环境系统工程经典练习题

1、一维均匀稳态河流，初始断面污染物浓C0=50mg/L，纵向弥散系数Dx=2.5mg/L，衰减系数k=0.2d-1，断面平均流速ux=0.5m/s。试求下述条件下在下500m处的污染物浓度。(1) 一般解析解；(2) 忽略弥散作用时的解；(3) 忽略推流作用时的解；(4) 忽略衰减作用时的解。xx02xxu x4kDCC exp(11)2Du 0 xkxCC expu (ux=0)(k=0)解 (1) 由一维模型稳态解表达式得： (2) 忽略弥散作用：此时 21050/ ,2.5/ ,0.1,0.5 /xxcmg L Dms Kdum s0224exp(11)20.550040.12.5150e

2、xp1122.50.524360049.94(/)xxxxu xkDccDumgL0 xD 0exp500m0.1500150 exp49.94(/)0.5243600 xK xccucm gL 故 知 下 游处 浓 度 为(3) 忽略推流作用：此时ux=0，由一维稳态方程可以推得： 从而得下游500m处浓度为：(4) 忽略衰减作用：此时，由稳态一般解析解可得： 即：下游500m处浓度为50mg/L。0expxkccxD050/ccmg L0.1150exp500=35.58(/ )2.524 3600cmg L均匀稳态河流，岸边排放，河宽50m，河床纵向坡度s=0.0002，平均水深h=2m

3、，平均流速ux=0.8m/s ，横向弥散系数Dy=0.4hu*， u*=(ghs)1/2 是河床剪切流速。 试计算： (1) 河流中污染物扩散到对岸所需的纵向距离； (2) 污染物在横断面上达到均匀分布所需的纵向距离； (3) 排放口下游1000m处的扩散羽宽度。 yyx2D x/u 2xy0.4u BxD 2xy0.055u BxD 解 (1) 污染物扩散到对岸纵向距离： 由题设知： 所以： 即：污染物扩散到对岸的纵向距离为2200m。2 ,0.0002,50 ,0.8/xhm sBm um s2229.81 2 0.00020.0626(/ )0.40.4 2 0.06260.05(/ )

4、0.0550.055 0.5 502200( )0.05yxyughsm sDhumsu BxmD (2) 污染物在横断面上达到均匀分布所需的纵向距离： 即横断面上达到均匀分布所需的纵向距离为16000m。(3) 排放口下游1000m处的扩散羽宽度：因为所以扩散羽宽度b = 2 =2*11.18=22.36 (m)。2/20.05 1000/0.811.18()yyxDx um220.40.4 0.8 5016000( )0.05xyu BxmDy1. 已知湖泊容积V=2.0108 m3 ，水面面积As=3.6107 m2 ， 河流入流量Q=3.1109 m3/a，河流中磷的输入量为1.510

5、8 g/a，磷的输出量为1.125108 g/a，试判断该湖泊的营养状况，是否会发生富营养化？ 冲刷速度常数：滞留系数：磷的输入量：解：r = Q / V = (3.1109) / (2.0108) =15.5 (a-1)=1-(1.125108)/(1.5108)=0.25Ic = 1.5108 g/a平衡浓度比较法CCPI (1 R )CrV = 1.5108 (1-0.25) / (15.52.0108)= 0.036 mg/L发生富营养化磷含量指标为：0.01-0.02 mg/L。已知某湖泊的停留时间T=1.5a，沉降速度s=0.001/d，一种污染物排入湖中达到平衡浓度的90%需多长

6、时间？(设湖内初始浓度为0)。 解：由已知 T=1.5a，s=0.001/d，C/Cp=90%，C0=0 C/Cp=1-exp-(s+r)tr = Q/V= 1/twr = tw -1 = (1.5a) -1 = 0.667 a-1 = 0.00183 d-1 = (-1)/(0.001+0.00183)ln(1-90%) = 2.23d 或 814 d 污水排量q=0.5m3/s，污水BOD浓度L0=400mg/L；河流流量Q=20m3/s，河流流速ux=0.2m/s，本底BOD浓度L0=2mg/L，起始断面氧亏率10%，水温20，kd=0.1/d， ka=0.2/d。为保证排放口下游800

7、0m处的DO4mg/L且BOD4 mg/L，试确定必须的污水处理程度(须处理掉BOD的百分率)? 解：起始断面河水20时饱和溶解氧Cs为：D0= Cs*10% = 0.907 (mg/L) L0= (0.5*400+20*2)/(20+0.5) = 11.71 (mg/L)临界氧亏发生时间为： 8000 m 处距离起始断面的时间： 8000/(0.2*24*3600) = 0.46 dtcS0468C(m g / l)9.07m g / L31.6T ( C ) = 6.13 d由于t8000mtc，因此只需控制8000m处的DO4mg/L且BOD4 mg/L即可，根据S-P模型：DO = C

8、s-D = Cs - = 8.243-0.043L0 4解得：L0 98.67 mg/L 另外：Ckt0LL e = L0e(-0.1*0.46) = L0*0.955 4解得： L0 4.19 mg/L 综合满足两个条件需：L0 4.19 mg/L 。设排放污水中的BOD值为 xmg/L， 可以根据起始断面的物料恒算求得：(qx + QL)/(q+Q) = (0.5x +20*2)/(0.5+20) 4.19 x 91.77 mg/L污水处理程度：(400-91.77)/400*100% = 77.1%因此，污水须处理掉77.1%的BOD才能排入河流。已知某工业基地位于一山谷地区，计算的混合

9、高度h=120m，该地区长45km，宽5km，上风向的风速为2m/s，SO2的本底浓度为0。该基地建成后的计划燃煤量为7000t/d，煤的含硫量为3%，S转化为SO2的转化率为85%，试用单箱模型估计该地区的SO2浓度？解：解：Q = (7000106)/(360024)3%85%2/(455106) = 18.3610-6 g/(m2.s) = 1.83610-2 mg/(m2.s)= 0 + (1.83610-245103) / (2120)= 3.44103 mg/L= 3.44 mg/m3P0Q lCCu h 某城区有一边长15001500米的正方形区域，该区域二氧化硫的排放量为500

10、0 mg/s，区内排放源的有效源高15米，大气稳定度为E类，u为3 m/s，求其下风向1500米处的二氧化硫的地面浓度贡献 (y=0; z=0)。已知：1=0.920818，1=0.0864001 (xy: 1-1000m); 1=0.896864，1=0.101947 ( xy: 1000m)。2=0.433384，2=0.565188。解：111yy00.920818y11a349x8249 m4.30.08640011000 m, 因因其其大大于于所所以以不不符符合合要要求求，舍舍去去。11yy00.896864y11a349x8728 m4.30.101947 。20.433384zz

11、2z(xx )(xx )0.565188(1500330)14.66 m 2222z00.433384zH15x330 m2.15*2.15*0.565188 。10.896864yy1y(xx )(xx )0.101947(1500+8728)402 m 223500015 exp()3.14340214.66214.66 = 0.053 (mg/m ) 2e2zzH2(x x )(x,0,0,He)yyzzQCeu(xx )(xx ) 已知烟囱物理高度为60m，排放热流量为10104 kW，平均风速为6m/s，SO2排放量为650g/s，试计算自地面至高240m处的SO2浓度在下风向800

12、m处轴线上的垂直分布。大气处于中性稳定度，烟羽抬升高度由浮力射流公式计算： = 186，QH为排放热流量（MW），1=0.61，1=2.06；2=1.01，2=0.10。 HeHH = 60+98 = 158 m= 186( (1001/4 6)= 98 m已知：已知： u=6m/s，h=240 m，x=800m， QH=100MW， H1=60m，y=0，Q=6.5105 mg/s。22ee22zz(z H )(z H )2exyzQC(x,y,z,H )ee2 u 10.61y1x2.06x 21.01z2x0.10 x 22(z 158)(z 158)14630.914630.9C(80

13、0,0,z,158)1.66 ee 取h=30m，则自地面至高240m处的SO2浓度在下风向800m处轴线上的垂直分布如下表：当x=800m，下风向800m处轴线上的垂直分布函数：已知某工厂排放NOx速率为100g/s，平均风速为5m/s，如果控制NOx的地面浓度增量0.15mg/m3(标态下)，试求所必须的烟囱有效高度？大气处于中性稳定度：1= 0.691，1= 0.237; 2= 0.610，2= 0.217。已知：已知：Q=100g/s=105mg/s，Cmax=0.15mg/m32zz2E t 10.691y1x0.237x 20.610z2x0.217x 2*xezu Hx4E 2a

14、*z2He22 ezmax(x,0,0,H )2xey2QCeu H 3z2zy5*0.691*0.6102 100100.153.14159 2.71828 5 22 1085.397 0.237x0.217x 解得：x*=16364.466 m，必需的烟囱高度为： He = 114.13 m2a*22 某小区有4家工厂，它们排放的废水水质、水量如表所示，确定主要污染源和主要污染物。标准标准C C0i0i150301.50.05项项 目目CODBOD5CdHg污水量污水量(mg/L)(mg/L)(m(m3 3/s)/s)甲厂甲厂15007000.070.021.32乙厂乙厂8504500.2

15、10.090.68丙厂丙厂6202900.150.062.10丁厂丁厂320800.330.171.55ijoiijijQCCP PPKjjPPKiiiijijPPK 甲厂乙厂丙厂丁厂PiKi污染物排序PijKijPijKijPijKijPijKijCOD13.2300.2963.8530.2518.680.2743.3070.25329.0700.27732BOD30.8700.69110.2000.66320.30.644.1330.31765.5030.62491Cd0.0620.0010.0950.0060.210.0070.3410.0260.7080.00684Hg0.5290.0121.2240.0802.520.0795.2700.4049.5430.09103Pj44.69115.37331.7113.051104.821.0000Kj0.42630.14670.30250.1245污染源排序1324已知河流某断面一组水质监测值如下表，已知河流某断面一组水质监测值如下表， 试计算该断面的试计算该断面的NemerowNemerow水质指数水质指数? ?监测项目CODcr挥发酚氨氮Cr6+As浓度(mg/L) 13.00.041.980.040.12标