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水污染控制工程重点计算题示例

《水污染控制工程》（第三版，下册）重点计算题示例

Problem 1 沉砂池与沉淀池的设计计算

1. 平流式沉淀池计算 Rectangular Sedimentation Tank

平流沉淀池设计流量为1800m 3/h 。要求沉速等于和大于0.5mm/s 的颗粒全部去除。试按理想沉淀条件，求：

（1）所需沉淀池平面积为多少m 2？

（2）沉速为0.1mm/s 的颗粒，可去除百分之几？

解：已知 Q=1800m 3/h=0.5m 3/s ，u 0=0.5mm/s ，u i =0.1mm/s

（1）所需沉淀池平面积为

230100010

5.05.0m u Q A =?==- （2）沉速为0.1mm/s 的颗粒的去除率为

2. 辐流式沉淀池设计 Circular Sediementation Tank

计划为居住人口45000人的城镇设计一圆形径向流沉淀池。假定废水的流量为400L/人.d ，平均流量下停留时间为2h 。确定平均流量下的溢流速率为36m 3/m 2.d ，求深度和直径。

解：

233150024h/d

2h /L 0.001m 400L/per.d 45000per 450.d /m 40m /L 0.001m 400L/per.d 45000per m V m A s =???==??= Diameter=m 249.234

/450≈=π Depth=m 5.33.324

)4/(15002≈=π

3. 曝气沉砂池设计计算 Grit Chamber

设计一只曝气沉砂池，污水的最大流量为2.0 m 3/s ，有效深度为3m ，宽深比为 1.5:1，最大流量下停留时间为 3.5min ，曝气速率为0.4m 3/min.m 池长，确定沉砂池的尺寸和空气用量。

%2020.05.01.00====u u E i

解：

（1）池尺寸：

m A V L m

W m

D m s s m V Q V 2.315

.434205.435.13420min /60/2min 5.3min

5.3max /3

3=?===?===??== （2）空气量：

min /4.122.31.min 4.033

m m m

m Qair =?=

4. 曝气沉砂池设计 Grit Chamber

设计一曝气沉砂池，废水的平均流量为0.3m 3/s ，最大流量为1.0m 3/s 。平均深度为3m ，宽深比为1.5:1，高峰流量下停留时间为3.5min 。曝气速率为0.4m 3/min.m 池长，确定沉砂池的尺寸和空气需求量。

解：

/min

6.2m 15.6m /m.min 0.4m 6.155

.432105.435.13m 21060s/min /s 1m min 5.3min 5.3max

333

3=?==?==?===??==air Q m length m

width m Depth V Q V Problem 2 溶气气浮法计算

5. 溶气气浮法计算 Dissolved Air Floation, DAF

某造纸厂废水量10000m 3/d ，悬浮物浓度平均为1,000mg/L ，水温20℃，采用回流式加压溶气气浮法处理流程。溶气水压力为3kg/cm 2（表压），空气饱和率为70%，取气固比为α=0.01，空气比重

1.164kg/m 3；20℃时空气在水中的溶解度C s 取18.7mg/L.。计算气浮池中释放出的空气量、回流水量和回流比。

(1) Dissolved air pressure is 3kg/cm 2 gauge;

(2) Fraction of air saturation f=70%;

(3) A/S ratio=0.01；

(4) Specific weight of air = 1.164kg/m 3;

(5) Air Solubility C s at 20℃=18.7 mg/L

解：

（1）总固体含量为S =S a Q ，其中：Q 为处理水量，10000m 3/d ；S a

为废水中悬浮颗粒浓度，1 kg/m 3故，气体总含量为：

A =(A /S )*S =αS =0.01*1*10000=100 kg/d

折合20℃下空气体积为，以1m 3处理水量为基准：

V =A /(Q γ)=100/(10000*1.164)=8.58*10-3(m 3/m 3)=8.58(L/m 3水)

（2）压力水回流量计算公式为

)

1(1000-=fP C QS R s a α 其中：f ，溶气效率，即空气饱和率，为70%；P ，溶气绝对压力，单位为大气压。表压为3kg/cm 3=3atm ，因此P=3+1=4(atm)，因此，

回水流量为

)/(2967)

14%70(7.1801.01100001000)1(10003d m fP C QS R s a =-?????=-=α （3）回流比，即回水流量占处理水量的百分比为

%7.29%10010000

2967%100=?=?Q R

6. 溶汽气浮污泥浓缩池设计 Dissolved Air Floatation (DAF) of

Sludge

Design a dissolved air flotation thickener without and with pressurized recycle to thicken the solids in activated-sludge mixed liquor from 0.3 to about 4 percent. Assume that the following conditions apply:

（1） Optimum A/S ratio=0.008 mL/mg

（2） Temperature=20℃

（3） Air Solubility s a =18.7 mg/L

（4） Recycle-system pressure=275 kPa

（5） Fraction of saturation=0.5

（6） Surface-loading rate=8 L/m 2.min

（7） Sludge flow rate= 400 m 3/d

Solutions:

1. Without a recycle

(1)Compute the required pressure using Eq. 5-47

a S fP s S A )1(3.1-= L

mg P L mg g mL /3000)15.0)(/7.18(3.1/008.0-= 199.05.0+=P

.10135.10198.3+==p atm P kPa p 302= (2)Determine the required surface area

223337.34)

min/1440min)(./8()/10)(/400(m d m L m L d m A == (3)Check the solids loading rate

232332

/6.34)/10)(7.34()/3000)(/400(./m kg kg g m m g d m d m kg ==

2. With recycle (1)Determine the pressure in atmospheres

.10135.10127573.3+==atm P (2) Determine the requires recycle rate using Eq. 5-48

a S R fP s S A )1(3.1-= d

m L mg R L mg g mL /400*/3000)173.3*5.0)(/7.18(3.1/008.03-= d m R /9.4613= (3)Determine the required surface area

223331.40)

min/1440min)(./8()/10)(/461(m d m L m L d m A ==

Problem 3 生化反应器容积计算

7. 生化反应器容积计算 Volume of Bio-reactor

已知废水拟在完全混合反应器中处理。假设反应为不可逆的一级反应（kC r -=），反应速率常数为0.15d -1，反应器的体积为20m 3，要求处

理效率为98%时，试求反应器所能处理的废水量。如果要求处理效率为92%时，则处理上述废水所需的反应器体积为多少？

解：

（1）废水处理量

m Q Q Q

Q Q C C kCV

QC QC V kC QC QC dt

dC /612.02015.002.00)(3000=?+=+=--=-+-=

（2）效率为92%时的反应器体积

37.415.0612.0612

.008.0m V V

=?+=

8. BOD 5计算

已知某一城市污水水样的BOD 3=200mg/L ，BOD 20=400mg/L ，求BOD 5=？

解：由)101(1tk a t S BOD --=，对于生活污水k 1=0.1；

一般把BOD 20作为总生化需氧量BOD u ，

200mg/L 0.5BOD )101(BOD BOD u 1.03u 3==-=?-

9. BOD 5与BOD 20的关系

在2d 和8d 分别测得污水的BOD 值分别为125mg/L 和225mg/L ，试用一级速率模型求出BOD 5。

解：

（1）按一级反应速率计，

)

1(225)

1(125)

1(82t L k L kt L t e BOD e BOD e BOD BOD ----=-=-=

（2）得BOD L 和k 值，得

mg BOD e BOD t t /6.200)

1(9.2365375.0=-=-

10. BOD 5的计算，温度的影响

废水在20℃下的5d BOD 为185mg/L 时，它的最终BOD （UBOD ）是多少？10 d 的BOD 是多少？假如BOD 瓶是在33℃下培养的，废水的5d BOD 又是多少？k =0.23 d -1。

解：

（1）]1[ UBOD BOD .51t k e --=，]1[ UBOD 851523.0?--=e ，mg/L 7.270UBOD =

（2）m g/L 6.243]1[7.270]1[ 7.702BOD 1023.0.101=-?=-=?--e e t k

（3）-1)2033()2033(20,133,1d 467.0056.123.0=?=?=--θ℃℃k k

mg/L 68.22]1[7.270]1[ 7.702B OD 5467.0.33,51=-?=-=?--e e t k ℃

11. BOD 5的计算

三种不同水样在20℃下的BOD 5皆为350mg/L ，而20℃下的k 值分别为0.25 d -1, 0.35 d -1和0.46 d -1。试求每种水样的最终BOD （UBOD ）.

解：]1[ UBOD BOD .51t k e --=，UBOD ＝mg/L 5.4901350525.0=-?-e

Problem 4 完全混合活性污泥法计算

12. 完全混合活性污泥法计算 Complete-mix Activated Sludge

用下列给出的三个不同完全混合活性污泥法反应器的运行数据，求：

（1）系统的SRT ；（2）出水中可溶性COD 的浓度为5mg/L ，求所需的氧气量，以kg/d 计；（3）求稳态条件下，曝气池中氧的吸收速率，以mg/L.h 表示。