水污染控制工程重点计算题示例剖析

1、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1800m3/h。要求沉速等于和大于05mm/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？解：已知 Q=1800m3/h=05m3/s, u0=05mm/s, ui=01mm/s（1）所需沉淀池平面积为Q 0.52A3 = 1000muo 0.5 10（2）沉速为0.1mm/s的颗粒的去除率为E 旦=0.20 =20% U

2、00.52. 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36m3/m2.d，求深度和直径。解:3As=450m245000per 400L/per.d 0.001m /L40m3/m2.d3=1500m45000per 400L/per.d 0.001m /L 2hDiameter=24h/dDepth=1500 2 =3.3 : 3.5m= 23.9 24m（二 / 4）243.曝气沉砂池设计计算 Grit Cha

3、mber设计一只曝气沉砂池，污水的最大流量为2.0 m3/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0.4m3/min.m池长，确定沉砂池的尺寸和空气用量。解：(1)池尺寸:V / Q max =3.5min33V =3.5 min 2m / s 60s/mi n =420mW =1.5 3 =4.5mV _ 420"3 4.5= 31.2m(2)空气量:Qair0.4m3min .m331.2m = 12.4m / min4. 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0.3m3/s,最大流量为1.0m3/s

4、 平均深度为3m，宽深比为1.5:1，高峰流量下停留时间为 35min。 曝气速率为0.4m3/min.m池长，确定沉砂池的尺寸和空气需求量。解：V3.5minQ maxV = 3.5min 1m3/s 60s/min = 210m3Depth = 3mwidth = 1.5 3 = 4.5mlen gth15.6m3X4.533Qair = 0.4m /m.min 15.6m = 6.2m /minProblem 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 10000m3/d，悬浮物浓度平均为 1,000mg/L，水温 20 C

5、,采用回流式加压溶气气浮法处理流程。溶气水压力为3kg/cm2(表压)，空气饱和率为70%，取气固比为:=0.01,空气比重1.164kg/m3; 20C时空气在水中的溶解度 Cs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。 Dissolved air pressure is 3kg/cmgauge;(2) Fraction of air saturation f=70%;(3) A/S ratio=0.01;(4) Specific weight of air = 1.164kg/rn;(5) Air Solubility Cqt 20 C =18 7 mg/L解：

6、(1)总固体含量为S=SaQ,其中：Q为处理水量，10000m3/d; Sa为废水中悬浮颗粒浓度，1 kg/m3故，气体总含量为：A=(A/S)*S=o( S=001*1*10000=100 kg/d折合20C下空气体积为，以1m3处理水量为基准：V=A/(Q )=100/(10000*1.164)=858*10-3(m3/m3)=858(L/m3 水)(2)压力水回流量计算公式为厂QSa©000R aCs(fP-1)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/cm3=3atm，因此P=3+1=4(atm)，因此， 回水流量为1

7、000QSa：Cs(fP -1)3=2967(m /d)1000 10000 1 0.0118.7 (70% 4-1)(3) 回流比，即回水流量占处理水量的百分比为R100%Q2967100% =29.7%100006. 溶汽气浮污泥浓缩池设计Dissolved Air Floatation (DAF) ofSludgeDesign a dissolved air flotation thickener without and with pressurized recycle to thicken the solids in activated-sludge mixed liquor from

8、 0.3 to about 4 percent. Assume that the following conditions apply:(1) Optimum A/S ratio=0.008 mL/mg(2) Temperature=20C(3) Air Solubility s=18.7 mg/L(4) Recycle-system pressure=275 kPa(5) Fraction of saturation=0.5(6) Surface-loading rate=8 L/mi2 .min(7) Sludge flow rate= 400 ni/dSolutions:1. Witho

9、ut a recycleCompute the required pressure using Eq. 5-47O.OO8mL/g3(18.7mg/L)(0.5P")A 1.3Sa(fP1) S = S3000mg / L0.5P = 0.99 1p 101.35P = 3.98atm101.35p 二 302 kPa(2) Determine the required surface areaA(400m3/d)(103L/m3)2A234.7m(8L/m2.mi n)(1440mi n/d)(3) Check the solids loading ratekg/m2.d400m3

10、/d)(3°00g/m3)=34.6kg/m2(34.7m2)(103g/kg)2. With recycleDetermine the pressure in atmospheresP 二 3.73atm 二275 101.35101.35(2) Determine the requires recycle rate using Eq. 5-48A 1.3sa(fP-1)RS = S0.008mL / g =1.3(18.7mg/L)(0.5* 3.73-1)R33000mg/L*400m /d3R =461.9m /d(3)Determine the required surfa

11、ce area2=40.1m(461m3/d)(103L/m3)(8L/m2.mi n)(1440mi n/d)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 r二-kC),反应速率常数为0.15d-1，反应器的体积为20m3，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= QC° -QC （-kC）Vdt0 二QC。-QC -kCVC _ QCo _ Q kV0.02

12、Q -Q +0.15x20Q =0.612m3/d（2）效率为92%时的反应器体积0.6120.08 二0.612+0.1523V =4.7m8. BOD5计算已知某一城市污水水样的BOD3=200mg/L, BOD2o=400mg/L，求BOD5= ？解：由BODt二Sa（1-10牛），对于生活污水k1=0.1；一般把BOD20作为总生化需氧量BODu，BOD3 =BODu（1 -10；0.1） =0.5BODu =200mg/L9. BOD5与BOD20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 BOD5。解：（1）按一级反应速率

13、计，BODt = BODl（1 -e"）125 =BODL（1 e ）225 =BODL（1 -et）(2)得BODl和k值，得BODt =236.9(1 eg75)BOD5 =200.6mg/L10. BOD5的计算，温度的影响废水在20C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33C下培养的，废 水的5d BOD又是多少？ k=0.23 d-1。解：(1) BOD5 =UBOD1e“1.t，185 = UBOD 口e23 5 ，UBOD =270.7 mg/L(2) BOD10 = 270.71et =

14、270.7 1 - e2310 = 243.6mg/L(3) g = k1,20e (33上0)=0.23工1.056(33丄0)=0.467d-1BOD5,33c = 270.71 _e1.t =270.7 x1 _e.467>5 =268.2mg/L11. BOD 5的计算三种不同水样在20C下的BOD5皆为350mg/L，而20C下的k值分 别为0.25 d-1, 0.35 d1和0.46 d-1。试求每种水样的最终 BOD( UBOD).解: BOD厂 UBOD1e，UBOD = 490.5 mg/L1 -eProblem 4完全混合活性污泥法计算12. 完全混合活性污泥法计算

15、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/Lh项目Item单位Unit反应器,ReactorABC曝气池内MLVSS Aeration tank MLVSSmg/L30004000曝气池容积Aeration tank volume3 m10002000污水流量Wastewater flow ratem /d500010000剩余污泥流量Waste sludge flow

16、ratem /d59120剩余污泥中VSS浓度Waste sludge VSS concentrationmg/L80008000进水中可溶性COD浓度Influent soluble COD concentrationmg/L400400解:(1) SRTPxt,VSSXTVSRTPxt Vss 二 59 8000 = 472000g / dSRT 二XtVPxt ,vss3000 1000472000(2) 需氧量RO =Q(So -S) - 1 .42Pxt ,VSS二 5000 400 - 5 -1.42 472000/1000 = 1304 5kg/d(3) OUR61304.8 1

17、0 mg1000 1000 L 24h=54.4mg / L.h(1) 污泥泥龄计算:33Px =120m /d 8000g/m =960000g/dPx;?xV33-8.33d4000g/m2000m960000g/d(2) 氧气需要量R = qV ( "so "s) 1.42PX33二10000m /d(400-5)g/m -1.42 960000g/d/1000g/kg = 2586.8kg/d(3) 氧的利用速率=107.8mg / L.h2586.8kg/d 106mg/kg1000m1000L/m24h/d13. 活性污泥法设计计算 Activated Slud

18、ge Process采用普通活性污泥法处理城市污水，流量为200000m3/d，原污水的BOD5为，初沉池的BOD5去除率为30%，要求处理后的最终出水的 溶解性BOD5为20mg/L。试设计计算（1）曝气池的容积；（2）每天的 剩余污泥产量；（3）曝气池的回流比；（4）氧气需要量；（5）处理效率。已知：0 c=10 d ,y=05 mg/mg , kd=006d-1 , 曝 气池中MLVSS=3500mg/L ;回流污泥浓度 VSS=8000mg/L。解：（1）曝气池体积V f qV yC S0 一 飞)=3.4*104m3Px(1 + Kd 仇)(2)(3)每天的剩余污泥量PqV yC S

19、0 1 s) = 11800kg/d(1 © %)y回流比计算3500(qV r qV)=8000r qV 20000* 0r =0.78（4）需氧量为含碳化合物全部氧化需氧量与生成污泥折合需氧量 之差。01 =qV （so -s） / 0.68 = 55882 kg /d0 2 =1.42 Px =16862 kg /dO =01 - 02 =39020 kg /d（5）处理效率300*(1 -30%) -20300* (1 -30%)= 190/210 =90.5%14. 普通曝气池计算 Aeration Tank一传统活性污泥法处理装置，按SRT = 8d运行。反应器的容积为8

20、000m3, MLSS浓度为3000mg/L,求：（1）污泥产率；（2）由反应 器中排放污泥时，污泥的排放量。假定回流污泥中悬浮固体浓度为 10000 mg/L,二沉池出水中的固体损失可忽略不计。解:PxtXtV3000 8000 =30000009"SRT8dQW,i =Pxt/X =3000000/3000 = 1000m3/d3Qw,2 二 Pxt/Xr =3000000/10000 = 300m /d15. 普通曝气池计算 Aeration Tank某普通曝气池有效容积 V=5000m3，混合液中污泥浓度 MLSS为 3000mg/L，回流污泥浓度为10000mg/L。要求：

21、（1）假设进水中 MLSS 浓度为100mg/L，计算回流比；（2）若污泥龄 比=8天，求每日的干 污泥增长量。解：根据进出曝气池中悬浮物质的物料平衡：（1）100*1+10000* R=3000*（1 + R） 解得回流比R=0414（2） 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 2=- 且 X=MLSS=3000mg/l=3kg/m3;V=5000m3; Q=8dQwXr即: QwXr = VX = 500汁=1875kg所以每日的干污泥增长量为1875kg16. SVI 的计算 Sludge Volume Index采用一台2L沉降仪进行SVI试验，得到MLSS

22、浓度为3500mg/L，30min后污泥体积为840 mL，求SVI值。解: SV“d40/2mL/L=120mL/gMLSS 3.5g/LProblem 5 污泥的处理与处置17. 二沉池的计算 Secondary Clarifier两座20m直径的圆形二沉池，用于活性污泥的固液分离。MLSS浓度为3000mg/L,活性污泥的回流比为50%。假设平均污泥负荷数据 为4 kg/m2h,求平均允许进水流量，以m3/h计，以及回流中的MLSS。解：（1）回流污泥浓度QrQXXr -X1Xr/X-1-0.5Xr/X =3X r =3 3000 = 9000mg/L(2)进水流量slr =(Q

23、76;.5Q)xASLR AQ =-1.5X3=26807m /d4 1256.6 0.001 2461.5 3000/1018厌氧消化池计算 Anaerobic Digester厌氧消化池的COD负荷为500kg/d,污泥的利用率为75%，设y=0.10, Kd=002d-1，当SRT为40d时，计算厌氧剩余污泥的产量、消化池的 甲烷和沼气产量。（沼气中CH4浓度为65%，CH4产量以 04m3/kgCODd 计）。解：（1）（2）计算剩余污泥产生量.qV y('s0-'s)0.1* 0.75* 500kg/dPx(1 Kd ：c)1 0.02*40=20.83kg/d计算甲

24、烷产量VCH4 =0.40*(S0-S)Q/1000-1.42Px二 0.40* (375 -1.42* 20.83) = 138.17m3/d(3) 计算沼气产量Vbiogad=VcH4/65%=212.56 m3/d19. 厌氧消化池计算 Anaerobic Digester 消化池的COD负荷为300 kg/d。使用的污泥利用效率为 75%，当SRT = 40 d时，产气量是多少？ Y= 010, kd=002。解：(1)剩余污泥量So = 300kg/dS =3001 - 0.75 =75kg/dS0 -S = 300-75 = 225kg/d厂 和 一PX9.4kg / d1 0.02 40(2)沼气产量Vch4 =0.40(S0 -S)Q/1000-1.42Px=84.7m3/d20. 污泥浓缩池计算 Sludge Thickener某二沉池的底泥含水率为98.5%,日排水量为3000吨。该底泥经污 泥浓缩处理后，含水率为95%。若溢流清水中的悬浮物含量可忽略不计，计算浓缩池每日排出的污泥量。解：根据底流