计算题

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 =G G —速度梯度S -1P —单位体积流体所消耗的功率 W/m 3 g —重力加速度 9.8m/s 2 h —絮凝过程中的水头损失 m v —水的运动粘度 m 2/s T —停留时间 s U —水的动力粘度 pa •s 因为uv P=v QT =所以gh pgh =vT u G T= 平均速度梯度：1234=P P P P G uv +++总例题1、隔板絮凝池设计流量75000m 3/d ，絮凝池有效容积1100m 3，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G 值，和GT 之各为多少？（水厂自用水量按5%计算）解：由题意的：Q=75000m 3/d v=1100m3 h=0.26mghG vT=g=9.8m/s 2 Q 总=75000m 3/d ==0.91m 3/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400m 3/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=400m 3/h P 1=195w P 2=120w P 3=60w P 4=30w T=20min U=1.14×10-3pa•s v=Q•T=400÷60×20=133.4m 3校核：1G s-=52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150w 53w 9.6w。

（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=26m3 P1=150w P2=53w P3=9.6w(2)根据G值应在20—70s-1范围之内G=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 01t ln(1)iC kG C =- （3）采4个CSTR 型反应器串联时 101t ln[()1]i iC kG C =- ×t t i =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 01()i C C k- 01()i C C k- 01()i C C k - 1 01ln i C k C 01ln i C k C 01(1)i C k C - 201(1)i C kC C - 001(1)i C kC C - 01(1)i iC kC C - C 0 —组分i 的流入浓度 C i —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0099%iC C C -= k=0.33min -1若采用CSTR 型反应器（一级反应）因为0099%iC C C -= 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t =工作时间-反冲洗时间（2） 滤池面积×QF v t=t —滤池有效工作时间 V —过滤速度 m/h 校核强制滤速×1N Vv N =- N —滤池的个数 例题1、水厂日产水量为50万m 3/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=52.5m 3/d t =24-0.2=23.8h v=10m/h校核强制滤速例题2、设计流量Q =3000m 3/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：Q =3000m 3/dV=10m/h t=6min t =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=0.001aQ 1 Q —加氯量 kg/ha —最大需氯量 mg/L Q 1—需消毒的水量 m 3/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Q 1=10500m 3/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=0.001aQ 1=0.001×3×437.5=1.3 kg/h4、平流式沉淀池——给水工程L —沉淀区长度 m B —沉淀区宽度 m h 0—沉淀区水深 mt —水在沉淀区的停留时间 su 0—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/sq —表面负荷或溢流率BL —表面积 Bh 0——截面积0h u q t==某特点颗粒去除率公式为00()/i i i u uE n u Q A== （u i 一定小于u 0） 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u i 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，u i 越大则去除率E 越高。

颗粒沉速u i 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u i 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 0vt Q=v —有效体积 m 3 Q —沉淀池的设计流量 m 3/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=3.6vT v —水平流速 mm/s T —停留时间h L —沉淀池长度m 沉淀池宽度—A B L=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=QT T —停留时间 h v —沉淀池有效容积 m 3 Q —产水量 m 3/h3、2×gr v F R = Fr=费劳德数 R —水力半径 m v —水平流速 m/sg —9.8 m/s 2 R=水截留面积水流湿周R=o o ×h 2h B B +（非满流） R=oo ×h 2(h )B B +（满流）Fr 表示水流的稳定性 10-5≤Fr≥10-44、水流的紊动性用雷诺数Re 判别 Re=vRvv —水平流速 m/s R —水力半径 m v —水的运动粘度 m 2/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/dQ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。