水质工程学计算题题型及相关计算公式.docx

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《水质工程学》计算题题型、相关计算公式及习题

一、化学反应动力学

1、反应器水力停留时间计算

完全混合间歇式反应器CMB

完全混合连续式反应器CSTR

活塞流式反应器（推流式反应器）PF

【题型举例】

1、已知化学反应符合一级反应动力学，要求经过反应后某污染物质浓度下降90%，反应速率k=0.45min-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？

2、已知化学反应符合一级反应动力学，要求经过反应后某污染物质浓度下降99%，反应速率k=0.45min-1，若采用恒流搅拌串联型反应器，已知串联级数是3级，求污水在该串联型反应器系统中的水力停留时间。

3、已知进入反应器的废水量为Q=4000m3/d，进水浓度为C0=100mg/L，要求经处理后的出水浓度Ce≤20mg/L。假定反应器中的反应为一级反应，反应速率常数K=0.8d-1。试比较下列四种系统所需的反应器总容积。

（1）单级完全混合反应器（CSTR）

（2）两级串联完全混合反应器（CSTR）

（3）四级串联完全混合反应器（CSTR）

（4）推流式反应器（PF）

4、（1）设物料i分别通过CSTR型和PF型反应器进行反应，进水和出水中I浓度之比为C0/Ce=10，且属于一级反应，k=2h-1。水流在CSTR型和PF型反应器内各需多少停留时间？（注：C0—进水中i初始浓度；Ce—出水中i浓度）

（2）若采用4只CSTR型反应器串联，其余条件同上。求串联后水流总停留时间为多少？

5、液体中物料i浓度为200mg/L，经过2个串联的CSTR型反应器后，i的浓度降至20mg/L。液体流量为5000m3/h；反应级数为1；速率常数为0.8h-1。求每个

2、混凝动力学—理想絮凝反应器水力停留时间

对于特定的原水水质，为常数（其中为体积浓度，要弄清楚体积浓度的定义）

采用PF（活塞流）型反应器时，稳态条件下絮凝时间为：

采用CSTR（恒流搅拌反应器，如机械搅拌絮凝池），稳态条件下絮凝时间为：

采用m个絮凝池串联时，单个絮凝池平均絮凝时间为：

注意：这种题型，往往要么是告诉处理效果，求所需的水力停留时间，这是直接计算；还有一种可能，就是通过水力停留时间，求处理效果。

【题型举例】

6、设原水悬浮物体积浓度Ф=5×10-5。假定悬浮颗粒粒径均匀，有效碰撞系数=1，水温按15℃计。设计流量Q=360m3/h。搅拌功率（或功率消耗）P=195W

（1）絮凝池按PF型反应器考虑，经15min絮凝后，水中颗粒数量浓度将降低百分之几？

（2）采用3座同体积机械絮凝池串联（机械絮凝池按CSTR型反应器考虑），絮凝池总体积与（1）同。搅拌总功率仍为195W，设3座絮凝池搅拌功率分别为：P1=60W，P2=60W，P3=35W，试问颗粒数量浓度最后降低百分之几？

3、速度梯度G计算

【题型举例】

7、某自来水厂，隔板絮凝池设计流量7.5万m3/d。絮凝池有效容积为1100m3，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？（水温按150C计，水的动力粘度μ=1.14×10

8、某机械絮凝池分三格，每格有效容积为26m3。每格中各设置一台垂直轴桨板搅拌器，且尺寸均相同。三台搅拌器搅拌功率依次为150w，53w和9.6w

（1）请核算絮凝池的G值；

（2）在此基础上判断该机械絮凝池是否能满足絮凝要求。

二、平流沉淀池或沉砂池设计/计算

设计计算内容：

1、明确已知参数；【若所给的是试验数据，需要进行放大或缩小，其中沉淀时间放大1.75倍，表面负荷缩小1.5倍】

2、确定参考的经验参数；

3、明确需要设计计算的参数内容，画出设计计算的草图；

4、进行校核：长宽比；污泥容积与泥斗容积；弗罗德常数Fr；

设计参数内容如下：

（1）沉淀区的表面积

求表面积不是最终目的，而是为了进一步求解其它尺寸。

（2）沉淀区有效水深

（3）沉淀区有效容积

（4）沉淀池长度

（要注意单位换算）

（5）沉淀池总宽

沉淀池池宽一般如果先无法计算长度，可以假设宽度为5m。

注意：长宽比校核L/B

（6）沉淀池数量

（7）污泥区的容积

S：每人每日产生的污泥量，L/(人·d)。

N：设计人口数，人

T：两次排泥的时间间隔，d，初沉池按2d考虑，活性污泥法后二沉池按2h考虑，机械排泥初沉池和生物膜法后二沉池按4h设计。

(8)沉淀池的总高度H

其中，h3为缓冲层高度，m，无机械刮泥设备时为0.5m；有机械刮泥设备时，其上缘应高出刮板0.3m。

（9）贮泥斗的容积V1

注意：校核污泥容积与污泥斗容积

（10）对于沉淀池，校核弗罗德常数

其中，v：水流流速；

g：重力加速度，9.8m/s2

R：水力半径，R=W/X

过水断面