環(huán)境系統(tǒng)工程經(jīng)典練習(xí)題

1、一維均勻穩(wěn)態(tài)河流，初始斷面污染物濃C0=50mg/L，縱向彌散系數(shù)Dx=2.5mg/L，衰減系數(shù)k=0.2d-1，斷面平均流速ux=0.5m/s。試求下述條件下在下500m處的污染物濃度。(1) 一般解析解；(2) 忽略彌散作用時(shí)的解；(3) 忽略推流作用時(shí)的解；(4) 忽略衰減作用時(shí)的解。xx02xxu x4kDCC exp(11)2Du 0 xkxCC expu (ux=0)(k=0)解 (1) 由一維模型穩(wěn)態(tài)解表達(dá)式得： (2) 忽略彌散作用：此時(shí) 21050/ ,2.5/ ,0.1,0.5/xxcmg L Dms Kdum s0224exp(11)20.550040.12.5150ex

2、p1122.50.524360049.94(/)xxxxu xkDccDumgL0 xD 0exp500m0.1500150 exp49.94(/)0.5243600 xK xccucm gL 故 知 下 游處 濃 度 為(3) 忽略推流作用：此時(shí)ux=0，由一維穩(wěn)態(tài)方程可以推得： 從而得下游500m處濃度為：(4) 忽略衰減作用：此時(shí)，由穩(wěn)態(tài)一般解析解可得： 即：下游500m處濃度為50mg/L。0expxkccxD050/ccmg L0.1150exp500=35.58(/ )2.524 3600cmg L均勻穩(wěn)態(tài)河流，岸邊排放，河寬50m，河床縱向坡度s=0.0002，平均水深h=2m，

3、平均流速ux=0.8m/s ，橫向彌散系數(shù)Dy=0.4hu*， u*=(ghs)1/2 是河床剪切流速。 試計(jì)算： (1) 河流中污染物擴(kuò)散到對(duì)岸所需的縱向距離； (2) 污染物在橫斷面上達(dá)到均勻分布所需的縱向距離； (3) 排放口下游1000m處的擴(kuò)散羽寬度。 yyx2D x/u 2xy0.4u BxD 2xy0.055u BxD 解 (1) 污染物擴(kuò)散到對(duì)岸縱向距離： 由題設(shè)知： 所以： 即：污染物擴(kuò)散到對(duì)岸的縱向距離為2200m。2 ,0.0002,50 ,0.8/xhm sBm um s2229.81 2 0.00020.0626(/ )0.40.4 2 0.06260.05(/ )0

4、.0550.055 0.5 502200( )0.05yxyughsm sDhumsu BxmD (2) 污染物在橫斷面上達(dá)到均勻分布所需的縱向距離： 即橫斷面上達(dá)到均勻分布所需的縱向距離為16000m。(3) 排放口下游1000m處的擴(kuò)散羽寬度：因?yàn)樗詳U(kuò)散羽寬度b = 2 =2*11.18=22.36 (m)。2/20.05 1000/0.811.18()yyxDx um220.40.4 0.8 5016000( )0.05xyu BxmDy1. 已知湖泊容積V=2.0108 m3 ，水面面積As=3.6107 m2 ， 河流入流量Q=3.1109 m3/a，河流中磷的輸入量為1.5108

5、 g/a，磷的輸出量為1.125108 g/a，試判斷該湖泊的營養(yǎng)狀況，是否會(huì)發(fā)生富營養(yǎng)化？ 沖刷速度常數(shù)：滯留系數(shù)：磷的輸入量：解：r = Q / V = (3.1109) / (2.0108) =15.5 (a-1)=1-(1.125108)/(1.5108)=0.25Ic = 1.5108 g/a平衡濃度比較法CCPI (1 R )CrV = 1.5108 (1-0.25) / (15.52.0108)= 0.036 mg/L發(fā)生富營養(yǎng)化磷含量指標(biāo)為：0.01-0.02 mg/L。已知某湖泊的停留時(shí)間T=1.5a，沉降速度s=0.001/d，一種污染物排入湖中達(dá)到平衡濃度的90%需多長時(shí)

6、間？(設(shè)湖內(nèi)初始濃度為0)。 解：由已知 T=1.5a，s=0.001/d，C/Cp=90%，C0=0 C/Cp=1-exp-(s+r)tr = Q/V= 1/twr = tw -1 = (1.5a) -1 = 0.667 a-1 = 0.00183 d-1 = (-1)/(0.001+0.00183)ln(1-90%) = 2.23d 或 814 d 污水排量q=0.5m3/s，污水BOD濃度L0=400mg/L；河流流量Q=20m3/s，河流流速ux=0.2m/s，本底BOD濃度L0=2mg/L，起始斷面氧虧率10%，水溫20，kd=0.1/d， ka=0.2/d。為保證排放口下游8000

7、m處的DO4mg/L且BOD4 mg/L，試確定必須的污水處理程度(須處理掉BOD的百分率)? 解：起始斷面河水20時(shí)飽和溶解氧Cs為：D0= Cs*10% = 0.907 (mg/L) L0= (0.5*400+20*2)/(20+0.5) = 11.71 (mg/L)臨界氧虧發(fā)生時(shí)間為： 8000 m 處距離起始斷面的時(shí)間： 8000/(0.2*24*3600) = 0.46 dtcS0468C(m g / l)9.07m g / L31.6T( C ) = 6.13 d由于t8000mtc，因此只需控制8000m處的DO4mg/L且BOD4 mg/L即可，根據(jù)S-P模型：DO = Cs-

8、D = Cs - = 8.243-0.043L0 4解得：L0 98.67 mg/L 另外：Ckt0LL e = L0e(-0.1*0.46) = L0*0.955 4解得： L0 4.19 mg/L 綜合滿足兩個(gè)條件需：L0 4.19 mg/L 。設(shè)排放污水中的BOD值為 xmg/L， 可以根據(jù)起始斷面的物料恒算求得：(qx + QL)/(q+Q) = (0.5x +20*2)/(0.5+20) 4.19 x 91.77 mg/L污水處理程度：(400-91.77)/400*100% = 77.1%因此，污水須處理掉77.1%的BOD才能排入河流。已知某工業(yè)基地位于一山谷地區(qū)，計(jì)算的混合高度

9、h=120m，該地區(qū)長45km，寬5km，上風(fēng)向的風(fēng)速為2m/s，SO2的本底濃度為0。該基地建成后的計(jì)劃燃煤量為7000t/d，煤的含硫量為3%，S轉(zhuǎn)化為SO2的轉(zhuǎn)化率為85%，試用單箱模型估計(jì)該地區(qū)的SO2濃度？解：解：Q = (7000106)/(360024)3%85%2/(455106) = 18.3610-6 g/(m2.s) = 1.83610-2 mg/(m2.s)= 0 + (1.83610-245103) / (2120)= 3.44103 mg/L= 3.44 mg/m3P0Q lCCu h 某城區(qū)有一邊長15001500米的正方形區(qū)域，該區(qū)域二氧化硫的排放量為5000

10、mg/s，區(qū)內(nèi)排放源的有效源高15米，大氣穩(wěn)定度為E類，u為3 m/s，求其下風(fēng)向1500米處的二氧化硫的地面濃度貢獻(xiàn) (y=0; z=0)。已知：1=0.920818，1=0.0864001 (xy: 1-1000m); 1=0.896864，1=0.101947 ( xy: 1000m)。2=0.433384，2=0.565188。解：111yy00.920818y11a349x8249 m4.30.08640011000 m, 因因其其大大于于所所以以不不符符合合要要求求，舍舍去去。11yy00.896864y11a349x8728 m4.30.101947 。20.433384zz2z

11、(xx )(xx )0.565188(1500330)14.66 m 2222z00.433384zH15x330 m2.15*2.15*0.565188 。10.896864yy1y(xx )(xx )0.101947(1500+8728)402 m 223500015 exp()3.14340214.66214.66 = 0.053 (mg/m ) 2e2zzH2(x x )(x,0,0,He)yyzzQCeu(xx )(xx ) 已知煙囪物理高度為60m，排放熱流量為10104 kW，平均風(fēng)速為6m/s，SO2排放量為650g/s，試計(jì)算自地面至高240m處的SO2濃度在下風(fēng)向800m處

12、軸線上的垂直分布。大氣處于中性穩(wěn)定度，煙羽抬升高度由浮力射流公式計(jì)算： = 186，QH為排放熱流量（MW），1=0.61，1=2.06；2=1.01，2=0.10。 HeHH = 60+98 = 158 m= 186( (1001/4 6)= 98 m已知：已知： u=6m/s，h=240 m，x=800m， QH=100MW， H1=60m，y=0，Q=6.5105 mg/s。22ee22zz(z H )(z H )2exyzQC(x,y,z,H )ee2 u 10.61y1x2.06x 21.01z2x0.10 x 22(z 158)(z 158)14630.914630.9C(800,

13、0,z,158)1.66 ee 取h=30m，則自地面至高240m處的SO2濃度在下風(fēng)向800m處軸線上的垂直分布如下表：當(dāng)x=800m，下風(fēng)向800m處軸線上的垂直分布函數(shù)：已知某工廠排放NOx速率為100g/s，平均風(fēng)速為5m/s，如果控制NOx的地面濃度增量0.15mg/m3(標(biāo)態(tài)下)，試求所必須的煙囪有效高度？大氣處于中性穩(wěn)定度：1= 0.691，1= 0.237; 2= 0.610，2= 0.217。已知：已知：Q=100g/s=105mg/s，Cmax=0.15mg/m32zz2E t 10.691y1x0.237x 20.610z2x0.217x 2*xezu Hx4E 2a*z

14、2He22 ezmax(x,0,0,H )2xey2QCeu H 3z2zy5*0.691*0.6102 100100.153.14159 2.71828 5 22 1085.397 0.237x0.217x 解得：x*=16364.466 m，必需的煙囪高度為： He = 114.13 m2a*22 某小區(qū)有4家工廠，它們排放的廢水水質(zhì)、水量如表所示，確定主要污染源和主要污染物。標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)C C0i0i150301.50.05項(xiàng)項(xiàng) 目目CODBOD5CdHg污水量污水量(mg/L)(mg/L)(m(m3 3/s)/s)甲廠甲廠15007000.070.021.32乙廠乙廠8504500.210

15、.090.68丙廠丙廠6202900.150.062.10丁廠丁廠320800.330.171.55ijoiijijQCCP PPKjjPPKiiiijijPPK 甲廠乙廠丙廠丁廠PiKi污染物排序PijKijPijKijPijKijPijKijCOD13.2300.2963.8530.2518.680.2743.3070.25329.0700.27732BOD30.8700.69110.2000.66320.30.644.1330.31765.5030.62491Cd0.0620.0010.0950.0060.210.0070.3410.0260.7080.00684Hg0.5290.0121.2240.0802.520.0795.2700.4049.5430.09103Pj44.69115.37331.7113.051104.821.0000Kj0.42630.14670.30250.1245污染源排序1324已知河流某斷面一組水質(zhì)監(jiān)測值如下表，已知河流某斷面一組水質(zhì)監(jiān)測值如下表， 試計(jì)算該斷面的試計(jì)算該斷面的NemerowNemerow水質(zhì)指數(shù)水質(zhì)指數(shù)? ?監(jiān)測項(xiàng)目CODcr揮發(fā)酚氨氮Cr6+As濃度(mg/L) 13.00.041.980.040.12標(biāo)