计算题.doc
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计算题.doc
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计算题
1、混凝:
G值及判断、絮凝动力学常数。
速度梯度、程度、时间,一级反应
2、沉淀:
平流式沉淀池设计、核算、假设、示意图、描述工作过程、截留沉速、表面负荷
3、过滤:
滤速、面积,强制滤速
4、消毒:
反应器理论、求时间,加氯量
5、生物滤池设计计算:
负荷、容积、表面积、水量、浓度、出水浓度,稀释比
6、劳麦方程设计曝气池:
水量的设计,要考虑工业污水混合时总水量和平均浓度的计算,主要相关参数为曝气池容积、需氧量、产率系数、负荷、剩余污泥量、衰减系数,混合液浓度
1、混凝
算G值,判断是否在范围内
G—速度梯度S-1
P—单位体积流体所消耗的功率W/m3
g—重力加速度9.8m/s2
h—絮凝过程中的水头损失m
v—水的运动粘度m2/s
T—停留时间s
U—水的动力粘度pa•s
因为
所以
平均速度梯度:
例题1、隔板絮凝池设计流量75000m3/d,絮凝池有效容积1100m3,絮凝池总水头损失为0.26m,v=10-6,求絮凝池总的平均速度梯度值,和GT之各为多少?
(水厂自用水量按5%计算)
解:
由题意的:
Q=75000m3/dv=1100m3h=0.26m
g=9.8m/s2Q总=75000m3/d==0.91m3/s
答:
絮凝池总的平均速度梯度为45.9s-1,及54405
例题2、若机械搅拌絮凝池设计流量400m3/h(不考虑自用水),停留时间为20min,池体分为四格,每格容积均一致,四格中各格搅拌功率分别为195,120,60,30w。
水温按照15°c计(u=1.14×10-3pa•S)。
试计算该絮凝池的速度梯度,并校核。
解:
由题意的:
Q=400m3/hP1=195wP2=120wP3=60wP4=30wT=20min
U=1.14×10-3pa•sv=Q•T=400÷60×20=133.4m3
校核:
因为前者在20—70s-1之间,后者在1×104—1×105之间,故符合要求。
例题三:
某机械絮凝池分为三格,每格有效容积为26m3,每格中各设置一台垂直轴浆
板搅拌器,且尺寸均相等。
三台搅拌器搅拌功率依次为150w53w9.6w。
(1)请核算絮凝池的G值(u=1.14×10-3pa•S)
(2)在此基础上判断机械絮凝池是否满足絮凝要求
解:
(1):
由题意得:
v=26m3P1=150wP2=53wP3=9.6w
(2)根据值应在20—70s-1范围之内
=49s-1符合要求
故判断机械絮凝池能满足絮凝要求。
补充:
已知:
k=5.4×10-5,G=30s-1经过絮凝后要求水中颗粒数量浓度少于3/4,即
Co/Ci=4,试按理想反应器做以下计算。
(1)采PF型反应器所需混凝时间为多少分钟?
(2)采CSTR型反应器所需混凝时间为多少分钟?
(3)采4个CSTR型反应器串联所需混凝时间为多少分钟?
解:
(1)采PF型反应器时
(2)采CSTR型反应器时
(3)采4个CSTR型反应器串联时
理想反应器的物质在不同反应级的平均停留时间。
反应级
平均停留时间
CMB型
PF型
CSTR型
0
1
2
C0—组分i的流入浓度
Ci—反应器内组分i的浓度
例题:
已知化学反应符合一级反应动力学,要求经过反应物质浓度下降99%。
反应速率k为0.33min-1,若采用理想CSTR型反应器,需要多少反应时间?
若采用PF反应器需要多少反应时间?
解:
已知k=0.33min-1
若采用CSTR型反应器(一级反应)
因为
所以
若采用PF型反应器(一级反应)
答:
若采用CSTR型反应器,需要300min反应时间
若采用PF型反应器,需要14min反应时间
2、过滤
求滤池面积,校核强制滤速
(1)滤池有效工作时间
=工作时间-反冲洗时间
(2)滤池面积
—滤池有效工作时间
V—过滤速度m/h
校核强制滤速
N—滤池的个数
例题1、水厂日产水量为50万m3/d,水产自用水系数取5%,利用普通快滤池(共12个滤池)为过滤单元,若滤池每日工作24小时,期间冲洗1次,每次用时0.2h,实际滤速为10m/h,请设计滤池(设计,校核)
解:
由题意得:
Q=50(1+5%)=50×1.05=52.5m3/d
=24-0.2=23.8hv=10m/h
校核强制滤速
例题2、设计流量=3000m3/d,水厂自用水量占5%,滤速v=10m/h,冲洗时间=6min。
冲洗周期=12h。
滤池连续24h运转,求滤池面积校核强制滤速,N=12
解:
由题意得:
=3000m3/d
V=10m/ht=6min=12-t=11.9h
校核强制滤速
3、消毒
①消毒剂投加量,用反应器计算v、T
Q=0.001aQ1
Q—加氯量kg/h
a—最大需氯量mg/L
Q1—需消毒的水量m3/h
①折点加氯量
C=a+10N(mg/L)
N—水中氨氮量mg/L
例题1、已知条件:
水厂设计水量Q1=10500m3/d(包括水厂自用水量),采用滤后加氯消毒,最大需氯量a=3mg/L,求加氯量Q?
解:
由题意得
Q=0.001aQ1=0.001×3×437.5=1.3kg/h
4、平流式沉淀池——给水工程
L—沉淀区长度m
B—沉淀区宽度m
h0—沉淀区水深m
t—水在沉淀区的停留时间s
u0—颗粒的截留沉降速度m/s(反映了沉淀池所能全部去除的颗粒中的最小颗粒的沉速)
v—水平流速m/s
q—表面负荷或溢流率
BL—表面积Bh0——截面积
某特点颗粒去除率公式为(ui一定小于u0)
由上式可得:
悬浮颗粒在理想沉淀池中的去除率只与沉淀池的表面负荷有关,而与其他因素,如水深、池长、水平流速和沉淀时间均无关。
上式反映问题:
①当去除率一定时,颗粒沉速ui越大,则表面负荷也越高,产水量越大。
或者产水量和表面负荷不变时,ui越大则去除率E越高。
颗粒沉速ui的大小与絮凝效果有关,所以生产上一般均重视混凝工艺
②颗粒沉速ui一定时,增加沉淀池表面积可以提高去除率。
当沉淀池容积一定时,池身浅些则表面积大些,去除率可以高些,即“浅池理论”。
斜管,斜板沉淀池的发展基于此理论。
平流式沉淀池的设计计算
1、停留时间v—有效体积m3Q—沉淀池的设计流量m3/h
2、A、按照表面负荷Q/A的关系,计算出沉淀池表面积A
沉淀池长度L=3.6vTv—水平流速mm/sT—停留时间hL—沉淀池长度m沉淀池宽度—
B、按照停留时间T,用下式计算沉淀池有效容积(不计污泥区)
V=QTT—停留时间hv—沉淀池有效容积m3Q—产水量m3/h
3、Fr=费劳德数R—水力半径mv—水平流速m/s
g—9.8m/s2R=
R=(非满流)R=(满流)
Fr表示水流的稳定性10-5≤Fr≥10-4
4、水流的紊动性用雷诺数Re判别
Re=v—水平流速m/sR—水力半径mv—水的运动粘度m2/s
平流式沉淀池中水流的Re一般为4000—5000,属紊流状态
在沉淀池中,通常要求降低Re值以有利于颗粒沉降
例题1、设计日产水量Q为10万m3的平流式沉淀池,水厂本身用水量占5%,采用两组池子。
表面负荷Q/A=0.6mm/s=51.8m3/(m2•d)
沉淀池停留时间T=1.5h
沉淀池水平流速V=14mm/s
解:
由题意得:
Q=10万m3=1000m3=1×105m3/d
Q总=Q•(1+15%)=1.05×105m3/d
每组池子设计流量
沉淀池表面积
沉淀池池长L=3.6VT=3.6×14×1.5=75.6m
沉淀池池宽
由于宽度较长,沿纵向安置一隔墙分成两格,每格的宽度为13.4/2=6.7m
沉淀池的有效水深为(采用3.5m,包括保护高度)
水利条件校核
例题2、水厂产水量为20万m3/d,若不考虑水厂自用水,采用两组平流式沉淀池作为沉淀单元,设计参数如下:
水平流速v=20mm/s;水力停留时间2.0h,沉淀池有效水深采用3.0m.试进行平流式沉淀池的设计工艺。
(已知动力粘滞系数u=1.02×10-3N•s/m2)
解:
由题意得
每组设计流量
沉淀池长度
沉淀池宽度
沉淀池表面积
水利条件校核
∵10-5<1.78×10-4<10-4
∴沉淀池符合设计要求
例题3、某城市最大时污水量为1800m3/h,原污水悬浮物浓度C1=250mg/L,排放污水悬浮物允许的浓度为C1=80mg/L,拟用辐流式沉淀池处理。
试计算去除率以及沉淀池的基本尺寸。
(沉淀时间为1.5h,沉淀池有效水深为3,3m)
解:
由题意得:
(1)沉淀池去除率
(2)沉淀池容积
定位两座池
每池表面积
沉淀池半径
沉淀池直径
例题4、有一工业废水,废水排放量为180m3/h,废水中悬浮物浓度较高,拟设计一座平流式沉淀池对对其进行处理,沉淀池设计参数为:
停留时间1.5h,有效水深为3.0m。
池宽为4.5m,请计算沉淀池的表面负荷和长度。
解:
由题意得:
表面负荷
答:
沉淀池的表面负荷为2m/h,
答:
沉淀池长度为20m。
例题5、平流式沉淀池的处理流量为15000m3/d,水厂自用水量按5%计,颗粒截留沉速为0.7mm/s,其表面负荷为多少?
解:
由题意得:
例题6、非凝聚性悬浮颗粒在实验条件下的沉淀数据列于下表,试确定理想平流式沉淀池当表面负荷为43.2m3/m2•d时的悬浮物去除率百分率。
实验管取样口在取样水面下120cm
C表示在时间t时各个取样口取出的水样所含的悬浮物浓度
C0表示初始的悬浮物浓度
沉淀实验记录
取样时间min
0
15
30
45
60
90
180
C/C0
1
0.96
0.81
0.62
0.46
0.23
0.06
解:
由题意得:
则沉淀数据U0值计算统计
取样时间min
0
15
30
45
60
90
180
C/C0
0
8
4
2.67
2
1.33
0.67
从图上查得时,小于该沉速的颗粒组分等于.
从图上,相当于积分式,的阴影部分面积为1.19
总去除率百分率为:
例题7、平流式沉淀池设计流量为720m3/h,要求沉速≥0.4
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