Bài tập môn Nguyên lý công nghệ môi trường

Hỗn hợp khí được đưa qua tháp hấp thụ bằng nước với tốc độ nước vào 1200 kg/h.. Các thiết bị lọc cần được lắp vào bể thuỷ sinh để loại bỏ các chất thải của cá và thức ăn thừa cákhông ăn

Bài tập Nguyờn lý Cụng nghệ mụi trường

1 Một thiết bị lọc liên tục được sử dụng để tách và thu hồi chất rắn trong dòng thải lỏng sau một công đoạn

sản xuất Dòng thải lỏng chứa 25% nguyên liệu rắn (theo trọng lượng) được đưa vào thiết bị lọc với tốc độ

ổn định F= 4,6kg/phút Dịch lọc 1% chất rắn, tính lượng chất rắn tách được/100kg dịch lọc

BL:

Đặt x: khối lượng Chất rắn trong dich thải; m: KL crắn được tỏch ra

Cừn bằng vật chất: tổng KL đầu vào = tổng KL đầu ra

Xột trong t = 1 phỳt

- Khối lượng rắn vào = KL rắn ra  F.0,25 = x + m = 4.6.0.25 = 1.15 (1)

- KL nước vào = KL nước ra  F.0,75 = 99x (2)

Giải hệ (1) và (2):

Suy ra x = 0,0349 và m = 1,1151  khối lượng dịch lọc = 3.49

 KL rắn tỏch ra trờn 3,49 kg là: m=1,1151 kg

 KL rắn tỏch ra trờn 100 kg là: M= (m.100)/3,49 = 32 kg

2 Một hydrocachon được thu hồi từ dòng khí gas tự nhiên trong một cột hấp thụ có diện tích bề mặt cắt

s=1m2 và tổng diện tích chuyển khối của 1m3 thể tích cột hấp thụ là S= 250m2 Tỉ lệ hấp thụ là 0,5 kmol/s,tổng khả năng chuyển khối là 0,024 kmol/m3 và hệ số chuyển khối tổng cộng là 0,016m/s a) Tính chiềucao của cột hấp thụ

b) Nếu chiều cao của cột hấp thụ ở phần a tăng gấp đôi thì trong các thông số/đại lượng đã cho ở trên, đạilượng nào sẽ thay đổi? Tính giá trị của các đại lượng đó

4 Khí SO2 trong khí thải lò hơi được tách trong tháp hấp thụ chứa bùn CaCO3 Đường kính của tháp là

0,3m, chiều cao tháp là 5m trong đó thể tích hiệu dụng (nạp nguyên liệu hấp thụ) là 85% Cho hệ số chuyển khối tổng cộng (Kc1) là 3,5x10-6m/s; diện tích chuyển khối 80m2/m3 thể tích vật liệu; tốc độ chuyển khối là 0,4 kmol/s Tính tổng khả năng chuyển khối của SO2(∆CSO2)

trong đó: n A * - Tốc độ chất tách khỏi pha ban đầu (chuyển khối) (mol/s)

∆C A - Tổng khả năng chuyển khối = Chênh lệch nồng độ giữa 2 pha (mol/m 3 )

K c - Hệ số chuyển khối của hệ (m/s)

A - Diện tích chuyển khối (m 2 )

5 Một hệ thống thiết bị được thiết kế để thu hồi axeton trong hỗn hợp với không khí (tỉ lệ axeton 1,5%).

Hỗn hợp khí được đưa qua tháp hấp thụ bằng nước với tốc độ nước vào 1200 kg/h Không khí sạch đi rakhỏi tháp; Dung dịch axeton 12% (% theo khối lượng) được đưa sang bộ phận chưng cất để thu axeton saukhi đã qua sinh hàn ngưng Tính tốc độ tạo thành sản phẩm biết tỉ lệ axeton trong sản phẩm là 99% và trongdịch thải là 5%

6 Cho dòng khí thải chứa SO 2 , CO và CO 2 hấp thụ qua tháp chưa than hoạt tính với w 0 =4m/s Tính tổn thất áp suất của khí khi dòng chuyển động qua tháp hấp phụ biết: hệ số ma sát bằng 0.3510 -12 ; chiều cao thấp là 3.2m; dtd là 4.10 -9 m và khối lượng riêng của khí là 0.02kg/m 3

7 Hấp thụ khí CO2 bằng dung dịch NaOH 1M trong tháp hấp thụ có thể tích 2m3 (thể tích hiệu dụng là 80%) Sau 4h hệ thống hoạt động, dung dịch NaOH đã hấp thụ CO 2 được đem phân tích bằng

phương pháp chuẩn độ 2 nấc sử dụng axit H 2 SO 4 1M, chỉ thị phenolphtalein và metyl da cam thu được thể tích axit H 2 SO 4 chuẩn nấc 1 và nấc 2 tương ứng là 24ml và 16 ml (thể tích dung dịch lấy chuẩn độ 100ml).

a) Tính thành phần và hàm lượng của dung dịch hấp thụ

b) Dung dịch NaOH trong tháp hấp thụ (sau 4h hệ thống hoạt động) còn có khả năng hấp thụ CO 2 hay không? Giải thích?

8 Một ống khói cao 25m Nhiệt độ trung bình của khói ki ra là 300 0 C, nhiệt độ ngoài trời là 30 0 C Khối lượng của khói lò coi bằng khối lượng riêng của không khí ở 300 0 C Khối lượng riêng của không khí ở O 0 C bằng 0,1318kg/m 3 Tính chênh lệch áp suất giữa p1 và p2 trong lò (hình vẽ)

9 Aquariums need to be equipped with filters to remove fish wastes and uneaten fish food from the water One such design is the under-gravel filter, illustrated schematically in Figure

The filter consists of a plastic plate that covers the floor of the aquarium and creates an open space beneath the gravel for water to flow to the bubbler tube Air is pumped into the bottom of the bubbler tube, and the rising air bubbles entrain water and pump the water upwards The water bubbles out of the top of the tube, drops into a plastic container filled with activated carbon, and then flows into the aquarium The flow of water up and out of the bubbler tube causes water to draw from the main part of the tank into and through the bottom gravel and then along the tank bottom to the bubbler tube Identify two major treatment

functions at work in the aquarium water treatment system and briefly describe how they function

9 Các thiết bị lọc cần được lắp vào bể thuỷ sinh để loại bỏ các chất thải của cá và thức ăn thừa cákhông ăn hết trong nước Thiết kế bộ phận lọc ở dưới lớp sỏi, được minh hoạ như trong hình vẽ Bộlọc bao gồm một đĩa nhựa phủ lên nền của bể thuỷ sinh tạo nên một khoảng mở dưới lớp sỏi đểnước chảy qua ống tạo bọt Không khí được bơm vào đáy của ống tạo bọt, và các bọt khí dâng lên

và bơm nước lên phía trên Các bọt nước bên ngoài đầu ống, rơi vào một bình chứa bằng nhựa đãđược nạp đầy than hoạt tính và sau đó chảy vào trong bể thủy sinh Dòng nước lên và bên ngoài ốngtạo bọt làm cho nước từ phần chính của bể kéo vào và chảy qua lớp sỏi đáy và sau đó dọc theo đáy

bể tới ống tạo bọt Xác định hai chức năng xử lý chính hoạt động trong hệ thống xử lý nước trong

bể thuỷ sinh và miêu tả ngắn gọn chúng có chức năng như thế nào

Answer!

1 Thứ nhất đó là quá trình xử lý sinh học hiếu khí bởi các lớp màng sinh học tỏng lớp cát vàng Quátrình này sẽ xử lý BOD được tạo ra do các chất thải của các trong nước, thức ăn thừa, xác thực vật

và xác cá (phụ thuộc vào điều kiện tiếp nhận của bể cá cảnh)

2 Các bon hoạt tính loại bỏ các chất hữu cơ và các chất hóa học có thể hấp thu được bao gồm cả NH4

3 Nếu thực vật thủy sinh có trong bể cá cảnh, chúng sẽ có khả năng hấp thu N và P

4 Bộ lọc khí sẽ xử lý các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi nếu có, nhưng thực tế trong trường hợp này thìkhông Hợp chất amoni không bị ion hóa có thể được lọc bỏ

7 A wastewater sample is being analyzed to determine its BOD content The sample is diluted in order to

perform the test: 295 mL of distilled water are added to 5 mL of sample to fill the 300 mL BOD bottle The bottle has an initial dissolved oxygen concentration of 7.9 mg/L After incubating 5 days, the dissolved oxygen concentration is 4.5 mg/L

1a What is the 5-day BOD of the wastewater?

2b The deoxygenation rate constant, k1, is 0.013 day-1 What is the ultimate BOD of the wastewater? 3

nghiệm: 5ml mẫu được thờm vào 295ml nước cất thành 300 ml BOD đựng rong chai Nồng độ oxi hoà tan ban đầu là 7,9 mg/L Sau khi ủ 5 ngày, nồng độ ụxi hoà tan là 4,5mg/l

BL:

Ans:

BOD5 của nước thải là lượng oxy hũa tan mà quỏ trỡnh sinh học phõn hủy chất hữu cơ sử dụng trong 5ngày

Biến thiờn hàm lượng DO từ ngày đầu đến ngày thứ năm là: ÄDO = 7.9 – 4.5 = 3.4 mg/l

Do nước thải được pha loóng 60 lần, BOD5 sẽ là: 60 ì 3.4 = 204 mg/l

b) Lt = Lu(1 − ek1t)

Trong đú: Lt: Tổng hàm lượng BOD5

Lu: Tổng hàm lượng BOD cuối cựng sau quỏ trỡnh thử nghiệm

Ta cú: 204 = BOD5 [1 – exp (-0.013 ì5)] = 0.063BODu

BODu = 3240 mg/l

8

A waste treatment system is to be designed for a raw wastewater containing 200 mg/L of carbonaceous oxygen demanding material (BOD) The wastewater flow rate of 0.2 million gallons per day (mgd) is to

be introduced into a reactor tank having a theoretical detention time of 1 day The organic matter is

oxidized at the rate of 1.0 day-1 (first-order rate constant) Note that 1 mgd = 1.55 ft3/sec

Compare the relative steady-state treatment efficiencies of the following tank configurations all having the same total theoretical detention time:

1A fully-mixed circular tank, 80 feet in diameter, with inflow at center and outflow along the perimeter Specify the tank depth

hợp chất cacbonate (BOD) Tốc độ dũng của nước thải bằng 0,2 triệu gallon/ngày (mgd) là để đưa vào một bỡnh phản ứng cú thời gian lưu lý thuyết là 1 ngày Chất hữu cơ được oxi hoỏ tại tốc độ 1,0 trờn 1 ngày

9 A plug-flow treatment reactor has an influent flow with a concentration of 150 mg/L of total toxic organics

(TTO) and a flow rate of 380 L/min The reaction is first-order with a rate constant of 0.4 hr-1

a) Determine the required detention time and reactor volume to achieve an effluent concentration of

20 mg/L

b) Plot the percentage of TTO removed as a function of detention time

9) Một bỡnh phản ứng xử lý kiểu giỏn đoạn, dũng vào cú nồng độ cỏc chất hữu cơ độc hại tổng cộng (TTO)

a) Xỏc định thời gian lưu và thể tớch bỡnh phản ứng yờu cầu để đạt được nồng độ dũng thải 20 mg/L

b) Tớnh % TTO đó được thải bỏ như chức năng thời gian lưu

BL:

10 A completely-mixed treatment reactor has an influent flow with a concentration of 150 mg/L of total toxicorganics (TTO) and a flow rate of 380 L/min The reaction is first-order with a rate constant of 0.4 hr-1

a) Determine the required detention time and reactor volume to achieve an effluent concentration of 20mg/L

b) Plot the percentage of TTO removed as a function of detention time

c) How many times larger than the plug-flow reactor must the completely-mixed reactor be to achieve 80%removal?

10) Một bỡnh xử lý được trộn đều, dũng vào cú nồng độ chất hữu cơ độc hại tổng cộng (TTO) là 150 mg/L

và tốc độ dũng là 380 l/phỳt Phản ứng là phản ứng bậc1 cú hằng số tốc độ là 0.4 (giờ-1)

a) Xỏc định thời gian lưu và thể tớch bỡnh phản ứng yờu cầu để đạt được nồng độ dũng thải 20 mg/L

b) Tớnh % TTO đó được thải bỏ như chức năng thời gian lưu

c) Bỡnh phản ứng được trộn đều phải lớn gấp bao nhiờu lần so với bỡnh phản ứng kiểu giỏn đoạn để đạt được 80% hiệu quả xử lý?

BL:

Bài 10, 11, 12

áp dụng công thức: C = C in /(1+Kt R )

C - Nồng độ tại thời điểm t (mg/L)

C in - Nồng độ đầu vào (mg/L)

K - hằng số tốc độ phân huỷ (ngày -1 )

t R - Thời gian lưu (ngày)

11 A rectangular sedimentation basin is to be designed for a flow of 1.0 mgd (million gallons per day)

using a 2:1 length:width ratio, an overflow rate of 0.00077 fps (feet per second), and a detention time of 3.0

hr What are the dimensions of the basin?

11) Một bể lắng hỡnh chữ nhật được thiết kế cho dũng chảy 1.0 mgd (triệu gallon/ngày) theo tỉ lệ chiều dài :chiều rộng là 2:1, tốc độ dũng tràn là 0,00077 fps (feet trờn giõy), và thời gian lưu là 0,3 giờ Xỏc định kớchthước của bể lắng?

BL:

Áp dụng cụng thức: tR = V/Q  V= Q.tR, thay số: =

12 Design a sedimentation treatment system for a raw water with the following characteristics:

Settling velocity for floc = 3.2 m/hr

Your design should be for a horizontal-flow rectangular basin with a chain and scraper sludge removal

should specify the number of sedimentation basins, the basin dimensions, and the basin overflow rate and hydraulic residence time Sludge scrapers come in a standard 6-meter length, so your basin width should be

in increments of 6 meters

Cỏc đặc điểm thiết kế một hệ thống xử lý nước thụ kiểu lắng như sau:

Lưu lượng hàng ngày tối đa = 4 m3/giõy

Tốc độ ổn định tủa bụng = 3.2 m/giờ

Chất keo tụ là phốn

Nờn thiết kế bể chứa hỡnh chữ nhật dũng chảy ngang với một hệ thống xử lý bựn rửa dạng chuỗi Giả thiết

và tốc độ dũng chảy tràn vào bể và thời gian lưu thuỷ lực Bộ phận rửa bựn cú chiều dài chuẩn là 6 m, nờn chiều rộng của bể 6m

13 A small community has used an unchlorinated ground-water supply containing approximately 0.3 mg/L

of iron and manganese for several years without any apparent iron and manganese problems A health official suggested that the town install chlorination equipment to disinfect the water and provide a chlorine residual in the distribution system After initiating chlorination, consumers complained about water staining washed clothes and bathroom fixtures Explain what is occurring due to chlorination

Một cụm dõn cư nhỏ đó sử dụng nguồn cung cấp nước ngầm khụng cú clo chứa gần 0,3 mg/l sắt và mangan khoảng vài ngày mà khụng gặp bất kỳ vấn đề gỡ do sắt và mangan Một cỏn bộ y tế đề xuất thị xó nờn lắp

đặt thiết bị clo húa để khử trựng nước và tạo ra một lượng tồn dư clo trong hệ thống phõn phối Sau khi bắt đầu clo hoỏ, những người tiờu thụ phàn nàn về nước làm mất màu quần ỏo đó được giặt và cỏc thiết bị nhà tắm Giải thớch điều gỡ đang diễn ra do quỏ trỡnh clo hoỏ

ANSWER: Chlorine is a strong oxidizer and is oxidizing the iron and the manganese The oxidized iron and

manganese is relatively insoluble and forms precipitates These precipitates cause the stains on fixtures and laundry Apparently, before chlorination, the iron and manganese remained dissolved or as fine colloids and passed through the system without causing problems

14 An ion exchange resin is used to remove nitrate from a water supply with the ionic concentrations

shown below The total resin capacity is 1.5 equivalents per liter of resin

a Do the anions and cations balance?

b What volume of water can be treated with each liter of resin?

c Qualitatively, how would your answer differ if the concentrations of Cl and SO4 were reversed?

Một nhựa trao đổi iụn được sử dụng để loại bỏ nitrate khỏi nguồn cung cấp nước cú hàm lượng cỏc iụn như bảng dưới đõy Dung lượng tổng cộng của nhựa là 1,5 eq trờn 1 lớt nhựa

a) Hỏi cỏc anion và cation cú cõn bằng hay khụng?

c) Về mặt định lượng, sẽ thay đổi như thế nào nếu nồng độ clo và SO4 bị đảo ngược?

BL:

15 A wastewater containing phenol at a concentration of 0.4 mg/L is to be treated by granular activated

carbon Batch tests have been performed in the laboratory to determine the relative adsorption of phenol by GAC Testing entails adding a mass of carbon to V = 1 liter of the 0.4 mg/L-solution, allowing the solution

to reach equilibrium over 6 days, and then measuring the resulting equilibrium concentration of phenol Results are shown in the table below Develop a Freundlich isotherm to fit these data

Nước thải chứa phenol tại nồng độ bằng 0,4 mg/L được xử lý bằng cỏcbon hoạt tớnh granular Tiến hành cỏc thử nghiệm theo mẻ trong phũng thớ nghiệm để xỏc định hấp phụ tương đối của phenol bằng GAC Thực nghiệm bằng cỏch tiến hành thờm một lượng cỏcbon tới V= 1 lớt dung dịch cú nồng độ 0,4mg/l, làm cho dung dịch đạt trạng thỏi cõn bằng khoảng hơn 6 ngày và sau đú tiến hành đo nồng độ phenol tại thời điểm cõn bằng Cỏc kết quả được chỉ ra như bảng dưới đõy

BL:

16 Design a facultative lagoon for a temperate climate when the flow rate is 3800 m3/d and the

BOD5 is 200 mg/L Use these steps:

a Select a reasonable depth

b Calculate the surface area based on the BOD5 areal load

c Calculate the volume and hydraulic detention time

d Calculate the volumetric loading (kg BOD5/(1000 m3-day))

e If degradation in a facultative lagoon can be modeled as a first-order process with a degradation rate of 0.2 day-1, what will be the effluent concentration from the lagoon?

16.Thiết kế bể xử lý để cú được khớ hậu ụn đới khi tốc độ dũng là 3800 m3/ngày và BOD5 là 200 mg/l Sử

dụng cỏc bước như sau:

a Lựa chọn một độ sõu thớch hợp

b Tớnh toỏn diện tớch bề mặt dựa trờn tải lượng vựng areal BOD5

c Tớnh toỏn thể tớch và thời gian lưu thuỷ lực

d Tớnh toỏn tải lượng theo thể tớch (kg BOD5/(1000 m3-ngày))

e Nếu quỏ trỡnh phõn huỷ trong bể xử lý cú thể được điều chỉnh như một quỏ trỡnh bậc 1 với tốc độ phõn huỷ là 0.2 ngày-1 , Xỏc định nồng độ dũng thải ra từ bể xử lý ?

BL:

17 The aeration tank for a completely mixed aeration process is being sized for a design wastewater flow of

4500 m3/d The influent COD is 150 mg/L The design effluent COD is 7 mg/L Recommended design parameters are a sludge age of 10 days and MLVSS of 1400 mg/L The expected Sludge Volume Index is

100 ml/g Selection of these values takes into account the anticipated variations in wastewater flows and strengths The kinetic constants from a bench-scale treatability study are Y = 0.60 mg VSS/mg COD and ke

= 0.06 per day Calculate:

a the hydraulic residence time and volume of the aeration tank

b the food/microorganism ratio

c the sludge production rate

d the sludge recycle ratio

e the oxygen requirement

17) Lưu lượng dũng nước thải thiết kế của bể hiếu khớ để tạo ra quỏ trỡnh hiếu khớ được khuấy trộn liờn tục được là 4500 m3/ngày COD dũng vào là 150 mg/l COD dũng thải ra thiết kế là 7mg/l Cỏc thụng số thiết kế yờu cầu: tuổi của bựn là 10ngày và MLVSS là 1400 mg/L Việc lựa chọn cỏc giỏ trị này liờn quan đến cỏc biến số đó được dự đoỏn trong cỏc dũng thải và cường độ nước thải Hằng số động lực từ nghiờn

a Thời gian lưu thuỷ lực và thể tớch của bể hiếu khớ