环3年级水处理工程作业解答参考和常见(1-3) 12页

环3《水处理工程》(第一篇)作业解答和常见错误第一章绪论3-24.有一含氰有机废水，最大流量为100m/h,CN=10mg/L,BOD5=300mg/L,DO=0，欲排入3附近某河流。该河流属于III类水体，河水最小流量（95%保证率）为3m/s，最小流量时流速为0.2m/s，夏季DO=7mg/L，河水中原先没有氰化物。假定夏季废水和河水水温均为20℃。试估计废水所需的处理程度。存在问题：部分同学对α的取值不熟悉；处理程度的计算准则不太清楚。解：(1)α混合系数的选取：流速在0.2-0.3m/s，取α=0.7-0.8；流速较低时，α=0.3-0.6；流速较高时，α=0.9。根据题中条件，取α=0.7-(2)标准：《地表水环境质量标准（GB3838-2002）》中III类水体标准限值：CN为0.2mg/L；DO为5mg/L；BOD5为4mg/L。《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）：排入III类水体，执行一级B标准，-BOD5排放浓度为20mg/L，CN为0.5mg/L。--(3)CN的处理程度：由于废水和河水混合前后所含的CN总量相等，所以：cqcQ+=+α()αQqc12-c1——河水中的CN浓度-c2——水体中CN的最大容许浓度，0.2mg/L-c——容许排入河流的废水中的CN浓度(计算结果大于10mg/L)-另一方面，按照《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准，CN的容许排放浓度为-0.5mg/L。则，CN的处理程度为：（10－0.5）/10=95%(4)BOD5的处理程度：3在满足III类水体DO浓度条件下，河水中可利用的DO=(7-5)*0.7*3m/s=4.2g/s1废水中的有机物氧化分解，并使水中DO保持在5mg/L,所需的氧量：DO=100/3600*x+100/3600*5=DO21允许排入河流的废水BOD,x=146.2mg/L5另一方面，《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准，容许排放的BOD5浓度为20mg/L.则，BOD处理程度＝(300-20)/300=93.3%5(5)综合以上考虑，废水的处理率应该为95%。\n第二章混凝5.混凝过程中，压缩双电层和吸附－电中和作用有何区别？简述硫酸铝的混凝作用机理及其与水的pH值的关系。解：略10.为什么有时需要将PAM在碱化条件下水解成HPAM？PAM水解度是何涵义？一般要求水解度为多少？解：略322.Foraflowof13500m/dcontaining55mg/Lofsuspendedsolids,ferricsulfateisusedasacoagulantatadoseof50mg/L(a)Assumingthatthereislittlealkalinityinthewater,whatisthedailylimedose?(b)Ifthesedimentationbasinremoves90%ofthesolidsenteringit,whatisthedailysolidsproductionfromthesedimentationbasin?存在问题：第一部分，大部分同学没有看清楚问题，应该是每天消耗多少氧化钙(单位应该是kg/d)；第二部分有部分同学对形成沉淀的物质组分分析不够，应该为Fe(OH)3和去除的SS，CaSO4经过溶解度计算全部溶解于水。解：a．根据题意，原水中的碱度很低，可以忽略。Fe2(SO4)3投加量50mg/L,Fe2(SO4)3的分子量为400，则摩尔投加量为：50/400＝0.125mmol/L取剩余碱度为0.35mmol/L（0.25~0.5之间均可）,由反应式Fe2(SO4)3+3H2O+3CaO=2Fe(OH)3+3CaSO4[CaO]=0.725mmol/L，所以，需CaO：548.1kg./d-38b．Fe2(SO4)3和石灰反应生成Fe(OH)3（溶度积：3.2×10），与水中的SS一起形成沉淀。因-5此沉淀物由两部分组成。（298K下硫酸钙的溶度积为6.26×10，经验算，CaSO4全部溶于水，不存在沉淀。）Fe(OH)3分子量：107；CaSO4分子量：136(1)Fe(OH)3沉淀＝361.125kg/d(2)原水中SS的去除量＝668.25kg/d沉淀物=361.125+668.25＝1029.375kg/d3323.隔板絮凝池设计流量75000m/d。絮凝池有效容积为1100m。絮凝池总水头损失为0.26m。求絮凝池总的平均速度梯度G值和GT值各为多少？（水厂自用水量按5%计）。这个题目错误较少，极少同学没有加上5%33解：Q=75000×1(+5%)=78750(m/d)=.091(m/s)T\n水在絮凝池中的停留时间：T=V/Q=1100.0/91=1208(8.s)−62水温以20℃计，此时水的运动粘度为：ν=.1005×10m/s−14则：GS=45.8()，GT=×5.541024.某机械絮凝池分成3格。每格有效尺寸为2.6m（宽）×2.6m（长）×4.2m（深）。每格设一台垂直轴桨板搅拌器，构造按图15-21，设计各部分尺寸为：r2=1050mm；桨板长1400mm，宽120mm；r0=525mm。叶轮中心点旋转线速度为：第一格v1=0.5m/s第二格v2=0.32m/s第三格v3=0.2m/s求：3台搅拌器所需搅拌功率及相应的平均速度梯度G值（水温按20℃计算）存在问题：一部分同学对外桨板的r2和r1理解和计算有误；《给水工程》第四版P283页例题在计算中关于r2和r1的区别也有误。大部分同学对总的平均速度梯度G值理解错误，因而没有计算。解：设桨板相对于水流的线速度等于桨板旋转线速度的0.75(可以取0.5~0.75)倍，则每格相对于水流的叶轮转速分别为：.075v1.075×5.0ω===.0714r/s1r.05250.075v2.075×.032ω===.0457r/s1r.05250.075v3.075×2.0ω===.0286r/s1r.05250（1）每格桨板所需功率计算靠外桨板外缘旋转半径r2=1.05m，内缘旋转半径r1=1.05-0.12=0.83m靠内桨板外缘旋转半径r2=0.525+0.12/2=0.585m，内缘旋转半径r1=0.525-0.12/2=0.465m第一格：PW=150.7()1第二格：PW=39.5()1第三格：PW=9.7()1（2）平均速度梯度计算\n−3水温按20℃计算，水的粘度系数μ=.1002×10Pa⋅s3每格体积：V=2.6×2.6×4.2=28.392(m)−1平均速度梯度为：GS=48.4()第三章沉淀与澄清4.Determinethesettlingvelocityinm/sofasphericalsandparticlewithaspecificgravityof2.65anddiameterof0.45mmattemperatureof20°C.解：这个题目错误比较少。−3−6220℃时，水的粘度系数μ=.1002×10Pa⋅s，水的运动粘度ν=.1005×10m/s，3水的密度：ρ=.0997g/cm1假定水流处在层流区，用斯笃克斯公式计算得：um=0.182/s校核Re值−3ud.0182×.045×10Re===815.>1−6ν.1005×10水流不是层流状态，不符合假设。假定它属于过渡区则利用阿兰公式计算：um=0.075/s校核Re值−3ud.0075×.045×10Re===336.∈(),11000−6ν.1005×10因此假设成立，颗粒沉降速度为0.075m/s312.平流沉淀池设计流量为720m/h。要求沉速等于和大于0.4mm/s的颗粒全部去除。试按3理想沉淀条件，求：(1)所需沉淀池平面积为多少m？(2)沉速为0.1mm/s的颗粒，可去除百分之几？解：（题目给出错误，0.4m/s应该为0.4mm/s，大部分同学按照0.4m/s来计算）372033设计流量Q=720m/h=m/s=2.0m/s3600Q−3沉淀池表面负荷==u=4.0mm/s=4.0×10m/s0A−32因此所需沉淀池面积为：A=Q/u=2.0/(4.0×10)=500(m)0沉速为0.1mm/s的颗粒的去除率为：\nu1.0iE=×100%=×100%=25%u4.0016.Alaboratorysettlinganalysishasbeenperformedonadomesticwastewaterexhibitingflocculentsedimentationwiththeresultsgiveninthefollowingtable.Thecolumnhadadiameterof14cmandtotaldepthof2.40m,withsamplingportsspacedwith0.60m.Theinitialconcentrationofthewastewaterwas300mg/L.DeterminethesurfaceloadingrateofsedimentationtankwhenSSoverallremovalof65%isrequested.SamplingportsdepthPercentageSSremovedatthefollowingsettlingtimes(%)(m)5min10min20min40min60min90min120min0.6415560677273761.2193345586270741.815313854596371这个题目很重要，部分同学计算太粗糙，绘图很随意，误差较大。解：将有关数据绘图，以深度为纵坐标，沉淀时间为横坐标，各点表示相应的去除百分数。采用插入法绘出去除百分数等值曲线。0h6h5h475%0.55567724160h373761h2193345586270741.5h1545971水面下深度（m）15313863270%30%40%50%60%65%2.5020406080100120时间（min）假定沉淀池的有效深度为1.8m，选停留时间为30min。在上图中绘制相应于t0=30min的垂直线与各等直线相交，量得相邻等直线之间的中点的深度h1=1.65m，h2=1.17m，h3=0.70m，h4=0.42m，h5=0.25m，h6=0.12m。将有关数据代入式（16-25）中，得到总去除百分数为：1.651.17P=+×−+×−40(5040)(6050)1.81.80.700.420.25+×−+×−+×−=(6560)(7065)(7570)59.5%1.81.81.8同样道理，假定不同的停留时间，计算不同停留时间下的总去除百分数。\n绘制总去除百分数与停留时间的关系曲线，见下图：停留时间（min）304045506080总去除百分率（%）59.562.563.964.966.670.5由该图求得当要求沉淀效率为65%时，所需停留时间为50.2min。对应沉淀池的颗粒截留速度为：9080706050.250停留时间（min）4030205560657075总去除百分数（%）h01.832um===0.0359/min=0.60mm/s=51.84m/md⋅=表面负荷0t50.20318.污水性质及沉淀试验资料同习题16，污水流量1000m/h，试求（1）采用平流式、竖流式、幅流式沉淀池，它们各自的池数及澄清区的有效尺寸？（2）污泥的含水率为96％时的每日污泥容积。解：（1）设计时需参考《排水工程》第四版；a)平流沉淀池按照上面的试验结果，絮凝沉淀去除率在65％的时候h8.10u===.00359m/min=.060mm/s0t502.0u0考虑水流的影响：u=取1.50设1.251.75~3232u设＝0.4mm/s=1.44m/h=1.44m/m.h取q设＝u设＝1.40m/m.h2A=Q/q设=714mH=1.8mT＝H/u设=1.3h混凝沉淀池的水平流速宜为10～25mm/s，这里取12mm/s：L=3.6vT=3.6×12×1.3＝56.16m，取56mB=A/L=714/56=12.75m\n采用2组池子，每组宽度取b＝6.4m(3m4，L/H=31.1>10（符合要求）校核Fr：2水流截面积ω＝bH＝6.4×1.8＝11.52m水流湿周χ＝b＋2H＝6.4＋2×1.8＝10m水力半径R＝ω/χ＝11.52/10=1.152m22v(0.012)−55−弗劳德数Fr===×>×1.27101.010，稳定！Rg1.1529.81×b)竖流式沉淀池竖流沉淀池的设计，按照絮凝沉淀去除率为65％的情况下进行，取中心管流速v0=0.03m/s（不宜大于30.0mm/s）Q10002中心管面积f===9.26mv36000.03×022采用6座竖流式沉淀池，f1=9.26/6=1.54m，取1.6m4f41.6×1dm===1.43，取1.5m0π3.14有效沉淀高度h2=3600vt=3600×0.0006×1.5=3.24m，取3.3m（v等于拟去除的最小颗粒沉速u0=0.6mm/s）中心管喇叭口到反射板之间的间隙高度：q1000/6hm===0.26，取0.3m3vπd0.033.141.93600×××11其中d1=0.35d0；v1取0.04m/sq1000/62每座池的沉淀区面积f===77.2m2v36000.0006×22每座池总面积A＝f1+f2=77.2+1.6=78.8m，取90m44A×80每座直径D===10.1m，取10m（4~7米为宜，不大于10m，如果大π3.14于7m，为了使池内水流分布均匀，可增设辐射方向的流出槽，并在槽前设挡板；为了保证水流自下而上流动，径深比D/h2不大于3，h2为有效水深）100.4−oo污泥斗高度h=tan60=7.6m(α取60，截头直径0.4m)525沉淀池总高H==++++=∑hmi0.33.30.30.37.611.81\nc)幅流沉淀池u0u=取1.5设.125－.17532u设＝0.4mm/s=1.44m/h=1.44m/m.h=q0Q10002A===347m取n=21nq21.44×04A4347×1池径D===21m(6~60m，最大可达100m)π3.14取沉淀时间1.5h，则有效水深h2=q0t=1.44×1.5=2.16m，取2.2m径深比D/h2=21/2.2=9.5，合适（6～12）（2）每日污泥容积量Q24(cc)××−011000240.365%×××3w===117mγ×−(100p)1000(10096)%×−021.已知平流沉淀池的长度L=20m，池宽B=4m，池深H=2m。今欲改装成斜板沉淀池，斜板水平间距10cm，斜板长度l=1m，倾角60度。如不考虑斜板厚度，当废水中悬浮颗粒的截留速度u0=1m/h，求改装后沉淀池的处理能力与原有池子比较提高多少倍？改装后沉淀池中水流的雷诺数Re为多少？与原有池子的Re相差多少倍？存在问题：少量同学斜板数量计算，安装斜板以后的湿周计算，雷诺数计算错误。这个题目比较重要，难度较大，大部分同学对异向流、同向流及侧向流斜板沉淀池的具体概念及构造不是很熟悉。解：（1）对于平流式沉淀池2沉淀池表面积：A=LB=20×4=80(m)沉淀池的处理能力3Q1=u0×A=1×80=80(m/h)2水流截面积：ω=BH=4×2=(8m)1水流湿周：χ=B+2H=4+2×2=(8m)1ω81水力半径：R===(1m)1χ81Q80−3流速：v===10(m/h)=.278×10(m/s)1ω81\n−3v1R1.278×10×13雷诺数：Re===.276×10−6ν.1005×10（2）若改装成上向流（即异向流）斜板沉淀池过水断面0.5Lo扣除无效长度lcosθ=1×cos60=(5.0m)20−5.0斜板块数：n=+1=1961.0处理水量：Q=η⋅u⋅(A+A)20斜原有效系数η一般在0.7-0.8之间，取0.75o22A=nBlcosθ=196×4×1×cos60=392(m)，A原=LB=20×4=80（m）斜因此，3Q=.075×1×(392+80)=354(m/h)2o2板间水流截面积：ω=Bdsinθ=4×1.0×sin60=.0346(m)2o水流湿周：χ=(2B+dsinθ)=2×4(+1.0×sin60)=.817(m)2水力半径：ω2.0346R===.00422χ.8172流速：Q2354−3v===.524(m/h)=.146×10(m/s)2oB(L−)5.0sinθ4×(20−)5.0×sin60雷诺数：−3v2R2.146×10×.0042Re===612−6ν.1005×10沉淀池改装后与改装前处理能力与Re比较：Q3542改装后处理能力为改装前的==.4425倍，即提高了3.425倍Q801\nRe612改装后Re为改装前的==.0022倍3Re.276×101（3）若改装成下向流（即同向流）斜板沉淀池过水断面0.5Lo扣除无效长度lcosθ=1×cos60=(5.0m)20−5.0斜板块数：n=+1=1961.03处理水量：Q=η⋅u⋅(A−A)=.075×1×(392−80)=234(m/h)20斜原水力半径与上向流相同：R=.00422流速：Q2234−4v===.346(m/h)=.962×10(m/s)2oB(L−)5.0sinθ4×(20−)5.0×sin60雷诺数：−4v2R2.962×10×.0042Re===402−6ν.1005×10沉淀池改装后与改装前处理能力与Re比较Q2342改装后处理能力为改装前的==.2925倍，即提高了1.925倍Q801Re402改装后Re为改装前的==.0014倍3Re.276×101（4）若改为侧向流斜板沉淀池，斜板沿长边方向放置，宽为20m过流断面H0.5B\no扣除无效长度lcosθ=1×cos60=(5.0m)4−5.0斜板块数：n=+1=361.0处理水量：Q=η⋅uA20斜有效系数η一般在0.7-0.8之间，取0.75o2A=nLlcosθ=36×20×1×cos60=360(m)斜因此，3Q=.075×1×360=270(m/h)2o2板间水流截面积：ω=ldsinθ=1×1.0×sin60=.00866(m)2水流湿周：χ=2l+d=2×1+1.0=(1.2m)2水力半径：ω.008662R===.00412χ1.22流速：Q2270−2v===77(9.m/h)=.217×10(m/s)2ooBlsin604×1×sin60雷诺数：−2vR.217×10×.004122Re===8642−6ν.1005×10沉淀池改装后与改装前处理能力与Re比较：Q2702改装后处理能力为改装前的==.3375倍，即提高了2.375倍Q801Re8642改装后Re为改装前的==.031倍3Re.276×101第四章过滤11.什么叫“等速过滤”和“变速过滤”？两者分别在什么情况下形成？分析两种过滤方式的优缺点并指出哪几种滤池属“等速过滤”？\n19.某天然海砂筛分结果见下表，根据设计要求：d10＝0.54mm，K80＝2.0。试问筛选滤料时，共需筛除百分之几天然砂粒（分析砂样200g）。筛孔留在筛上砂量通过该号筛的砂量（mm）质量（g）％质量（g）％2.360.81.6518.41.0040.60.5985.00.2543.40.219.2砂底盘2.6合计200解：少部分同学不知道怎样利用滤料筛分曲线，大部分同学绘图粗糙，计算误差较大。由上表绘制滤料筛分曲线。滤料筛分曲线10087.21008080604010通过筛孔砂量（％）20016.40.541.081.530.41000.20.40.60.811.21.41.61.822.22.4筛孔孔径（mm）根据设计要求，d10=0.54mm，d80=d10K80=0.54×2=1.08mm按此要求筛选滤料，方法参见课本第三节滤料部分中“滤料筛选方法”中的叙述。在图中求得天然海砂中小孔径砂粒（<0.41mm）应筛除约16.4％，大孔径砂（>1.53mm）应筛除约100％-87.2％＝12.8％，总共需筛除16.4％+12.8％＝29.2％左右。