2025年污水處理計(jì)算試題及答案某城市新建污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模為5×10?m3/d，進(jìn)水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)如下表所示（水溫20℃，忽略SS對BOD?的貢獻(xiàn)）：|指標(biāo)|BOD?(mg/L)|COD(mg/L)|NH?-N(mg/L)|TN(mg/L)|TP(mg/L)|SS(mg/L)||--------------|------------|-----------|-------------|----------|----------|----------||進(jìn)水|200|450|35|45|5|250||一級A排放標(biāo)準(zhǔn)|10|50|5|15|0.5|10|該廠采用A2/O工藝（厭氧-缺氧-好氧），后續(xù)接混凝沉淀池（化學(xué)除磷）和纖維濾池深度處理。已知設(shè)計(jì)參數(shù)：好氧池污泥濃度（MLSS）X=4000mg/L，污泥齡θc=15d，污泥產(chǎn)率系數(shù)Y=0.6kgVSS/kgBOD?，衰減系數(shù)Kd=0.05d?1，硝化菌最大比增長速率μmax=0.47d?1（20℃），反硝化速率qdn=0.06kgNO??-N/kgVSS·d，好氧池DO=2mg/L，二沉池表面負(fù)荷q=0.8m3/(m2·h)，混凝劑采用PAC（Al?O?含量10%），Al/P摩爾比=1.5:1?；卮鹨韵聠栴}（計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù)）：---一、好氧池設(shè)計(jì)計(jì)算1.計(jì)算好氧池的有效容積（V）。已知好氧池承擔(dān)BOD?去除和硝化功能，BOD?污泥負(fù)荷Ns=0.15kgBOD?/(kgMLSS·d)（以MLSS計(jì)）。解答：BOD?去除量=進(jìn)水BOD?-出水BOD?=200-10=190mg/L=0.19kg/m3日處理水量Q=5×10?m3/d每日BOD?去除總量=Q×(S?-S?)=5×10?×0.19=9500kg/d污泥負(fù)荷Ns=Q(S?-S?)/(X×V)，其中X=4000mg/L=4kg/m3則V=Q(S?-S?)/(Ns×X)=9500/(0.15×4)=15833.33m32.計(jì)算好氧池的水力停留時間（HRT）。解答：HRT=V/Q=15833.33/(5×10?)=0.3167d≈7.60h3.計(jì)算硝化所需好氧池最小容積（V_nit），驗(yàn)證是否滿足硝化要求（硝化安全系數(shù)取1.5）。解答：硝化菌比增長速率μ=μmax×(S_NH?/(K_NH?+S_NH?))，其中K_NH?=1mgNH?-N/L（經(jīng)驗(yàn)值），出水NH?-N=5mg/L，故S_NH?=5mg/Lμ=0.47×(5/(1+5))=0.47×0.8333≈0.3917d?1污泥齡θc需滿足θc≥1/μ×安全系數(shù)=1/0.3917×1.5≈3.83d（實(shí)際設(shè)計(jì)θc=15d>3.83d，滿足硝化條件）硝化所需好氧池容積可通過污泥齡公式計(jì)算：θc=VX/(YQ(S?-S?)-KdVX)（忽略污泥流失）但更直接的方法是通過氨氮負(fù)荷計(jì)算：硝化速率Nv=NH?-N去除量/(V×X)NH?-N去除量=Q×(N?-N?)=5×10?×(35-5)=1.5×10?g/d=1500kg/dNv=1500/(15833.33×4)=1500/63333.32≈0.0237kgNH?-N/(kgMLSS·d)查閱設(shè)計(jì)規(guī)范，硝化負(fù)荷一般為0.02-0.05kgNH?-N/(kgMLSS·d)，0.0237在此范圍內(nèi)，故好氧池容積滿足硝化要求。---二、脫氮計(jì)算1.計(jì)算系統(tǒng)需反硝化的硝態(tài)氮量（Ndn）。解答：總氮去除量=進(jìn)水TN-出水TN=45-15=30mg/L=0.03kg/m3總氮去除量=Q×0.03=5×10?×0.03=1500kg/d其中，一部分氮通過同化作用去除（約占污泥中氮的12%），污泥產(chǎn)量ΔX=YQ(S?-S?)/(1+Kdθc)=0.6×9500/(1+0.05×15)=5700/1.75≈3257.14kgVSS/d同化氮量=ΔX×0.12=3257.14×0.12≈390.86kgN/d因此，需反硝化的硝態(tài)氮量Ndn=總氮去除量-同化氮量=1500-390.86=1109.14kg/d2.計(jì)算缺氧池的最小容積（V_anox）。解答：反硝化速率qdn=0.06kgNO??-N/(kgVSS·d)，VSS/MLSS=0.7（經(jīng)驗(yàn)值），故MLVSS=0.7×4000=2800mg/L=2.8kg/m3缺氧池污泥量=V_anox×X（假設(shè)缺氧池與好氧池MLSS相同）反硝化所需污泥量=Ndn/qdn=1109.14/0.06≈18485.67kgVSS則V_anox=反硝化所需污泥量/(MLVSS)=18485.67/2.8≈6602.03m3---三、除磷計(jì)算1.計(jì)算生物除磷量及化學(xué)除磷需補(bǔ)充的除磷量。解答：生物除磷量約為污泥中磷的含量（約占VSS的2%），故生物除磷量=ΔX×0.02=3257.14×0.02≈65.14kgP/d進(jìn)水總磷=5mg/L=0.005kg/m3，日進(jìn)水總磷量=Q×0.005=5×10?×0.005=250kgP/d出水總磷=0.5mg/L=0.0005kg/m3，日出水總磷量=5×10?×0.0005=25kgP/d需去除的總磷量=250-25=225kgP/d因此，化學(xué)除磷需補(bǔ)充的除磷量=225-65.14=159.86kgP/d2.計(jì)算PAC的日投加量（以Al?O?計(jì)）。解答：P的摩爾質(zhì)量=31g/mol，Al的摩爾質(zhì)量=27g/mol，Al?O?的摩爾質(zhì)量=102g/mol化學(xué)除磷反應(yīng)中，Al3+與PO?3?的摩爾比=1.5:1，故每去除1molP需1.5molAl需去除的P的物質(zhì)的量=159.86×103g/31g/mol≈5156.77mol需Al的物質(zhì)的量=5156.77×1.5≈7735.16mol需Al的質(zhì)量=7735.16mol×27g/mol≈208,849.32g≈208.85kgAl?O?中Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=2×27/102≈52.94%故需Al?O?的質(zhì)量=208.85kg/0.5294≈394.50kgPAC中Al?O?含量為10%，因此PAC日投加量=394.50kg/0.1=3945.00kg---四、二沉池設(shè)計(jì)計(jì)算1.計(jì)算二沉池的表面積（A）及單池?cái)?shù)量（假設(shè)單池最大表面積≤1000m2）。解答：表面負(fù)荷q=0.8m3/(m2·h)，日處理水量Q=5×10?m3/d=5×10?/24≈2083.33m3/h總表面積A=Q/q=2083.33/0.8≈2604.16m2單池最大表面積≤1000m2，故需3座二沉池（2座時2×1000=2000<2604.16，3座時3×1000=3000≥2604.16）2.計(jì)算二沉池的直徑（D）（假設(shè)為圓形池，π取3.14）。解答：單池表面積A_single=2604.16/3≈868.05m2圓形面積A=π(D/2)2，故D=√(4A/π)=√(4×868.05/3.14)=√(1106.05)≈33.26m---五、污泥產(chǎn)量計(jì)算1.計(jì)算生物污泥產(chǎn)量（以干污泥計(jì)，VSS/SS=0.7）。解答：生物污泥量ΔX=3257.14kgVSS/d（前文已計(jì)算）SS=VSS/0.7=3257.14/0.7≈4653.06kgSS/d2.計(jì)算化學(xué)污泥產(chǎn)量（PAC投加后生成AlPO?沉淀，AlPO?摩爾質(zhì)量=122g/mol）。解答：化學(xué)除磷生成AlPO?的物質(zhì)的量=需去除的P的物質(zhì)的量=5156.77mol（與Al投加量對應(yīng)）AlPO?質(zhì)量=5156.77mol×122g/mol≈629,125.94g≈629.13kg/dPAC中不參與反應(yīng)的惰性物質(zhì)=PAC投加量×(1-10%)=3945×0.9=3550.50kg/d（假設(shè)PAC中非Al?O?成分為惰性物質(zhì)）因此，化學(xué)污泥總量=629.13+3550.50≈4179.63kg/d3.計(jì)算總污泥產(chǎn)量（生物污泥+化學(xué)污泥）。解答：總污泥產(chǎn)量=4653.06+4179.63≈8832.69kg/d≈8.83t/d---六、需氧量計(jì)算好氧池需氧量（OR）包括BOD?氧化需氧、硝化需氧，扣除反硝化產(chǎn)氧。已知：BOD?氧化需氧系數(shù)a=0.5kgO?/kgBOD?，硝化需氧系數(shù)b=4.57kgO?/kgNH?-N，反硝化產(chǎn)氧系數(shù)c=2.86kgO?/kgNO??-N。解答：BOD?氧化需氧量=a×Q(S?-S?)=0.5×9500=4750kgO?/d硝化需氧量=b×Q(N?-N?)=4.57×1500=6855kgO?/d反硝化產(chǎn)氧量=c×Ndn=2.86×1109.14≈3172.14kgO?/d總需氧量OR=4750+6855-3172.14≈8432.86kgO?/d---七、運(yùn)行成本估算（選做）假設(shè)電價(jià)0.6元/kWh，鼓風(fēng)機(jī)效率0.8，氧轉(zhuǎn)移效率15%（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1kgO?=0.7m3空氣），計(jì)算好氧池每日曝氣電費(fèi)。解答：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下需空氣量=OR/(