化学工程技术在污水处理中的应用是高考环保题型的重要考点，涉及工艺设计、反应原理分析、实验操作及环境效益评估等多个维度。以下从高频考点、题型解析及答题策略三方面进行深度解析，帮生系统掌握相关知识点：

一、高频考点与化学工程技术结合

1. 物理化学处理技术

  • 混凝沉淀法：通过投加混凝剂（如硫酸铝、聚合氯化铝）使悬浮物形成絮体沉淀。需掌握水解反应方程式及胶体聚沉原理。
  • 吸附法：活性炭吸附有机物或重金属离子，涉及物理吸附与化学吸附的区别，可能结合等温吸附模型考查计算。
  • 膜分离技术：超滤、反渗透等膜技术原理，需联系物质分离提纯知识，分析孔径与分离效果的关系。

    • 2. 生物处理技术

  • 活性污泥法：核心是微生物代谢有机物，需写出硝化（NH₃→NO₃⁻）与反硝化（NO₃⁻→N₂）的氧化还原反应式，并分析pH、温度对反应速率的影响。
  • 生物膜法：生物膜中微生物的代谢作用与物质传递过程，常结合生物膜结构与功能设计实验题。

    • 3. 高级氧化技术

  • 臭氧氧化：臭氧分解有机物生成·OH自由基，需结合自由基反应链式机制分析污染物降解路径。
  • 电化学处理：电解法去除重金属（如Cr(VI)还原为Cr(III)），需写出电极反应式并计算电子转移数。

    • 二、高考典型题型解析

    1. 选择题

  • 考点示例：判断污水处理工艺的适用场景。例如：“处理高浓度有机废水宜选哪种技术？”（答案：UASB厌氧反应器）。
  • 技巧：对比物理法、化学法、生物法的优缺点，如生物法能耗低但处理周期长。

    • 2. 工艺流程题

  • 常见流程：预处理→生物处理→深度处理→污泥处置。需分析各步骤的作用：
  • 预处理：格栅截留大颗粒，沉砂池去除无机砂砾（物理法）。
  • 深度处理：活性炭吸附（化学吸附）或紫外线消毒（破坏DNA结构）。
  • 答题关键：明确流程目标（如脱氮除磷），结合物质转化关系（如NH₃→NO₃⁻→N₂）。

    • 3. 实验设计与评价题

  • 示例：设计实验验证不同混凝剂对浊度的去除效果。需控制变量（投加量、搅拌速度），使用浊度计测量数据。
  • 评分点：实验步骤的规范性（如“平行实验减少误差”）、数据处理的科学性（绘制曲线图）。

    • 4. 反应原理题

  • 氧化还原反应：例如Fe²+还原Cr(VI)的反应：

    • $$

    ext{Cr}_2

    ext{O}_7^{2-} + 6

    ext{Fe}^{2+} + 14

    ext{H}^+ → 2

    ext{Cr}^{3+} + 6

    ext{Fe}^{3+} + 7

    ext{H}_2

    ext{O} $$

    需计算电子转移数或判断氧化剂/还原剂。

  • 平衡计算：污水处理中pH对沉淀溶解的影响（如Al(OH)₃的溶度积表达式）。

    • 三、答题策略与备考建议

    1. 知识整合

  • 将污水处理技术与课本知识关联，如胶体聚沉（必修一）、氧化还原（必修二）、化学平衡（选修四）。
  • 熟记典型工艺参数：活性污泥法DO≥2mg/L，厌氧消化温度35-37℃。

    • 2. 题型专项训练

  • 工业流程题：重点练习步骤分析与方程式书写，如生物膜法中生物膜的形成与代谢过程。
  • 实验题：强化变量控制与数据图表分析能力，例如对比不同消毒剂（Cl₂、O₃）的杀菌效率。

    • 3. 热点拓展

  • 绿色化学：关注膜技术、光催化等低能耗技术，分析其在“碳中和”背景下的意义。
  • 资源化利用：污泥厌氧消化产沼气（CH₄）、再生水回用等生态效益评估。

    • 四、真题示例（简析）

    题目（2024年某省模拟题）：某污水厂采用“A²/O工艺”脱氮除磷，流程如下：

    进水→厌氧池→缺氧池→好氧池→二沉池→出水。

    （1）写出缺氧池中反硝化反应的离子方程式；

    （2）分析好氧池中pH降低的原因。

    解析：

    （1）反硝化反应：

    $$

    ext{NO}_3^

  • + 5

    ext{e}^

  • + 6

    ext{H}^+ →

    ext{N}_2↑ + 3

    ext{H}_2

    ext{O} $$

    • （2）硝化反应消耗碱度：

    $$

    ext{NH}_4^+ + 2

    ext{O}_2 →

    ext{NO}_3^

  • + 2

    ext{H}^+ +

    ext{H}_2

    ext{O} $$

    • 通过以上解析，考生可将化学工程技术与环保题型紧密结合，从原理理解到实际应用全面提升解题能力。建议结合历年真题及模拟题强化训练，重点关注工艺流程分析与实验设计类题目。