析

（1）活性污泥法的概念（3 分）

活性污泥法是当前城市污水处理及工业废水生物处理中应用最广泛的工艺，指将含有大量微生物的活性污泥投入曝气池，与污水充分混合并曝气（提供溶解氧），利用活性污泥中微生物（细菌、真菌、原生动物等）的代谢活动，分解污水中的有机物（如 BOD、COD），随后将混合液送入二次沉淀池，通过沉淀分离活性污泥（大部分回流至曝气池，维持微生物数量；少量剩余污泥排出系统），最终获得净化出水的生物处理方法（2 分）。其核心是 “活性污泥”—— 具有强大吸附、降解有机物能力的微生物群体及代谢产物的集合，是工艺运行的关键（1 分）。

（2）活性污泥法基本流程图（3 分）

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污水 → 格栅 → 沉砂池 → 初沉池（可选） → 曝气池 → 二沉池 → 出水
                          ↑                          ↓
                    剩余污泥排放（处理） ←  污泥回流泵
                          ↓
                    曝气系统（风机+曝气器）

（绘图说明：①格栅、沉砂池为预处理单元，去除污水中粗大悬浮物和砂粒；②初沉池可选，去除部分悬浮物和可沉有机物，减轻曝气池负荷；③曝气池为核心反应单元，需标注 “曝气系统”（提供溶解氧）；④二沉池为固液分离单元，分离活性污泥与出水；⑤需明确 “污泥回流”（维持曝气池 MLSS 浓度）和 “剩余污泥排放”（控制污泥龄）的流向。）

（3）流程描述（6 分）

活性污泥法处理流程按顺序可分为预处理、核心处理、固液分离及污泥处理四个阶段，具体如下：

预处理阶段（1 分）
污水首先进入格栅，通过格栅的物理截留作用，去除树枝、塑料袋等粗大悬浮物，防止后续设备堵塞；随后进入沉砂池，利用重力沉降去除密度较大的砂粒、石子等无机颗粒（避免磨损曝气器、水泵等设备）；若污水中悬浮物含量高，可增设初沉池，通过 1~2 小时的静置沉淀，去除约 30%~50% 的悬浮物和 15%~25% 的 BOD，降低曝气池处理负荷。
核心处理阶段（曝气池）（2 分）
预处理后的污水进入曝气池，与从二沉池回流的活性污泥（回流比通常为 50%~100%）充分混合，形成混合液；曝气系统（由风机和曝气器组成）向曝气池内通入压缩空气，一方面为微生物提供充足的溶解氧（DO 通常控制在 2~4mg/L），满足好氧代谢需求；另一方面使混合液处于剧烈搅拌状态，保证污水与活性污泥的充分接触。
曝气池内，活性污泥中的微生物通过 “吸附 - 降解” 过程处理有机物：①吸附阶段，微生物快速吸附污水中的悬浮有机物和胶体有机物；②降解阶段，微生物将吸附的有机物分解为 CO₂和 H₂O（好氧代谢），同时自身繁殖，使活性污泥数量增加。
固液分离阶段（二沉池）（2 分）
曝气池处理后的混合液（含活性污泥、未降解有机物）进入二沉池，通过重力沉降进行固液分离：①上层澄清液为净化出水，水质满足排放标准（如 COD＜50mg/L，BOD₅＜10mg/L），可排入自然水体或进行深度处理（如回用）；②下层为浓缩的活性污泥，大部分通过污泥回流泵送回曝气池，维持曝气池内活性污泥的数量（保证 MLSS 在 2000~4000mg/L），确保处理效率；少量剩余污泥（因微生物繁殖导致污泥总量增加）排出系统，避免污泥在曝气池内积累，控制污泥龄（通常为 5~15 天）。
剩余污泥处理阶段（1 分）
排出的剩余污泥含有大量微生物和有机物，需进行处理（如浓缩、厌氧消化、脱水），减少体积并实现无害化、资源化：①浓缩可将污泥含水率从 99% 降至 97% 左右；②厌氧消化产生沼气（可发电或供暖）；③脱水后污泥含水率降至 80% 以下，可进行填埋、焚烧或资源化利用（如制作建材）。

2. 城市垃圾为何要进行分选，列举四种常用的机械分选方法并说明其分选原理。

答案解析

（1）城市垃圾分选的必要性（4 分）

城市垃圾成分复杂（含厨余垃圾、塑料、纸张、金属、玻璃、砖瓦等），直接处置（如填埋、焚烧）会导致资源浪费、环境污染及处置效率低下，分选的核心目的是 “提质、减量、资源化”，具体原因如下：

提高资源回收率：分选可将垃圾中的可回收物（如金属、塑料、纸张、玻璃）分离出来，进行再生利用（如废金属回炉炼钢、废纸再造纸张），减少原生资源消耗，符合 “循环经济” 理念；
降低后续处置难度：①填埋前分选，去除可降解有机物（如厨余垃圾）和易燃易爆物（如塑料、电池），可减少填埋场渗滤液产量（降低污水处理成本）和填埋气（如 CH₄）产生量（减少爆炸风险）；②焚烧前分选，去除不可燃物（如砖瓦、玻璃）和高水分有机物（如厨余垃圾），可提高垃圾热值（保证焚烧温度，减少二噁英产生），降低炉渣产量（减少填埋量）；
减少环境污染：分选可分离出危险废物（如废电池、废灯管、医疗垃圾），进行单独无害化处理，避免重金属、有毒物质渗入土壤或水体，保护生态环境与人体健康；
降低处置成本：通过分选实现垃圾 “分类处理”，可提高填埋、焚烧等处置工艺的效率，减少设备损耗（如避免金属杂质磨损焚烧炉），降低运行成本。

（2）四种常用机械分选方法及原理（8 分）

机械分选是利用垃圾中不同组分的物理性质（如密度、磁性、粒度、浮力）差异，通过机械设备实现分离的方法，常用四种如下：

磁选法（2 分）
- 原理：利用垃圾中磁性物质（如铁、镍、钴及其合金）与非磁性物质的磁性差异，通过磁场作用分离磁性物质；
- 设备：永磁滚筒磁选机（主流设备），由永磁滚筒、输送带、料斗组成；
- 流程：垃圾由输送带送至永磁滚筒表面，磁性物质（如废铁钉、铁皮）被磁场吸附在滚筒表面，随滚筒旋转至无磁区后脱落，进入磁性物质收集斗；非磁性物质（如塑料、纸张）则在重力作用下直接下落，进入非磁性物质收集斗；
- 应用：分离垃圾中的黑色金属（铁类），回收率可达 90% 以上，分离出的废铁可直接回炉再生。
风选法（气流分选法）（2 分）
- 原理：利用垃圾中不同组分的密度（或空气动力学直径）差异，通过气流（上升气流或水平气流）的浮力和拖曳力，实现轻重组分的分离；
- 设备：立式风选机、卧式风选机；
- 流程：以立式风选机为例，垃圾从顶部送入，风机从底部通入上升气流，密度小、易被气流携带的轻组分（如塑料薄膜、纸张）随气流上升，由顶部出风口进入旋风分离器收集；密度大、不易被气流携带的重组分（如金属、玻璃、砖瓦）则在重力作用下，从底部排出；
- 应用：分离垃圾中的轻组分（如塑料、纸张）与重组分，为后续塑料、纸张的回收利用做准备。
筛分法（筛选法）（2 分）
- 原理：利用垃圾中不同组分的粒度（颗粒大小）差异，通过带有不同孔径筛网的筛分设备，使小于筛孔的颗粒通过筛网，大于筛孔的颗粒留在筛网上，实现分离；
- 设备：固定筛、滚筒筛、振动筛（滚筒筛和振动筛应用最广，可连续作业）；
- 流程：以滚筒筛为例，筛筒倾斜安装并缓慢旋转，垃圾从高端送入，在筛筒旋转过程中，小于筛孔的细颗粒（如厨余垃圾、灰尘）通过筛孔落入下方收集斗；大于筛孔的粗颗粒（如塑料瓶、砖瓦）则随筛筒旋转从低端排出；可通过更换不同孔径的筛网，分离不同粒度的组分；
- 应用：预处理阶段分离细粒厨余垃圾与粗粒可回收物，或分离垃圾中的泥沙等细小无机杂质。
浮选法（2 分）
- 原理：利用垃圾中不同组分的表面润湿性差异（即亲水性与疏水性），在水中加入浮选药剂（如起泡剂、捕收剂），使疏水性组分（如塑料、橡胶）附着在气泡表面，随气泡上升至水面被收集；亲水性组分（如厨余垃圾、玻璃）则留在水中，实现分离；
- 设备：机械搅拌式浮选机；
- 流程：垃圾破碎后与水混合形成浆料，送入浮选机，加入起泡剂（如松节油，产生大量微小气泡）和捕收剂（如煤油，增强疏水性组分的疏水性）；通过机械搅拌，气泡与浆料充分接触，疏水性组分附着在气泡上形成泡沫层，从浮选机顶部刮出收集；亲水性组分则从底部排出；
- 应用：分离垃圾中的塑料、橡胶等疏水性物质，尤其适用于混合塑料的分选（可通过调整药剂，分离不同类型的塑料）。

3. 自由沉淀、絮凝沉淀、拥挤沉淀与压缩沉淀各有什么特点？

答案解析

沉淀是水处理中分离悬浮颗粒物的核心工艺，根据悬浮颗粒物的浓度、性质及沉淀过程中颗粒间的相互作用，可分为自由沉淀、絮凝沉淀、拥挤沉淀（成层沉淀）和压缩沉淀四种类型，其特点差异显著，具体如下：

（1）自由沉淀（3 分）

定义：指悬浮颗粒物浓度较低（通常＜500mg/L），沉淀过程中颗粒互不干扰、单独下沉的沉淀类型，颗粒沉降轨迹呈直线（1 分）。
核心特点：①颗粒间无吸附、碰撞或絮凝作用，沉降速度恒定（仅由颗粒自身性质和水的物理性质决定）；②沉降速度可通过斯托克斯公式计算（V = d²(ρ₁-ρ₂) g/(18μ)，其中 d 为颗粒直径，ρ₁为颗粒密度，ρ₂为水的密度，g 为重力加速度，μ 为水的黏度），颗粒直径越大、密度越大，沉降速度越快；③沉淀过程中颗粒形态、尺寸不变（1.5 分）。
应用场景：水处理的预处理阶段，如沉砂池（分离砂粒）、初沉池初期（分离低浓度悬浮物）；生活污水或工业废水中的粗大悬浮物（如泥沙）沉淀多属于此类（0.5 分）。

（2）絮凝沉淀（3 分）

定义：指悬浮颗粒物浓度较低（通常 500~1000mg/L），沉淀过程中颗粒因碰撞、吸附发生絮凝，颗粒尺寸、质量逐渐增大，沉降速度不断加快的沉淀类型（1 分）。
核心特点：①颗粒间存在相互作用，通过布朗运动、水力搅拌等发生碰撞，结合成更大的絮凝体（如污水中的胶体颗粒形成絮状物）；②沉降速度随沉淀时间增加而增大，颗粒沉降轨迹呈曲线（非直线）；③沉淀效率不仅取决于颗粒初始性质，还与絮凝效果密切相关（如投加絮凝剂可促进絮凝沉淀，提高沉降速度）（1.5 分）。
应用场景：水处理的混凝沉淀阶段，如生活污水初沉池中后期、工业废水处理中胶体颗粒（如印染废水的染料颗粒）的沉淀；活性污泥法中二沉池初期，部分细小污泥颗粒的沉淀也属于此类（0.5 分）。

（3）拥挤沉淀（成层沉淀）（3 分）

定义：指悬浮颗粒物浓度较高（通常＞1000mg/L），沉淀过程中颗粒相互接触、挤压，形成一个整体的污泥层（或悬浮层），污泥层整体下沉的沉淀类型（1 分）。
核心特点：①颗粒浓度高，颗粒间距离小，沉降时相互阻碍，无法单独下沉，只能以污泥层的形式整体沉降；②污泥层与水之间形成清晰的界面（称为 “浑液面”），沉淀速度以 “浑液面下降速度” 衡量，该速度恒定（与颗粒个体性质无关，仅与污泥层浓度有关）；③沉淀过程中污泥层浓度基本不变（直至污泥层到达池底）（1.5 分）。
应用场景：水处理的高浓度悬浮物沉淀，如活性污泥法中二沉池的大部分沉淀过程（混合液 MLSS 浓度 2000~4000mg/L，形成污泥层整体下沉）、污泥浓缩池初期的沉淀（0.5 分）。

（4）压缩沉淀（3 分）

定义：指悬浮颗粒物浓度极高（通常＞5000mg/L），沉淀过程中颗粒相互挤压，污泥层底部的颗粒被上层颗粒的重力压缩，排出颗粒间的间隙水，污泥层浓度逐渐增大的沉淀类型（1 分）。
核心特点：①颗粒已完全接触，沉淀的动力来自上层颗粒的重力压缩（而非颗粒自身重力沉降）；②无明显的 “浑液面”，污泥层缓慢压缩，高度逐渐降低，浓度逐渐升高（如从含水率 99% 压缩至 97%）；③沉淀速度极慢，且随时间增加而逐渐减小（因污泥层浓度增大，间隙水排出难度增加）（1.5 分）。
应用场景：水处理的污泥浓缩阶段，如污泥浓缩池中后期（浓缩活性污泥或初沉污泥）、厌氧消化池后的污泥浓缩、自来水厂沉淀池底部污泥的压缩（0.5 分）。

（5）总结（0 分，辅助理解）

四种沉淀类型的核心差异在于 “颗粒浓度” 和 “颗粒间相互作用”：浓度从低到高依次为自由沉淀→絮凝沉淀→拥挤沉淀→压缩沉淀；颗粒间相互作用从 “无作用” 到 “絮凝作用”，再到 “接触挤压作用”，最终到 “重力压缩作用”，沉淀机制与速度特性随浓度变化而显著不同，是水处理工艺设计（如沉淀池尺寸、水力停留时间）的重要依据。

4. 论述大气污染控制中气态污染物的主要净化方法。

答案解析

大气中的气态污染物（如 SO₂、NOₓ、VOCs、HCl、NH₃等）具有毒性、腐蚀性强、易扩散的特点，需通过物理、化学或生物方法将其去除或转化为无害物质，主要净化方法可分为五大类，具体如下：

（1）吸收法（3 分）

原理：利用气态污染物在液体吸收剂中的溶解度差异或化学反应活性，使污染物从气相转移至液相，实现分离净化（1 分）。
分类：①物理吸收（如用水吸收 NH₃，利用 NH₃的高水溶性）；②化学吸收（如用碱性溶液吸收 SO₂，SO₂与 NaOH 反应生成 Na₂SO₃，净化效率高于物理吸收，应用更广泛）（1 分）。
关键因素：①吸收剂选择，需满足溶解度大、选择性强、化学稳定性好、易再生（或处理）的要求（如吸收 SO₂常用 NaOH、Ca (OH)₂溶液，吸收 NOₓ常用 HNO₃或 NaOH 溶液）；②吸收设备，需保证气液充分接触，常用设备有填料塔、喷淋塔、鼓泡塔（填料塔因接触面积大、传质效率高，应用最广）（0.5 分）。
应用场景：处理高浓度、易溶于水或易与吸收剂反应的气态污染物，如电厂烟气脱硫（Ca (OH)₂吸收 SO₂）、化工企业含 HCl 尾气处理（NaOH 吸收 HCl）（0.5 分）。

（2）吸附法（3 分）

原理：利用多孔固体吸附剂（如活性炭、分子筛、硅胶）表面的分子引力或化学键力，将气态污染物吸附在吸附剂表面，实现分离净化（1 分）。
分类：①物理吸附（如活性炭吸附 VOCs，依靠分子间范德华力，吸附可逆，可通过加热或减压脱附再生）；②化学吸附（如分子筛吸附 NOₓ，依靠化学键力，吸附不可逆，吸附剂饱和后需更换）（1 分）。
关键因素：①吸附剂选择，需具备比表面积大（＞500m²/g）、孔径结构适宜、吸附容量高的特点（如活性炭适用于 VOCs 吸附，分子筛适用于极性污染物吸附）；②吸附设备，常用固定床吸附器（间歇操作，适用于小风量）、移动床吸附器（连续操作，适用于大风量）；③再生工艺，物理吸附剂可通过热再生（加热脱附）、蒸汽再生实现循环利用，降低成本（0.5 分）。
应用场景：处理低浓度、高毒性的气态污染物，如汽车喷漆车间 VOCs 治理（活性炭吸附）、电子厂含苯系物尾气处理（分子筛吸附）（0.5 分）。

（3）催化转化法（3 分）

原理：在催化剂作用下，气态污染物发生化学反应，转化为无害或易处理的物质（如 CO₂、H₂O、N₂），分为催化氧化和催化还原两类（1 分）。
分类：①催化氧化（如 VOCs 在 Pt、Pd 催化剂作用下，被氧化为 CO₂和 H₂O；CO 在 CuO-ZnO 催化剂作用下，被氧化为 CO₂）；②催化还原（如 NOₓ在 NH₃作为还原剂、V₂O₅-TiO₂催化剂作用下，被还原为 N₂和 H₂O，即 SCR 脱硝技术）（1 分）。
关键因素：①催化剂选择，需具备活性高、选择性强、稳定性好（耐高温、抗中毒）的特点（如 SCR 脱硝常用 V₂O₅-TiO₂催化剂，耐受温度 300~400℃）；②反应条件，需控制适宜的温度（催化反应有最佳温度范围，温度过低活性低，过高催化剂失活）、压力（通常为常压）、空速（气体通过催化剂床层的速度，影响反应效率）（0.5 分）。
应用场景：处理需彻底转化的气态污染物，如电厂烟气脱硝（SCR 催化还原 NOₓ）、工业炉窑 VOCs 治理（催化氧化）、汽车尾气处理（三元催化剂氧化 CO、HC，还原 NOₓ）（0.5 分）。

（4）燃烧法（3 分）

原理：利用气态污染物（多为有机污染物，如 VOCs、HC）的可燃性，通过燃烧将其氧化为 CO₂和 H₂O，分为直接燃烧、热力燃烧和催化燃烧三类（1 分）。
分类：①直接燃烧（适用于高浓度污染物，如火炬燃烧，无需辅助燃料，直接点燃污染物）；②热力燃烧（适用于中低浓度污染物，需添加辅助燃料（如天然气），将混合气体加热至燃烧温度（600~800℃），使污染物氧化）；③催化燃烧（与催化氧化类似，在催化剂作用下，降低燃烧温度（200~400℃），节约能耗，减少 NOₓ生成）（1 分）。
关键因素：①燃料与空气比例，需保证充分燃烧（空气过量系数 1.2~1.5），避免生成 CO、炭黑等二次污染物；②燃烧温度，直接燃烧需 800~1200℃，热力燃烧需 600~800℃，催化燃烧需 200~400℃；③停留时间，保证污染物在燃烧炉内有足够时间完全氧化（通常 0.5~2 秒）（0.5 分）。
应用场景：处理高浓度、可燃性气态污染物，如石油化工企业含烃尾气处理（火炬直接燃烧）、涂装车间 VOCs 治理（热力燃烧或催化燃烧）（0.5 分）。

（5）生物法（3 分）

原理：利用微生物（细菌、真菌、放线菌）的代谢活动，将气态污染物转化为无害的无机物（如 CO₂、H₂O、N₂）或微生物自身细胞物质，适用于易生物降解的气态污染物（1 分）。
工艺流程：气态污染物首先通过 “传质过程”（如通过填料层的水膜）从气相转移至液相（或微生物膜表面），随后被微生物吸收，通过好氧或厌氧代谢分解（如 VOCs 被好氧微生物分解为 CO₂和 H₂O，H₂S 被微生物分解为 S 或 SO₄²⁻）（1 分）。
关键因素：①微生物选择，需筛选或培养对目标污染物有降解能力的菌种（如降解苯系物常用假单胞菌，降解 H₂S 常用硫杆菌）；②工艺条件，控制适宜的温度（20~35℃）、pH（6.5~8.5）、湿度（微生物需湿润环境）及营养物质（如添加 N、P 元素，满足微生物生长需求）；③设备类型，常用生物滤池、生物滴滤塔（生物滤池结构简单，适用于低浓度污染物；生物滴滤塔可调节营养和 pH，适用于中浓度污染物）（0.5 分）。
应用场景：处理低浓度、易生物降解的气态污染物，如污水处理厂臭气（含 NH₃、H₂S、VOCs）治理、垃圾填埋场渗滤液处理站尾气处理（0.5 分）。

（6）总结（0 分，辅助理解）

气态污染物净化方法的选择需结合污染物浓度、性质、处理量及经济性：高浓度易溶污染物优先选吸收法，低浓度高毒污染物优先选吸附法，需彻底转化的污染物选催化转化法或燃烧法，低浓度易降解污染物选生物法。实际应用中，常采用多种方法组合（如 “吸附浓缩 + 催化燃烧” 处理低浓度大风量 VOCs），以提高净化效率、降低成本。

5. 什么是膜分离技术，它的优缺点，说出三种你所熟悉的膜分离技术的原理及其应用领域。

答案解析

（1）膜分离技术的定义（2 分）

膜分离技术是利用具有选择性透过性的薄膜（“分离膜”），在外界能量（如压力差、浓度差、电位差）或化学位差的推动下，使混合物中的不同组分（如液体中的离子、气体中的组分、溶液中的溶质与溶剂）实现选择性分离的技术（1 分）。分离膜的核心特性是 “选择性透过”—— 允许特定组分通过，阻止其他组分通过，其孔径或表面性质（如电荷、亲疏水性）决定了分离效果（1 分）。膜分离技术属于 “物理分离过程”，无化学反应，不产生二次污染，是当前水处理、化工、医药等领域的核心分离技术之一。

（2）膜分离技术的优缺点（4 分）

优点（2.5 分）

分离效率高：分离膜的选择性强，可实现对特定组分的精准分离（如反渗透膜可截留几乎所有离子，截留率＞99%），分离效果远优于传统过滤、沉淀等方法；
能耗低：多数膜分离过程（如超滤、微滤）在常温下进行，无需加热或化学反应，能耗仅为蒸馏、蒸发等传统分离技术的 1/3~1/10（如海水淡化中，反渗透能耗远低于蒸馏）；
环境友好：分离过程无相变（或极少相变），不使用化学药剂（如絮凝剂、萃取剂），无二次污染（如废水处理中，膜分离不会产生污泥或化学废水）；
操作简便、占地面积小：膜分离设备结构紧凑（如膜组件为模块化设计），操作自动化程度高，易实现连续运行，占地面积仅为传统分离设备的 1/5~1/10，适合空间有限的场景；
适用性广：可处理从水溶液到气体混合物的多种体系，分离对象包括离子、分子、胶体、细菌、病毒等，适用于水处理、食品、医药、化工等多个领域。

缺点（1.5 分）

膜成本高：分离膜（尤其是高性能膜，如反渗透膜、纳滤膜）的制备工艺复杂，材料成本高，膜组件的初始投资较大；
膜污染问题：分离过程中，混合物中的悬浮物、胶体、溶质等易吸附在膜表面或堵塞膜孔（称为 “膜污染”），导致膜通量下降、分离效率降低，需定期清洗（如化学清洗、物理清洗），增加运行成本与维护工作量；
膜寿命有限：即使定期清洗，膜在长期使用中仍会因磨损、化学腐蚀、生物降解等因素老化，通常寿命为 2~5 年，需定期更换，进一步增加成本；
处理量受限：单支膜组件的处理量有限，大规模应用需多支膜组件并联，增加设备复杂度与投资。

（3）三种膜分离技术的原理及应用领域（9 分）

1. 反渗透（RO）（3 分）

原理：反渗透是利用 “反渗透膜”（孔径＜1nm，具有选择透过性的半透膜），在高于溶液渗透压的压力（通常为 1~10MPa）推动下，使溶剂（如水）通过膜，而溶质（如离子、有机物）被膜截留，实现溶剂与溶质的分离（1 分）。其核心是 “克服渗透压”—— 当膜两侧分别为纯水和盐水时，纯水会自然向盐水侧渗透，若在盐水侧施加压力，可使水反向渗透（从盐水侧流向纯水侧），因此称为 “反渗透”（0.5 分）。
应用领域（1.5 分）：
① 海水与苦咸水淡化：是当前海水淡化的主流技术（如沙特阿拉伯、以色列的大型海水淡化厂），可将含盐量 35000mg/L 的海水处理为含盐量＜500mg/L 的淡水；
② 纯水与超纯水制备：用于电子行业（如芯片制造需超纯水，电导率＜0.1μS/cm）、医药行业（如注射用水制备），通过反渗透 + 离子交换或混床，获得高纯度水；
③ 废水深度处理与回用：如工业废水（电镀废水、化工废水）处理后回用，生活污水深度处理后作为再生水（如市政绿化、工业冷却用水）。

2. 超滤（UF）（3 分）

原理：超滤是利用 “超滤膜”（孔径 1~100nm，通常为非对称膜），在较低压力（通常为 0.1~0.5MPa）推动下，截留溶液中的胶体、大分子有机物（如蛋白质、多糖）、细菌、病毒等，而小分子有机物（如葡萄糖）、离子和溶剂可通过膜，实现分离（1 分）。其分离依据是 “分子尺寸差异”—— 膜孔仅允许小于孔径的分子或颗粒通过，大于孔径的组分被截留，无明显的渗透压现象（0.5 分）。
应用领域（1.5 分）：
① 饮用水净化：去除水中的浊度、胶体、细菌、病毒（如大肠杆菌、隐孢子虫），替代传统的混凝、沉淀、过滤工艺，提高饮用水安全性（如家用超滤净水器）；
② 食品工业：如乳制品加工中，超滤截留牛奶中的蛋白质和脂肪，获得乳糖溶液；果汁澄清中，截留果汁中的果肉、果胶，获得澄清果汁；
③ 废水处理：如印染废水处理中，截留染料大分子，实现水的回用；电泳涂装废水处理中，截留电泳漆，回收再利用。

3. 微滤（MF）（3 分）

原理：微滤是利用 “微滤膜”（孔径 0.1~10μm，为多孔膜），在低压（通常为 0.01~0.2MPa）推动下，截留溶液中的悬浮颗粒物、细菌、酵母菌、霉菌等，而小分子物质（如离子、有机物）和溶剂可通过膜，实现 “粗过滤”（1 分）。其分离机制主要是 “筛分作用”，膜孔尺寸远大于超滤膜，仅截留肉眼可见或光学显微镜可见的颗粒，分离精度低于超滤（0.5 分）。
应用领域（1.5 分）：
① 预处理工艺：作为反渗透、超滤的预处理，去除原水中的悬浮物、胶体，减少后续膜的污染（如海水淡化中，先通过微滤去除海水中的藻类、泥沙，保护反渗透膜）；
② 医药行业：如注射液、抗生素的除菌过滤（截留细菌，保证药品无菌）；疫苗制备中，分离病毒与细菌（病毒可通过微滤膜，细菌被截留）；
③ 环保领域：如饮用水预处理（去除浊度和细菌）；工业废水预处理（如化工废水去除悬浮杂质，降低后续处理负荷）；生物发酵液过滤（分离发酵液中的菌体，获得澄清的发酵产物）。

真题使用建议

中国矿业大学 (北京) 环境工程学考研真题注重 “基础概念 + 工程应用 + 工艺原理” 的结合，考生在使用真题时可遵循以下步骤：

夯实基础概念：名词解释、简答题多考查核心概念（如 COD、BOD、SVI、膜分离技术）和基础原理（如细菌生长曲线、好氧 / 厌氧堆肥），需回归教材（如《环境工程学》（蒋展鹏版）、《水污染控制工程》（高廷耀版）），熟记定义、分类、关键参数（如 MLSS 控制范围、SVI 合理区间），确保答题准确全面。
强化工艺原理与流程理解：论述题（如活性污泥法流程、气态污染物净化方法）需结合工艺流程图，明确各单元的作用、操作参数及影响因素（如曝气池的 DO 控制、二沉池的污泥回流比）；可通过绘制流程图、对比不同工艺（如好氧堆肥与厌氧堆肥）的差异，加深理解。
结合工程实际应用：真题中大量考点（如除尘技术、垃圾分选方法、膜分离应用）与工程实际紧密相关，需了解不同工艺的适用场景（如袋式除尘适用于细颗粒，旋风除尘适用于粗颗粒）、优缺点及选型依据，避免仅记忆理论而忽略应用。
利用高分答案详解优化答题：考博信息网提供的历年真题高分答案详解，不仅包含标准答案，还标注了得分点与答题逻辑（如名词解释的 “定义 + 核心机制 + 应用” 结构），考生可参考其表述规范，调整答题思路，避免遗漏关键得分点（如论述题需分点清晰，结合实例）。

通过系统研习真题及详解，考生可精准把握中国矿业大学 (北京) 环境工程学考研的命题风格（注重基础、强调工程应用），高效提升专业知识储备与应试能力。