需氧量和空气量的计算
燃气燃烧时耗氧量计算
燃气燃烧所需空气量及燃烧产物燃气的燃烧计算，是按照燃气中可燃成分与氧进行化学反应的反应方程式，根据物质平衡和热量平衡的原理，来确定燃烧反应的诸参数，包括：燃烧所需要的空气量、燃烧产物的生成量及成分、燃烧完全程度、燃烧温度和烟气焓。
这些参数是燃气燃烧设备设计、热工管理必要的数据，也是评定生产操作、提高热效率、进行传热和空气动力计算不可缺少的依据。
考虑到燃气、空气和燃烧产物各组成所处的状态，可以相当精确地把它们当作理想气体来处理。
所以，燃烧计算中气体的体积都按标准状态(0℃、101325Pa)计算，其摩尔体积均为22．4L，计算基准可以用1m3的湿燃气，也可以用1m3干燃气。
必须注意的是，后者还要带入所含的饱和水汽量，这就是大多数场合下所使用的基准——含有1m3干燃气的湿燃气。
确定燃气燃烧所需空气量和燃烧产物量，属于燃烧计算的物料平衡的内容。
一、空气需要量(一)理论空气需要量V0V0是指1m3燃气按燃烧反应方程式完全燃烧所需要供给的空气量，m3空气／m3干燃气，它是燃气完全燃烧所需的最小空气量。
V0的计算方法为，先按照燃烧反应方程式和燃烧计算的氧化剂条件(假设干空气体积仅由21％的氧和79％的氮组成)，确定燃烧所需的理论氧气量，然后换算成理论空气需要量。
从单一可燃气体着手。
例如，CO的燃烧反应方程式，连同随氧带入的氮，可表示为CO+0．502+3．76×0．5N2=C02+1．88N2上式表明，1m3的C0完全燃烧，理论需氧量为0．5m3，随氧带入的氮量为1．8 8m3，相当的理论空气需要量是0．5/0．21=2.38m3。
对气态重碳氢化合物C m H n，燃烧反应方程式为C m H n+(m+n/4)O2+3．76(m+n/4)N2=mC02+ (n／2)H20+3．76(m+n／4)N2 (1—1)也清楚地表明，1m3的C m H n完全燃烧，需要(m+n／4)m3的理论氧，同时带入3．76(m+n／4)m3的氮，故理论空气需要量为(m+n／4)／0．21=4．76(m+n／4)m3。
燃料燃烧空气量烟气量计算
6.70(m 3 N
/ kg)
②理论烟气量为：
CO2：54.75mol SO2：0.53mol H2O：16+5＝21mol N2：3.78（54.75 0.53 8 0.72） 236.4（8 mol）
V fg
0
(54.75
0.53 21 1000
236.48)
22.4
7.00(m 3 N
✓ 烟气体积和密度旳校正 转化为标态下（273K、1atm）旳体积和密度 原则状态下旳烟气体积
VN VS * PS * TN PN TS
原则状态下烟气旳密度
PN PS * PN * TS PS TN
烟气体积及污染物排放量计算
❖ 过剩空气校正
以碳在空气中旳完全燃烧为例 C十O2+3.76N2——>C02+3.76N2
和SO2在烟气中旳浓度（以体积分数计）。
解： 元素
重量（g） 摩尔数（mol）需氧量（mol）
C
657
54.75
54.75
S
17
0.53
0.53
H
32
16
8
H2O
90
5
0
O
23
0.72
-0.72
污染物排放量旳计算
①理论空气量
Va 0
(54.75
0.53 8 0.72) 4.76 22.4 1000
CH4+2O2+7.52N2----->CO2+2H2O+7.52N2 空燃比为：
AF 2 32 7.56 28 17.2 116
烟气体积及污染物排放量计算
烟气体积计算 ✓ 理论烟气体积
活性污泥法例题
（2）曝气池中混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）与混合液悬浮固体（MLSS）之比
为0.8；
（3）回流污泥悬浮固体浓度取10 000 mg/L；
（4）曝气池中的MLSS取3 000 mg/L；
（5）污泥泥龄取10 d； （6）二沉池出水中含有12 mg/L总悬浮固体（TSS），其中VSS 占65%；
（7）污水中含有足够的生化反应所需的氮、磷和其他微量元素。
解：求标准条件下，脱氧清水的氧转移量： O2 = OS ×70% OS = 4 039/0.7 = 5 770 kg/d
求总的供氧量：
S = OS/EA=5 770/0.18 =32 056 kg/d 求总的供气量：
S = GS ×0.21 ×1.331 = 0.28GS
GS = 32 056 /0.28=114 486 m3/d=4 770 m3/h 若采用三台，一台备用，则应选择第二种。
例：某污水处理厂每日进水量为6万吨，进水BOD5为450 mg/L，出水
为30 mg/L，曝气池2座，每座体积为240000 m3，池内MLSS为 3000 mg/L，求二沉池每日共计排出的剩余污泥量。
（三）需氧量设计计算 1、根据有机物降解需氧率和内源代谢需氧率计算 在曝气池内，活性污泥对有机污染物的氧化分解和其本身的内源代 谢都是好氧过程。 这两部分的需氧量为： O2= a Q（S0 - Se ）+b VXv O2 — 混合液需氧量，kg O2 /d； a — 活性污泥微生物氧化分解有机物过程中的需氧率，即活性 污泥微生物每代谢1 kg BOD5所 需要的氧量，kg O2 / kg ； Q — 处理污水流量， m3/d； b — 活性污泥微生物内源代谢的自身氧化过程的需氧率，即每 1 kg活性污泥每天自身氧化所需要的氧量，kgO2 /(kg •d) ；
燃料燃烧计算
第三章 燃料及燃烧过程3-2 燃料燃烧计算一、燃料燃烧计算的内容及目的（一）计算内容：①空气需要量 ②烟气生成量 ③烟气成分 ④燃烧温度 （二）目的：通过对以上内容的计算，以便正确地进行窑炉的设计和对运行中的窑炉进行正确的调节。
二、燃烧计算的基本概念 （一）完全燃烧与不完全燃烧。
1、完全燃烧：燃料中可燃成分与完全化合，生成不可再燃烧的产物。
2、不完全燃烧：化学不完全燃烧：产物存在气态可燃物。
物理不完全燃烧：产物中存在固态可燃物。
（二）过剩空气系数 1、过剩空气系数的概念а=V a /V 0a2、影响过剩空气系数的因素：1）燃料种类：气、液、固体燃料，а值不同； 2）燃料加工状态：煤的细度、燃油的雾化粘度。
3）燃烧设备的构造及操作方法。
3、火焰的气氛：①氧化焰：а>1，燃烧产物中有过剩氧气。
②中性焰：а=1③还原焰：а<1，燃烧产物中含还原性气体（CO 、H 2）三、空气需要量、烟气生成量及烟气成分、密度的计算（一）固体、液体燃料：基准：计算时，一般以1kg 或100kg 燃料为基准，求其燃烧时空气需要量、烟气生成量。
方法：按燃烧反映方程式，算得氧气需要量及燃烧产量，然后相加，即可得空气需要量与烟气生成量。
1、理论空气量计算： 1）理论需氧量： V 0O2=12ar C +4ar H +32ar S －32ar O(Nm 3/kgr)2）理论空气量：V 0a =1004.22（12ar C +4ar H +32ar S －32ar O ）21100=0.089C ar +0.267H ar +0.033(S ar -O ar ) (Nm 3/kgr)2、实际空气量计算： V a =а×V o a3、理论烟气生成量的计算：V 0L =V CO2+V H2O +V SO2+V N2=1004.22 (12ar C +2ar H +18ar M +32ar S +28arN )×V o a +0.79V o a =0.01865C ar +0.112H ar +0.01243M ar +0.0068S ar +0.008N ar +0.79V o a4、实际烟气生成量的计算： 1）а>1时，V L = V 0L +(а-1)×V o a2）а<1时，在工程上进上近似认为其燃烧产物中只含有CO 一种可燃气体。
需氧量计算
O2 = 0.001aQ(So－Se)－c△XV+b[0.001Q(Nk－Nke)－0.12△XV]－0.62b[0.001Q(Nt－Nke－Noe)－0.12△XV]O2—污水需氧量（kgO2/d）；Q—生物反应池的进水流量（m3/d）1000 So—生物反应池进水五日生化需氧量浓度（mg/L）；150 Se—生物反应池出水五日生化需氧量浓度（mg/L）20△XV—排出生物反应池系统的微生物量；（kg/d）；19.5△XV=yYtQ(So-Se)/1000Nk—生物反应池进水总凯氏氮浓度（mg/L）60（生活污水中为总氮）Nke—生物反应池出水总凯氏氮浓度（mg/L）20（生活污水中为总氮）Nt—生物反应池进水总氮浓度（mg/L）；60Noe—生物反应池出水硝态氮浓度（mg/L）；40 a—碳的氧当量，当含碳物质以BOD5计时，取1.47b—常数，氧化每公斤氨氮所需氧量（kgO2/kgN），取4.57；c—常数，细菌细胞的氧当量，取1.42。
O2—污水需氧量（kgO2/d）；342.15离开水面时氧的百分比%=21×（1-EA）/(79+21(1-EA))0.18EA曝气器的氧利用率%20%曝气器出口绝对压力Po=0.1034+△H/1000.15△H:曝气器到水面的距离，m 4.3混合液中平均氧饱和度Co2=9.17×（O%/42+10×Po/2.068）10.32标准供氧量Os=9.17×O2/0.85/(0.95*Co2-0.2)384.32所需空气量Gs=Os/0.28EA（m3/min） 4.58EA:曝气器氧的利用率%20%总氮=总凯氏氮+硝态氮+亚硝态氮，总凯氏氮=氨氮+有机氮，生活污水中硝态氮和亚硝态氮很少，故可认为生活污水中总氮=总凯氏氮=氨氮+有机氮。
生活污水中Nt-Nke-Noe=0Yt:污泥总产率系（kgMLSS/KgBOD5），0.3有初沉池时取0.3，无时则取0.6--1.0Y:MLSS中MLVSS所占比例，生活污水和城0.5市污水：0.75，工业废水0.4-0.7深蓝色为输入部分，绿色为中间结果，红色为最终结果。
水处理计算公式
DO——溶解氧的浓度，mg/L，一般按2mg/L计
KO2——氧的半速常数，mg/L，~L,15℃时为2
θCm——最小污泥龄，d
SF——安全系数，通常取~
θC——污泥龄，d，此值也可按经验取值
Sr——进出水BOD5浓度差，mg/L
Y——污泥理论产率，kg(VSS)/kg(BOD5)
Kd——污泥内源呼吸率，d-1
XV——挥发性曝气池污泥浓度(MLVSS)，mg/L
R——污泥回流比
f——XV/X，（MLVSS/MLSS）挥发性污泥浓度/污泥浓度
r——二沉池中污泥综合系数，一般为左右
曝气池容积
θC——污泥龄即污泥停留时间，d
Y——污泥理论产率，kg(VSS)/kg(BOD5)
Kd——污泥内源呼吸率，d-1
X——曝气池污泥浓度(MLSS)，mg/L
Kd——日变化系数
固体通量法
X——曝气池污泥浓度(MLSS)，mg/L
Gt——固体表面负荷值，kg/m2·d
Qmax——废水最大时流量，m3/d
回流污泥浓度
SVI——污泥容积指数，mL/g，取值范围约100左右
Hale Waihona Puke Xr——剩余污泥/回流污泥浓度，mg/L
X——曝气池污泥浓度(MLSS)，mg/L
f——XV/X，挥发性污泥浓度/污泥浓度
fb——可生物降解VSS占VSS的比例（与f不同）
泥龄算法二
存疑问
θC——污泥龄，d，此值也可按经验取值
Sr——进出水BOD5浓度差，mg/L
Y——污泥理论产率，kg(VSS)/kg(BOD5)
Kd——污泥内源呼吸率，d-1
fb——可生物降解VSS占VSS的比例（与f不同）
大气污染控制工程第三版课后习题答案第2章燃烧与大气污染
作业习题解答第二章 燃烧与大气污染2.1 解：1kg 燃油含：重量（g ） 摩尔数（g ） 需氧数（g ）C 855 71.25 71.25H 113－2.5 55.25 27.625S 10 0.3125 0.3125H 2O 22.5 1.25 0N 元素忽略。
1）理论需氧量 71.25+27.625+0.3125=99.1875mol/kg设干空气O 2：N 2体积比为1：3.78，则理论空气量99.1875×4.78=474.12mol/kg 重油。
即474.12×22.4/1000=10.62m 3N /kg 重油。
烟气组成为CO 271.25mol ，H 2O 55.25+11.25=56.50mol ，SO 20.1325mol ，N 23.78×99.1875=374.93mol 。
理论烟气量 71.25+56.50+0.3125+374.93=502.99mol/kg 重油。
即502.99×22.4/1000=11.27 m 3N /kg 重油。
2）干烟气量为502.99－56.50=446.49mol/kg 重油。
SO 2百分比浓度为%07.0%10049.4463125.0=⨯， 空气燃烧时CO 2存在最大浓度%96.15%10049.44625.71=⨯。
3）过剩空气为10%时，所需空气量为1.1×10.62=11.68m 3N /kg 重油， 产生烟气量为11.267+0.1×10.62=12.33 m 3N /kg 重油。
2.2 解：相对于碳元素作如下计算：%（质量） mol/100g 煤 mol/mol 碳C 65.7 5.475 1H 3.2 3.2 0.584S 1.7 0.053 0.010O 2.3 0.072 0.013灰分 18.1 3.306g/mol 碳水分 9.0 1.644g/mol 碳故煤的组成为CH 0.584S 0.010O 0.013， 燃料的摩尔质量（包括灰分和水分）为molC g /26.18475.5100=。
计算书2—需氧量计算
1. 需氧量计算① .平均时需氧量设 a ' =0.5 , b ' =0.15O 2 二 a'Q 平 S r b'VX V= 0.5 10000 80/1000 0.15 2564 2250/1000 =1265.35kgO 2/d =52.7kgO 2 / h② .最大时需氧量O 2 max= a 'Qmax S r b 'VX V= 0.5 15000 80/1000 0.15 2564 2250/1000 = 1465.35kgO 2/d = 61.1kgO 2/h③ . 最大时需氧量与平均时需氧量之比2. 供气量采用HWB-2型微孔空气曝气器，每个扩散器的服务面积为 0.35 m 2，敷设于池底0.2m 处，淹没深度为H=2.8m 计算温度定为30 C 。
查表得20 C 和30 C 时，水中饱和溶解氧值为：C S (20) ~9.17mg/L； C s (3o )= 7.63mg / L① . 空气扩散器出口处的绝对压力P b =1.013 105 9800H =1.013 105 9800 3.8 = 1.385 105Pa设空气扩散器的氧转移效率E A =12%空气离开曝气池池面时，氧的百分比O t211 E A )100% 21-(1100% =19%79 +21(1 —E A ) 79+21^(1—0.12)② . 曝气池混合液中平均氧饱和度换算为在20 C 条件下，脱氧清水的充氧量 设计中取〉=0.82，' =0.95，' =1.0，C=2.0z 2maxO 21465.35 1265.35= 1.16C sb(30) = C S(30)*10七J" P b1.385勺05 丄 19---------------------------- r -----------52.066汉 105 42二 8.6mg/L平均时需氧量为RC s ( 20)一：•「：・：「・C sb(T )—C 丨・1.024丁/°- __________ 527 2 仃 ____________ __ / h 「0.82 0.95 1 8.6 -2 丨 i 血彳心0一'h最大时需氧量为RmaxCS(20):-I'-.C sbcr) —C L1.024T '°61.6 疋 9.170.82 0.95 1 8.6-2丨 1.024心0③ .曝气池供气量曝气池平均时供气量为"=0.2；5爲2= 2241 卅巾曝气池最大时供气量为3. 所需空气压力(h 1 h 2 h 3 h 4 巾)9.81 二(0.2 3.8 0.4 0.5) 9.81 二 48kPa式中h 1h 2 =0.2m ——供风管到沿程与局部阻力之和h 3= 3.8m ——曝气器淹没水头 h 4 = 0.4m ——曝气器阻力 二h =0.5m ------ 富裕水头4. 风机选型3台，2用1备，则每台风机流量G 为： GG sma^= 262^ = 1311m 3/h2 2曝气器出口压力取为5.0mHO,根据供气量和出口压力，选TSE-200型罗茨鼓R0max= 88.1kg/hS maxR0max0.28E A88.10.28 0.1232622.0m 3/h选离心风机风机，风机有关性能参数列于表 5中:表型罗茨鼓风机性能参数5. 曝气器数量计算① .曝气器个数式中m ------- 曝气器数量，个;S -------- 好氧池平面面积，1709.3“ 3 =570m 2l ——每个曝气头的服务面积，取l=0.352 m 2② .空气管路设置设置主管道1条；在相邻的两个廊道上设置1条干管，共2条；每根干管上 设置15组曝气管，共15 12 =180组；每组曝气管上设置9个微孔曝气器，共 15 12 9 =1620个。
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1曝气量计算.
有关参数：
Q ： 设计处理水量（150m 3/h ）；
0S ： 设计进水BOD （1.035Kg/ m 3）；
e S ： 设计出水BOD （0.030Kg/ m 3）；
BOD K ：氧化每5kgBOD 需氧kg 数（52kgBOD kgO ），通常取1.0～1.2；
E A ： 氧转移效率
0R ： 需氧量（h kgO 2）；
R ： 需气量（m 3/h ）；
由于进入接触氧化池中的CODcr 较高，达到2470mg/L ，BOD 5/ CODcr
=1035/2470=0.42；可生化性较好，在生化过程中大部分CODcr 也会在接触氧化池中去除，所以校核需气量时必须考虑这部分CODcr 的去除，计算方法同上，
R`=1.2(2.47-1.035-0.03-0.12)×150/(0.3×16％)＝4818.75 m 3/h
＝80.31 m 3/min
鼓风机选型
根据5.11、5.29、5.33.3中的需气量计算，总需气量为：
Q 总＝Q 气（均质池1、2）＋Q 气（接触氧化池）
＝8.33＋21＋62.81＋80.31＝172.45m 3/min
鼓风机选型如下：
数量：四台（三用一备）
型号：3L63WC
风量：Q=65.3m 3/min
风压：P ＝58.8kpa
功率：N=90KW
一． 设计规模与工艺：
1． 设计水量：40000t/d;
2． 设计工艺：采用CASS 工艺（循环式活性污泥法），即连续进水，间歇出水，循环
曝气，在生物除炭的过程中，同时实现消化、反消化的功能，并同时具有良好的
沉淀性能，工艺流程简单。
二．水质要求：
1．进水水质：
水质指标 BOD 5
COD SS TN NH 4-N TP PH mg/L 180 400 200 40 30 4 6~9
2．出水水质：
水质指标 BOD 5
COD SS TN NH 4-N TP PH mg/L 20 60 20 20 8 1 6~9
三．所需的需氧量与通气量：
1．需氧量：
由进水水质、和CASS 的参数可得，间歇曝气时的每小时的标准需氧量为1378.16kgO 2/h 。
需氧量（AOR ）：
d
kgO N TN TN c N N bQ L L aQ R he e e e o /12426)011.002.004.0(4000086.2)0008.03.0(400006.4)02.018.0(4000047.1)
()()(200=−−×××−××+−××=−−−−+−=
CASS 工艺为间歇时曝气工艺，设一天分为四个周期，每周气曝气时间为三小时，则可得池内每小时的需氧量为1378.16 kgO 2/h 。
2．通气量：
由需氧量曝气设备的氧转移效率（27%）可核算出间歇曝气时每小时的供气量：18229.62kg/h 。