2025年大學(xué)《地球化學(xué)》專業(yè)題庫——地球化學(xué)元素對城市排水系統(tǒng)的影響考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項(xiàng)字母填在題后括號(hào)內(nèi)）1.下列哪一項(xiàng)不是城市生活污水中磷（P）的主要地球化學(xué)來源？A.洗滌劑B.人畜糞便C.食品加工廢水D.大氣沉降2.在城市排水系統(tǒng)管道內(nèi)壁，鐵（Fe）的腐蝕通常優(yōu)先發(fā)生哪種類型的地球化學(xué)環(huán)境？A.強(qiáng)酸性，高氧環(huán)境B.弱堿性，缺氧環(huán)境C.強(qiáng)堿性，高氧環(huán)境D.弱酸性，缺氧環(huán)境3.城市雨水徑流中重金屬（如Cu,Zn）的主要遷移途徑通常是？A.主要通過懸浮顆粒物吸附遷移B.主要通過離子形態(tài)在水中溶解遷移C.主要通過土壤吸附固定，遷移量小D.主要隨大氣沉降進(jìn)入雨水4.下列哪個(gè)地球化學(xué)過程在城市污水處理廠中對于去除氮（N）至關(guān)重要？A.沉淀作用B.氧化還原反應(yīng)C.吸附作用D.離子交換作用5.地下水與城市污水管道發(fā)生混合時(shí)，通常會(huì)導(dǎo)致地下水？A.pH升高，硬度降低B.pH降低，硬度升高C.pH升高，硬度升高D.pH降低，硬度降低6.城市排水系統(tǒng)中，關(guān)于砷（As）行為的描述，下列哪項(xiàng)是錯(cuò)誤的？A.可通過污水污泥進(jìn)行固化B.在厭氧條件下可能釋放到水中C.易被土壤粘土礦物強(qiáng)烈吸附D.通常以溶解態(tài)形式存在于雨水徑流中7.溶解氧（DO）的降低通常會(huì)促進(jìn)城市污水中哪種元素的甲基化過程？A.鉛（Pb）B.鎘（Cd）C.汞（Hg）D.砷（As）8.地球化學(xué)障（GeologicalBarrier）在城市排水系統(tǒng)環(huán)境中的主要作用是？A.促進(jìn)元素在特定區(qū)域富集B.阻止或減緩元素向周圍環(huán)境的遷移擴(kuò)散C.加速元素的生物轉(zhuǎn)化D.增加污水的處理難度9.在城市排水系統(tǒng)處理過程中，生物膜（Biofilm）對于重金屬（如Cr）的行為，主要表現(xiàn)為？A.僅作為吸附介質(zhì)B.僅作為轉(zhuǎn)化場所C.既吸附又發(fā)生生物轉(zhuǎn)化D.既吸附又發(fā)生沉淀10.運(yùn)用磷的地球化學(xué)模型預(yù)測城市污水排放口周邊的富營養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)，主要關(guān)注的是？A.磷的總濃度B.可溶性活性磷（SRP）濃度C.磷的總懸浮物含量D.磷的生物利用率二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在題后橫線上）1.城市排水系統(tǒng)中，重金屬的主要來源包括工業(yè)廢水排放、______、管道腐蝕和居民日常生活用品等。2.影響城市污水中重金屬遷移轉(zhuǎn)化的重要因素包括pH、氧化還原電位、溶解氧以及______等。3.城市雨水徑流中的氮磷流失對受納水體造成的主要環(huán)境問題是______和生態(tài)毒性。4.地球化學(xué)中的______過程是指溶解在水中的離子結(jié)合形成不溶性沉淀物的過程。5.城市排水系統(tǒng)中的鐵錳超標(biāo)通常指示了管道______或處理設(shè)施運(yùn)行不正常。6.污水處理廠污泥是地球化學(xué)元素（如磷、重金屬）的重要______場所。7.氧化還原條件是控制城市污水中某些元素（如汞、鐵、錳）形態(tài)轉(zhuǎn)化和遷移的關(guān)鍵因素。8.城市排水系統(tǒng)對地下水的影響可能包括污染羽的形成和______資源的消耗。9.地球化學(xué)指標(biāo)，如分配系數(shù)（Kd）和飽和指數(shù)（SI），可用于評(píng)估元素在固液相之間的______和在水體中的潛在生物有效性。10.城市排水系統(tǒng)的地球化學(xué)研究有助于指導(dǎo)污水的______處理策略和元素的資源化利用。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述城市污水收集系統(tǒng)中，鐵（Fe）和錳（Mn）的腐蝕過程及其影響因素。2.簡述氮（N）在城市排水系統(tǒng)（從污水產(chǎn)生到排放口）經(jīng)歷的典型地球化學(xué)轉(zhuǎn)化過程。3.簡述吸附作用如何影響城市排水系統(tǒng)中重金屬的行為，并列舉至少兩種影響吸附的因素。四、計(jì)算題（每題6分，共12分）1.某城市污水處理廠進(jìn)水總磷（TP）濃度為8mg/L，其中溶解性活性磷（SRP）為2mg/L。已知該污水處理工藝對SRP的去除率約為70%，對總磷的去除率約為60%。請計(jì)算處理后水中預(yù)計(jì)的SRP和TP濃度。2.假設(shè)某重金屬（M）在城市污水中以兩種形態(tài)存在：可溶性形態(tài)（C_sol）和顆粒結(jié)合形態(tài)（C_part）。測得進(jìn)水C_sol為100μg/L，C_part為500μg/L。該重金屬在污水沉積物中的分配系數(shù)Kd為100L/kg。如果進(jìn)水污水流量為10m3/s，沉積物厚度年增長率為2cm（假設(shè)沉積物體積不變），請估算每年沉積物中該重金屬的積累量（以進(jìn)入沉積物的總質(zhì)量計(jì)，單位：kg/yr）。假設(shè)污水密度為1g/cm3。五、論述題（每題8分，共16分）1.論述城市排水系統(tǒng)（包括污水和雨水）中，地球化學(xué)過程如何影響重金屬的生物有效性和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。2.結(jié)合地球化學(xué)原理，論述城市污水處理廠出水中磷的釋放風(fēng)險(xiǎn)及其控制策略。---試卷答案一、選擇題1.D2.A3.A4.B5.B6.D7.C8.B9.C10.B二、填空題1.交通排放2.流動(dòng)性3.富營養(yǎng)化4.沉淀5.腐蝕6.固化/儲(chǔ)存7.(是)8.地表水9.分配/遷移10.強(qiáng)化/深度三、簡答題1.解析思路：鐵錳腐蝕是地球化學(xué)氧化還原反應(yīng)。鐵腐蝕通常始于Fe2?形成，在含氧水中Fe2?被氧化為Fe3?，F(xiàn)e3?水解形成氫氧化鐵（Fe(OH)?）或與碳酸根結(jié)合形成腐蝕產(chǎn)物，導(dǎo)致管道內(nèi)壁結(jié)垢或點(diǎn)蝕。錳腐蝕類似，Mn2?被氧化為MnO?等。影響因素包括：水的pH值（影響氧化還原電位和水解）、溶解氧含量（關(guān)鍵氧化劑）、溫度、管道材質(zhì)（提供反應(yīng)基底）以及水中有機(jī)物（可能作為還原劑或絡(luò)合劑）。2.解析思路：氮的轉(zhuǎn)化涉及多個(gè)地球化學(xué)過程。污水中的氮主要來自有機(jī)物（以氨氮NH?-N或NH??-N形態(tài)存在）。在污水收集系統(tǒng)或厭氧段，氨氮可能發(fā)生硝化作用（需氧，轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮NO??-N），或進(jìn)行反硝化作用（缺氧，轉(zhuǎn)化為氮?dú)釴?或氮氧化物N?O）。在污水處理廠的好氧段，有機(jī)氮和氨氮會(huì)經(jīng)歷完整的硝化過程。最終，硝態(tài)氮可能在排放口附近或受納水體中，在適宜條件下（如光照、低氧）發(fā)生反硝化或厭氧氨氧化（ANAMMOX）等過程，轉(zhuǎn)化為N?或N?O等返回大氣。3.解析思路：吸附是重金屬從水相轉(zhuǎn)移到固相（如土壤、沉積物、生物膜、管道內(nèi)壁）的關(guān)鍵過程，顯著影響其遷移性和毒性。重金屬離子與固相表面的活性位點(diǎn)（如氧化物表面羥基、粘土礦物層間）發(fā)生化學(xué)鍵合（離子交換、表面絡(luò)合等）。影響因素主要包括：重金屬離子濃度（驅(qū)動(dòng)力）、固相性質(zhì)（表面電荷、官能團(tuán)、比表面積）、溶液pH值（影響金屬離子形態(tài)和表面電荷）、氧化還原電位（影響金屬離子價(jià)態(tài)和溶解度）、以及存在其他競爭離子的種類和濃度（如Ca2?、Mg2?）。四、計(jì)算題1.解析思路：計(jì)算處理后的SRP和TP濃度。SRP去除率是基于進(jìn)水SRP濃度計(jì)算的，TP去除率是基于進(jìn)水TP濃度計(jì)算的。處理后的SRP濃度=進(jìn)水SRP×(1-SRP去除率)；處理后的TP濃度=進(jìn)水TP×(1-TP去除率)。注意SRP和TP去除率是基于各自進(jìn)水濃度的百分比。答案：處理后SRP=2mg/L×(1-70%)=0.6mg/L；處理后TP=8mg/L×(1-60%)=3.2mg/L。2.解析思路：計(jì)算每年沉積物中重金屬的積累量。首先計(jì)算每年進(jìn)入沉積物的污水體積。沉積物厚度年增長率×污水流向沉積物的寬度（假設(shè)為1m，如果題目未給則無法計(jì)算，此處按1m設(shè)）×污水流量×?xí)r間（1年）=沉積物體積。每年進(jìn)入沉積物的污水體積已知，其攜帶的總重金屬量=進(jìn)水C_sol+進(jìn)水C_part。沉積物中積累的重金屬量=每年進(jìn)入沉積物的污水體積×污水中總重金屬濃度×分配系數(shù)Kd。注意單位換算，Kd單位通常為cm3/g或L/kg，計(jì)算結(jié)果需轉(zhuǎn)換為kg/yr。答案：沉積物體積=2cm/yr×1m×10m3/s×365.25d/yr×24h/d×3600s/h×1g/cm3=6.28×10?cm3/yr?？傊亟饘贊舛?100μg/L+500μg/L=600μg/L=0.6mg/L=0.0006g/L。每年沉積物積累量=6.28×10?cm3/yr×0.0006g/L×100L/m3×1000cm3/m3×100kg/t×1/1000t/kg×100kg/m3=3768kg/yr。（注：此計(jì)算假設(shè)了污水完全進(jìn)入沉積物且沉積物密度為1000kg/m3，實(shí)際計(jì)算需更精確參數(shù)）。五、論述題1.解析思路：論述需從地球化學(xué)角度分析重金屬行為。重金屬在環(huán)境中的存在形態(tài)（溶解態(tài)、顆粒態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)）及其化學(xué)性質(zhì)（如溶解度、氧化還原電位）決定了其生物可利用性。地球化學(xué)過程如吸附-解吸、氧化還原轉(zhuǎn)化、配位反應(yīng)等會(huì)改變重金屬的形態(tài)，從而影響其進(jìn)入生物體的難易程度。例如，被強(qiáng)烈吸附在固相上的重金屬生物有效性低，而溶解態(tài)或易釋放的形態(tài)生物有效性高。不同價(jià)態(tài)的重金屬毒性差異也很大（如Hg2?vsHg?）。因此，地球化學(xué)過程是決定重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵因素。2.解析思路：論述需結(jié)合磷的地球化學(xué)行為提出控制策略。城市污水出水中磷的釋放風(fēng)險(xiǎn)主要與殘留的溶解性有機(jī)磷（ROP）、可溶性無機(jī)磷（SiP）以及吸附在懸浮顆粒物上的磷（ASP）有關(guān)。地球化學(xué)控制策略應(yīng)著眼于抑制這些形態(tài)的磷的釋放或