水质工程计算题.doc

水质工程学（上）考试试卷一1、平流沉淀池设计流量为720m3/h。要求沉速等于和大于0.4mm/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m2？（2）沉速为0.1mm/s的颗粒，可去除百分之几？(10)解：已知 Q=720m3/h=0.2m3/s u0=0.4mm/s ui=0.1mm/s1) 所需沉淀池平面积为2) 沉速为0.1mm/s的颗粒的去除率为2、原水泥砂沉降试验数据见下表。取样口在水面180cm处。平流沉淀池设计流量为900m3/h，表面积为500m2，试按理想沉淀池条件，求该池可去除泥砂颗粒约百分之几？（表示泥砂初始浓度，表示取样浓度）。（20）取样时间（min）015203060120180/10.980.880.700.300.120.08解：已知 h=180cm Q=900m3/h A=500m2 沉速计算取样时间（min）015203060120180u=h/t(cm/min)_129631.51沉速分布见下图。截留沉速u0=3cm/min从图上查得u0=3cm/min时，小于该沉速的颗粒组成部分等于p0=0.30。从图上，相当于积分式dp 的面积为 0.506。因此得到总去除百分数为：P=(1-0.30)+(0.506)=86.9%水质工程学(上)考试试卷二1、河水总碱度0.1mmol/L（按CaO计）。硫酸铝（含Al2O3为16）投加量为25mg/L，问是否需要投加石灰以保证硫酸铝顺利水解？设水厂日生产水量50000m3，试问水厂每天约需要多少千克石灰（石灰纯度按50计）。（处理水剩余碱度要求不得低于0.47 mmol/L（按CaO计）解：投入药剂量折合Al2O3 为25mg/l16%=4mg ，Al2O3 的分子量为102 。故投入药剂量相当于4/102=0.039mmol/l ，剩余碱度取0.37mmol/l ，则得CaO=30.039+10.37=0.487(mmol/l)，CaO的分子量为56，则石灰投量为0.4875650000/0.5=2.3106(g)=2.3103(kg)2、(2)设初沉池为平流式，澄清部分高为H，长为L，进水量为Q，试按理想沉淀理论对比：出水渠设在池末端 如图所示，设三条出水渠时，两种情况下可完全分离掉的最小颗粒沉速uo。解：1）可完全分离掉的最小颗粒沉速uo满足 得 2）当水流至距池末端处时，最小颗粒沉速满足 得 当水流至距池末端处时，最小颗粒沉速满足 得 当水流至距池末端时，最小颗粒沉速满足 得 所以设三条出水渠时，可完全分离掉的最小颗粒沉速uo为，其值小于出水渠设在池末端时可完全分离掉的最小颗粒沉速uo。水质工程学(上)考试试卷三1、设物料i分别通过CSTR型和PF型反应器进行反应，进水和出水中I 浓度之比为 ，且属于一级反应，k=2h-1水流在CSTR型和PF型反应器内各需多少停留时间？（注：进水中i初始浓度；出水中i浓度） 解：1)由CSTR一级反应方程式可得：t=(C0/Ce-1)/k=(10-1)/2=4.5h2) 由PF一级反应方程式可得：t=(C0-Ce)/k=1.15h2、188、某天然海砂筛分结果见下表 根据设计要求：=0.54mm，K80=2.0。试问筛选滤料时，共需筛除百分之几天然砂粒（分析砂样200g）筛 分 实 验 记 录筛孔（mm）留在筛上砂量通过该号筛的砂量质量（g）质量（g）2.360.81.6518.41.0040.60.5985.00.2543.40.219.2筛盘底2.6合计200已知：砂粒球度系数=0.94；砂层孔隙率=0.4；砂层总厚度=70cm；水温按150C解：补填以上表格如下。筛孔（mm）留在筛上砂量通过该号筛的砂量质量（g）质量（g）2.360.80.4199.299.61.6518.49.2180.890.41.0040.620.3140.270.10.5985.042.555.227.60.2543.421.711.85.90.219.24.62.61.3筛盘底2.61.3合计200100.0由已知设计要求 d10=0.54mm K80=2.0，则d80=20.54=1.08。按此要求筛选滤料，方法如下：自横坐标0.54mm和1.08mm两点，分别作垂线与筛分曲线相交。自两交点作平行线与右边纵坐标轴相交，并以此交点作为10%和80%，在10%和80%之间分成7等分，则每等分为10%的砂量，以此向上下两端延伸，即得0和100%之点，以此作为新坐标。再自新坐标原点和100%作平行线与筛分曲线相交，在此两点以内即为所选滤料，余下部分应全部筛除。由图知，大粒径（d1.52）颗粒约筛除13.6% ，小粒径（d0.5 c(HCO3-)-Ar 2.8-0.52) QH = Q= 100=30.7 m3/h c(1/2 SO42- + CL- )+c(HCO3- ) 7.5 QNa = 100-30.7 =69.3 m3/h 3)钠罐再生一次再生剂的用量 G=QHtMBnT/1000=69.34.0(23+35.45) 1.416/(10000.95)=382.03Kg水质工程学(上)考试试卷十1、液体中物料i浓度为200mg/L，经过2个串联的CSTR型反应器后，i的浓度降至20mg/L。液体流量为5000m3/h；反应级数为1；速率常数为0.8h-1。求每个反应器的体积和总反应时间。解：由CSTR二级反应方程式可得：C2/C0=(1/(1+kt)2 得t=2.2(h)所以T=2t=5.4(h)V=Qt=50002.7=13500(m3)2、某一组石英砂滤料滤池分4格，设计滤速8m/h,强制滤速14m/h，其中第一格滤池滤数为6.2m/h时即进行反冲洗，这时其它滤池的滤速按反冲前滤速等比例增加，求第一格将要反冲时，其它滤池最大的滤速 解：设反洗前滤速为：v1，v2，v3，v4； 反洗时滤速为：v2，v3，v4； 由于反洗前后滤速按反洗前滤速等比例增长得 v2/v2=v3/v3=v4/v4由合比定理得v2/v2=v3/v3=v4/v4=(v2+v3+v4)/(v2+v3+v4) 而反洗时流量不变：(v2+v3+v4)/(v2+v3+v4)=48/(48-6.2)=1.24 故有 vi/vi=1.24=vi=vi/1.24=14/1.24=11.3 水质工程学(上)考试试卷十二1、某城市将温度为20,的废水排入最小流量为的河流中。废水为200mg/L，废水不含溶解氧，河水水温为15,河水为1.0mg/L。混合后河水流速为3.2km/h，15水中饱合溶解氧为10.2mg/L，排放口上游的河水中溶解氧浓度为饱合度的90%。20时，。15.516时水中饱和溶解氧取 10.1mg/L。试求临界亏氧量发生的时间、地点以及临界亏氧量的数值。解：（1）确定废水与河流混合后 C: 混合后水中溶解氧 D: 混合后的水温 （2）对和作温度校正 a: b: (3) 亏氧量 15.68， (4)临界氧亏量及其发生时间，地点 a: 临界氧亏量发生时间，地点 b: 临界亏氧量水水质工程学(上)考试试卷十三1、经过净化处理后的某水样，经分析水质如下：Ca2+ 2.4meq/l Mg 2+ 1.6 meq/l Na+ (k+) 3.5 meq/lSO42- 2.0 meq/l HCO3- 2.8 meq/l CL- 2.7meq/l1)做出该水样的水质平衡核算2)画出该水样的假想化合图3)写出该水样的Ht Hc Hn A0 数值。解：1) 阳离子浓度：2.4 + 1.6 +3.5 =7.5 meq/l 阴离子浓度：2.0 + 2.8 +2.7 =7.5 meq/l2) C(1/2Ca2+)=2.4 C(1/2Mg2+)=1.6 C(Na+)=3.5C(HCO3-)=2.8 C(1/2 SO42-)=2.0 C(CL-)=2.7 C(1/2 C(1/2MgSO4)C(1/2Na2C(1/2Ca(HCO3)2) Mg(HC O3)2) =1.2 SO4 )= C(NaCL)=2.7 =2.4=0.4 0.83) Ht=2.4 +1.6 = 4.0 meq/l Hc= 2.8 meq/l Hn= HtHc= 4.02.8 = 1.2 meq/l A0 = 2.8 meq/l2、某普通曝气池混合液的污泥浓度MLSS为4000mg/L，曝气池有效容积V=3000m3，若污泥龄c=10天，求每日的干污泥增长量。解：因为每日的干污泥增长量每日排出的剩余干污泥量，即：QwXr又c= 且X=MLSS=4000mg/L=4kg/m3 V=3000m3 c=10d即：QwXr1.2103kg所以每日的干污泥增长量为1.2103kg。水质工程学(上)考试试卷十四1、平流式沉淀池，水深3.6m，进水浊度20/L, 停留时间T100分钟，水质分析见下表 Ui mm/s0.050.100.350.550.60.750.821.01.21.3Ui所占颗粒10094806255463321103.9求出水浊度 解答： 沉降速度V=3.6*1000/（100*60）=0.6mm/s 去除率P=0.55+0.05(1-0.94)+0.10(0.94-0.80)+0.35(0.80-0.62)+0.55(0.62-0.55)/0.6=74.4% 出水浊度20x(1-74.4%)=5.12mg/L 2、经过净化处理后的某水样，经分析水质如下：Ca2+ 2.4meq/l Mg 2+ 1.6 meq/l Na+ (k+) 3.5 meq/lSO42- 2.0 meq/l HCO3- 2.8 meq/l CL- 2.7meq/l1）做出该水样的水质平衡核算2）画出该水样的假想化合图3）写出该水样的Ht Hc Hn A0 数值。解：1) 阳离子浓度：2.4 + 1.6 +3.5 =7.5 meq/l 阴离子浓度：2.0 + 2.8 +2.7 =7.5 meq/l2) C(1/2Ca2+)=2.4 C(1/2Mg2+)=1.6 C(Na+)=3.5C(HCO3-)=2.8 C(1/2 SO42-)=2.0 C(CL-)=2.7 C(1/2 C(1/2MgSO4)C(1/2Na2C(1/2Ca(HCO3)2) Mg(HC O3)2) =1.2 SO4 )= C(NaCL)=2.7 =2.4=0.4 0.83) Ht=2.4 +1.6 = 4.0 meq/l Hc= 2.8 meq/l Hn= HtHc= 4.02.8 = 1.2 meq/l A0 = 2.8 meq/l水质工程学（上）考试试卷十五1、一石英砂滤池，滤料s2.65g/cm2， m00.43，单独水反冲洗时测得每升砂水混合物中含砂重1.007kg，求膨胀度e 解答： 孔隙率的定义m=1-G/（P*V）=0.62 膨胀度e=(m-m0)/(1-m)=50% 水质工程学(上)考试试卷十六1、求城市给水设计流量，城市人口30万，定额是200L/人.d，工业废水是生活用水量40，道路冲洗和绿化是是生活和工业用水10，水厂自用水5%，日变化系数1.25，时变化系数1.3，求城市设计水量。 解答：Q1=30200/1000=6万m3/d Q2=40%Q1=2.4 Q3=0.84 Q4=(Q1+Q2+Q3) 5%=0.462 未预见及漏水量15-25% 城市给水设计流量=最高日用水量 Qd=(Q1+Q2+Q3+Q4) 1.151.25=11.212.1万M3/d 2、某工业废水水量为600m3/d，BOD5为430mg/L，经初沉池后进入高负荷生物滤池处理，要求出水BOD530mg/L试计算塔式生物滤池尺寸。解：(1)、由题可知：废水量Q=600m3/d，进水BOD5=430mg/L，要求出水BOD530 mg/L假设冬季水温为12oC，则由课本图514知BOD5允许负荷率为Na=1800g/( m3d)塔滤的滤料容积 V=143m3滤池高度由课本表58，按进水BOD5=430mg/L，将滤池高度近似确定为14m塔式滤池表面积 决定采取三座塔滤，每座塔滤的表面积为A=3.405m2塔式滤池直径D=2.08m塔滤高：径为14：2.086.73：1（介于6：1和8：1之间）符合要求，计算成立。水质工程学(上)考试试卷十七1、已知斜管沉淀池表面负荷为2m3/m2.d, 六角形斜管的内切圆直径为35mm，倾斜角度60度，斜管的壁厚不计，求佛劳德数。 解答： Fr=vv/(Rg) v=Q/(Asin60) R=D/4 Fr=1.210-4 水质工程学(上)考试试卷十八1、OCl-离子占自由氯的百分比，其中pH值为8。氯气溶解后电离，HCLO=H+ + CLO- K=H+CLO-/HCLO ，k=2.610-8，ph=8，问CLO-占自由氯的含量 解答：1、ph=8 H+=110-8 2、k=2.610-8 x=CLO-/HCLO=2.6 3、CLO-占自由氯的含量为 CLO-/HCLO+CLO- 分子分母除以HCLO 就是2.6/(2.6+1)=72 % 水质工程学（上）考试试卷十九1、将两条管线用两条连接管分成3份，依次是800m、1200m、1000m 。问：中间的1200m发生事故时，若水头损失不变，事故流量与正常流量之比是多少 解答：h=aLqq 只有事故段为全流量，其他均为全流量的一半 h1=a3000q2/4=750aq2 h2=a(800q22/4+1200q2 2+1000q2 2/4)=1650aq2 2 依照题意h1=h2 则q2/q=67.4%2、某市平均日污水流量为48000m3/d，Kz=KdKh=1.11.2。污水BOD5=180mg/L，一级处理BOD5去除率为20%。二级处理拟用推流式鼓风曝气工艺，其设计参数为：曝气池混合液污泥浓度X=3000mg/L，DO=1.5 mg/L，f=0.75，设计水温30，污泥负荷率Ns=0.35kgBOD5/（kgMISSd）。生化反应系数为：Y=0.55，Kd=0.05，a=0.5，b=0.15。采用微孔曝气器，EA=18%，=0.95，=0.9，=1，Cs（30）=7.6mg/L，Cs（20）=9.2mg/L。曝气器距水面3.6m，二沉池中清液上升流速U=0.4mm/s，要求处理水BOD520mg/L。请计算：、曝气池的容积(m3)。、每日需排除的剩余污泥量（kg/d）。、平均时，最大时需氧量。、平均时，最大时供气量。、二沉池沉淀表面积。解：(1) 、曝气池（区）的容积 V=8229 m3(2)、每日需排除的剩余污泥量 Qs= 其中 )Q-KdVXvSa=180(1-20%)=144，Se=20，Q=48000m3/d，Y=0.55，Kd=0.05，V=8229；又 V= 而X为混合液悬浮固体浓度（MLSS） MLSS=(g/L) 且=0.75 MLVSS=2400=1800 (g/L)又XvMLVSS1800(g/L)0.35 由课本图47得到相应的SVI值，取为120；则Xr=8333 Qs=(kg/d)即每日需排除的剩余污泥量为37.28 kg/d （3）、平均时最大需氧量a=0.5，b=0.15O2= aQSr+ bVXv=15.94kg/d=664kg/h(4) 、平均时最大供氧量水中溶解氧饱和度Cs(30)=7.6mg/L Cs(2)=9.2mg/L空气扩散器出口处的绝对压力Pb=+H=+=Pa空气离开曝气池水面时，氧的百分比=曝气池混合液中平均氧饱和度 按式Csb(T)Cs（）计算最不利温度条件按30oC考虑，代入各数值得：Csb(30)7.6（mg/L换算为在20oC条件下，脱氧清水的充氧量按式R0=，其中，C=2代入数值R0=918.3kg/h曝气池平均时供气量 Gs=100=17006m3/h(5)二沉池沉淀表面积V=8229m3设2组曝气池，每组容积m3池深取4.2m，则每组曝气池面积F=980m2水质工程学(上)考试试卷二十1、原水泥砂沉降试验