水污染控制工程計算題

1、1 計算題1.1 已知某小型污水處理站設(shè)計流量Q=400m3/h，懸浮固體濃度SS=250mg/L。設(shè)沉淀效率為55。根據(jù)實驗性能曲線查得u0=2.8m/h，污泥的含水率為98，試為處理站設(shè)計豎流式初沉池。設(shè)計參數(shù)：污水在中心管內(nèi)的流速v0=30mm/s=0.03m/s表面水力負荷q=u0=2.8m3/(m2·h)(1)估算豎流沉淀池直徑，確定池數(shù)。設(shè)計沉淀池數(shù)為四只，池型為圓形，估算單池的直徑約為7m，符合要求。單池流量Q=Q/4=100m3/h(2)中心管的截面積和直徑(3)喇叭口直徑d1=1.35d=1.35×1.1=1.5m(4)反射板直徑=1.3 d1=2.0m(

2、5)中心管喇叭口到反射板之間的間隙高度h3.(6)沉淀區(qū)面積(7)沉淀池直徑(8)沉淀區(qū)的深度：h2=vt=2.8×1.3=3.643.7m(設(shè)沉淀時間為1.3h)D/h2=7/3.7=1.89<3符合要求(9)污泥斗的高度和體積取下部截圓錐底直徑為0.4m，貯泥斗傾角為55°，則h5(7/2-0.4/2)tg55°=4.7mV1=(R2+Rr+r2)h5/3=(3.52+3.5×0.2+0.22)×4.7/3=64m2(10)沉淀池的總高度HH=h1+h2+h3+h4+h5=0.3+3.7+0.3+0.3+4.7=9.3m(11)污泥區(qū)

3、的容積排泥周期按2d設(shè)計，則污泥區(qū)容積在工程設(shè)計中還包括進水槽、出水槽、出水堰、排泥管等設(shè)計內(nèi)容。1.2 某城市污水處理廠，設(shè)計處理流量為30000m3/d，時變化系數(shù)為1.5，經(jīng)沉淀后的BOD5為200mg/L，總氮為30mg/L，總磷為3mg/L，擬采用活性污泥法進行處理，希望處理后的出水BOD5為20mg/L。試計算與設(shè)計該活性污泥法處理系統(tǒng)1. 工藝流程的選擇計算處理效率E：根據(jù)提供的條件，采用傳統(tǒng)推流式活性污泥法，曝氣池采用推流廊道式，運行時考慮階段曝氣法和生物吸附再生法運行的可能性，其流程如下：原廢水初沉池曝氣池二沉池處理出水剩余污泥回流污泥2. 曝氣池的計算與設(shè)計(1)污泥負荷的

4、確定 根據(jù)實驗或經(jīng)驗以及所要求的處理效果，本曝氣池采用的污泥負荷率(Ns)為：0.27kgBOD5/kgMLSS·d。（一般為0.20.4kgBOD5/kgMLSS·d）(2)污泥濃度的確定 根據(jù)Ns值，SVI值在80150之間，設(shè)計取SVI130，污泥回流比為35，經(jīng)計算曝氣池污泥的污泥濃度X為：(3)曝氣池容積的確定 根據(jù)計算，曝氣池有效容積V為：(4)曝氣池停留時間的校核：(5)曝氣池主要尺寸的確定：1) 曝氣池的面積：設(shè)計2座曝氣池（n=2)，每座曝氣池的有效水深(H1)取4.0m，則每座曝氣池的面積（A1）為：2) 曝氣池的寬度：設(shè)計曝氣池的寬度B為6m，校合寬深

5、比B/H6/4=1.5，在12之間，符合要求。3) 曝氣池的長度：LA1/B=1250/6=208m，設(shè)計取210m校核長寬比L/B=210/6=35>10，符合要求。4) 曝氣池的總高度：設(shè)計取超高（保護高度H2）為0.8m，則曝氣池的總高度HH1H24.8m5) 曝氣池的平面形式：設(shè)計曝氣池為3廊道形式，則每廊道長L1=L/3=210/3=70m。則曝氣池的平面尺寸為：曝氣池長L1=70m；曝氣池寬B1B×36×318m。6) 曝氣池的進水方式：為使曝氣池的能夠按多種方式運行，將曝氣池的進水與污泥回流安排在每一廊道的首端以及廊道的中間部分。若從曝氣池的第一廊道首端

6、進水并回流污泥，則為傳統(tǒng)推流方式運行；若從曝氣池的第一廊道的首端回流污泥，從第三廊道的中間進水，則為生物吸附再生方式運行；若從曝氣池的第一廊道回流污泥，而沿每一廊道的池長多點進水，則為階段曝氣方式(逐步曝氣)運行。3. 曝氣系統(tǒng)的計算與設(shè)計采用直徑為300mm的圓盤式微孔曝氣釋放器，安裝在距離曝氣池的池底200mm處。根據(jù)第四節(jié)的計算，鼓風機的供氣量為107.4m3/min，設(shè)計取110m3/min。根據(jù)計算，鼓風機房至最不利點的空氣管道壓力損失為1.735kPa，則取微孔曝氣盤及其配管的空氣壓力損失為4.9kPa。則總壓力損失為1.735+4.9=6.635kPa。取釋放器出口剩余壓力3kP

7、a。鼓風機所需壓力為p(4.0-0.2)×9.86.635+3=46.9kPa。設(shè)計采用風量為40m3/min，風壓為49kPa的羅茨鼓風機4臺，3用1備，常開3臺，風量120m3/min，高峰時4臺全開，風量160m3/min，低負荷時可開2臺，風量80m3/min。4. 二沉池的計算與設(shè)計二沉池采用幅流式沉淀池，用表面負荷法計算，設(shè)計取表面負荷q=1.0m3/m2·h(一般為0.751.5)。（1）表面積：廢水最大時流量：Qmax1.5×Q/241.5×30000/24=1875m3/h沉淀池表面積AQmax/q=1875/1.0=1875m2設(shè)計選

8、擇4座沉淀池（n=4），則每座二沉池的表面積A1為：A1A/n=1875/4=468.75m2：（2）二沉池直徑：每座二沉池的直徑設(shè)計取D125m。（3）有效水深：設(shè)計取分離澄清時間t為2小時（1.52.5h），則有效水深H1為：H1Qmax×t/A=1875×2/1875=2m。選用直徑為25米的刮泥設(shè)備，取超高300mm，緩沖區(qū)高度300mm。根據(jù)刮泥設(shè)備的要求設(shè)計二沉池池底及泥斗部分。5. 剩余污泥量的計算每日污泥的增長量（剩余污泥量）為：根據(jù)實驗或手冊，取a值為0.6，b值為0.075，則剩余污泥量為：每天排放含水率為99.2%的剩余污泥量為：217.5噸。6. 回

9、流污泥系統(tǒng)的計算與設(shè)計采用污泥回流比35，最大回流比為70，按最大回流比計算：污泥回流量QRR×Q0.70×30000/24=875m3/h采用螺旋泵進行污泥提升，其提升高度按實際高程布置來確定，本設(shè)計定為2.5m，根據(jù)污泥回流量，選用外徑為700mm，提升量為300m3/h的螺旋泵4臺，3用1備。7. 營養(yǎng)物的平衡計算（1）BOD530000×(0.2-0.02)=5400kg/d；（2）氮(N)每日從廢水中可獲得的總氮量為：N10.03×30000900kg/d每日污泥所需要的氮量為：BOD5:N100:5；則N270kg/d每日隨出水排除的N量為：

10、900-270630kg/d，相當于21mg/L（3）磷(P)每日從廢水中可獲得的總磷量為：P10.003×3000090kg/d每日污泥所需要的磷量為：BOD5:P100:1；則P54kg/d每日隨出水排除的P量為：90-5436kg/d，相當于1.2mg/L廢水中N和P營養(yǎng)源能夠滿足微生物生長繁殖需求，無需向廢水中補充氮源和磷源，但出水中氮和磷的濃度不能滿足廢水一級排放標準的要求。1.3 處理污水量為21600m3/d，經(jīng)沉淀后的BOD5為250mg/L，希望處理后的出水BOD5為20mg/L。要求確定曝氣池的體積、排泥量和空氣量。經(jīng)研究，還確立下列條件：（1）污水溫度為20；（

11、2）曝氣池中混合液揮發(fā)性懸浮固體（MLVSS）同混合液懸浮固體（MLSS）之比為0.8；（3）回流污泥SS濃度為10000mg/L；（4）曝氣池中MLSS為3500mg/L；（5）設(shè)計的c為10d；（6）出水中含有22mg/L生物固體，其中65是可生化的；（7）污水中含有足夠的生化反應(yīng)所需的氧、磷和其他微量元素；（8）污水流量的總變化系數(shù)為2.51. 估計出水中溶解性BOD5的濃度出水中總的BOD5出水中溶解性的BOD5出水中懸浮固體的BOD5確定出水中懸浮固體的BOD5：(1) 懸浮固體中可生化的部分為0.65×22mg/L=14.2mg/L(2) 可生化懸浮固體的最終BODL=0

12、.65×22×1.42mg/L=20.3mg/L(3) 可生化懸浮固體的BODL換算為BOD50.68×20.3=13.8mg/L(4) 確定經(jīng)曝氣池處理后的出水溶解性BOD5，即Se20mg/LSe13.8mg/L，則Se6.2mg/L計算處理效率E：若沉淀池能去除全部懸浮固體，則處理效率可達：2. 計算曝氣池的體積3. 計算每天排除的剩余活性污泥量選計算Yobs：計算排除的以揮發(fā)性懸浮固體計的污泥量：計算排除的以SS計的污泥量：4. 計算回流污泥比R曝氣池中VSS濃度3500mg/L，回流污泥VSS濃度8000mg/L5. 計算曝氣池的水力停留時間：6. 計算

13、曝氣池所需的空氣量（1）曝氣池所需的氧量計算1) 生化反應(yīng)中含碳有機物全部生化所需的氧量：2) 生化反應(yīng)所需氧量所需氧量(7744-1.42×1645.7)kg/d5407.1kg/d（2）根據(jù)所需的氧量計算相應(yīng)的空氣量1) 若空氣密度為1.201kg/m3,空氣中含有的氧量為23.2，則所需的理論空氣量為：2) 實際所需的空氣量為：3) 設(shè)計所需的空氣量為：1.4 某小區(qū)生活污水處理廠設(shè)計處理流量為2500m3/d，廢水的平均BOD5為150mg/L，COD為300mg/L，擬采用生物接觸氧化進行處理，希望處理后的出水BOD5為20mg/L。試計算與設(shè)計該生物接觸氧化法處理系統(tǒng)1.

14、設(shè)計參數(shù)有機填料容積負荷Nv=2.0kgBOD5/m3·d，采用組合填料，每片填料直徑150mm，填料層高度2.5m，填料片連接成串，每串填料左右間隔160mm，串中每片填料上下間隔80mm，采用微孔曝氣，氣水比20:1。2.生物接觸氧化池有效容積3.生物接觸氧化池總面積4.確定生物接觸氧化池的個數(shù)及每池的面積根據(jù)現(xiàn)場條件，擬采用一池三格，以推流形式運行。每一格的面積為：實際設(shè)計每一個池采用：B×L=4.0×6.0 (m)5.校核反應(yīng)接觸時間6.確定生物接觸氧化池的總高度7.確定空氣量空氣量O20×Q20×2500/24/60=35m3/min

15、.選擇風機二臺（一用一備），風壓5mH2O，風量40m3/min。曝氣系統(tǒng)的設(shè)計計算同活性污泥法。1.5 江南某城鎮(zhèn)擬新建污水處理廠一座，已知近期規(guī)劃人口50000人，生活污水量綜合排放定額為180L/(人·d)，污水水質(zhì)為：COD：450mg/LBOD5：185mg/LSS：250mg/LTKN：30mg/LTP：5.0mg/L要求對該鎮(zhèn)污水進行除磷脫氮處理，采用A2/O工藝且出水水質(zhì)指標要求達到下列標準：COD<70mg/LBOD5<20 mg/LSS<20 mg/LNH3-N<10 mg/LTP<1.0 mg/L1. 設(shè)計水量計算平均日設(shè)計水量：q

16、v=180×50000×(l+10%)/1000=9900m3/d式中，10為污水管網(wǎng)的地下水滲入系數(shù)，設(shè)計取平均日污水量10000m3，一級處理構(gòu)筑物設(shè)計流量參照總變化系數(shù)kz(kz=1.59)，以提升泵房的提升泵最大組合出水量為設(shè)計流量，生化處理構(gòu)筑物取最大日10h平均流量，本題取最大日10h變化系數(shù)為1.3。2. 一級處理構(gòu)筑物計算（略）3. 二級生化處理構(gòu)筑物設(shè)計設(shè)計兩組平行系統(tǒng)，計算各池容積。3.1進入生化處理構(gòu)筑物水質(zhì)指標確定設(shè)污水經(jīng)過一級處理后，進入生化處理構(gòu)筑物各水質(zhì)指標濃度為：COD：340mg/LBOD5：140mg/LSS：125mg/LTKN：28.

17、5mg/LTP：4.5mg/L3.2設(shè)計參數(shù)確定最低平均溫度T15活性污泥揮發(fā)性固體含量MLVSS/MLSS=0.7BOD5污泥負荷NS=0.15kgBOD5/kgMLVSS·d20時反硝化速率為0.12kgNOx-N/kgMLVSS·d污泥產(chǎn)率系數(shù)y=0.6kgVSS/kgBOD5·d內(nèi)源呼吸速率Kd=0.04d-1剩余污泥含水率99.2%3.3按反硝化速率和硝化菌比增長速率設(shè)計計算a厭氧池設(shè)計計算厭氧池通過回流二沉池的沉淀污泥，使在好氧池過度攝磷的活性污泥在厭氧他進行磷釋放，因為影響釋磷過程的因素很多，一般應(yīng)根據(jù)試驗確定厭氧池的容積，目前厭氧池的容積通常根據(jù)經(jīng)

18、驗停留時間來確定，一般為l2h。厭氧池平均停留時間t厭=2.0h時，V厭=1.3×(10000/24)×2.0=1083(m3)回流污泥濃度10000mg/L，相當于SVI=100污泥回流比取r=50%，則混合液污泥濃度為：b缺氧池設(shè)計計算缺氧池通過曝氣池混合液內(nèi)循環(huán)，使在好氧池中經(jīng)硝化反應(yīng)所產(chǎn)生的硝酸根離子和亞硝酸根離子回流至缺氧池進行反硝化反應(yīng)。預(yù)設(shè)生化系統(tǒng)每天生成活性污泥（MLVSS）300kg/d，活性污泥含氮量以10計，則用于生成活性污泥每天去除的氮為30kg/d。進入缺氧池污水含TN=26.2mg/L，計算時取出水TN為6mg/L，則TN去除率為：，則由得到：混

19、合液回流比R=2.87=287%缺氧池容積V缺為：V缺=l.3×10000×(26.2-6)/(0.7×3330×0.12×1.05(15-20)=1197（m3）缺氧池停留時間t缺為：t缺=1197/(1.3×10000/24)=2.21(h)反硝化時去除有機物量為：c好氧池設(shè)計計算據(jù)硝化菌的最大比增長速率，Nmax0.47e0.098(t-15) ，t=15時Nmax0.47d-l則穩(wěn)定運行下硝化菌的比增長速率：當N1=l.0mg/L時，KN=1.0mg/L時，得：N0.23d-l最小泥齡min=1/0.23=4.35d取K=1.

20、3，安全系數(shù)Sf=2.0，則設(shè)泥齡：=4.35×1.3×2=11.3d由有機物去除負荷與泥齡關(guān)系n0=1/(·y)得出：n0=1/(11.3×0.6)=0.15kgBOD5/kgMLVSS·d好氧池水力停留時間t好為：好氧池容積V好=6.7×1.3×10000/24=3629（m3）。A2/O系統(tǒng)總?cè)莘eV總=1083+11973629=5909(m3)T總=10.9(h)3.4按污泥負荷設(shè)計計算a厭氧池設(shè)計計算（厭氧池設(shè)計計算同前）。bA/O池容積計算取污泥負荷為0.15kgBOD5/kgMLVSS·d，則A/O池

21、總?cè)莘e為：VA/O=1.3×10000×(140-20)/0.15×0.7×3330=4457(m3)tA/O=4457/(1.3×10000/24)=8.2(h)按照經(jīng)驗數(shù)據(jù)，缺氧段與好氧段的停留時間比=13計算，則缺氧段V缺=1114m3，t缺=2.lh。好氧段V好=3342m3，t好=6.lh。A2/O總?cè)莘eV總及總停留時間t總為：V總=1083+4457=5540（m3），t總=10.2(h)3.5剩余污泥量計算a硝化菌生成污泥量：Wv1=1.3×10000×(26.2-0)×0.1/1000=34(kg/

22、d)式中硝化菌產(chǎn)率系數(shù)取0.1kgVSS/kgNH3-N·db異氧菌生成污泥量：Wv2=1.3×10000×(140-20)×0.6/1000=936(kg/d)每天產(chǎn)生的揮發(fā)性剩余泥量為：WvWv1+Wv2=970(kg/d)剩余污泥VSS/SS=0.7，則每天產(chǎn)生剩余污泥量：W=970/0.7=1386(kg/d)污泥含水率為99.2時，剩余污泥體積為：V剩=1386/0.8=173（m3）3.6除磷量校核本污水廠生化系統(tǒng)每天要求的除磷量為l.3×10000×(4.5-1.0)=45.5kg/d，而普通活性污泥法剩余污泥含磷約占污

23、泥干重的1.5%，如果使用普通活性污泥法仍產(chǎn)生970kg/d的污泥，則由于同化合成作用而去除的磷為14.6kg/d，遠不能達到要求，A2/O脫氮除磷系統(tǒng)的剩余污泥含磷量可達污泥干重的5%，每天產(chǎn)生約970kg的污泥可除磷49kg/d左右。3.7需氧量計算a降解有機物需氧量：O1=1.3×10000×(140-20)/(0.68×1000)=2294(kg/d)b硝化氨氮需氧量：O2=4.57×1.3×10000×(26.2-0)/l000=1574(kg/d)c污泥氧當量：O3=1.42×970=1377kg/dd反硝化過程

24、提供化合態(tài)氧當量：O4=2.86×1.3×10000×(26.2-6)/1000=762kg/d共需氧量：O=2294+1574-1377-762=1729kg/d1.6 已知某城鎮(zhèn)人口80000人，排水量定額為100L/（人·d），BOD5為20g/（人·d）。設(shè)有一座工廠，污水量為2000m3/d，其BOD5為2200mg/L。擬混合采用回流式生物濾池進行處理，處理后出水的BOD5要求達到30mg/L基本設(shè)計參數(shù)計量（設(shè)在此不考慮初次沉淀池的計算）生活污水和工業(yè)廢水總水量：生活污水和工業(yè)廢水混合后的BOD5濃度：由于生活污水和工業(yè)廢水混合后BOD5濃度較高，應(yīng)考慮回流，設(shè)回流稀釋后濾池進水BOD5為300mg/L，回流比為：生物濾池的個數(shù)和濾床尺寸計算設(shè)生物濾池的有機負荷率采用1.2kgBOD5/（m3·d），于是生物濾池總體積為