环境工程专业计算例题集.docx
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环境工程专业计算例题集
环境工程专业
水污染控制工程
计算例题集
编者的话
为完善水污染控制工程”这门环境工程专业的主干专业课的基本教学环节，提高教学质量，编者在多年教学和科研过程中，通过教学实践查阅了大量参考资料，并结合水污染控制工程”课程建设过程中所编写的计算例题集及其经几年的实际使用情况，进行了修订。
编写本习题集的指导思想是：
强化学生的课外练习，深化对本课程中基本概念、基本理论及基本工艺设计计算的理解和掌握，了解水污染控制工程领域新工艺新技术的基本概念和有关理论。
与修订前所编习题集相比，本习题集基本保持了上版的习题数量和类型，并更注重习题内容与教学内容（包括实践性教学环节）的系统性，适当增补了一定数量的有关水和废水处理新技术方面的习题，以拓宽学生的知
识面。
为便于本例题集在教学过程中得到良好的使用并发挥其作用，本
习题集根据高延耀主编：
《水污染控制工程》（下册）（北京：
高等教
育出版社，1989年）的教学体系进行编写。
在具体使用过程中，可根据实际的教学进度安排及教学要求，有侧重地加以选用。
由于编者的经验和水平有限，所编写的习题中肯定存在不少疏漏和不妥之处，敬请老师和学生们不吝斧正。
主要参考书目
（1）王宝贞，水污染控制工程，高等教育出版社，1990
（2）张自杰主编，《排水工程》（下册），第四版，中国建筑工业出版社，2000
（3）许保玖，给水处理，中国建筑工业出版社，1979
（4）崔玉川等，废水处理工艺设计计算，水利电力出版社，1994
（5）崔玉川等，水处理工艺设计计算，水利电力出版社，1988
（6）崔玉川等编，城市污水厂处理设施设计计算，化学工业出版壮，2004
（7）崔玉川等编，城市污水回用深度处理设施设计计算，化学工业出版壮，2003
（8）顾夏声，废水生物处理数学模式（第三版），清华大学出版社，1993
（9）张自杰等，活性污泥生物学与反应动力学，中国环境科学出版社，1989
（10）GradyC.P.L.,Jr.,etal.,废水生物处理理论与应用，中国建筑工业出版社，1989（中译本）
（11）陈季华等，废水处理工艺设计及实例分析，高等教育出版社，1990
（12）郑元景等，污水厌氧生物处理，中国建筑工业出版社，1988
（13）拉马尔奥R.S.,废水处理概论，中国建筑工业出版社，1982（中译本）
（14）秦麟源，废水生物处理，同济大学出版社，1992
（15）许保玖，给水处理理论与设计，中国建筑工业出版社，1992
（16）顾夏声等，水处理工程，清华大学出版社，1985
（17）张自杰主编，《废水处理理论与设计》，中国建筑工业出版社，2003
（18）沈耀良等编著，《废水生物处理新技术—理论与应用》（第二版），中国环境科学出
版社，2006
（19）沈耀良等编著，《固定化微生物污水处理技术》，化学工业出版社，2002
（20）LDBenefieldetal.,BiologicalProcessDesignforWastewatertreatment,
Prentice-Hall,Inc.,1980
（21）C.P.LeslieGrady,Jr.,etal.,BiologicalWastewaterTreatment,SecondEdition,Marcel
Dekker,Inc.,1999
（22）P.AarneVesilind,WastewaterTreatmentPlantDesign,IWApublishing,2003
23）VesilindP.A.,etal.,EnvironmentalPollutionandControl,ButterworthPublisher,1983（secondedition）
第一章水质指标和废水出路
例题1某水样的BOD5测定数据如下表所列（培养温度为20C）,试根据Thomas
变换法求该水样20C时的K值和BODu。
时间（t,d）
0
1
2
3
4
5
6
7
BOD5（Y,mg/L）
0
72
120
155
182
202
220
237
解:
根据BOD5的测定数据，计算出（t/Y）1/3值如下表所列:
时间（t,d）
1
2
3
4
5
6
7
BOD5（Y,mg/L）
0.24
0.255
0.268
280
0.291
0.301
0.309
根据上述计算可作出（t/Y）1/3—t的直线（图略）。
由此可知:
a=0.230
b=0.011
由此可计算得：
K2.61b/a2.610.011/0.230
0.125d1
BODu1/2.3aK1/2.30.2300.125
286（mg/l）
220mg/l，试求该污水的BOD5（20c）（K1=0.1d-1）。
解:
（1）计算30C时的K1（30）
K130K120
T20
3020
0.11.047
0.158d1
（2）计算BODu
291（mg/l）
第二章水体的自净和水质模式
例题3河流资料：
最旱年最旱月的平均时流量（95%保证率）为Q=5.0m3/s（流速v=0.25m/s）；
河水溶解氧含量（夏季）DO=7.0mg/L；河水中原来不含酚。
废水资料：
废水最大流量q=100m3/h；废水含挥发酚浓度Co=200mg/L；废水生化需氧量BOD5=450mg/L；废水采用岸边集中排水方式。
①计算此废水在排入河流之前所达到的酚处理浓度；
②为满足水体中DO不低于4mg/L的要求，试估算此废水所应达到的BODu去除率。
解：
（1）废水中酚所需的处理程度E0
设：
废水排放口上流河水中的挥发酚为C1（=0mg/L）；
废水中允许排入河流的挥发酚浓度为C（mg/L）；
水体中挥发酚的最大允许浓度为C2（据有关标准为0.01mg/L）；
根据河流的流速v=0.25mg/s，可取a=0.75。
根据物料平衡原理有：
aQC1qCaQqC2
CaQqC2aC1/q
0.755100/36000.010.7550/100/3600
1.35（mg/L）
根据有关标准可知，废水中挥发酚的最高允许排放浓度为0.5mg/L（＜1.35mg/L），故该废水所应达到的挥发酚处理程度应为：
E°C0C/C0
2000.5/200
99.75%
（2）废水中
BOD5所需的处理程度E0
影响废水中溶解氧变化的因素很多，其中主要因素是有机物生物氧化所消耗的氧量。
本题中因缺乏全面的资料，故不考虑复氧等因素而作一般的估算。
①河水中可以利用的氧量。
1
017450.7511.25g/s
②废水中有机物氧化所需的氧量°2
O2q4B°D5'
式中：
4—保持废水和河水混合后的DO不低于4mg/L；
BOD5'—废水中允许排放的BOD5浓度（mg/L）。
根据物料平衡原理，由Ol=O2,得：
BOD5'
5=398（mg/l）
废水中最高允许的BOD5排放浓度标准为60mg/L（＜398mg/L），故该废水应达到的BOD5处理程度应为：
E045060/45086.7%
（注：
如果本题计算所得的废水中的酚和BOD5浓度低于相应的有关排放浓度标准值，
则按计算值计算处理程度）。
例题4一条大河的自净系数为f=2.4，耗氧常数K1=0.23d-1，河水和废水混合点处的
氧亏量为D0=3.2mg/L，第一阶段的生化需氧量为BODu=20.0mg/L。
求：
1混合水体流动一天处的氧亏量；
2出现最大氧亏量所需的时间及最大氧亏量。
解：
（1）一天后的氧亏量D1
LaK1tf1K1t
D1e11e1f1Da/La
f1
12.413.2/20.0
20.00221」2.410.231
2.41
e1e
5.0（mg/l）
1.93d
第四章水的物理处理
（一）调节、隔滤和离心法
例题5某污水厂的废水量逐时变化统计数据如图a所示。
试计算均量调节池的出水
平均流量及调节池所需的最小调节容积。
解：
（1）绘制进水量累计曲线（如图b所示）。
（2）均量池出水流量计算Q平。
以直线连接图b中0、A两点，则OA直线的斜率为均量池的控制出水流量，亦即水泵
的抽水流量。
由图可知，A点的累计水量为1464m3,相应的累计是时数为24h，故可算得
II1|[II1|IfII|IfL
例题5图（a）
D
例题5图（b）
OA的斜率为Q平=1464/24=61（m3/h）。
（3）均量池的最小容积计算Vmin（理论容积）
通过流量累计曲线的最高点与最低点分别作两条平行于直线OA的切线，得切点B和C，
分别自B点和C点作与纵坐标平行的直线，与出水累计曲线分别相交于D点和E点。
线段BD所代表的水量为220m3，线段CE所代表的水量为90m3，则BD+CE=220+90=310（m3），即为均量池的最小容积Vmin。
由图可知，约在21点时均量池全部充满，而在14点时均量池全部放空。
（4）均量池的实际容积
设计中采用的均量池容积一般宜考虑增加理论调节容积的10~20%。
故本题实际所需的
均量池容积应按310X（1+20%）=372（m3）来设计。
（5）均量池的主要尺寸
1表面积A
取均量池的水深h=2.0m，贝UA=372/2=186（m2）。
2工艺尺寸
采用正方形调节池，则调节池的边长为L=（186）"2=13.6（m）。
例题6已知最大废水量Qmax=0.2m3/s，总变化系数Kz=1.50。
格栅栅条断面采用矩形，格栅前水深h=0.4m,通过格栅的水流速度为v=1.0m/s，栅条间距b=20mm,格栅放置
角度为a=60°,栅条宽度s=10mm，栅槽前后进出水渠道宽Ik=0.5m,展开角a'=20°。
试设计
格栅与栅槽。
解：
（1）栅条的间隙数n
1/2o1/2
nQmaxsin/bhv0.2sin60o/0.020.41.022（个）
（2）格栅的设计宽度B
Bsn1bn0.012210.02220.85
（m）
（3）栅前渠道扩大段的长度I1
I1IPIK/2tg'0.650.5/2tg20o0.21（m）
（4）栅槽前与出水渠道连接处渐宽部长度I2
I20.51I10.510.210.105
21（m）
（5）通过格栅的水头损失h1
2h1Kv2/2g
式中：
K——格栅阻力增大系数（=3.36v-1.32）；
――栅条间隔局部阻力系数（=（s/b）4/3，对于矩形栅条断面为2.42）。
4/32
h13.361.01.322.420/01/0.024/31.02/29.80.1
1（m）
（6）栅室总高H
设超高h2=0.3m，则
Hhh1h20.40.10.30.8（m）
（7）栅室总长I
II1I21.00.5hh2/tg
0.210.1051.00.50.40.3/tg60o
2.22（m）
（8）日栅渣量W
•/b=20伽，取W1=0.01（m3渣/m3污水）
W86400QmaxW1/1000KZ
864000.20.01/10001.5
0-115（m3/d）（v0.2m3/d，可选用人工清除格栅）
下图所示为计算示意图。
II剖面
例题7某厂的过滤生产能力为Q=30000m3/d，水厂的自用水量为其生产能力的5%,过滤速度为v=10m/h，反冲洗时间t=6min=0.1h，反冲洗强度q=14L/m2s,冲洗周期T=12h。
试计算滤池的工艺尺寸。
解：
（1）滤池的工作时间T'
滤池24小时连续工作，其有效工作时间为：
T'241t/T241°-1/1223.8（h）（为计初滤水排放所需的时间）
（2）滤池的面积F
滤池总面积F为：
FQ15%/vT=300001+5%/1023.8132.4（時）
单个滤池的面积f为：
采用N=6个，成双行对称布置，则有：
f=132.4/6=22（m2）。
（3）单池的平面尺寸
滤池长宽比（L/B）采用1,则滤池的边长为（22）1/2=4.7（m）。
（4）校核强制流速v'
v'Nv/N1610/5112（m/h）
（5）滤池高度H
H1=0.45m；
H2=0.70m；
H3=1.70m；
采用：
承托层厚度
滤料层厚度
砂面上水深
滤池超高H4=0.3m。
则滤池的总高度为：
4HHi0.450.701.700.303.15
i1（m）。
例题8已知处理废水量为Q=340m3/h，采用压力式水力旋流离心机对废水进行预处
理以去除废水中的悬浮物无机颗粒。
试根据有关要求设计该离心机。
解：
（1）离心机圆筒部分的直径D
设采用两个分离器
1/2
••Q/2kDd0gp
式中：
Q—处理流量（L/min）；
k—流量系数（=5.5di/D）;
D—离心机圆筒部分直径（cm）;
di—进水管直径（cm），—般为D/4;
do—澄清液排出中心管直径（cm），—般为D/4;
P—压力式水力旋流分离器的进出口压力差（压力式水力旋流分离器的进口压力一
般为3kg/cm2（表压），出口即为常压，贝UP=3kg/cm2）。
•••Q/2=5.5区25DXJ.25DX（9.8勸1/2
1/21/2
DQ/21.8639
340000/6021.8639
40
（cm）。
2）离心机的工艺尺寸
圆筒部分高度
H0=1.70D=1.7040=68
（m）
进水管直径
di=0.25D=0.2540=10
（m）
澄清液排出中心管直径
do=O.25D=O.2540=10
（m）
出水管直径
d2=0.25D=0.2540=10
（m）
底部液体排出管直径
da=0.5d2D=0.510=5（
m）
锥体角度
0=10O
锥体高度
HKDda/2tg
405/2tg100
99.2（m）
例题8示意图
第五章水的物理处理法
（二）澄清法
例题9某城市污水的悬浮物浓度为CO=320mg/L,且为非絮凝性颗粒。
经静置沉淀
试验所得数据列于小表。
试验所用沉淀柱的有效水深为1.2m。
试计算颗粒沉速为u=2.5mm/s
和1.0mm/s时的颗粒总沉淀效率。
例题9表
时间t（min）
5
15
30
45
60
90
120
C/Co
0.60
0.52
0.46
0.40
0.33
0.27
0.22
沉淀速度（mm/s）
4
1.33
0.67
0.44
0.33
0.22
0.17
解:
（1）绘制C/Co—t曲线（如图所示）
（2）利用曲线进行图解
对上述积分式进行图解，得到如下计算表。
Xo
积分oudx的图解值（刀2
x（也x）
u
udx
o.o8
o.io
o.oo8o
o.15
o.2o
o.o3oo
o.o7
o.3o
o.o2io
o.o4
o.5o
o.o2oo
o.o4
o.7o
o.o3oo
o.o3
i.oo
o.o3oo
o.oi
1.25
o.oi25
o.o2
i.7o
o.o34o
o.oi
i.35
o.o235
（3）总沉淀效率n.5
X。
2.51X01/U00udx1X02
10.550.2090/2.5
0.5353%
（4）同理可计算得u0=1.0mm时的颗粒总沉淀效率为n.0=63%。
例题10某城市污水的最大设计流量为Qmax=0.3m3/s,最小流量为Qmin=0.15m3/s,
总变化系数为Kz=1.45。
试进行平流式沉砂池的工艺设计计算。
解：
（1）池长L
取水平流速v=0.3m/s，停留时间T=30s，则池长L为：
L0.3309（m）
（2）过水断面面积A
AQmax/v0.3/0.31-0（m2）
（3）池总宽度B
设分格数n=2,每格宽b=0.6m，则总宽度B为：
Bbn0.621.2（m）
（4）有效水深h2
h2A/B1.0/1.20.83（m2）
（5）池砂斗所需容积V
设排渣的时间间隔为Ts=2d，并取沉砂量W1=30m3/106m3污水，则:
V86400WQmaxTs106Kz
86400300.22
1061.45
1.07（m3）
（6）每个沉砂斗的容积V0
设每个分格中有两个沉砂斗，则:
V0V/2n1.07/220.27（m3）
（7）沉砂斗尺寸
设斗底宽度a1=0.5m，斗壁倾角a=55,斗高h斗=0.42m，则沉砂斗的上口宽度a
为：
a2h斗/tg
20.42/tg55o0.5
1.09（m）
8）沉砂斗实际容积Vo'
22
0.421.0921.090.50.52/3
0.278（m3）
因Vo>Vo',故容积够用。
（9）沉砂室高度h3设池底坡度i=o.o6,坡向砂斗,则：
l2L2ao.2/2
921.o9o.2/23.31（m）
贝y：
h3gil2
o.42o.o63.31o.62（m）
（10）池总高H
设超高h1=o.3m,贝：
Hh1h2h3
0.30.830.621.75（m）
（11）校核最小流速vmin
vmin
最小流速时只用一格工作，其过水断面面积Amin=bh2，则最小流量时的流速
为：
vminQmin/bh20.15/0.60.83
0.3（m/s）（>0.15m/s,符合要求）
例题10示意图
例题11已知某城市污水处理厂的平均流量为Q=0.5m3/s，总变化系数Kz=1.38。
试
进行曝气沉砂池的工艺设计计算。
解:
（1）最大设计流量Qmax
QmaxQKZ°・5^1-380.69（m3/s）
（2）曝气池容积V
为便于工作，设计两个曝气沉砂池，即n=2。
设在最大流量时的停留时间为T=3min，则池容积为：
V6°QmaxT/n6°0.693/262（m3）
（3）池子尺寸
设池宽B=3.°m（一般为2.5〜7.0m）,取池子的宽深比为1.2（一般在1〜1.5之间），
则池子的有效水深h2为：
h23.0/1.22.5（m）
取超高h1=0.5m，沉砂坑深h3=0.9m，则池子的总深度H为：
Hhh2h30.52.50.93.9（m）
池子有效长度I为：
lV/Bhb62/3.02.58.3/
（m）（一般在7〜20m之间）。
（4）供气量G
设1m3污水的供气量为0.2m3,则最大供气量G为：
G0.2Qmax0.20.693600496.8（m3/h）。
例题12某城市污水处理厂的设计人口为N=40000人，其最大设计流量为
Qmax=2900m3/h。
试进行辐流式沉淀池的工艺设计计算。
解：
（1）沉淀部分水面面积A
设池数n=2，取沉淀池的表面负荷率q=2m3/m2h，则：
725（m2）
AQmax/nq2900/22
（2）沉淀池直径D
1/2
1/230（m）
1/2
D4A/4725/
（3）沉淀部分有效水深h2
设沉淀时间T=1.5h，因uo=q，则：
h2u0T21.53（m）
（4）沉淀部分有效容积V'
V'QmaxT/n29001.5/22175（m3）
5）污泥部分所需的容积V
设每人每天产生的湿污泥量为W=0.5L，设排泥时间间隔为T间=4h,则:
6）污泥斗容积V1
为：
22
3.141.732.022.01.01.02/3
12.7（m3）
7）泥斗以上泥底污泥容积V2
设池底径向坡度i=0.05，则泥斗以上池底积泥层厚度h4为:
；h4R2
r-iR『/3
3.140.7
1522.02152.0/3
190（m3）
（8）沉淀池容纳污泥的总能力:
ViV2佗21902026問（>i6.7m3）
（9）沉淀池总高度H
设超高hi=0.3m，缓冲层高度h3=0.5m，则:
5
6.23
（m）
Hh0.33.00.50.71.73
i1
（10）沉淀池池周高度H
3
H'hi0.33.00.53.8
i1（m）
（11）校核径深比（D/h2）
D/h230/310（在6〜12的范围内，符合要求）
例题13某居住区设计人口为N=50000人。
拟在该区建设一座最大设计流量为
Qmax=0.2m3/h的污水处理厂。
试设计以链带式刮泥机的平流式初次沉淀池。
设沉淀时间为t=1.5h。
解：
（1）沉淀池总表面积A
取沉淀池的表面负荷为q'=2.0rf/m2h，则：
AQmax/q'0.23600/2.0360（m2）
（2）沉淀部分有效水深h2
•••uo=q'（uo为达到所需沉淀效率时的颗粒最小沉降速度，即截留速度）
h?
u°T2.01.53.0（m）
（3）沉淀部分有效容积V'
V'3600QmaxT36000.21.51800（m3）
（4）沉淀池长L
设沉淀池中水流的水平流速v=4.5mm/s（>5mm/s）则：
L3600vT/100036004.51.5/100024（m）
（5）沉淀池总宽度B
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