环境系统工程经典练习题..

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。xx02xxux4kDCCexp((11))2Du0xkxCCexpu(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/xxcmgLDmsKdums0224exp[(11)]20.550040.12.5150exp[1122.50.524360049.94(/)xxxxuxkDccDumgL0xD0exp500m0.1500150exp49.94(/)0.5243600xKxccucmgL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。0expxkccxD050/ccmgL0.1150exp500=35.58(/)2.5243600cmgL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，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。yyx2Dx/u2xy0.4uBxD2xy0.055uBxD[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/xhmsBmums2229.8120.00020.0626(/)0.40.420.06260.05(/)0.0550.0550.5502200()0.05yxyughsmsDhumsuBxmD(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)。2/20.051000/0.811.18()yyxDxum220.40.40.85016000()0.05xyuBxmDy1.已知湖泊容积V=2.0×108m3，水面面积As=3.6×107m2，河流入流量Q=3.1×109m3/a，河流中磷的输入量为1.5×108g/a，磷的输出量为1.125×108g/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=(3.1×109)/(2.0×108)=15.5(a-1)=1-(1.125×108)/(1.5×108)=0.25Ic=1.5×108g/a平衡浓度比较法CCPI(1R)CrV=[1.5×108×(1-0.25)]/(15.5×2.0×108)=0.036mg/L发生富营养化磷含量指标为：0.01-0.02mg/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=0C/Cp=1-exp[-(s+r)t]r=Q/V=1/twr=tw-1=(1.5a)-1=0.667a-1=0.00183d-1=(-1)/(0.001+0.00183)ln(1-90%)=2.23d或814d所以，污染物排入湖中达到平衡浓度的90%需2.23d或814d。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8000m处的DO≥4mg/L且BOD≤4mg/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：8000m处距离起始断面的时间：8000/(0.2*24*3600)=0.46d＜tcS0468C(mg/l)9.07mg/L31.6T(C)=6.13d由于t8000m＜tc，因此只需控制8000m处的DO≥4mg/L且BOD≤4mg/L即可，根据S-P模型：DO=Cs-D=Cs-=8.243-0.043L0≥4解得：L0≤98.67mg/L另外：Ckt0LLe=L0e(-0.1*0.46)=L0*0.955≤4解得：L0≤4.19mg/L综合满足两个条件需：L0≤4.19mg/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)≤4.19x≤91.77mg/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：Q={[(7000×106)/(3600×24)]×3%×85%×2}/(45×5×106)=18.36×10-6g/(m2.s)=1.836×10-2mg/(m2.s)=0+(1.836×10-2×45×103)/(2×120)=3.44×103mg/L=3.44mg/m3P0QlCCuh某城区有一边长1500×1500米的正方形区域，该区域二氧化硫的排放量为5000mg/s，区内排放源的有效源高15米，大气稳定度为E类，u为3m/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：α1=0.920818，γ1=0.0864001(xy:1-1000m);α1=0.896864，γ1=0.101947(xy:1000m)。α2=0.433384，γ2=0.565188。解：111yy00.920818y11a349x8249m4.30.08640011000m,因其大于所以不符合要求，舍去。11yy00.896864y11a349x8728m4.30.101947。20.433384zz2z(xx)(xx)0.565188(1500330)14.66m2222z00.433384zH15x330m2.15*2.15*0.565188。10.896864yy1y(xx)(xx)0.101947(1500+8728)402m223500015exp()3.14340214.66214.66=0.053(mg/m)2e2zzH2(xx)(x,0,0,He)yyzzQCeu(xx)(xx)已知烟囱物理高度为60m，排放热流量为10×104kW，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800m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），α1=0.61，γ1=2.06；α2=1.01，γ2=0.10。HeHH=60+98=158m=186×(1001/4÷6)=98m已知：u=6m/s，h=240m，x=800m，QH=100MW，H1=60m，y=0，Q=6.5×105mg/s。22ee22zz(zH)(zH)2exyzQC(x,y,z,H)ee2u10.61y1x2.06x21.01z2x0.10x22(z158)(z158)14630.914630.9C(800,0,z,158)1.66ee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：α1=0.691，γ1=0.237;α2=0.610，γ2=0.217。已知：Q=100g/s=105mg/s，Cmax=0.15mg/m32zz2Et10.691y1x0.237x20.610z2x0.217x2*xezuHx4E2a*z2He22ezmax(x,0,0,H)2xey2QCeuH3z2zy5*0.691*0.6102100100.153.141592.718285221085.3970.237x0.217x解得：x*=16364.466m，必需的烟囱高度为：He=≈114.13m2a*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C0i150301.50.05项目CODBOD5CdHg污水量(mg/L)(m3/s)甲厂15007000.070.021.32乙厂8504500.210.090.68丙厂6202900.150.062.10丁厂320800.330.171.55ijoiijijQCCPPPKjjPPKiiiijijPPK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，试计算该断面的Nemerow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标准(mg/L)20.000.00510.050.05Ii＝Ci/Si解：先计算单因子环境质量指数监测项目CODcr挥发酚氨氮Cr6+As浓度Ci(mg/L)13.00.041.980.040.12标准Si(mg/L)20.000.00510.050.05评价指数(Ii)0.6581.980.82.4由上表：MaxIi=8；AveIi=2.766Nemerow环境质量指数为：=5.985==（Ii＝Ci/Si）