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水污染控制工程计算题

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1 计算题
1.1 已知某小型污水处理站设计流量Q=400m3/h，悬浮固体浓度SS=250mg/L。设沉淀效率为55％。根据实验性能曲线查得u0=2.8m/h，污泥的含水率为98％，试为处理站设计竖流式初沉池。
设计参数： 污水在中心管内的流速v0=30mm/s=0.03m/s
表面水力负荷q=u0=2.8m3/(m2·h)
(1)估算竖流沉淀池直径，确定池数。

设计沉淀池数为四只，池型为圆形，估算单池的直径约为7m，符合要求。
单池流量Q′=Q/4=100m3/h
(2)中心管的截面积和直径

(3)喇叭口直径d1=1.35d=1.35×1.1=1.5m
(4)反射板直径=1.3 d1=2.0m
(5)中心管喇叭口到反射板之间的间隙高度h3
..
(6)沉淀区面积

(7)沉淀池直径

(8)沉淀区的深度：h2=vt=2.8×1.3=3.64≈3.7m(设沉淀时间为1.3h)
D/h2=7/3.7=1.89<3符合要求
(9)污泥斗的高度和体积
取下部截圆锥底直径为0.4m，贮泥斗倾角为55°，则
h5＝(7/2-0.4/2)tg55°=4.7m
V1=(R2+Rr+r2)πh5/3=(3.52+3.5×0.2+0.22)π×4.7/3=64m2
(10)沉淀池的总高度H
H=h1+h2+h3+h4+h5=0.3+3.7+0.3+0.3+4.7=9.3m
(11)污泥区的容积
排泥周期按2d设计，则污泥区容积

在工程设计中还包括进水槽、出水槽、出水堰、排泥管等设计内容。
1.2 某城市污水处理厂，设计处理流量为30000m3/d，时变化系数为1.5，经沉淀后的BOD5为200mg/L，总氮为30mg/L，总磷为3mg/L，拟采用活性污泥法进行处理，希望处理后的出水BOD5为20mg/L。试计算与设计该活性污泥法处理系统
1. 工艺流程的选择
计算处理效率E：
根据提供的条件，采用传统推流式活性污泥法，曝气池采用推流廊道式，运行时考虑阶段曝气法和生物吸附再生法运行的可能性，其流程如下：
原废水
初沉池
曝气池
二沉池
处理出水
剩余污泥
回流污泥

2. 曝气池的计算与设计
(1)污泥负荷的确定 根据实验或经验以及所要求的处理效果，本曝气池采用的污泥负荷率(Ns)为：0.27kgBOD5/kgMLSS·d。（一般为0.2~0.4kgBOD5/kgMLSS·d）
(2)污泥浓度的确定 根据Ns值，SVI值在80~150之间，设计取SVI＝130，污泥回流比为35％，经计算曝气池污泥的污泥浓度X为：

(3)曝气池容积的确定 根据计算，曝气池有效容积V为：

(4)曝气池停留时间的校核：
(5)曝气池主要尺寸的确定：
1) 曝气池的面积：设计2座曝气池（n=2)，每座曝气池的有效水深(H1)取4.0m，则每座曝气池的面积（A1）为：

2) 曝气池的宽度：设计曝气池的宽度B为6m，校合宽深比B/H＝6/4=1.5，在1~2之间，符合要求。
3) 曝气池的长度：L＝A1/B=1250/6=208m，设计取210m
校核长宽比L/B=210/6=35>10，符合要求。
4) 曝气池的总高度：设计取超高（保护高度H2）为0.8m，则曝气池的总高度H＝H1＋H2＝4.8m
5) 曝气池的平面形式：
设计曝气池为3廊道形式，则每廊道长L1=L/3=210/3=70m。
则曝气池的平面尺寸为：曝气池长L1=70m；曝气池宽B1＝B×3＝6×3＝18m。
6) 曝气池的进水方式：为使曝气池的能够按多种方式运行，将曝气池的进水与污泥回流安排在每一廊道的首端以及廊道的中间部分。若从曝气池的第一廊道首端进水并回流污泥，则为传统推流方式运行；若从曝气池的第一廊道的首端回流污泥，从第三廊道的中间进水，则为生物吸附再生方式运行；若从曝气池的第一廊道回流污泥，而沿每一廊道的池长多点进水，则为阶段曝气方式(逐步曝气)运行。
3. 曝气系统的计算与设计
采用直径为300mm的圆盘式微孔曝气释放器，安装在距离曝气池的池底200mm处。
根据第四节的计算，鼓风机的供气量为107.4m3/min，设计取110m3/min。
根据计算，鼓风机房至最不利点的空气管道压力损失为1.735kPa，则取微孔曝气盘及其配管的空气压力损失为4.9kPa。则总压力损失为1.735+4.9=6.635kPa。取释放器出口剩余压力3kPa。
鼓风机所需压力为p＝(4.0-0.2)×9.8＋6.635+3=46.9kPa。
设计采用风量为40m3/min，风压为49kPa的罗茨鼓风机4台，3用1备，常开3台，风量120m3/min，高峰时4台全开，风量160m3/min，低负荷时可开2台，风量80m3/min。
4. 二沉池的计算与设计
二沉池采用幅流式沉淀池，用表面负荷法计算，设计取表面负荷q=1.0m3/m2·h(一般为0.75~1.5)。
（1）表面积：废水最大时流量：Qmax＝1.5×Q/24＝1.5×30000/24=1875m3/h
沉淀池表面积A＝Qmax/q=1875/1.0=1875m2
设计选择4座沉淀池（n=4），则每座二沉池的表面积A1为：A1＝A/n=1875/4=468.75m2：
（2）二沉池直径：
每座二沉池的直径设计取D1＝25m。
（3）有效水深：设计取分离澄清时间t为2小时（1.5~2.5h），则有效水深H1为：
H1＝Qmax×t/A=1875×2/1875=2m。
选用直径为25米的刮泥设备，取超高300mm，缓冲区高度300mm。根据刮泥设备的要求设计二沉池池底及泥斗部分。
5. 剩余污泥量的计算
每日污泥的增长量（剩余污泥量）为：
根据实验或手册，取a值为0.6，b值为0.075，则剩余污泥量为：

每天排放含水率为99.2%的剩余污泥量为：217.5吨。
6. 回流污泥系统的计算与设计
采用污泥回流比35％，最大回流比为70％，按最大回流比计算：
污泥回流量QR＝R×Q＝0.70×30000/24=875m3/h
采用螺旋泵进行污泥提升，其提升高度按实际高程布置来确定，本设计定为2.5m，根据污泥回流量，选用外径为700mm，提升量为300m3/h的螺旋泵4台，3用1备。
7. 营养物的平衡计算
（1）BOD5＝30000×(0.2-0.02)=5400kg/d；
（2）氮(N)
每日从废水中可获得的总氮量为：N1＝0.03×30000＝900kg/d
每日污泥所需要的氮量为：BOD5:N＝100:5；则N＝270kg/d
每日随出水排除的N量为：900-270＝630kg/d，相当于21mg/L
（3）磷(P)
每日从废水中可获得的总磷量为：P1＝0.003×30000＝90kg/d
每日污泥所需要的磷量为：BOD5:P＝100:1；则P＝54kg/d
每日随出水排除的P量为：90-54＝36kg/d，相当于1.2mg/L
废水中N和P营养源能够满足微生物生长繁殖需求，无需向废水中补充氮源和磷源，但出水中氮和磷的浓度不能满足废水一级排放标准的要求。
1.3 处理污水量为21600m3/d，经沉淀后的BOD5为250mg/L，希望处理后的出水BOD5为20mg/L。要求确定曝气池的体积、排泥量和空气量。经研究，还确立下列条件：
（1）污水温度为20℃；
（2）曝气池中混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）同混合液悬浮固体（MLSS）之比为0.8；
（3）回流污泥SS浓度为10000mg/L；
（4）曝气池中MLSS为3500mg/L；
（5）设计的θc为10d；
（6）出水中含有22mg/L生物固体，其中65％是可生化的；
（7）污水中含有足够的生化反应所需的氧、磷和其他微量元素；
（8）污水流量的总变化系数为2.5
1. 估计出水中溶解性BOD5的浓度
出水中总的BOD5＝出水中溶解性的BOD5＋出水中悬浮固体的BOD5
确定出水中悬浮固体的BOD5：
(1) 悬浮固体中可生化的部分为0.65×22mg/L=14.2mg/L
(2) 可生化悬浮固体的最终BODL=0.65×22×1.42mg/L=20.3mg/L
(3) 可生化悬浮固体的BODL换算为BOD5＝0.68×20.3=13.8mg/L
(4) 确定经曝气池处理后的出水溶解性BOD5，即Se
20mg/L＝Se＋13.8mg/L，则Se＝6.2mg/L
计算处理效率E：
若沉淀池能去除全部悬浮固体，则处理效率可达：
2. 计算曝气池的体积

3. 计算每天排除的剩余活性污泥量选
计算Yobs：
计算排除的以挥发性悬浮固体计的污泥量：

计算排除的以SS计的污泥量：
4. 计算回流污泥比R
曝气池中VSS浓度＝3500mg/L，回流污泥VSS浓度＝8000mg/L

5. 计算曝气池的水力停留时间：
6. 计算曝气池所需的空气量
（1）曝气池所需的氧量计算
1) 生化反应中含碳有机物全部生化所需的氧量：

2) 生化反应所需氧量
所需氧量＝(7744-1.42×1645.7)kg/d＝5407.1kg/d
（2）根据所需的氧量计算相应的空气量
1) 若空气密度为1.201kg/m3,空气中含有的氧量为23.2％，则所需的理论空气量为：

2) 实际所需的空气量为：
3) 设计所需的空气量为：
1.4 某小区生活污水处理厂设计处理流量为2500m3/d，废水的平均BOD5为150mg/L，COD为300mg/L，拟采用生物接触氧化进行处理，希望处理后的出水BOD5为20mg/L。试计算与设计该生物接触氧化法处理系统
1.设计参数
有机填料容积负荷Nv=2.0kgBOD5/m3·d，采用组合填料，每片填料直径150mm，填料层高度2.5m，填料片连接成串，每串填料左右间隔160mm，串中每片填料上下间隔80mm，采用微孔曝气，气水比20:1。
2.生物接触氧化池有效容积

3.生物接触氧化池总面积

4.确定生物接触氧化池的个数及每池的面积
根据现场条件，拟采用一池三格，以推流形式运行。每一格的面积为：

实际设计每一个池采用：B×L=4.0×6.0 (m)
5.校核反应接触时间

6.确定生物接触氧化池的总高度

7.确定空气量
空气量O＝20×Q＝20×2500/24/60=35m3/min.
选择风机二台（一用一备），风压5mH2O，风量40m3/min。
曝气系统的设计计算同活性污泥法。

1.5 江南某城镇拟新建污水处理厂一座，已知近期规划人口50000人，生活污水量综合排放定额为180L/(人·d)，污水水质为：
COD：450mg/L BOD5：185mg/L SS：250mg/L TKN：30mg/L TP：5.0mg/L
要求对该镇污水进行除磷脱氮处理，采用A2/O工艺且出水水质指标要求达到下列标准：
COD<70mg/L BOD5<20 mg/L SS<20 mg/L NH3-N<10 mg/L TP <1.0 mg/L
1. 设计水量计算
平均日设计水量：qv=180×50000×(l+10%)/1000=9900m3/d
式中，10％为污水管网的地下水渗入系数，设计取平均日污水量10000m3，一级处理构筑物设计流量参照总变化系数kz(kz=1.59)，以提升泵房的提升泵最大组合出水量为设计流量，生化处理构筑物取最大日10h平均流量，本题取最大日10h变化系数为1.3。
2. 一级处理构筑物计算（略）
3. 二级生化处理构筑物设计
设计两组平行系统，计算各池容积。
3.1进入生化处理构筑物水质指标确定
设污水经过一级处理后，进入生化处理构筑物各水质指标浓度为：
COD：340mg/L BOD5：140mg/L SS：125mg/L TKN：28.5mg/L TP：4.5mg/L
3.2设计参数确定
最低平均温度T＝15℃
活性污泥挥发性固体含量MLVSS/MLSS=0.7 BOD5污泥负荷NS=0.15kgBOD5/kgMLVSS·d
20℃时反硝化速率为0.12kgNOx-N/kgMLVSS·d 污泥产率系数y=0.6kgVSS/kgBOD5·d
内源呼吸速率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长速率设计计算
a．厌氧池设计计算
厌氧池通过回流二沉池的沉淀污泥，使在好氧池过度摄磷的活性污泥在厌氧他进行磷释放，因为影响释磷过程的因素很多，一般应根据试验确定厌氧池的容积，目前厌氧池的容积通常根据经验停留时间来确定，一般为l~2h。
厌氧池平均停留时间t厌=2.0h时，V厌=1.3×(10000/24)×2.0=1083(m3)
回流污泥浓度10000mg/L，相当于SVI=100
污泥回流比取r=50%，则混合液污泥浓度为：
b．缺氧池设计计算
缺氧池通过曝气池混合液内循环，使在好氧池中经硝化反应所产生的硝酸根离子和亚硝酸根离子回流至缺氧池进行反硝化反应。
预设生化系统每天生成活性污泥（MLVSS）300kg/d，活性污泥含氮量以10％计，则用于生成活性污泥每天去除的氮为30kg/d。
进入缺氧池污水含TN=26.2mg/L，计算时取出水TN为6mg/L，则
TN去除率为：，则由得到：
混合液回流比R=2.87=287%
缺氧池容积V缺为：V缺=l.3×10000×(26.2-6)/(0.7×3330×0.12×1.05(15-20)=1197（m3）
缺氧池停留时间t缺为：t缺=1197/(1.3×10000/24)=2.21(h))
反硝化时去除有机物量为：
c．好氧池设计计算
据硝化菌的最大比增长速率，μNmax＝0.47e0.098(t-15) ，t=15℃时μNmax＝0.47d-l
则稳定运行下硝化菌的比增长速率：
当N1=l.0mg/L时，KN=1.0mg/L时，得：μN＝0.23d-l
最小泥龄θmin=1/0.23=4.35d取K=1.3，安全系数Sf=2.0，则设泥龄：θ=4.35×1.3×2=11.3d
由有机物去除负荷与泥龄关系n0=1/(θ·y)得出：n0=1/(11.3×0.6)=0.15kgBOD5/kgMLVSS·d
好氧池水力停留时间t好为：
好氧池容积V好=6.7×1.3×10000/24=3629（m3）。
A2/O系统总容积V总=1083+1197＋3629=5909(m3)
T总=10.9(h)
3.4按污泥负荷设计计算
a．厌氧池设计计算（厌氧池设计计算同前）。
b．A/O池容积计算
取污泥负荷为0.15kgBOD5/kgMLVSS·d，则A/O池总容积为：
VA/O=1.3×10000×(140-20)/0.15×0.7×3330=4457(m3)
tA/O=4457/(1.3×10000/24)=8.2(h)
按照经验数据，缺氧段与好氧段的停留时间比=1∶3计算，则
缺氧段V缺=1114m3，t缺=2.lh。
好氧段V好=3342m3，t好=6.lh。
A2/O总容积V总及总停留时间t总为：V总=1083+4457=5540（m3），t总=10.2(h)
3.5剩余污泥量计算
a．硝化菌生成污泥量：Wv1=1.3×10000×(26.2-0)×0.1/1000=34(kg/d)
式中硝化菌产率系数取0.1kgVSS/kgNH3-N·d
b．异氧菌生成污泥量：Wv2=1.3×10000×(140-20)×0.6/1000=936(kg/d)
每天产生的挥发性剩余泥量为：Wv＝Wv1+Wv2=970(kg/d)
剩余污泥VSS/SS=0.7，则每天产生剩余污泥量：W=970/0.7=1386(kg/d)
污泥含水率为99.2％时，剩余污泥体积为：V剩=1386/0.8％=173（m3）
3.6除磷量校核
本污水厂生化系统每天要求的除磷量为l.3×10000×(4.5-1.0)=45.5kg/d，而普通活性污泥法剩余污泥含磷约占污泥干重的1.5%，如果使用普通活性污泥法仍产生970kg/d的污泥，则由于同化合成作用而去除的磷为14.6kg/d，远不能达到要求，A2/O脱氮除磷系统的剩余污泥含磷量可达污泥干重的5%，每天产生约970kg的污泥可除磷49kg/d左右。
3.7需氧量计算
a．降解有机物需氧量：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．污泥氧当量：O3=1.42×970==1377kg/d
d．反硝化过程提供化合态氧当量：O4=2.86×1.3×10000×(26.2-6)/1000=762kg/d
共需氧量：O=2294+1574-1377-762=1729kg/d
1.6 已知某城镇人口80000人，排水量定额为100L/（人·d），BOD5为20g/（人·d）。设有一座工厂，污水量为2000m3/d，其BOD5为2200mg/L。拟混合采用回流式生物滤池进行处理，处理后出水的BOD5要求达到30mg/L
⑴基本设计参数计量（设在此不考虑初次沉淀池的计算）
生活污水和工业废水总水量：
生活污水和工业废水混合后的BOD5浓度：
由于生活污水和工业废水混合后BOD5浓度较高，应考虑回流，设回流稀释后滤池进水BOD5为300mg/L，回流比为：
⑵生物滤池的个数和滤床尺寸计算
设生物滤池的有机负荷率采用1.2kgBOD5/（m3·d），于是生物滤池总体积为：

设池深为2.5m,则滤池总面积为：
若采用6个滤池，每个滤池面积：
滤池直径为：
⑶校核
滤率
经过计算，采用6个直径21m、高2.5m的高负荷生物滤池。
2 综合题
2.1 用框图表示混凝法处理废水（或原水）的工艺流程，并说明各部分的作用。
2.2 试设计苦咸水（高含盐量水，含盐量几千~1万mg/L）淡化除盐的工艺流程。
2.3 从水中去除某些离子（例如脱盐），可以用离子交换和膜分离法。当含盐浓度高时，应采用哪种方法，为什么？
2.4 水处理的方法有哪些，各用于处理什么种类的污染物？
2.5 生活污水处理方法有哪三级。各有哪些处理设施。
2.6 试设计苦咸水（高含盐量水，含盐量几千~1万mg/L）淡化除盐的工艺流程。
2.7 试设计生产纯净水的工艺流程。
2.8 某化工厂排出含汞废水（Hg：5~10mg/L，pH：2~4），试设计一处理工艺，要求处理后的废水达标排放。
2.9 含汞废水处理方法有哪些，各有何特点（使用条件、出水水质、工艺流程），你认为哪种方法较适用。
2.10 从水中去除某些离子（例如脱盐），可以用离子交换和膜分离法。当含盐浓度高时，应采用哪种方法，为什么？
2.11 试设计：以长江水为水源，生产饮用纯净水的工艺流程。
2.12 根据所学知识，列举出可以去除水中溶解性固体处理方法？并加以说明。
2.13 从水中去除某些离子（例如脱盐），可以用离子交换和膜分离法。当含盐浓度高时，应采用哪种方法，为什么？
2.14 废水处理的基本方法有哪四类，并具体说明各类处理方法有哪些。
2.15 画出活性污泥法的基本流程，并说明活性污泥法工艺原理及每个单元的作用。
2.16 生物滤池由哪几部分构成，其作用是什么？并说明影响生物滤池处理效率的因素。
2.17 试说明UASB反应器的工作原理及其构造，并画出UASB反应器结构示意图。
2.18 画出A－A－O法同步脱氮除磷工艺流程，并说明各反应器的功能。
2.19 三级活性污泥法脱氮工艺流程并注明其操作条件。

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