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水污染控制习题docx
160
0.09
160
0.75
Page52
Eg5.1在企业废水中悬浮颗粒浓度为co,利用一有效水深为120cm的沉降柱进行沉降实验,在沉降时间t时从取样口采样测得的悬浮颗粒浓度为c,其实验数
据列于表5.1中,求沉降速度为5cm/min的悬浮颗粒的去除百分率。
表5.1沉降实验结果
时间t/min010204080120
c/co10.980.860.650.310.16
解与各沉降时间相对应的颗粒沉降速度计算结果如表5.2。
表5.2颗粒沉降速度计算结果
时间t/min010204080120
"(=H〃)/(cm・min-i)12631.51
以“为横坐标,c/co为纵坐标作图,见图5.4。
当“o=5cm/min时,小于给沉降速度的颗粒量与全部颗粒量的比值x0=0.775,积
分式可通过图解求出,约等于图5.4中各矩形面积之和
0.1(0.5+1.0+1.35++1.75+2.25+2.75+3.4)+0.075X4.33=1.6248
则沉降速度为5cm/min的悬浮颗粒的总的去除率为
11
归=(1一气)+—[〃火=(1—0.775)+一><1.6248=55%
uqJ。
5
Page53
Eg5.2图5.6是某城市污水中悬浮颗粒的沉降实验结果,试计算经过30min沉降后,在2.0m深处的总去除率。
图5.6等效曲线图
】&口耳+,2.日均+E3□nf3+E4□h4+E5
解按照公式(5.21)计算
E=,+空广2,%**广3,fS*^£5+E6
H2H2H2H2H2r0.37100+600.660+400.540+300.530+26.6伞
+——x+——x2222
E=x+——x+—x+—x=45.6%
222
(注:
式中26.6%的等效去除率为内插值,相当于沉降速度为2m,沉降时间为
30min时的表观去除率。
)
Page57
Eg5.3某城市新区每天排放工业废水和生活污水总量为12000m3,混合物水中悬浮物质的浓度为280mg/L,拟通过…级沉淀处理去除悬浮固体,要求沉淀效率达到60%,初次沉淀污泥的含水率为97%,污泥容重约为lOOOkg/n?
,沉降实验结果如图5.14所示,试设计…平流式沉淀池。
®5.14沉降试验曲线
解有沉降实验曲线可查得,当沉淀效率达到60%时,沉降时间〃=65min,颗粒沉降速度"o=O.4mm/s=1.44m/h,亦即表面负荷率^=1.44m3/(m2,h)o
为了使设计参数留有余地,对表面负荷和沉降时间分别乘以安全系数1/1.5和1.75,故
设计表面负荷
144/、
q=;5=0.96m3/(冰%)
设计沉降时间
t=1.75^=113.75min=1.9/z
设计污水量为
c12000g3/.
Gmax=24=500小/"
设计沉降速度为
u=q=0.96m/h
沉淀区的总有效面积
(1)
,max
A=-^=—=520.8m2
q0.96
(5)
每日产生的污泥量为
/(100-p0)1000x1000x(100-97)
沉淀池储泥斗按两日储存量计算,则储泥斗的总储存量为
叱=QnUq-C2)x24xl00=500x(280-280x60%)x24xl00=g归必
W=2x四=2x44.8=89.6m3
则每个沉淀池的污泥量为
T“,W89.63
W-—=44.8m
22
每个沉淀池只设一个储泥斗,则每个储泥斗的容积为
匕=3"4("1+“2+』)
7-05
h.=——xtan60°=5.63m
2
q=7x7=49m2
(49+0.25+749x0.25)=99m3
a2=0.5x0.5=0.25m2
V=-5.63x
3
从计算结果看,每个沉淀池的储泥斗容积可容纳两日的污泥量。
(6)沉淀池总长度H
式中,hi为沉淀区有效水深,上面计算得到1.82m;力2为超高,取0.3m;衍为缓冲层高度,采用机械刮泥设备时,取0.6m;仞为储泥斗深度,为5.63m。
贝U
H=九+佑+用+/z4=1.82+0.3+0.6+5.63=8.35m
(7)沉淀池总长度是
LT=L+0.5+0.3=37.2+0.5+0.3=38m
式中,0.5m为池前端进口处挡板距进口的距离;0.3m为出口处挡板距出口的距离。
刮泥拍你设备的设计此处从略。
Page61
Eg5.4某城市污水处理厂平均废水流量为0.28m3/s,最大流量为0.4m3/s,由沉降实验确定的设计上升流速为0.7mm/s,沉降时间为1.6h,试设计计算竖流式沉淀池的各部分尺寸。
解
(1)按最大流量进行设计计算,采用8个沉淀池,每池最大流量为
1[
-max
Gmax=-x0.4=0.05mIs
(2)池内设中心管,污水在其中流速vo取0.03m/s,喇叭口处设置反射板,则中心管有效过水断面面积和直径d分别为
.0.051-2
A==1.7m
10.03
4x1.7
=2.12m
71
(3)沉淀池的有效水深即中心管的高度为
\—3.6讨=3.6x0.7xl.6=4.03m(不小于2.75m)
(4)喇叭口直径为
£>=1.354=1.35x2.12=2.86加
反射板直径为
D'=l.3D=1.3x2.86=3.72m
0.05
中心管喇叭口与反射板间的缝隙高度为
h,="ax==0.19加(此处%取0.03mIs)
-v[兀d0.03x3.14x2.86'17
(5)沉淀池工作部分的有效断面面积为
A=_^=_2^=571.4冰
-v0.007
沉淀池的总面积为
4=^+4=1.7+571.4=573.W
每个沉淀池的面积为
验算:
史=竺=2.38<3,符合设计规范要求。
\4.03
(7)污泥区圆锥体(或棱台)部分的容积V/的计算。
取下部截头圆锥底的直径为0.4m,储泥斗倾角为45°,则
h5=[^^_^^]tan45。
=3.3/n
I22)
=y/75(T?
2+T?
r+r2)=yX3.3(4.82+4.8x0.2+0.22)=83.0m2
(8)沉淀池总高度H为
H+=4.03+0.19+0.3+0.5+3.3=8.32m
Page96
Eg7.1某化工厂排放的工业废水,COD约为440mg/L,采用活性炭吸附进行处理,由静态吸附试验得到的等高温吸附方程为:
q=12.2c?
e,动态的吸附柱实验室使废水在截面积为0.785cm2,活性炭填充密度为0.7g/cm3的吸附柱中,以3mL/min的流量进行吸附,得到炭柱的不饱和分率为0.525,动态吸附容量为370mg/g,吸附柱在9.3h达到穿透点,28.3h达到饱和。
试计算吸附过程的设计参数,吸附塔效率、径高比及水流线速度。
解
(1)由吸附等温方程得
/=12.2/641=12.2x440°凤=603.7mg/g炭
吸附塔效率〃=^xlOO%=旦QxlOO%=61.3%
q°603.7
(2)由式(7.26)得吸附区推移速度为
u=°。
'=—仙。
*'*'。
=6.49x10”cm/min=3.89x10”〃〃h
1qBphA370x0.7x0.785
吸附区高度
ha=ua(tE~tB)=3.89x10”(2.83-9.3)=0.074m
由式(7.30)可知:
也=1一也,即
370=]0.525x0.074
603.7一h
h=0.10(/71)=10.0cm
D:
H=l:
10
00h
解得
吸附柱直径
径局比
(3)水流线速度
2.3m/h
Q_3x60x10-6
A-0.785xl0^
Page97
Eg7.2某化工厂每小时排出含COD40mg/L的废水SOn?
。
拟采用活性炭吸附进行深度处理,将COD降为4mg/Lo由吸附实验得到吸附等温方程为久=0.06球5
(mgCOD/mg炭)。
试问:
(1)采用单级吸附所需的活性炭量为多少?
(2)采用二级逆流吸附所需的活性炭量为多少?
第一级的出水浓度为多少?
解
(1)采用单级吸附,当Ce=4mg/L时,平衡吸附容量为
%=0.06c?
s=0.06x4°s=0.12mg/mg
由式(7.31)得
-=全二鱼=些=300mg炭/L水
Vqe0.12
(2)由式(7.39)和式(7.40)分别可得
W(^-O)=2(co-c2)
w(/一°)=Q(q一。
2)
两式联立得
£i_l
01_%—_。
2
02Cl~C2
将冬=10代入,求得4=5.0,即
C[=5c2=5x4=20mg/L
与勺对应的平衡吸附容量
q、=0.06x20°°=0.27mg/mg
WCq—C?
40—41ccCLT4,TI*
—=———==l33.3mg炭/乙水
Qq、0.27
Page199
Eg某社区拟采用活性污泥法工艺处理其生活污水,日污水量为9000m3,进入曝气池的BOD5为350mg/L,时变化系数为1.5。
要求出水BOD5小于20mg/L,水温20°C,试设计计算曝气池的主要尺寸和曝气系统(经实验测得污水与清水的氧传递系数之比a=0.8,污水与清水的饱和溶解氧浓度之比8=0.9)。
106xl.2r_106x1.2x0.5
X(l+r)一3000><(1+0.5)
解
(1)曝气池尺寸的计算
of)
处理效率〃=Moxl00%=94.2%,
查表14.1,
确认宜采用普通活性污泥法工
艺。
表14.1常用曝气池主要设计参数
污泥负荷/kgB0D5
混合液污泥
停留
污泥回
BOD,去
运行方式
/(kgMLVSS•d)
浓度/g•v1
时间/d
流比/%
除率/%
普通曝气法
0.2-0.4
2.0~3.0
4~8
20-50
90-95
完全混合曝气
0.3-0.4
4.0~6.0
3~5
300-500
90
延时曝气
0.05~0.15
3.0~6.0
18-36
75-150
75-95
渐减曝气
0.2-0.4
1.5~3.0
4~8
25-50
85-95
去污泥负荷儿,为0.3kgB0D5/(kgMLVSS•d),混合液污泥浓度X取为3g/L,污
泥回流比尸取50%,则按式(14.7)求得污泥容积指数为
SVI
此数介于50-150之间,符合要求。
曝气池的有效容积为
取有效水深H户2.7m,设计两组曝气池,每组池面积
取池宽B=4.5m,3/可=4.5/2.7=1.66,介于1~2之间符合要求,则池长
L=A/B=648/4.5=144m
"3=144/4.5=32〉10,符合要求。
将曝气池设计为四廊道式,则每廊道长为
I,L144
L=—==3bm
44
取超高为0.5m,故总高
H=2.7+0.5=3.2m
进水方式设计:
为使曝气池灵活的运行,将进水方式设计成:
既可集中从池首进水,按普通活性污泥法运行;又可沿配水槽分散多点进水,按多点进水法运行;也可沿配水槽集中从池中部某点进水,按接触稳定法运行。
曝气池平面尺寸如图14.24所示。
图14.24曝气池平面尺寸
(2)曝气系统设计
米用鼓风曝气系统。
1平均需氧量的计算。
平均需氧量按合成系数法估算
c(O2)=A<2•^S+BVX
此式中A的取值范围为0.42-0.53,B的取值范围为0.088-0.11o本题A取0.53,
B取0.11,假定污泥中挥发性组分占有的比率为0.75,贝U
、9000x(350-20)3000x3500x0.75
Q(Q)=AQOXS+BVY=0.53x+0.1lx
1000
=3227.4住g/d)=134.5奴//?
最大需氧量与平均需氧量之比=134.5/101.7=1.32
3供气量的计算
采用穿孔管扩散设备,将其安装在距池底0.2m处,故淹没深度为2.5m。
20°C时
氧的饱和溶解度G(20)=9.2mg/L,30°C时氧的饱和溶解度q(30)=7.6mg/L。
故,穿孔管出口处绝对压力为
物=1.033+2.5X100X1/1000=1.283kg/cm2
空气离开曝气池水面时氧的浓度C(O2)为
、21(1-旦)21x(1-0.06)
cQ)=——*,心、xl00%=S'―xl00%=20%
i一/79+21(1—孩)79+21(1-0.06)
式中,孩为穿孔管的氧转移效率,此处取值为6%。
曝气池中平均氧饱和浓度(按最不利条件考虑)
"°)20一-[伽%(『)—c]xl.024(i°)—O.8[O.9xlx8.36-1.5]xl.O2430-20~16SAkg/h
(取沸水中氧的实际浓度c=1.5mg/L)
相应地,最大需氧量e(O2)max=168.1X1.5=252.2kg/h,则曝气池的平均供养量为
G=义也500=些冬=9338."/,
0.3Ea0.3x6
去除每kgbod5所需要的供氧量为
9338.9X24/2970=75.5m3
每立方米污水的供气量为
9338.9X24/9000=24.9m3
相应地,最大供气量为
Gs,max=1.5Gs=1.5X9338.9=14008.4m3/h
可提升回流污泥的供气量为回流污泥量的5倍,取回流比r%100%,则提升污泥的空气量为
5X9000/24=1875m3/h
故,总供气量为
Gs(=14008.4+1875=15883.4m3/h
4空气管的设计计算
按图14.24所示尺寸,两相邻廊道设置一条配气干管,共设6条;每条干管设16
对竖管,共设置192根竖管。
每根竖管最大供气量为
14008.4/128=109.4m3/h
曝气池一端的两旁各设置一污泥提升井,每井之供气量为
1875/2=937.5m3/h
空气管的直径可按照所通过的空气流量和相应的经济流速求得。
穿孔管压力损失取0.5m,则总压力损失为空气管道系统与穿孔管压力损失之和,取1.0m。
5鼓风机的设计计算
鼓风机所需压力/?
=2.5+1.0=3.5mH2O柱,即3500mmH20柱。
鼓风机所需供气量:
最大供气量GsT,max=15883.4m3/h;
平均供气量GsT,ave=9338.9+1875=11214m3/h;
最小供气量GsT,min=0.5xGsT,ave=5607m3/ho
可根据所需供气量和压力,选择鼓风机型号和台数,需备用一台。
Page223
Egl6.1某城市新区有人口9.2万人,平均每人每天排水量为100L,BOD排放量为25gBOD5/(人・d),拟采用高负荷生物滤池进行处理,回流比定位1.5,处理后出水的BOD5要求达到20mg/L,试设计一生物滤池(据试验,BOD5容积负荷Nv为0.9kgBOD5/m3滤料•d)。
解
(1)确定各项设计参数
污水量的计算
2=92000X0.1=9200m3/d
每天污水中BOD5量
92000X25=2300000g/d=2300kgBOD5/d
污水bod5浓度
So=2300/9200=0.25kgBOD5/m3=250mg/L
根据回流比R=1.5,求得进入生物滤池污水BOD5值
=112mg/L
$_9200x250+(9200x1.5)x209200x(1+1.5)
(2)生物滤池各部分尺寸的计算与确定
根据实验所得容积负荷,求得生物滤池总容积为
滤池的深度定为2.0m,则滤池的总面积为
A=2862/2.0=1431m2
确定滤池数量及直径
设置四个滤池,则每座滤池的面积为
A1=1431/4=358m2
滤池直径
经过计算确定:
采用直径为21.5m,高为2m的高负荷生物滤池4座。
生物滤池的设计计算也可按照BOD降解动力学公式进行计算,在此不再赘述,请参阅有关设计手册。
Page224
Egl6.2某城镇共有人口7000人,平均每人每天排放污水120L,其中BOD20含量48g。
已知冬季平均水温为12°Co拟采用塔式生物滤池进行处理,试设计一塔式生物滤池,使处理后出水的BOD20不大于35mg/Lo解
(1)确定设计参数
1污水量
e=7000X120=840000L/d=840m3/d
2每日排出的bod20
Nbo"=7000x48=336000g/d
3污水的BOD20浓度
v'bod*336000,T
Sn===400/7W/L
°Q840
4确定容积负荷:
据处理后出水BOD20不大于35mg/L和冬季平均水温为12两个条件,从有关设计手册中查阅塔式生物滤池容积负荷与出水BOD20的关系图,得容积负荷M=1800gBOD2o/(m3,d)。
(2)滤池尺寸的计算
1滤料体积
v=6(So-Se)=84O(4OO-35)=i7oW
Nv1800
2滤料层总高度的确定:
据进水BOD20为400mg/L,从有关设计手册中查得H=14m。
3滤池的总平面面积
A=WH=170.3/14=12.2m2
采用2座滤池,则每座滤池面积
A7=A/2=12.2/2=6.1m2
4滤池直径
D=、粗=、保豆=2.8农(在0.5~3.5m范围)
5校核水力负荷性=Q/A=840/12.2=68.9m3/(m2-d),水力负荷偏低,可将处理后的污水回流进行稀释。
如回流比为20%,则Nq=82.6m3/(m2•d),基本符合要求。
6滤池总高度Ht
Hj=H+h]+(m-1)-2+仙+-4
式中,H为滤料层总高度,m;/〃为超高,加=0.5m;/?
2为滤料层间隙高,h2=Q.2~QAm-,m为滤料曾数量;h3为最下层滤料底面与集水池最高水位距离,/2330.5m;h4为集水池最大水深,mo
上式中,H=14m,分为6层,每层滤料厚度为2.35m,则H=14.1m;/〃=0.5m
;/?
2=0.3m;/?
3=0.4m;知=0.5m。
贝U
H产14.1+0.5+0.3(6-1)+0.4+0.5=17m
7校核塔径与塔高比值—=—=-^-,位于上~上之间。
设计完毕。
Ht176.0767
Page238
Eg欲对某有机废液进行高温消化处理,水量为520m3/d,BOD5为32000mg/L。
该废液的水分含量为98%,有机物含量占总固体的82%o根据试验确定,该废水的极限负荷为4.0-4.5kgBOD5/(m3•d),在该负荷条件下,有机物的降解率为88%,BOD5的去除率为92%,产气率为0.56m3/kg有机物。
试设计消化池的容积。
解①每日投入消化池的BOD5量为520X32=16640kg/d
2为留有余地,选取BOD5设计负荷为3.5kg/(m3・d),则消化池的容积为
3废液在消化池内的停留时间7=4754.3/520=9.14d
4产气量为G=520X32X0.82X0.88X0.56=6724m3/d
5采用两座一级消化池,每座池的有效容积为Vo=7/2=4754.3/2=2377.2m3消化池直径。
取18.0m,集气罩直径力取2.0m,池下锥底直径刈取2.0m,集气罩高度加取2m,消化池柱体高度/73=D/2=9.0(m),下椎体高度仞取1.5m,上椎体高度知取3.0m。
则消化池总商为H=/7]+/?
2+方3+/?
4=2+3+9+1.5=15.5m
消化池各部分容积的计算:
集气罩容积为
“兀d;,3.14x2.02c3
V,=—Lh.=x2=6.28/zi3
14々4
弓形部分容积为
岭=碧(3£)2+4/矽=3侦30x182+4x32)=395.64m3
圆柱部分容积为
jr314
匕=-D-^=-^-xl82x9=2289m3
下椎体部分容积为
,1,祯丫dd,(d,1…,山18丫182.0(2.0?
1…3*寸[板]+a]=-x3.14xl.5^+土+[瑚「142.87”
则每个消化池的有效容积
Vo=V3+屿=2289+142.87=2431.9m3>2377.2m3
消化池的尺寸见图17.5。
2000单位:
mm
图17.5消化池尺寸/mm
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