水污染控制工程重点计算题示例.doc

《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m2？
（2）沉速为0.1mm/s的颗粒，可去除百分之几？

解：已知 Q=1800m3/h=0.5m3/s，u0=0.5mm/s，ui=0.1mm/s
（1） 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. 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：

Diameter=
Depth=

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 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：

（2） 空气量：

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0.3m3/s，最大流量为1.0m3/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0.4m3/min.m池长，确定沉砂池的尺寸和空气需求量。

解：

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10000m3/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/cm2（表压），空气饱和率为70%，取气固比为=0.01，空气比重1.164kg/m3；20℃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。

(1) Dissolved air pressure is 3kg/cm2 gauge;
(2) Fraction of air saturation f=70%;
(3) A/S ratio=0.01；
(4) Specific weight of air = 1.164kg/m3;
(5) Air Solubility Csat 20℃=18.7 mg/L

解：
（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=S=0.01*1*10000=100 kg/d
折合20℃下空气体积为，以1m3处理水量为基准：
V=A/(Q)=100/(10000*1.164)=8.58*10-3(m3/m3)=8.58(L/m3水)
（2） 压力水回流量计算公式为

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

（3） 回流比，即回水流量占处理水量的百分比为

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 sa=18.7 mg/L
（4） Recycle-system pressure=275 kPa
（5） Fraction of saturation=0.5
（6） Surface-loading rate=8 L/m2.min
（7） Sludge flow rate= 400 m3/d

Solutions:
1. Without a recycle

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

(2)Determine the required surface area

(3)Check the solids loading rate

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

(2) Determine the requires recycle rate using Eq. 5-48

(3)Determine the required surface area

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（），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

（2）效率为92%时的反应器体积

8. BOD5计算
已知某一城市污水水样的BOD3=200mg/L，BOD20=400mg/L，求BOD5=？
解：由，对于生活污水k1=0.1；
一般把BOD20作为总生化需氧量BODu，

9. 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）按一级反应速率计，

（2）得BODL和k值，得

10. BOD5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），，
（2）
（3）

11. BOD5的计算
三种不同水样在20℃下的BOD5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：，UBOD＝
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。

项目
Item
单位
Unit
反应器, Reactor
A
B
C
曝气池内MLVSS
Aeration tank MLVSS
mg/L
3000
4000

曝气池容积
Aeration tank volume
m3
1000
2000

污水流量
Wastewater flow rate
m3/d
5000
10000

剩余污泥流量
Waste sludge flow rate
m3/d
59
120

剩余污泥中VSS浓度
Waste sludge VSS concentration
mg/L
8000
8000

进水中可溶性COD浓度
Influent soluble COD concentration
mg/L
400
400

解：

（1）SRT

（2）需氧量

（3）OUR

（1） 污泥泥龄计算：

（2） 氧气需要量

（3） 氧的利用速率

13. 活性污泥法设计计算 Activated Sludge 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:θc=10 d，y=0.5 mg/mg，kd=0.06d-1，曝气池中MLVSS=3500mg/L；回流污泥浓度VSS=8000mg/L。

解：
（1） 曝气池体积
=3.4*104m3
（2） 每天的剩余污泥量

（3） 回流比计算

（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。

（5） 处理效率

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8000m3，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：

15. 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：（1）假设进水中MLSS浓度为100mg/L，计算回流比；（2）若污泥龄θc=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=0.414
（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θc= 且X=MLSS=3000mg/l=3kg/m3;V=5000m3; θc=8d
即：QwXr＝＝＝1875kg
所以每日的干污泥增长量为1875kg

16. SVI的计算 Sludge Volume Index

采用一台2L沉降仪进行SVI试验，得到MLSS浓度为3500mg/L，30min后污泥体积为840 mL，求SVI值。

解：
Problem 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/m2.h，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

（2）进水流量

18. 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=0.02d-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0.4m3/kgCOD.d计）。

解：
（1） 计算剩余污泥产生量

（2） 计算甲烷产量

（3） 计算沼气产量
Vbiogas=VCH4/65%=212.56 m3/d

19. 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＝0.10，kd=0.02 d-1。

解：
（1）剩余污泥量

（2）沼气产量

20. 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：根据底流中悬浮物质的物料平衡，得：
解得，Q＝600m3/d

21. 污泥含水率和相对密度的计算 Volume Reduction of Sludge

污泥的含水率从98%降到95%。假设污泥中含有相对密度为1.0的有机物70%和相对密度为2.0的无机物30%。用近似法和精确法，分别计算污泥体积缩小了百分之多少？污泥的含水率98%和95%时的相对密度是多少。

解：
（1）近似法

（2）精确法
混合固体的比重：

含水率98%时，1kg污泥的体积

含水率95%时，1kg污泥的体积

体积减少百分比＝

Problem 6 水的物化处理方法
22. 吸附法计算

采用粉末活性炭应急处理技术吸附水源突发性污染事故中的硝基苯。通过试验已得到吸附等温线为（式中，q为吸附容量，mg/mg炭；C为硝基苯的平衡浓度，mg/L）。水源水中硝基苯的浓度为0.050 mg/L，投加粉末活性炭15mg/L后，求吸附后水中残留的硝基苯浓度。

解：
若平衡浓度值为C，则加入15mg/L的粉末活性炭其总吸附量为15q mg/L，有

解方程可得：
mg/L