环境工程原理-质量衡算与能量衡算课件

第二章,质量衡算与能量衡算,第二章,分离、反应,分析物质流,迁移转化,?,某污染物,生物降解,输入量输出量降解量=积累量,输入量1,输入量2,输出量,降解量,积累量,第二节 质量衡算,一、衡算的基本概念,分离、反应?某污染物生物降解输入量输出量降解量=积累,用来分析质量迁移的特定区域，即,衡算的空间范围,环境设备或管道中一个微元体,微分衡算,一个反应池、一个车间，或者一个湖泊、一段河流、一座城市上方的空气，甚至可以是整个地球,总衡算,(一)衡算系统,第二节 质量衡算,一、衡算的基本概念,用来分析质量迁移的特定区域，即衡算的空间范围环境设备或,稳态流动的数学特征：,当系统中流速、压力、密度等物理量只是位置的函数，,不随时间变化,，称为,稳态系统,；当上述物理量不仅随位置变化，而且随时间变化，称为非稳态系统。,对于稳态过程，内部无物料积累,第二节 质量衡算,(二),稳态系统与非稳态系统,一、衡算的基本概念,稳态流动的数学特征：当系统中流速、压力、密度等物理,输入速率输出速率转化速率=积累速率,质量衡算的一般方程,转化速率或反应速率,单位时间因生物或化学反应而转化的质量。,组分为生成物时为正值,，质量增加,单位时间：,以某种元素或某种物质为衡算对象,第二节 质量衡算,(2.2.4),一、衡算的基本概念,输入速率输出速率转化速率=积累速率质量衡算的一般方程,(2.2.8),污染物的生物降解经常被视为,一级反应,，即污染物的降解速率与其浓度成正比。假设体积V中可降解物质的浓度均匀分布，则,反应速率常数，s,-1,或d,-1,物质浓度,负号表示污染物随时间的增加而减少,体积,反应速率,第二节 质量衡算,(2.2.8)污染物的生物降解经常被视为一级反应，即污染物的,各种情况下的质量衡算,稳态系统,非稳态系统,组分发生反应,组分不发生反应,以某组分为对象,以全部部分为对象,以总质量表示,以单位时间质量表示,第二节 质量衡算,二、总质量衡算,各种情况下的质量衡算 稳态系统组分发生反应 以某组分为对象,质量衡算方程的应用,1、需要划定衡算的系统,2、要确定衡算的对象,3、确定衡算的基准,4、绘制质量衡算系统图,5、注意单位要统一,划定衡算的系统,确定衡算的对象,某组分,衡算的范围,某组分，和全部组分,单位时间，某时间段内，或一个周期,总衡算和微分衡算,第二节 质量衡算,质量衡算方程的应用1、需要划定衡算的系统划定衡算的系统确定衡,质量衡算系统图,单位要统一,第二节 质量衡算,质量衡算系统图单位要统一第二节 质量衡算,【例题1】一条河流的上游流量为10m,3,/s，氯化物的浓度为20mg/L，有一条支流汇入，流量为5m,3,/s，其氯化物浓度为40mg/L。视氯化物为不可降解物质，系统处于稳定状态，计算汇合点下游河水中的氯化物浓度，假设在该点流体完全混合。,解：,首先划定衡算系统，绘制质量平衡图,第二节 质量衡算,(一)稳态非反应系统,【例题1】一条河流的上游流量为10m3/s，氯化物的浓度为2,氯化物的输出速率为,氯化物的输入速率为,第二节 质量衡算,氯化物的输出速率为氯化物的输入速率为第二节 质量衡算,0,1,2,4,3,【例题2】某污水处理工艺中含有沉淀池和浓缩池，沉淀池用于去除水中的悬浮物，浓缩池用于将沉淀的污泥进一步浓缩，浓缩池的上清液返回到沉淀池中。污水流量为,5000m,3,/d,，悬浮物含量为,200mg/L,，沉淀池出水中悬浮物浓度为,20mg/L,，沉淀污泥的含水率为,99.8%,，进入浓缩池停留一定时间后，排出的污泥含水率为,96%,，上清液中的悬浮物含量为,100mg/,L。假设系统处于稳定状态，过程中没有生物作用。求整个系统的污泥产量和排水量，以及浓缩池上清液回流量。污水的比重为,1000kg/m,3,。,？,？,？,根据需要划定衡算的系统,第二节 质量衡算,01243【例题2】某污水处理工艺中含有沉淀池和浓,环境工程原理-质量衡算与能量衡算课件,环境工程原理-质量衡算与能量衡算课件,已知,=5000m,3,/d，,200mg/L，,20mg/L，,(100-96)/(100/1000)40(g/L)40000(mg/L),(100-99.8)/(100/1000)2(g/L)2000(mg/L),100mg/L,污泥含水率为污泥中水和污泥总量的质量比，因此污泥中悬浮物含量为,第二节 质量衡算,(1)求污泥产量,以沉淀池和浓缩池的整个过程为衡算系统，悬浮物为衡算对象，因系统稳定运行，输入系统的悬浮物量等于输出的量。,已知=5000m3/d，200mg/L，20mg/L，,输入速率,输出速率,=22.5(m,3,/d),4977.5(m,3,/d),0,1,2,4,3,第二节 质量衡算,输入速率输出速率=22.5(m3/d)4977.5(m3/,(2)浓缩池上清液量,取浓缩池为衡算系统，悬浮物为衡算对象,污泥含水率从,99.8,降至,96,污泥体积由,472.5 m,3,/d,减少为,22.5m,3,/d,相差,20,倍。,输入速率,输出速率,=450(m,3,/d),472.5(m,3,/d),0,1,2,4,3,第二节 质量衡算,(2)浓缩池上清液量污泥含水率从99.8降至96,污泥体,【例题2.2.3】一个湖泊的容积为10.010,6,m,3,。有一流量为5.0m,3,/s、污染物浓度为10.0mg/L的受污染支流流入该湖泊.同时，还有一污水排放口将污水排入湖泊，污水流量为0.5m,3,/s，浓度为100mg/L。污染物的降解速率常数为0.20 d,-1,。假设污染物质在湖泊中完全混合，且湖水不因蒸发等原因增加或者减少。求稳态情况下流出水中污染物的浓度。,解：假设完全混合意味着,湖泊中的污染物浓度等于流出水中的污染物浓度,(二)稳态反应系统,第二节 质量衡算,【例题2.2.3】一个湖泊的容积为10.0106m3。有一,解：假设完全混合意味着,湖泊中的污染物浓度等于流出水中的污染物浓度,输入速率,输出速率,降解速率,第二节 质量衡算,(二)稳态反应系统,解：假设完全混合意味着湖泊中的污染物浓度等于流出水中的污染物,【例题2.2.4】在一个大小为500m,3,的会议室里面有50个吸烟者，每人每小时吸两支香烟。每支香烟散发1.4mg的甲醛。甲醛转化为二氧化碳的反应速率常数为k0.40 h,-1,。新鲜空气进入会议室的流量为1000m,3,/h，同时室内的原有空气以相同的流量流出。,假设混合完全,，估计在25、1atm的条件下，甲醛的稳态浓度。并与造成眼刺激的起始浓度0.0510,-6,（体积分数）相比较。,第二节 质量衡算,【例题2.2.4】在一个大小为500m3的会议室里面有50个,输入速率,输出速率,降解速率,5021.4140mg/h,1000,1000,mg/h,第二节 质量衡算,输入速率 输出速率降解速率 5021.4140mg/,解：根据质量衡算方程,【例题2.2.5】一圆筒形储罐，直径为0.8m。罐内盛有2m深的水。在无水源补充的情况下，打开底部阀门放水。已知水流出的质量流量与水深Z的关系为,kg/s，,求经过多长时间后，水位下降至1m？,kg/s,kg,t=1518 s,第二节 质量衡算,0,(2.2.3),(三)非稳态系统,解：根据质量衡算方程【例题2.2.5】一圆筒形储罐，直径为0,第二节 质量衡算,（1）进行质量衡算的三个要素是什么？,（2）简述稳态系统和非稳态系统的特征。,（3）质量衡算的基本关系是什么？,（4）以全部组分为对象进行质量衡算时，衡算方程具有什么特征？,（5）对存在一级反应过程的系统进行质量衡算时，物质的转化速率如何表示？,思考题,第二节 质量衡算（1）进行质量衡算的三个要素是什么？思考题,