水处理工程计算题.ppt

1、第三章 重力沉降法,例题：某城市污水的最大流量为1m3/s。试设计一个曝气沉砂池。,取污水在池内的停留时间t3min。则池子总容积V为： VQt1(m3/s)3min60(s/min)180 m3 取最大流量时水在池内的水平流速为0.1m/s， 则水流断面积A= Q/u1/ 0.110（m2） 设计有效水深取2.5m，则池宽B10/2.54（m) 池长L V/A180/1018（m） 取每立方污水所需曝气量为0.1m3空气，所需每小时总曝气量： q0.1(m3 air/m3 ww) 1(m3 ww/s) 3600 (s/hr)360m3,第四章：混凝 (coagulation-floccula

2、tion),隔板絮凝池主要设计参数： 廊道中流速： 起端 0.5 0.6 m/s，末端 0.2 0.3 m/s 转弯处过水断面积为廊道过水断面积的1.2 1.5倍 絮凝时间：20 30 min 隔板净间距： 0.5 m 池底应有0.02 0.03坡度并设直径 150 mm的排泥管,例题： 设计往复式隔板絮凝池的各廊道宽度及絮凝池长度。假设絮凝池设计流量为75000 m3/d, 絮凝时间为20min，絮凝池宽度22 m，平均水深2.8 m。,作业 (due 2009.03.19),什么是自由沉淀和絮凝沉淀？ J假设一球形颗粒的密度为 2.65 g/cm3，粒径 d 为 0.45 mm，计算该颗粒

3、在20C水中的沉降速度。 什么是胶体的稳定性，影响胶体稳定性的因素有什么？ 简要叙述硫酸铝混凝作用机理及其与水的pH的关系。,第七章 消毒,例题：用次溴酸钠做消毒剂杀灭小儿麻痹症病毒，N/N0与消毒关系如下： 计算哲克常数以及把病毒降低到原来1/10,000所需要的时间,第三节、氯消毒法,一、氯的消毒原理：,例题：计算在20C，pH =7时，HOCl所占的比例,第八章 活性污泥法(Activated Sludge),例题：某种污水在一连续进水和完全均匀混合的反应器里进行处理，假设反应是不可逆的，且符合一级反应(v = kSA), 反应速率常数k为0.15 d-1, 求解当反应池容积为20 m3

4、、反应效率为98%时，该反应器能够处理的污水流量。,例题：某种污水在一连续进水和完全均匀混合的反应器里进行处理，假设反应是不可逆的，且符合一级反应(v = kSA), 反应速率常数k为0.15 d-1, 求解当反应池容积为20 m3、反应效率为98%时，该反应器能够处理的污水流量。,例题： 含CN50mg/l的有机工业废水，水量Q100m3/h,在有效容积V500m3曝气池中用活性污泥法处理之，为维持氰的污泥负荷Ls0.1kgCN-/kgMLSSd求必要的污泥浓度为多少？,例题：,某厂废水其初始BOD5浓度为1000mg/l，含N为20mg/l，含P为10mg/l，水流量为1600m3/d,现

5、向废水中加尿素CH4N2O补充活性污泥法所需水中营养物氮量之不足，加三聚磷酸钠Na3PO410H2O补充磷量之不足，问尿素与三聚磷酸钠最少添加量分别为多少？,例题：,某厂废水其初始BOD5浓度为1000mg/l，含N为20mg/l，含P为10mg/l，水流量为1600m3/d,现向废水中加尿素CH4N2O补充活性污泥法所需水中营养物氮量之不足，加三聚磷酸钠Na3PO410H2O补充磷量之不足，问尿素与三聚磷酸钠最少添加量分别为多少？,一、活性污泥法曝气反应池的基本形式,按物理结构：传统推流、阶段曝气、完全混合、接触稳定、带选择器的活性污泥法。 按氧气加入方式：传统曝气、渐减曝气、纯氧曝气。 按

6、BOD负荷：改良曝气、延时曝气、高负荷曝气。,例题： 假设大气压为0.8 atm, 计算12C是氧在水中的饱和溶解度cs。,例题： 一个城市污水处理厂，设计流量Q10000m3/d，一级处理出水BOD5150mg/l，采用活性污泥法处理，处理水BOD515mg/l。采用中微孔曝气盘作为曝气装置。曝气池容积V3000m3，XV=2000mg/l，EA=10%,曝气池出口处溶解氧c =2mg/l，水温T=25C，曝气盘安装在水下4.5m处。 有关参数为：a=0.5, b= 0.1, =0.85, =0.95，=1.0, F=0.8 求：(1)采用鼓风曝气时，所需的供气量Gs（m3/min） (2)

7、采用表面机械曝气器时的充氧量Os(kgO2/h),例题： 某城市污水处理厂规模为20000m3/d，经预处理沉淀后BOD5200mg/l，希望经过生物处理后的出水BOD5小于20mg/l。该地区大气压为1.013 X 105 Pa，设计曝气池的体积、剩余污泥量和需氧量。相关参数: 曝气池污水温度20C； 曝气池中混合液挥发性悬浮固体(MLVSS)与混合液悬浮固体(MLSS)之比为0.8； 回流污泥悬浮固体浓度为10000 mg/L; 曝气池中的MLSS取3000 mg/L; 污泥泥龄为10 d; 二沉池出水中含10 mg/L总悬浮固体(TSS)，其中VSS占65% 污水中含有足够的生化反应所需

8、的N、P和其他微量元素。,解： （）估算出水中溶解性BOD浓度： 出水中的BOD=没有被生物降解的溶解性BOD+未沉淀的悬浮体BOD5 a. 悬浮固体中可生物降解部分：0.65 * 10 mg/L = 6.5 mg/L b. 可生物降解悬浮固体最终BODu = 6.5 mg/L * 1.42 = 9.23 mg/L c. 可生物降解悬浮固体的BODu换算为BOD5 = 0.68 * 9.23 mg/L = 6.3 mg/L d. 确定经生物处理后要求的溶解性有机污染物(Se) : 6.3 mg/L + Se 20 mg/L Se 13.7 mg/L （2）计算曝气池容积： a. 按污泥负荷计算

9、：,取污泥负荷为0.25 kgBOD5/(kgMLSSd),b. 按污泥泥龄计算：,(3) 计算曝气池水力停留时间：,(4) 计算每天排除的剩余污泥量： a. 按表观污泥产率计算：,b. 按污泥泥龄计算：,(6) 计算曝气池的需氧量：,(5) 计算污泥回流比：,(7) 计算空气量： 假设采用穿孔管扩散器曝气，设安装深度于水下2.5m，氧转移效率=0.06，20C时氧饱和溶解度为9.2mg/L,扩散器出口处绝对压力：,取=0.8，= 0.9，= 1， c = 1.5 mg/L, F = 0.8,例题： 某废水BOD质量浓度为200 mg/L, 水量为500 m3/d, 现决定用生物转盘处理，盘片

10、面积5000 m2, 浸水面积40%，试求处理水的BOD浓度和BOD降解率。,解：,1. 生物转盘的BOD负荷量N1：,N1 30 g/(m2d): Mr = 1.146N10.9043 = 1.146 * 200.9043 = 17.2 g(BOD)/m2(盘片)d,3. 单位面积盘片残留的BOD负荷(Ne):,Ne = 20 17.2 = 2.8 g(BOD)/m2(盘片)d,4. 处理水BOD浓度：,5. BOD降解率E：,e.g. 计算1g丙酸经过厌氧消化产生的沼气量。,丙酸：CH3CH2COOH - C3H6O2,n = 3, a = 6, b = 2,74 g (5/4)*44 =

11、 55g (7/4)*16 = 28g,1 g,1g丙酸产生沼气量 = 0.74 + 0.38 = 1.12 g,第十一章、中和法,例： 有一含8g/L HCl 的酸性废水，日产生量为70m3,现以消石灰中和，其Ca(OH)2的有效成分为65，中和效率为95，求其用量为多少？,1 kg,1x74/73=1.02 kg,例：从一个石灰窑排出的废水中含有一定量的Ca(OH)2，且PH11.0，现通入酸性CO2气体，使废水中的Ca(OH)2 全部转化为Ca(HCO3)2 ， 问对每吨废水需要通入多少CO2 ？,OH-: 0.001M Ca(OH)2: 0.0005M 一吨废水含 Ca(OH)2:,2

12、 0.5 mol 1 mol,需CO2:,第十二章、化学沉淀法,例：Ksp (Cu(OH)2) = 4.8 10-20 Ksp (Fe(OH)2) =8.0 10-16 Cu2+=Fe2+=10-4M,Cu2+:,pH = (lg (4.8 10-20)+14 2 lg10-4)/n=6.34,Fe2+:,pH = (lg (8.0 10-16)+14 2 lg10-4)/n=8.45,例： 含Cd2+浓度为20g/m3的废水，水量Q100m3/d,排放前将废水调节到pH=10.0, 此时水中大部分镉转化为Cd(OH)2沉淀得以除去。问经过如此处理后每天随废水排放的镉量还有多少？生成的沉淀量又

13、是多少？已知Cd(OH)2的溶度积常数KSP=4.0 x1014,每天随废水排放的镉：,每天生成的 Cd(OH)2沉淀量：,第十三章、氧化还原法,能斯特方程：,e.g. 计算1 mol/L HCl 溶液中，C(Ce4+) = 1.0010-2 mol/L, C(Ce3+) = 1.0010-3 mol/L时， Ce4+ / Ce3+电对的电位。,第十四章、吸附,第一节、吸附的基本原理 第二节、吸附剂及其再生 第三节、吸附的工艺过程及设备,e.g. 某河水的CODMn为6mg/L，欲采用投加活性炭的方法将其CODMn降至2mg/L，处理水量为100m3/h, 求活性炭的投加量(假设K=220,

14、n = 2)。,ce为2mg/L时，活性炭的吸附容量为：,e.g. 利用活性炭吸附水溶液中农药的初步研究是在实验室条件下进行的。10个500mL雏形烧瓶各装有250mL含有农药约500mg/L的溶液。向8个绕瓶中投入不同数量的粉末状活性炭，而其余2个烧瓶用作空白试验。烧瓶塞好后，在25C下摇动8h（须实验确定足以到达平衡）。然后，将活性炭滤出，测定滤液中农药浓度结果如下表所示，空白瓶的平均浓度为515mg/L。试确定吸附等温线的函数关系式。,第十五章 离子交换法,e.g. 称取1g强酸型干树脂，置于250mL锥形瓶中，准确加入0.1 mol.L-1 NaOH标准溶液100 mL，塞紧后振荡，放

15、置过夜，移取上层清液25 mL，以酚酞为指示剂，用0.1mol.L-1HCl标液12.5 mL滴定至红色消失，计算树脂交换容量。 解：,e.g. 某电镀厂废水排放量Q=453.6m3/d, 其中含有的主要金属离子为Cr，含量为相当于120mg/L的CrO3，其余还有Cu2+=30mg/L, Zn2+=15mg/L, Ni2+=20mg/L。 欲将此废水处理，去除其中的阴阳离子后，回收纯净水，并且要求将有价值的铬酸盐CrO42-以铬酸(H2CrO4)的形式回收再用。,第十九章、脱氮除磷与城市污水深度处理,第一节、概述 第二节、氮的去除 第三节、磷的去除 第四节、城市污水深度处理,【计算实例】 某

16、工业废水处理厂，日处理水量为60000 m3，进水COD平均为447mg/L，BOD5平均为220.8 mg/L，SS平均为357mg/L，TKN平均为40 mg/L。混合液悬浮固体MLSS为4g/L，BOD5负荷为0.15 kg/kgSS.d，要求出水BOD5为20 mg/L，TKN去除率达到91%，反硝化率65%。 试确定推流式A/O反应池的容积、剩余污泥量和空气量。,【解】采用A/O脱氮流程，并确立以下计算条件： a.废水平均温度为20； b. ； c.设计泥龄应为硝化细菌最小世代期的3倍，确定c为15d（一般取值范围为10-30d）； d.出水SS为22 mg/L，其中65%为可生化部

17、分； e.根据试验得出动力学参数： 内源呼吸系数Kd = 0.05d-1，理论产率系数Y = 0.5 mgVSS/mg BOD5。,（1）估算出水中的溶解性BOD5（Se） 出水中SS可生化的部分为 0.6522=14.3 mg/L（细胞量）； 可生化SS的最终BODL =14.31.42=20.3 mg/L； 可生化SS的BODL折算成BOD5 = 20.30.68 =13.8 mg/L； 出水Se=20.0-13.8=6.2 mg/L。,（2）曝气池容积的确定（V） a.将生物脱氮系统的曝气池和反硝化池合称为脱氮反应池，按动力学公式确定该反应池容积： b.按有机负荷率公式确定反应池的容积：,设计脱氮反应池容积选用22080m3，包括缺氧池及好氧池。根据对本例废水进行的生物脱氮试验结果，缺氧池和好氧池容积比按3/5设计，则各池容积应为： 缺氧池8280 m3； 好氧池13800 m3。 反应池总水力停留时间为8.8h，其中缺氧池为3.3h，好氧池为5.5h。,（3）剩余污泥量的计算（ X ） 细胞实际合成系数Yobs按下式确定 X = YobsQ（S0-Se） =0.285760000（220.8-6.2）10-3 =3679KgVSS/d；,（4）计算曝气池所需空气量 生物脱氮系统的需氧量按公式进行计算。 曝气池需氧量 O2=1.47Q(SoSe)1.42X+