水质工程计算题

1、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

2、（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）

3、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/l×16%=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=3×0.039+1×0.37=0.487(mmol/l)，CaO的分子量为56，则石灰投量为0.487×56×50000/0.5=2.3

4、15;106(g)=2.3×103(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

5、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）2.360.81.6518.41.0040.60.5985.00.25

6、43.40.219.2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

7、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（d>1.52）颗粒约筛除13.6% ，小粒径（d<0.43）颗粒约筛除17.5% ，共筛除 31.1% 左右。滤料筛分曲线如下图。水质工程学(上)考试试卷四1、在实验室内做氯消毒试验。已知细菌被灭活速率为一级反应，且k0.85min-1。

8、求细菌被灭99.5时，所需消毒时间为多少分钟？（分别为CMB型和CSTR型计算）解：设原有细菌密度为c0，t时后尚存活的细菌密度为ci，被杀死的细菌则为c0-ci，若为CMB型反应器，根据题意，在t时刻 即细菌被灭火率等于细菌减少速率于是即若为CSBR型反应器，根据题意， 水质工程学(上)考试试卷五1、位于一区的某城市，用水人口65万，求该城市最高日居民生活用水量和综合生活用水量。（查表已知最高日生活用水量定额：0.2 m3/(d.人)；综合生活用水定额：0.31 m3/(d.人）解：最高日居民生活用水量：Q1=qNf =0.2×65×104×100% =1.3&

9、#215;105m3q最高日生活用水量定额，m3/(d.人)，查表知；N设计年限内计划人口数；F自来水普及率，%；综合生活用水量：Q2=qN =0.31×65×104 =2.015×105m3q综合生活用水定额，查表知；N设计年限内计划人口数；水质工程学(上)考试试卷六1、某城市最高日用水量为15万m3/d，用水量变化曲线参照图如下，求最高日最高时、平均时、一级和二级泵站的设计流量（m3/s）。解： 最高日最高时的流量：Q1=15×104×6% =9000m3 平均时的流量：Q2=15×104/24 =6250m3一级泵站的设计流量：

10、QI=a×Qd/T =(1.10×15×104)/24 =6875m3/h二级泵站的设计流量：Q=Q1=9000m3/h水质工程学(上)考试试卷七1、大阻力配水系统和小阻力配水系统的涵义是什么？各有什么优缺点？掌握大阻力配水系统的基本原理和公式0.29的推导过程。1）在配水系统中，如果孔口内压头最大的a孔和c孔出流量相等，则可认为整个滤池布水是均匀的。由于排水槽上缘水平，可认为冲洗时水流自各孔口流出后的终点水头在同一水平面上，这一水平面相当于排水槽的水位。孔口内压头与孔口流出后的重点水头之差，即为水流经孔口、承托层和滤料层的总水头损失，分别以Ha和Hc表示。 Hc

11、 = Ha+(v02+va2) 设上述各项水头损失均与流量平方成正比，则有： Ha =（S1 + S2）Qa2 Hc =（S1 +S2）Qc2式中 Qa孔口a出流量； Qc孔口c出流量； S1孔口阻力系数。当孔口尺寸和加工精度相同时，各孔口S1均相同；S2 ，S2分别为孔口a和c处承托层及滤料层阻力系数之和。将上式代入式可得： 由上式可知，两孔口出流量不可能相等。但使Qa尽量接近Qc是可能的。其措施之一就是减小孔口总面积以增大孔口阻力系数S1。增大S1就削弱了承托层、滤料层阻力系数及配水系统压力不均匀的影响，这就是“大阻力”的涵义。小阻力配水系统基本原理可从大阻力配水系统原理上引申出来。在式中

12、如果不以增大孔口阻力系数S1的方法而是减小干管和支管进口流速v0和va，同样可使布水趋于均匀。从式可以看出，v0和va减小到一定程度，等式右边根号中第2项对布水均匀性的影响将大大削弱。或者说，配水系统总的压力变化对布水均匀性的影响将甚微，在此基础上，可以减小孔口阻力系数以减小孔口水头损失。“小阻力”的涵义，即指配水系统中孔口阻力较小，这是相对于“大阻力”而言的。2）大阻力配水系统的优点是配水均匀性较好。但结构较复杂；孔口水头损失大，冲洗时动力消耗大；管道易结垢，增加检修困难。此外，对冲洗水头有限的虹吸滤池和无阀滤池，大阻力配水系统不能采用。小阻力配水系统可克服上述缺点。水质工程学(上)考试试卷

13、八1、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）提示：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=1.15h水质工程学(上)考试试卷九1、设物料i分别通过4只CSTR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。求串联后水流总停留时间为多少？解：由CSTR二级反应方程式可得：C2/C0=(1/(1+kt)2 得t=1

14、.08(h)所以T=4t=4.32(h)2、某厂拟采用上述水源作为生产用水，但生产用水水质要求如下：Ht0.05 meq/l，碱度等于0.5 meq/l，其他指标与生活饮用水相当，每小时需产出生产用水100吨（不考虑再生时的用水及自己用水）1）试选择处理工艺，并说明理由2）进行水量分配计算3）当钠罐工作16小时后需进行逆流再生，试计算再生一次再生剂的用量（再生剂纯度为95%，再生比耗可采用1.4，na+=23， cl-=35.45）解：1)选择H-Na 并联交换工艺 因为根据用水水质和水源水质的特点，本工艺要求脱碱软化。而水源水质Hc/Ht=2.8/4.0=0.7>0.52) QH =

15、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=69.3×4.0×(23+35.45) ×1.4×16/(1000×0.95)=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

16、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=5000×2.7=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

17、+v4) 而反洗时流量不变：(v2+v3+v4)/(v2+v3+v4)=4×8/(4×8-6.2)=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

18、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)

19、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

20、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：QwXr1.2×103kg所以每日的干污泥增长量为1.2×103kg。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/s0.050.100.350.550.60.750.82

21、1.01.21.3Ui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/l

22、1）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

23、 +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

24、化系数1.3，求城市设计水量。 解答：Q1=30×200/1000=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BOD53

25、0 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/( m3·d)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=v×v/(R&

26、#215;g) v=Q/(A×sin60) R=D/4 Fr=1.2×10-4 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=2.6×10-8，ph=8，问CLO-占自由氯的含量 解答：1、ph=8 H+=1×10-8 2、k=2.6×10-8 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

27、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=a×L×q×q 只有事故段为全流量，其他均为全流量的一半 h1=a×3000×q2/4=750×a×q2 h2=a×(800×q22/4+1200×q2 2+1000×q2 2/4)=1650×a×q2 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=Kd·

28、Kh=1.1×1.2。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/（kgMISS·d）。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

29、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