武理工水污染控制原理习题及答案.docx

水污染控制原理习题1、废水中BOD浓度为15mgl,用纤维状活性炭进行吸附试验，吸附迅速达到平衡浓度，数据用Langmuir公式处理后得出b=0.12Lmg及（xm）0=0.36mgmgo按CSTP处理考虑，池子容积为5000L,流量为150L/S,出水有机物浓度要求不超过ImgZL。在开始运行时,先按反应器容积每升加活性炭15g,流出的活性炭经分离后再回流到反应器内，直到完全饱和后再补充新炭，计算每秒钟补充的活性炭量。解：根据LangmUir公式求Pe=lmgL时的x/m值得:=0.0386(Xb(xm)°Pc0.12×0.36×l=m1+bPel+0.12×l再令每秒钟投加的补充活性炭为Hmg因为投加的是新鲜的活性炭，在此之前未吸附任何有机物，即初始吸附量（x/m）。为0,由物料衡算关系可得:150(15-1)=H(0.0386-0)求得：H54.4gs2、某种需要处理的废水中NH3浓度为50mgL,先加石灰将PH值提高为12以吹脱NH3,要求吹脱塔出水的N含量为1.5mgL,该废水的流量为1200Ls,求20时的空气流量。（图见教材P199图4-26,P200图4-27）解：出水中，所含氮包括NH3和NHk+这两部分。而由图4-26.N%的质量分数在PH为12时大于99.8%o所以可以忽略NH4+,出水中含N可以认为是全由NH3贡献的。出水中要求N的含量为lmgL,所以相应的NH3浓度为1.5/14=0.1071mmolL,而水的摩尔浓度为：I(XX)/18=55.5moll出水中NH3的摩尔分数为：0.1071×1()3JQZ=55.5÷0.1071XIO?=1.93×IO6进水中NE的摩尔分数为:(5O×1Q-3)1755.5÷(50×103)17=5.30×105进塔空气中不含NH3,故y=0.出塔X2=5.30X105°由图4-27得20的斜率为1.11。故：y2=l.11X2=1.Ilx5.30XIO5=5.88XIO5则空气流量为:-ZZ(X2xl)Gr=y2-yl1200×55.5(5.30×105-1.93×1O6)5.88x10-5=57844mols换算成流量：57844mols×22.4Lmol×(273+20)/273=1.39×IO6LZsmolIs时间minO510203040506080IOO130150混合液COD663645628586549516483457415380379377滤液CoD441401356306248201170126854036353、将某工厂废水1L(COD为880mgL)及细菌培养液IL(Ce)D为410mgL)混合后，进行混合液及0.45Um孔径滤膜滤液的CoD分析结果见下表。求废水中的BODL及处理后的残余COD。并估算需氧生物处理必须供给的空气量。解：COD对时间作图见下图:700由于废水与培养液各IL,所以稀释系数为(1+1)/1=2.废水的BoDL为:BODl=2×(441-35)=806mgL处理后残余COD为:废水COD-BODL=880-806=74mgL处理过程中摄取氧气为:2×(663-377)=572mgL按传氧速率5%及空气含20%氧来计算，则所需空气量为:572O.O5×O.2=57.2g而空气密度为1.29gL,所以:57.2÷1.29=44L即必须供给的空气合44L4、计算下列颗粒在20的水中沉降或者升浮速度；(a)砂粒直径0.3mm；(b)油珠直径0.4mm,密度为08gCm3；(C)絮体直径0.6mm,密度1.05；(d)空气泡直径2mm,空气密度0.001205gcm3°水的黏度LoO；水的密度998.2kgcm3。(a)假设是层流，满足StokeS公式:vP=1PpPiTi 1182000-998.21.005×103×9.8×(0.3×103)2=0.04884msRe=PyPdP998.2x0.04884x0.3x10-31.005× IO-3=14.55不满足Stokes公式，用Alien公式X1/1.4vP=IQCz-0.4 0.613.9 P =0.02733msRe=叫_ 998.2x0.02733x0.3x101.OO5×1O-3-3-= 8.14满足假设要求，速度如上式所示(b)假设是层流，满足StokeS公式:1Pi-Pp vP=18g= × 998 2 8° × 9.8 X(0.4 × 103 )2 =0.01718ms p 18 1.005 ×103 v )Re=Pvl998.2 × 0,01718 × 0.4 × IO31.005 XIO-3=6.8不满足Stokes公式，用Alien公式V= gd，=0.01194msP(13.9 p10406 5 P ID GyzP 998.2x0.01194x0.3x10-3位 Q 面七Re =；= 3.56, 满足要求1.005 × IO-3(c)假设是层流，满足StokeS公式：VP=Lag，=L3吐2警98><(。.6><炉)2=0.01010msPI8 P 181.005 × W3v 7Re=叫4998.2x0.01010x0.6x10-31.005XIO-3=6.03不满足Stokes公式，用Alien公式vP=1(/8)X1/1.4=0.07275ms998.2× 0.07275 × 0.6×101.005× 103=4.33,满足要求(d)假设是紊流，满足公式:T=F浮Ji,不满足紊流条件用Alien公式=0.238lms叫998.2x0.2381x2x101.005× W3=473,满足要求5、假定隔板反应池的搅拌作用完全藉拐弯处的水头损失3二来完成。如果按反应池的速度梯度G为50s-l则反应池设计中应该拐多少个弯。U值可选用平均值0.35ms,其他数据可适当假定，并求GT值。假设絮凝时间T=20min,20水的运动粘度为LOOGxlOmZ/s,由上式得水头损失力=0.3ImO221水头损失=x3x土+-,C=-Rvfl2gC2Rnf前者是拐弯处的水头损失，后者是沿程损失，假设拐弯处的损失远远大于沿程损失，可以初步估计=17,应该拐17个弯，有18个廊道，廊道总长0.35×20×60=420m,每个廊道长42018=23m,设流量Q=Im?/s,水深3m,每个廊道宽约lm,每个廊道的水力半径H=0.429m,管壁粗糙系数0.014。估算由此得到的沿程水头损失为xJL=420×空，=0.03m,比拐弯处的水头损失要小得多,cRI二一X0.429,z6IX0.42910.014J以上假设是合理的。总水头损失h=0.34m,T=22min,GT值660006、设计流量为360m3h,悬浮物浓度为150kgn,底物浓度选用1290kgn。悬浮物沉淀试验资料如下，计算浓缩池面积及底流流量。固体浓度kgm3沉淀浓度/mmminl1008.942005.463003.324001.995001.286000.8707000.6168000.4439000.33410000.25211000.196解：算出相应的固体通量，见下表:固体浓度kgn'沉淀浓度/mmnin-1固体通量hkgm2min1008.940.8942005.461.0923003.320.9964001.990.7965001.280.6406000.8700.5227000.6160.43128000.4430.35449000.3340.300610000.2520.252011000.1960.2156根据表中数据，作-夕曲线，如下图所示。图b-p曲线在浓度轴上取底流浓度=1290kgn,作火-曲线的切线，与通量轴交于min=0.931kgm2mino取安全系数1.3,则8设=智=詈=0.716kgm2min由污泥平衡：p0(l+r)=pMrr_ APU-Po=0134=1446m%殳计算结果为d=42.9m,取43m则仆设=1452m2水力负荷:=0.286mh=4.77mmmin夕=ZOOkgZn?=5.43mm/ min < vp=¾=150kgm,可行由物料恒算：（i+）Qq°=24+2a溢流带出的固体很少，可忽略不计，故有：（1+）Q70=0a故Qu=0+）>4=47.30m5/hPu7、某城市污水厂废水流量为1500m3d,规定硝化反应器进水NO3-N浓度为30mgL,溶解氧2mgL,不含NO2-N要求设计脱氮反应器在当地冬季气温10和PH为7.0的条件下，达到90%的脱氮效率，电子供体为甲醇。解：（1）确定比脱氮速率RN为N=007×1.06（,0-20）=0.039,（2）假定脱氮池中MLVSS为IOOOmg/L,利用比脱氮速率的物理概念=28.8/v_IO(Xl30-30(1-0.9)IooO0.03924一校核水力停留时间。V_Q2887IoOom3"×24= 0.69/?（3）污泥产量为QAXIQOOIoooQAX=0.53p,+0.32PNO2+0.19DO0.53×30+0+0.19×2=16.28J（4）甲醇投量为Q%IQOOToooQpm=G2.47a,+1.53p2÷0.87DO2.47×30+0+0.87×2=75.84Zg/d（5）假定沉淀池污泥浓缩后浓度为3000mgL,则污泥回流比K=11500wg/L3000mgL-1500瓶g/L（6）如果从沉淀池底排泥，排泥量QW为初等夸”校核污泥龄”段=WZ"77"复算X值为mg/L= Il 03mg / L0.664×(30-3)1.77×241+0i77-24与假定值I（MM）mg/L差别不大，所以用简化计算方法设计是可以的。8、利用下列数据设计肉罐头厂废水的厌氧接触工艺：废水量Q-50n?/d；COD=4000mgL;试验求得Yg=0.042;b=0.011d;预定运行温度为25,试计算接触反应器的容积、甲烷产量和搅拌所需功率。解：求aminko=(6.67)10。以35-25)=4.72J,K=2.224×100046x(35-25)=6.41mgIL=K+p=2224+4000d=372d<mMckiip-b+p)0.042×6.67×40-0.011×(2.224+4000)(-一"(2)计算出水浓度K(l+3)2.224×(l+0.011×20).aioptl7r=7；ms/L=619/mpIL匕0(M2×6.67X20-(1+0.011×20)（3）计算反应器所需容积=33.26W3v_YGeCQg-P)_Oa2X20X50X(4000-619)X(+bc)-3500×(l+0.011×20)校核水力停留时间和负荷为。=0.33J100w3/JL=蛔2等S=2i（g渥"）=12W/Md）（4）污泥（厌氧微生物）产量产率因数Y=0.033+bc1+0.011 × 20污泥产量AX=IOom3d.033(4OOOg/一619g,)=11157g/d（5）计算标准状态下的甲烷产量RO=100n3/d×(40OOg/加一619g/川)=3381OOg/dG= 1.28x10-2华(I 4Iy)=I.28x10-2 * = 112648LJ = 113J273x338100IO5(l-1.41×0.033)LJ(6)计算反应器所需搅拌最小功率d=0.935tuX0298=0.935X0.7203X35000298=9.MkWIOOOm39、将乳酸脱氢酶加到含有丙酮酸，乳酸、NAD和NADFh的溶液中，（a）当浓度比乳酸/丙酮酸与NAD/NADH均为200时，按教材中式6-32求出AG值；（b）当浓度比乳酸/丙酮酸之比为800,NADH/NAD之比为500时，按式6-36求出AE值。解：电极反应及E3值为：丙酮酸+2H+2e>乳酸E,=-0.19VNADH+H+>NAD+2H+2eE,=0.32V丙酮酸+NADH+H+=孚L酸+NADE,=0.13VMRT,丙酮酸8.314JKInoIX298Kl1ELE+lnL=°-19V+2×96485Cmolln200(a)=O.19VO.068V=O.258VHRTNAD8.314JKmol×298KE2=E+b7-i=-0.32V+C-,；In200nFNADH2×96485Cmol=0.32V+0.068V=0.252V因此自由能变化为AG=O.258V-(-0.252V)=-0.006V（b）由式6-36可得:4M4MredO.13K -8.314/K-mol×298rlnLlw2×964856,/mol-扃酮电A%血0.13K -=0.13K - 0. 006V = 0. 007V8.314/八298J/。X-L2X964856,/mol1500)10、某污水处理厂，设计流量Q=5OOOOOm3,原废水的BOD5浓度为240mgL,初沉池对BOD5的去除率为25%,处理工艺为活性污泥法,要求处理出水的BOD5为15mgl,曝气池容积V=150000m3,曝气池中MLSS浓度为3000mgL,VSSSS=0.75,回流污泥中的MLSS浓度为IOOOOmg/L。有关参数：a,=0.5KgO2kgBOD5,b'=0.1KgO2ZkgVSSd；a=O.6KgVSSkgBOD5,b=0.08d,;试求：（1）曝气池的水力停留时间；（2）曝气池的F/M值、容积去除负荷及污泥去除负荷；（3）剩余污泥的产量及体积；（4）污泥龄；（5）所需要的氧量；解：（1）曝气池的水力停留时间V150000500000×24=7.2h（2）曝气池的F/M值、容积去除负荷及污泥去除负荷;FM=QS0500000×240x(125%)VXv150000×3000×0.75=0.267KgBOD5/KgVss容积去除负荷:LVr-BOD$500000×240×(l25%)-15150000×1000=0.55KgBOD5m3污泥去除负荷:LSr-BOD$QSr500000×240×(l25%)-15VXv150000×3000=0.18KgBOD5Kgss(3)剩余污泥的产量及体积剩余污泥的产量为：XV=aQSr-bVXv=0.6x500000x4()x(125%)-15×103-0.08X150000×0.75×3000×103=22500KgVssd=30000KgSSAi剩余污泥的体积为：X30000?V剩余污泥=5=F-=3000m/d(4)污泥龄：八VX150000×3000r=-=15dcX30000x10()0（5）所需要的氧气量:O2=aQSr+bVXv0.5×500000×240×(l25%)151000÷0.1×150000×3000×0.751000=75000Kg02d=3125KgO2/h11、用下表的数据，证明下列CH3OCH3的分解反应一级反应。CH3OCH3CH4+H2时间t/sCCH9CHJ，L02.341852.093201.905251.688661.3512001.1218780.7223160.5631450.35解：按表格数据可画出如下图曲线。由上图可算出tl2=tcl.J7=681s11/4=tc=O.585=1375St8=tc=O.2925=2067S(tl/8-tl/4)：(tl/4-tl/2)ltl21：1：1又28ji(n为反应级数，以反应底物的初始浓度)所以此反应为一级反应。12、在发酵工艺中，存在两个平行反应：葡萄糖乙醇，葡萄糖f乙酸。已知葡萄糖的初始浓度为400mgL,现已知20分钟乙醇浓度为200mgL,乙酸为IOOmg/L,则多少分钟后乙醇浓度为240mgL?(两反应均为一级反应)解：记葡萄糖为A,乙醇为B,乙酸为C,葡萄糖乙醇反应常数为k,葡萄糖乙酸反应常数为k2.dct贝I一寸二匕cA+k2cA(2-1)dcli_,W=KCA(2-2)dCli_,了=KCA(2-3)由式2-1,两边积分可得。二%""""(2-4)将式(2-4)代入(2-2)中后积分可得：(2-5)_!_ce-1%+2)r+k+k2&k+k1同样可得+-caq(2.6)vIIrv-)vIN)则c%=400mgLt=20min时，c%=23mg/L,%=Mmg/L,现求t为何值时，Q=240mgL将式(2-5)与(2-6)相比可得£=£=2(2-7)将其代入2-5中即:20°=J4)x(lV3")(2-8)240=2&4()×(1-IS)(2.9)乙K,十K)联立(2-8)(2-9)解得h=33.22min.13、某污水处理厂日流量为IO6L,出水的最大容许BOD为1OmgZLo设计两级的硝化系统，第一级反应器c=3d,V=180m3计算二级反应器在MCRTcN=30d时的容积Vn。其基本数据如下：(1)进水各项参数：总Be)D40000mgL(溶解性)；有机N60mgL;磷酸盐30mgL;pH7.0；温度25C(2)动力学参数Ko=2.Od,;K=5mgL;Yg=0.4;b=0.06d/(3)污泥沉降速度V=2.7-0.00026Xcm/min解：一级反应器中由细菌合成而降低的N浓度N14,PN=一口ZCY(pi-p)=-×0.34×(4(X)-4.8)=16.6/LC5H1NO2113Y与均可查课本表8-5得到则一级反应器出水N浓度为60-16.6=43.4mgL(NH3形式)则反应器中丽,=O.O5X6.6X3O-1=O-1I2/L_KNOZ2一”Pkv-l0.02×7.0×30-mg注：式中未知数可由表8-9得到。则硝化反应器容积：Pnhx)0.05×30×(1000180÷3)×(43.40.05)3Vm-;L-=OImVn-XN1000